Giải SGK Khoa học tự nhiên 9 Cánh Diều Bài 7: Định luật Ohm. Điện trở

Mở đầu (trang 40) Khoa học tự nhiên 9 Cánh Diều Bài 7: Vì sao có thể điều chỉnh được độ sáng của chiếc đèn pin trong hình 7.1 bằng cách vặn núm xoay?

Trả lời:

- Vì cấu tạo mạch điện trong đèn pin dùng biến trở, khi vặn núm xoay là thay đổi giá trị điện trở khi đó sẽ làm thay đổi giá trị cường độ dòng điện chạy trong mạch điện của đèn pin làm thay đổi độ sáng của đèn pin.

I. Tác dụng cản trở dòng điện của đoạn dây dẫn

Hoạt động Thực hành (trang 40) Khoa học tự nhiên 9 Cánh Diều Bài 7: Thí nghiệm 1

Chuẩn bị

1 biến áp nguồn, 2 đoạn dây dẫn R₁ và R₂ khác nhau, 1 đèn (loại 3V), các dây nối, công tắc và bảng lắp mạch điện.

Tiến hành thí nghiệm và thảo luận

- Mắc mạch điện theo sơ đồ hình 7.2. Để nguồn ở mức 3 V.

- Đóng công tắc, quan sát độ sáng của đèn.

- Mở công tắc, thay đoạn dây dẫn R₁ bằng đoạn dây dẫn R₂. Đóng công tắc, quan sát độ sáng của đèn.

- So sánh độ sáng của đèn khi dùng R₁ và khi dùng R₂.

Trả lời:

Độ sáng của đèn khi dùng R₁ và khi dùng R₂ là khác nhau.

Câu hỏi 1 (trang 40) Khoa học tự nhiên 9 Cánh Diều Bài 7: Dựa vào độ sáng của đèn, em hãy:

a) So sánh cường độ dòng điện trong mạch khi dùng R₁ và khi dùng R₂

b) Chứng tỏ các đoạn dây dẫn khác nhau có tác dụng cản trở dòng điện khác nhau.

Trả lời:

a)

Dụng cụ: Điện trở R₁ = 3 Ω và điện trở R₂ = 6 Ω

Đóng khóa K, quan sát cường độ dòng điện trong mạch khi dùng R₁ = 3 Ω lớn hơn khi dùng R₂ = 6 Ω.

b)

Dụng cụ: dây đồng, dây nhôm

Đóng khóa K, quan sát cường độ dòng điện trong mạch khi dùng dây đồng lớn hơn khi dùng dây nhôm, hay tác dụng cản trở của dây dẫn đồng nhở hơn tác dụng cản trở của dây dẫn bằng nhôm.

II. Mối liên hệ giữa cường độ dòng điện và hiệu điện thế hai đầu đoạn dây

Hoạt động Thực hành (trang 41) Khoa học tự nhiên 9 Cánh Diều Bài 7: Thí nghiệm 2

Chuẩn bị

1 biến áp nguồn, 2 đoạn dây dẫn R₁ và R₂ ở thí nghiệm 1, 1 ampe kế, 1 vôn kế, các dây nối, công tắc và bảng lắp mạch điện.

Tiến hành thí nghiệm và thảo luận

- Mắc mạch điện theo sơ đồ hình 7.3.

- Đóng công tắc K, điều chỉnh biến áp nguồn để vôn kế chỉ giá trị tương ứng với lần 1 trong bảng 7.1. Đọc số chỉ của ampe kế, ghi kết quả lần 1 theo mẫu bảng 7.1.

- Tiến hành tương tự với các lần tiếp theo ứng với các giá trị của hiệu điện thế trong bảng 7.1.

- Thay đoạn dây dẫn R₁ bằng đoạn dây dẫn R₂ và lặp lại các bước như với R₁.

- Với mỗi giá trị của hiệu điện thế, so sánh cường độ dòng điện qua R₁ và cường độ dòng điện qua R₂.

- Tính tỉ số $\frac{U}{I}$ của mỗi đoạn dây dẫn và rút ra nhận xét.

