Giải KHTN 9 sách VNEN bài 10: Các yếu tố ảnh hưởng tới điện trở

A. Hoạt động khởi động

Ta đã biết dây dẫn có điện trở. Vậy điện trở của dây dẫn phụ thuộc vào những yếu tố nào? 

Trả lời:

* Điện trở của dây phụ thuộc vào:

- Chiều dài của dây

- Tiết diện của dây 

- Vật liệu làm dây dẫn

B. Hoạt động hình thành kiến thức

I. Tìm hiểu sự phụ thuộc của điện trở dây dẫn vào chiều dài của dây

Điện trở của dây dẫn  có phụ thuộc vào chiều dài của dây hay không? Nếu có thì phụ thuộc như thế nào? 

Trả lời:

Điện trở của dây dẫn có phụ thuộc vào chiều dài của dây dẫn. Điện trở tỉ lệ thuận với chiều dài của dây dẫn.

1. Hai dây dẫn giống nhau, dây 1 có chiều dài $l_1$, điện trở $R_1$, dây 2 có chiều dài $l_2$ và điện trở $R_2$ được nối với nhau. Điện trở dây sau khi được nối là bao nhiêu?

Trả lời:

Điện trở sau khi được nối là: $R = R_1 + R_2$

3. Phương án thí nghiệm để tìm hiểu về sự phụ thuộc của điện trở dây dẫn vào chiều dài của dây (Hình 10.1)

- Hãy chọn các từ (khác nhau, như nhau) điền vào chỗ trống cho phù hợp:

   Lần lượt lắp vào giữa hai điểm M và N trong mạch điện các dây có chiều dài .........................., tiết diện ......................... và được làm từ loại vật liệu ..................

   Trong mỗi trường hợp, sử dụng ampe kế và vôn kế để xác định điện trở của mỗi dây dẫn. Rút ra nhận xét sự phụ thuộc của điện trở dây dẫn vào chiều dài của dây. 

Trả lời:

Lần lượt lắp vào giữa hai điểm M và N trong mạch điện các dây có chiều dài khác nhau, tiết diện như nhau và được làm từ loại vật liệu như nhau.

Nhận xét: điện trở dây dẫn tỉ lệ thuận với chiều dài của dây.

4. Tiến hành thí nghiệm theo phương án trên.

- Dụng cụ: Cho các dây dẫn cùng loại, cùng tiết diện và có chiều dài l, 2l, 3l.

- Nếu dây chiều dài l có điện trở R thì các dây kia sẽ có điện trở bằng bao nhiêu? Tiến hành thí nghiệm, ghi kết quả vào bảng 10.1.

- Hãy rút ra nhận xét về sự phụ thuộc của điện trở dây dẫn vào chiều dài của dây.

Trả lời:

- Nhận xét: Các dây dẫn có tiết diện như nhau, được làm từ loại vật liệu như nhau, có chiều dài dây khác nhau thì điện trở tỉ lệ thuận với chiều dài dây dẫn

$\frac{R_1}{R_2}= \frac{I_1}{I_2}$

II. Tìm hiểu sự phụ thuộc của điện trở dây dẫn vào tiết diện dây

Điện trở dây dẫn có phụ thuộc vào tiết diện dây hay không? Nếu có thì phụ thuộc như thế nào?

Trả lời:

Điện trở dây dẫn có phụ thuộc vào tiết diện của dây. Điện trở tỉ lệ nghịch với tiết diện của dây.

1. Hai dây dẫn giống hệt nhau, mỗi dây có điện trở R. Nếu ghép hai dây song song thì cụm dây này có điện trở là bao nhiêu? Hỏi tương tự khi ghép ba dây song song với nhau ,...? Có nhận xét gì về tổng tiết diện của các dây trong cụm dây (khi ghép song song)?

Trả lời:

- Nếu ghép hai dây song song thì cụm dây có điện trở là: $R_{ss} = \frac{R_1 . R_2}{R_1 + R_2} = R_2$

- Nếu ba dây ghép song song: $R′_{ss}$ = $ \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \frac{1}{R_3}$ → $R_{ss} = R_3$ 

- Tổng tiết diện của các dây trong cụm dây lớn hơn các dây: cụm 2 dây song song = 2 lần dây, cụm 3 dây song song = 3 lần dây  

3. Phương án thí nghiệm để tìm hiểu về sự phụ thuộc của điện trở dây dẫn vào tiết diện dây (Hình 10.1). Hãy chọn các từ (khác nhau, như nhau) điền vào chỗ trống cho phù hợp.

