Giải SGK Khoa học tự nhiên 9 Cánh Diều Bài 8: Đoạn mạch nối tiếp

- Nguồn điện điều chỉnh có thể thay đổi điện áp cung cấp cho các đèn LED.

- Bộ điều khiển LED có thể thay đổi cường độ dòng điện chạy qua các đèn LED. 

- Khi điện áp hoặc cường độ dòng điện thay đổi, độ sáng của tất cả các đèn LED trong mạch sẽ đồng loạt thay đổi.

I. Đoạn mạch nối tiếp

1. Sơ đồ đoạn mạch nối tiếp

Câu hỏi 1 (trang 45) Khoa học tự nhiên 9 Cánh Diều Bài 8: Vẽ sơ đồ hình 8.3 khi đóng công tắc và biểu diễn chiều dòng điện trong mạch.

Trả lời:

- Sơ đồ mạch điện khi đóng công tắc và có dòng điện chạy qua từ cực dương của nguồn điện qua các thiết bị điện tới cực âm của nguồn điện.

Luyện tập 1 (trang 45) Khoa học tự nhiên 9 Cánh Diều Bài 8: Với mạch điện hình 8.2, nếu một đèn trong mạch bị đứt dây tóc và không sáng, đèn còn lại có sáng không? Vì sao?

Lời giải:

- Trong mạch nối tiếp, nếu một đèn trong mạch bị đứt dây tóc và không sáng, phần dây ở đó sẽ bị hở, nên bóng còn lại không sáng được.

Luyện tập 2 (trang 46) Khoa học tự nhiên 9 Cánh Diều Bài 8: Vẽ sơ đồ mạch điện nguồn một nguồn điện, công tắc, một bóng đèn và một điện trở mắc nối tiếp

Lời giải:

2. Cường độ dòng điện trong đoạn mạch nối tiếp

Hoạt động thực hành: Chuẩn bị

Nguồn điện 1 pin, nguồn điện 2 pin, hai điện trở R₁ và R₂ khác nhau, ba ampe kế, các dây nối, công tắc và bảng lắp mạch điện.

Tiến hành thí nghiệm và thảo luận

- Mắc mạch điện theo sơ đồ mạch điện ở hình 8.4 (dùng nguồn điện 1 pin).

- Đóng công tắc, đọc số chỉ các ampe kế và ghi kết quả theo bảng 8.1.

- Thực hiện lại thí nghiệm với nguồn điện 2 pin và ghi kết quả theo bảng 8.1.

- Từ số liệu thí nghiệm, rút ra nhận xét về mối liên hệ của các giá trị cường độ dòng điện tại các điểm trong đoạn mạch nối tiếp.

Trả lời:

- Cường độ dòng điện tại các điểm trong đoạn mạch nối tiếp có giá trị bằng nhau.

Câu hỏi 2 (trang 46) Khoa học tự nhiên 9 Cánh Diều Bài 8: Dòng điện trong kim loại là dòng các electron chuyển dời ngược chiều dòng điện. Trong đoạn mạch MN hình 8.4, các electron dịch chuyển qua các điện trở và các ampe kế theo chiều từ N tới M. Căn cứ vào đó, hãy dự đoán mối liên hệ của cường độ dòng điện tại các điểm khác nhau trong đoạn mạch nối tiếp.

Trả lời:

- Cường độ dòng điện tại mọi điểm trong đoạn mạch nối tiếp đều có giá trị như nhau.

Luyện tập 3 (trang 46) Khoa học tự nhiên 9 Cánh Diều Bài 8: Cho mạch điện gồm hai điện trở R₁ và R₂ mắc nối tiếp. Biết R₁ = 3 Ω, R₂ = 6 Ω, hiệu điện thế giữa hai đầu R₁ là U₁ = 3 V. Xác định cường độ dòng điện chạy qua R₂.

Lời giải:

- Theo định luật Ohm, ta có: $I_1=\frac{U_1}{R_1}=\frac{3}{3}=1A$ mà I=I_{1}=I_{2} (mắc nối tiếp) ⇒ I₁ = 1 A.

II. Điện trở tương đương của đoạn mạch nối tiếp

1. Điện trở tương đương

Câu hỏi 3 (trang 47) Khoa học tự nhiên 9 Cánh Diều Bài 8: Dựa vào kiến thức đã biết về dòng điện và điện trở, lập luận để so sánh độ lớn điện trở tương đương của đoạn mạch nối tiếp với độ lớn của mỗi điện trở thành phần.

Trả lời:

- Khi đi qua nhiều điện trở hơn thì dòng chuyển dời này sẽ bị cản trở nhiều hơn khiến cho điện trở tương đương R của đoạn mạch gồm các điện trở mắc nối tiếp sẽ lớn hơn mỗi điện trở thành phần.

2. Công thức tính điện trở tương đương của đoạn mạch nối tiếp

Câu hỏi 4 (trang 47) Khoa học tự nhiên 9 Cánh Diều Bài 8: Cho ba điện trở R₁ = 3 Ω, R₂ = 4 Ω và R₃ = 6 Ω. Tính điện trở tương đương của đoạn mạch gồm ba điện trở này mắc nối tiếp.