Trả lời:

- Với mỗi giá trị của hiệu điện thế, ta thấy:

+ khi U tăng ta thấy I ở cả hai trường hợp đều tăng.

+ I₂ luôn lớn hơn I₁.

- Tính tỉ số $\frac{U}{I}$ của mỗi đoạn dây dẫn và nhận xét:

Bảng 7.1. Kết quả thí nghiệm tìm hiểu mối liên hệ giữa cường độ dòng điện và hiệu điện thế hai đầu đoạn dây dẫn

Tỉ số $\frac{U}{I}$ của một đoạn dây dẫn không đổi và bằng hằng số.

Tỉ số $\frac{U}{I}$ của các đoạn dây dẫn khác nhau là khác nhau.

Câu hỏi 2 (trang 41) Khoa học tự nhiên 9 Cánh Diều Bài 7:

a) Tác dụng cản trở dòng điện của hai đoạn dây dẫn R, và R, có khác nhau như trong thí nghiệm 1 hay không? 

b) Rút ra nhận xét vé mỗi liên hệ giữa cường độ dòng điện trong đoạn dây dẫn với hiệu điện thể giữa hai đầu đoạn dây dẫn đó và mô tả mỗi liên hệ đó bằng biểu thức toán học.

c) Dự đoán độ lớn của cường độ dòng điện qua R, và qua R, khi hiệu điện thế là 2,2 V. Tiến hành thí nghiệm để kiểm tra kết quả đó.

Trả lời:

a) Tác dụng cản trở dòng điện của hai đoạn dây dẫn R₁ và R₂ có thể khác nhau.

- Trong thí nghiệm 1, ta có thể nhận thấy:

+ Khi thay đổi điện trở R₁, cường độ dòng điện I qua mạch cũng thay đổi.

+ Cụ thể, khi R₁ tăng, I giảm và ngược lại. 

+ Điều này cho thấy R₁ có tác dụng cản trở dòng điện, hay còn gọi là điện trở.

+ Điện trở của R₂ cũng có thể ảnh hưởng đến I, nhưng mức độ ảnh hưởng phụ thuộc vào giá trị của R2 so với R1.

b) Biểu thức toán học: I = $\frac{U}{R}$

c) - Dự đoán:

+ Cường độ dòng điện qua R1: I1 = $\frac{U}{R_{1}}$

+ Cường độ dòng điện qua R2: I2 = $\frac{U}{R_{2}}$

+ Vì R₁ > R₂ (theo thí nghiệm 1), I₁ < I₂.

- Kiểm tra:

+ Tiến hành thí nghiệm với U = 2,2 V.

+ Đo cường độ dòng điện qua R₁ và R₂.

+ So sánh kết quả đo với dự đoán.

Luyện tập 1 (trang 41) Khoa học tự nhiên 9 Cánh Diều Bài 7: Cần đặt vào hai đầu đoạn dây dẫn một hiệu điện thế bằng bao nhiêu để cường độ dòng điện trong dây dẫn lớn gấp 2 lần cường độ dòng điện khi hiệu điện thế là 1,2 V?

Lời giải:

- Ta có: $\frac{U}{I}=const\Rightarrow \frac{U_{1}}{U_{2}}=\frac{I_{1}}{I_{2}}$

- Thay số, ta được: $\frac{U}{1,2}=2\Rightarrow U=2.2,4=2,8\Omega$

III. Định luật Ohm

Câu hỏi 3 (trang 42) Khoa học tự nhiên 9 Cánh Diều Bài 7: Tác dụng cản trở dòng điện của đoạn dây dẫn x lớn gấp 2 lần đoạn dây dẫn y. Nếu hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn dây dẫn x là U_x = 1,2 V thì cần đặt vào hai đầu đoạn dây dẫn y một hiệu điện thế U_y bằng bao nhiêu để cường độ dòng điện trong hai đoạn dây dẫn là như nhau.

Trả lời:

Ta có:

- Khi U tăng bao nhiêu lần thì I tăng bấy nhiêu lần và ngược lại, U giảm bao nhiêu lần thì I giảm bấy nhiêu lần.