    Lần lượt lắp vào giữa hai điểm M và N trong mạch điện các dây có chiều dài ...................., tiết diện ................... và được làm từ loại vật liệu ...................

    Trong mỗi trường hợp, sử dụng ampe kế và vôn kế để xác định điện trở của mỗi dây dẫn. Rút ra nhận xét về sự phụ thuộc của điện trở dây dẫn vào tiết diện dây.

Trả lời:

     Lần lượt lắp vào giữa hai điểm M và N trong mạch điện các dây có chiều dài như nhau, tiết diện khác nhau và được làm từ loại vật liệu như nhau.

* Nhận xét: Điện trở dây dẫn tỉ lệ nghịch với tiết diện của dây dẫn.

III. Tìm hiểu sự phụ thuộc của điện trở dây dẫn vào vật liệu làm dây dẫn

Điện trở dây dẫn có phụ thuộc vào vật liệu làm dây dẫn hay không? Nếu có thì phụ thuộc như thế nào?

Trả lời:

Điện trở dây dẫn có phụ thuộc vào vật liệu làm dây dẫn.  Các dây dẫn có chiều dài như nhau, tiết diện như nhau, làm từ các loại vật liệu khác nhau thì điện trở khác nhau. 

1. Thảo luận và đề xuất phương án thí nghiệm để trả lời câu hỏi trên.

2. Sau đây là một phương án thí nghiệm để tìm hiểu về sự phụ thuộc của điện trở dây dẫn vào vật liệu làm dây. Hãy chọn các từ (khác nhau, như nhau) điền vào chỗ trống cho phù hợp.

Lần lượt lắp vào giữa hai điểm M và N trong mạch điện các dây có chiều dài ..........................., tiết diện ........................... và được làm từ loại vật liệu ...................

Rút ra nhận xét về sự phụ thuộc điện trở dây dẫn vào vật liệu làm dây. 

Trả lời:

Lần lượt lắp vào giữa hai điểm M và N trong mạch điện các dây có chiều dài như nhau, tiết diện như nhau và được làm từ loại vật liệu khác nhau.

* Nhận xét: Các dây dẫn có chiều dài như nhau, tiết diện như nhau, làm từ các loại vật liệu khác nhau thì điện trở khác nhau. 

IV. Điện trở suất - công thức điện trở

1. Điện trở suất

Đối chiếu với thí nghiệm ở trên, trường hợp vật liệu có điện trở suất lớn hơn thì điện trở lớn hơn hay nhỏ hơn?

Trả lời:

Trường hợp vật liệu có điện trở suất lớn hơn thì điện trở lớn hơn.

V. Biến trở

1. Tìm hiểu cấu tạo và hoạt động của biến trở 

Quan sát các loại biến trở (hình 10.2, 10.3)

- Nếu mắc hai đầu A và B của cuộn dây này nối tiếp vào mạch điện thì khi dịch chuyển con chạy C, biến trở có tác dụng thay đổi điện trở không? Vì sao?

- Hình 10.4 vẽ các kí hiệu sơ đồ của biến trở. Hãy mô tả hoạt động của biền trở có kí hiệu sơ đồ a, b, c. 

Trả lời:

- Nếu mắc hai đầu A và B của cuộn dây này nối tiếp vào mạch điện thì khi dịch chuyển con chạy C, biến trở có tác dụng thay đổi điện trở. Vì khi di chuyển con chạy C thì chiều dài của cuộn dây thay đổi dẫn đến điện trở thay đổi.

- Hoạt động biến trở: Khi di chuyển con chạy thì chiều dài cuộn dây trong biến trở thay đổi dẫn đến điện trở trong biến trở thay đổi. 

2. Sử dụng biến trở để điều chỉnh cường độ dòng điện

Trong sơ đồ mạch điện 10.5 độ sáng của đèn thay đổi như thế nào khi đóng công tắc rồi dịch chuyển con chạy C từ phía N về phía M? Tại sao? 

Trả lời:

Cường độ ánh sáng sẽ giảm dần khi di chuyển con trỏ từ N về M. Vì chiều dài cuộn dây sẽ tăng dần nên điện trở của biến trở sẽ tăng dần.

C. Hoạt động luyện tập

Bài 1. Tính điện trở của đoạn dây đồng ở $20^{o}C$ dài 4m có tiết diện tròn, đường kính d = 1mm. Có nhận xét gì về điện trở của đoạn dây đồng này.