Trả lời:

R_tđ = R₁ + R₂ + R₃ = 3 + 4 + 6 = 3 + 4 + 6 = 13 (Ω)

Luyện tập 4 (trang 47) Khoa học tự nhiên 9 Cánh Diều Bài 8: Một mạch điện gồm 2 điện trở R₁=30Ω và R₂=60Ω được mắc nối tiếp vào nguồn điện. Hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch là 12 V.

a. Tính cường độ dòng điện chạy qua mỗi điện trở.

b. Tính hiệu điện thế giữa hai đầu mỗi điện trở.

Lời giải:

a. Điện trở tương đương của đoạn mạch là: R = R₁ + R₂ = 30 + 60 = 90Ω

Vì mạch mắc nối tiếp nên cường độ dòng điện tại mọi vị trí bằng nhau.

I₁ = I₂ = I = $\frac{U}{R}=\frac{12}{90}=\frac{2}{15}(A)$

b. Hiệu điện thế giữa hai đầu điện trở R₁ là: U₁ = I₁.R₁ = $\frac{2}{15}$ . 30 = 4 (V)

Hiệu điện thế giữa hai đầu điện trở R₂ là: U₂ = I₂.R₂ = $\frac{2}{15}$ . 60 = 8 (V)

Luyện tập 5 (trang 47) Khoa học tự nhiên 9 Cánh Diều Bài 8: Biết rằng dây đèn trang trí trong hình 8.1 là một mạch điện gồm các đèn mắc nối tiếp. Hãy trả lời câu hỏi được đặt ra ở hoạt động mở đầu.

Lời giải:

Đèn LED trong đoạn mạch điện trang trí có thể đồng loạt thay đổi độ sáng thông qua việc kết nối chúng trong một đoạn mạch nối tiếp.

Đặc điểm chính của đoạn mạch nối tiếp là dòng điện chạy qua mỗi thành phần theo cùng một đường dây. Khi áp dụng điện áp lên đoạn mạch này, dòng điện chảy qua tất cả các đèn LED liên tiếp. Điều này cho phép các đèn LED phản ứng đồng thời với sự thay đổi của điện áp hoặc dòng điện.

Nếu có một thành phần trong đoạn mạch nối tiếp bị thay đổi, như việc điều chỉnh điện trở hoặc áp dụng một biến áp điều chỉnh, dòng điện chảy qua tất cả các đèn LED sẽ bị ảnh hưởng. Điều này dẫn đến việc các đèn LED có thể đồng loạt thay đổi độ sáng, vì chúng chia sẻ dòng điện chung trong mạch.

Vận dụng (trang 47) Khoa học tự nhiên 9 Cánh Diều Bài 8: Nêu tác dụng của cầu chì và từ đó cho biết cầu chì được mắc như thế nào với các thiết bị điện cần được bảo vệ.

Lời giải:

- Tác dụng của cầu chì:

+ Cầu chì là một thiết bị điện có chức năng bảo vệ các thiết bị điện khỏi nguy cơ cháy nổ do quá tải hoặc chập điện. 

+ Cầu chì hoạt động dựa trên nguyên tắc nóng chảy của dây chì.

+ Khi dòng điện chạy qua cầu chì vượt quá mức cho phép, dây chì sẽ nóng chảy và ngắt mạch điện, ngăn chặn dòng điện tiếp tục chảy và gây nguy hiểm cho các thiết bị điện.

- Cách mắc cầu chì với các thiết bị điện: Cầu chì được mắc nối tiếp với các thiết bị điện cần được bảo vệ. Có hai cách mắc cầu chì phổ biến: 

+ Cách 1: Mắc cầu chì vào dây nóng của nguồn điện. 

+ Cách 2: Mắc cầu chì vào dây pha của nguồn điện.

Tìm hiểu thêm 1: Sử dụng định luật Ohm và đặc điểm của cường độ dòng điện trong đoạn mạch nối tiếp, hãy chứng minh mối liên hệ giữa hiệu điện thế giữa các điểm MP, PN và MN trong mạch điện ở hình 8.4 là U_MN = U_MP + U_PN.

Trả lời:

Ta có: Mạch mắc nối tiếp nên I = I₁ = I₂; R = R₁ + R₂ 

Theo định luật Ohm ta có: $I=\frac{U}{R}$

⇒ $\frac{U}{I}=\frac{U_1}{I_1}+\frac{U_2}{I_2}$ U=U₁+U₂⇔U_MN=U_MP+U_PN (đpcm)

Tìm hiểu thêm 2: Xây dựng công thức xác định điện trở tương đương của đoạn mạch gồm n điện trở có giá trị R giống nhau mắc nối tiếp.

Trả lời:

Công thức xác định điện trở tương đương của đoạn mạch gồm n điện trở có giá trị R giống nhau mắc nối tiếp: R_tđ = R₁ + R₂ + R₃ +...+ Rn.