- Cường độ dòng điện lớn khi điện trở nhỏ.

Nên để cường độ dòng điện trong hai đoạn dây dẫn là như nhau I₁ = I₂ mà R_x = 2R_y

⇒ $\frac{U_{x}}{R_{x}}=\frac{U_{y}}{R_{y}}\Rightarrow U_{y}=\frac{R_{y}.U_{x}}{R_{x}}=\frac{U_{x}}{2}=0.6V$

IV. Điện trở của một đoạn dây dẫn

1. Sự phụ thuộc của điện trở vào vật liệu làm dây dẫn. Điện trở suất

Câu hỏi 4 (trang 42) Khoa học tự nhiên 9 Cánh Diều Bài 7: Điện trở của đoạn dây dẫn phụ thuộc vào các yếu tố nào? Căn cứ nào giúp em đưa ra dự đoán đó?

Trả lời:

- Chiều dài sợi dây, do dây càng dài thì điện trở càng lớn

- Tiết diện sợi dây càng lớn thì điện trở càng nhỏ

2. Công thức tính điện trở của một đoạn dây dẫn

Câu hỏi 5 (trang 43) Khoa học tự nhiên 9 Cánh Diều Bài 7: Đề xuất phương án thí nghiệm để kiểm tra sự phụ thuộc của điện trở vào chiều dài và tiết diện của đoạn dây dẫn.

Trả lời:

- Phương án thí nghiệm:

+ Chuẩn bị một đoạn dây dẫn với độ dày và chất liệu đồng đều. 

+ Sử dụng một máy đo điện trở để đo điện trở của đoạn dây dẫn ban đầu. 

+ Sử dụng một máy đo điện áp để đo hiệu điện thể qua đoạn dây dẫn khi điện áp được cung cấp vào hai đầu của đoạn dây dẫn. 

+ Tính toán cường độ dòng điện qua đoạn dây dẫn bằng công thức I = U/R (trong đó U là hiệu điện thể và R là điện trở). 

+ Giữ nguyên độ dày và chất liệu của đoạn dây dẫn, tăng chiếu dài của đoạn dây dẫn lên và lặp lại bước 2, 3 và 4 để tính toán cường độ dòng điện mới. 

+ So sánh cường độ dòng điện ban đầu với cường độ dòng điện sau khi tăng chiếu dài để xem xét sự thay đổi của điện trở. 

+ Lặp lại bước 5 với các giá trị khác nhau của chiếu dài để xác định mối quan hệ giữa điện trở và chiếu dài. 

+ Giữ nguyên chiếu dài và tăng tiết diện của đoạn dây dẫn lên, và lặp lại bước 2, 3 và 4 để tính toán cường độ dòng điện mới. 

+ So sánh cường độ dòng điện ban đầu với cường độ dòng điện sau khi tăng tiết diện để xem xét sự thay đổi của điện trở. 

+ Lặp lại bước 8 với các giá trị khác nhau của tiết diện để xác định mối quan hệ giữa điện trở và tiết diện.

Câu hỏi 6 (trang 43) Khoa học tự nhiên 9 Cánh Diều Bài 7: Dựa vào bảng 7.2, tính điện trở của đoạn dây nichrome dài 0,5 m và có tiết diện 1 mm².

Trả lời:

- Điện trở của đoạn dây nichrome dài 0,5 m và có tiết diện 1 mm² là: $R=\rho \frac{l}{s}=110.10^{-8}.\frac{0,5}{1.10^{-6}}=0,55\Omega$

Luyện tập 2 (trang 43) Khoa học tự nhiên 9 Cánh Diều Bài 7: Tính chiều dài của đoạn dây đồng có đường kính tiết diện 0,5 mm, điện trở 20 Q ở nhiệt độ 20 °C.