Trả lời:

$d = 10^{−3} (m)$

$S = \frac{\pi . d^{2}}{4}=7,85.10^{−7} (m^{2})$

$R = \rho . \frac{l}{s}= 1,7.10^{−8} . \frac{4}{ 7,85.10^{−7}} = 0,086 (\Omega) $

- Điện trở của đoạn dây đồng này rất nhỏ. 

Bài 2. Một sợi dây tóc bóng đèn làm bằng vonfam ở 20oCcó điện trở 25Ω, tiết diện tròn, bán kính 0,01 mm. Hãy tính chiều dài của dây tóc bóng đèn. 

Trả lời:

$d = 10^{−5}$ (m)

$S = \frac{\pi . d^{2}}{4}=7,85.10^{−11} (m^{2})$

$R = \rho . \frac{l}{S} \to l = \frac{R.S}{\rho } = \frac{25.7,85.10^{−11}}{5,5.10^{−8}} = 0,036 (m) $

Bài 3. Hai dây dẫn kim loại cùng chất, có cùng chiều dài nhưng tiết diện khác nhau (tiết diện dây thứ nhất lớn hơn) được mắc nối tiếp vào một nguồn điện. So sánh hiệu điện thế trên hai dây. 

Trả lời:

- Có: 

$R = \rho . \frac{l}{s}$

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

$\Rightarrow $ $\frac{U}{I}= \rho . \frac{l}{s}$ $\to $ U tỉ lệ nghịch với S

- Vì I1 = I2 (mắc nối tiếp), 2 dây dẫn kim loại cùng chất, có cùng chiều dài nhưng tiết diện dây thứ nhất lớn hơn

 => Hiệu điện thế dây thứ nhất nhỏ hơn dây thứ hai.

Bài 4. Hãy so sánh dây dẫn khi có dòng điện chạy qua với đường ống dẫn nước. Nêu nhận xét về sự tương tự giữa hai trường hợp này. 

Trả lời:

- Dòng điện là dòng chuyển dời có hướng của các electron tự do.

- Dòng nước là dòng chuyển dời có hướng của nước.

- Tiết diện dây dẫn càng to điện trở càng thấp cường độ dòng điện càng lớn lượng điện tích dịch chuyển qua tiết diện càng nhiều.

- Tiết diện ống nước càng to thì lượng nước di chuyển qua tiết diện của ống càng nhiều.

D. Hoạt động vận dụng 

Có ý kiến cho rằng độ sáng của đèn phụ thuộc vào chiều dài của dây dẫn từ ổ điện tới bóng đèn, do vậy thay vì lắp đường dây nối từ ổ điện đến bóng đèn như hình 10.6 thì nên dùng dây nối thẳng từ đèn tới ổ điện. Ý kiến của các bạn về vấn đề này như thế nào

Trả lời:

* Em không đồng tình về vấn đề này. Vì: 

• Nó sẽ mất thẩm mĩ trong nhà khi đồ dùng nào cũng làm như cách này, như vậy dây điện sẽ chằng chịt và không an toàn.
• Khi thiết kế ổ điện họ đã tính toán sao cho dây dẫn ngắn nhất khi dây được chôn trong tường rồi, như vậy bảo vệ được dây điện, và an toàn. 
• Khi nối trực tiếp đến ổ thì điện trở của dây điện sẽ giảm không đáng kể. 
• Mạch điện trong nhà là mạch điện song song hỏng 1 dụng cụ thì các dụng cụ khác vẫn hoạt động bình thường được. 

E. Hoạt động tìm tòi mở rộng

Hãy tìm hiểu:

a. Khi mới bật công tắc thắp sáng một bóng đèn dây tóc và sau khi bật một thời gian, trường hợp nào điện trở của bóng đèn lớn hơn?

b. Vì sao constantan thường được dùng để chế tạo các điện trở mẫu?

Trả lời:

a. Trường hợp sau khi bóng đèn bật một thời gian lớn hơn vì sau một thời gian dây dẫn sẽ nóng lên nên điện trở suất của dây tăng dẫn đến điện trở của dây dẫn tăng.

b. Constantan thường được dùng để chế tạo các điện trở mẫu vì constantan có hệ số điện trở thấp nên điện trở ít phụ thuộc vào nhiệt độ, điện trở suất luôn giữ ở mức ổn định khi nhiệt độ thay đổi, được dùng làm điện trở chuẩn trong các phòng thí nghiệm