Giải chi tiết Vật lí 11 kết nối mới bài 23: Điện trở. Định luật Ohm

MỞ ĐẦU

Câu hỏi: Các thiết bị điện thông thường mà chúng ta dùng hằng ngày đều có các điện trở. Vậy điện trở đặc trưng cho tính chất nào của vật dẫn và tại sao một vật dẫn lại có điện trở?

Hướng dẫn trả lời:

Điện trở của một vật là đặc trưng cho tính chất cản trở dòng điện của vật đó. Trong quá trình chuyển động, các electron tự do luôn va chạm với các ion dao động xung quanh vị trí cân bằng ở các nút mạng, sau đó truyền một phần động năng cho chúng. Sự va chạm này chính là nguyên nhân tạo ra điện trở cho dây dẫn kim loại và tác dụng nhiệt.

I. ĐIỆN TRỞ

Câu hỏi 1: Hãy nhận xét về tỉ số $\frac{U}{I}$ đối với từng vạt dẫn X và vật dẫn Y.

Hướng dẫn trả lời:

Tỉ số $\frac{U}{I}$ của vật dẫn X và vật dẫn Y không thay đổi khi thay đổi hiệu điện thế của nguồn điện.

Câu hỏi 2: Đối với vật dẫn X và vật dẫn Y thì tỉ số $\frac{U}{I}$ có khác nhau không?

Hướng dẫn trả lời:

Tỉ số $\frac{U}{I}$ ở mỗi vật dẫn là khác nhau vì điện trở của mỗi loại vật dẫn khác nhau

$R=\frac{U}{I}$

Câu hỏi 3: Nếu đặt cùng một hiệu điện thế vào hai đầu vật dẫn X và vật dẫn Y thì cường độ dòng điện chạy qua vật dẫn nào có giá trị nhỏ hơn?

Hướng dẫn trả lời:

Vật dẫn nào có tỉ số $\frac{U}{I}$ lớn hơn thì khi đặt cùng một hiệu điện thế vào hai đầu vật dẫn cường độ dòng điện sẽ nhỏ hơn

Câu hỏi 4: Đường đặc trưng vôn - ampe của điện trở có đặc điểm gì? Đặc điểm này nói lên điều gì về mối quan hệ giữa hiệu điện thế U và cường độ dòng điện I?

Hướng dẫn trả lời: 

Đường đặc trưng vốn – ampe của điện trở là đường thẳng đi qua gốc toạ độ. Đặc U điểm này cho thấy tỉ số $\frac{U}{I}$ của điện trở là không đối. Đường đặc trưng vốn – ampe là đường – thẳng, U tăng thì I cũng tăng. Như vậy đường đặc trưng vốn – ampe của điện trở là đồ thị của hàm bậc nhất, xuất phát từ gốc toạ độ.

Câu hỏi 5: Độ dốc của đường đặc trưng vôn - ampe của điện trở liên quan đến điện trở như thế nào?

Hướng dẫn trả lời: 

Độ dốc càng lớn thì điện trở thuần càng nhỏ vì độ dốc $k=tan\alpha= \frac{I}{U}=R$ 

II. ĐỊNH LUẬT OHM

III. NGUYÊN NHÂN GÂY RA ĐIỆN TRỞ VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ LÊN ĐIỆN TRỞ

Câu hỏi 1: Từ kết quả thí nghiệm em rút ra nhận xét gì về sự phụ thuộc của điện trở nhiệt NTC vào nhiệt độ?

Hướng dẫn trả lời: 

Quan sát kết quả ta thấy giá trị điện trở nhiệt NTC tỉ lệ nghịch với nhiệt độ, khi nhiệt độ tăng thì điện trở giảm, khi nhiệt độ giảm thì điện trở tăng

Câu hỏi 2: Hai đồ thị trong Hình 23.10 a, b mô tả đường đặc trưng vôn — ampe của một dây kim loại ở hai nhiệt độ khác nhau t₁ và t₂

a) Tính điện trở của dây kim loại ứng với mỗi nhiệt độ t₁ và t₂.
b) Dây kim loại ở đồ thị nào có nhiệt độ cao hơn?

Hướng dẫn trả lời: 

a) Hình 23.10a có U = 20V, I = 0,4A  $\Rightarrow R=\frac{U}{I}=\frac{20}{0,4}=50 (\Omega)$

Hình 23.10b có U = 12V, I = 0,3A  $\Rightarrow R=\frac{U}{I}=\frac{12}{0,3}=40 (\Omega)$

b) Điện trở ở hình 23.10a lớn hơn hình 23.10b nên nhiệt độ ở hình 23.10b lớn hơn.

Hoạt động 1: Vận dụng công thức I = Snve để giải thích tại sao điện trở R của vật dẫn kim loại lại phụ thuộc vào chiều dài l, tiết diện S và điện trở suất của dây dẫn theo công thức $R=\frac{\rho l}{S}$

Hướng dẫn trả lời:

Xét một đoạn dây AB có tiết diện S và chiều dài $l$.

Khi đặt vào hai đầu đoạn dây AB một hiệu điện thế U thì theo định luật Ohm ta có $I=\frac{U}{R}$

Ta có: $I = Snve$

Theo công thức (18.1)$U=E.d$ ta có: $U = E.l$

$\rho = \frac{E}{J}=\frac{ES}{I}=\frac{ES}{Snve}=\frac{E}{nve}=const$ là một hằng số đo vận tốc của các electron tỷ lệ với cường độ điện trường E trong vật dẫn kim loại với J là mật độ dòng điện $J=\frac{I}{S}$ ($A/m^{2}$)

Từ $R=\frac{U}{I}\Rightarrow R=\frac{E.l}{Snve}=\rho \frac{l}{S}$

Hoạt động 2: Đồ thị Hình 23.11 thể hiện đường đặc trưng vôn - ampe của hai linh kiện là dây tóc bóng đèn và dây kim loại.
a) Xác định đường nào là của dây tóc bóng đèn, đường nào là của dây kim loại.
b) Xác định hiệu điện thế mà tại đó dây tóc bóng đèn và dây kim loại có điện trở như nhau.
c) Xác định điện trở ứng với hiệu điện thể xác định được ở câu b.

Hướng dẫn trả lời:

a) đường của dây tóc bóng đèn là đường cong đi qua gốc tọa độ
đường của dây kim loại là đường thẳng đi qua gốc tọa độ
b) Vị trí giao nhau của đường có giá trị điện trở như nhau tại đó hiệu điện thế có giá trị U = 4V, $I\approx 0,267A$
c) Tại vị trí trên có giá trị cường độ dòng điện I = 0,267A
$\Rightarrow R=\frac{U}{I}=\frac{4}{0,267}=14,98 (\Omega)$