Lời giải:

Luyện tập 3 (trang 43) Khoa học tự nhiên 9 Cánh Diều Bài 7: Hình 7.4a là một biến trở được sử dụng trong các thiết bị điện gia đình. Khi xoay trục điều khiển sẽ thay đổi được chiều dài của đoạn dây dẫn (đường chạy) có dòng điện chạy qua, nhờ đó thay đổi được điện trở của biến trở. Giả sử chiếc đèn ở hình 7.1 sử dụng biến trở trên và được mắc như hình 7.4 c. Hãy vẽ sơ đồ mạch điện của đèn và trả lời câu hỏi ở đầu bài học.

Lời giải:

- Sơ đồ mạch điện của đèn:

- Khi vặn núm xoay là ta đang điều chỉnh giá trị của điện trở, khi điện trở thay đổi thì cường độ dòng điện trong mạch cũng thay đổi làm thay đổi độ sáng của đèn pin.

Vận dụng (trang 43) Khoa học tự nhiên 9 Cánh Diều Bài 7: Để làm giảm khả năng cản trở dòng điện của dây dẫn điện dùng trong gia đình 

a) Nên chọn dây dẫn nhôm hay dây dẫn đồng? Vì sao? 

b) Với cùng một loại dây, nên chọn dây có tiết diện nhỏ hay lớn? Vì sao?

Lời giải:

a) Nên chọn dây dẫn đồng vì đồng có điện trở suất nhỏ hơn nhôm (điện trở suất của đồng là 1,68 × 10^-8 Ωm, điện trở suất của nhôm là 2,82 × 10^-8 Ωm. Do đó, với cùng một tiết diện, dây dẫn đồng sẽ dẫn điện tốt hơn (cản trở dòng điện ít hơn) so với dây dẫn nhôm.

b) Nên chọn dây có tiết diện lớn vì dây dẫn có tiết diện lớn sẽ giảm điện trở của dây dẫn, giúp cho dòng điện di chuyển dễ dàng hơn. Do đó, dây dẫn có tiết diện lớn sẽ giảm hao phí điện năng và tăng độ an toàn khi sử dụng.

Tìm hiểu thêm: Trong thực tế, giá trị của điện trở sử dụng trong các mạch điện tử được thể hiện bằng các vạch màu. Cách đọc giá trị điện trở 4 vạch màu như sau.

• Vạch màu thứ nhất là giá trị hàng chục trong giá trị điện trở.

• Vạch màu thứ hai là giá trị hàng đơn vị trong giá trị điện trở.

• Vạch màu thứ ba là giá trị luỹ thừa của cơ số 10 trong hệ số nhân của giá trị điện trở.

• Vạch màu thứ tư là giá trị sai số của điện trở.

• Giá trị điện trở = (vạch 1) (vạch 2) x 10(luỹ thừa vạch 3) + sai số.

Với điện trở ở hình bên, vạch 1 màu xanh lá cây ứng với hàng chục là 5, vạch 2 màu xanh da trời ứng với hàng đơn vị là 6. Vạch 3 màu vàng ứng với lũy thừa 4 tức là nhân với 10° 2 hoặc có thể viết theo cột hệ số là nhân với 10 kΩ. Vạch 4 màu nhũ vàng ứng với sai số 5%. Vì vậy giá trị điện trở đó là 56.10° Ω ± 5%.

Điện trở có giá trị 15 Ω ± 5% thì các màu phân bố trên thân của điện trở từ trái sang phải như thế nào?

Lời giải:

Điện trở có giá trị 15 Ω ± 5%

• Vạch màu thứ nhất là giá trị hàng chục trong giá trị điện trở: 1 – Nâu

• Vạch màu thứ hai là giá trị hàng đơn vị trong giá trị điện trở: 5 – Xanh lá cây

• Vạch màu thứ ba là giá trị luỹ thừa của cơ số 10 trong hệ số nhân của giá trị điện trở: 0 – Đen

• Vạch màu thứ tư là giá trị sai số của điện trở: Nhũ vàng

• Giá trị điện trở = (vạch 1) (vạch 2) x 10(luỹ thừa vạch 3) + sai số

= 15.10° Ω ± 5% = 15 Ω ± 5%

= Nâu - Xanh lá cây – Đen – Nhũ vàng