Giải SGK Khoa học tự nhiên 9 Cánh diều Bài 7: Định luật Ohm. Điện trở có đáp án

a. Giá trị cường độ dòng điện trong mạch khi dùng R$_{1}$ và khi dùng R$_{2}$ khác nhau do giá trị điện trở của R$_{1}$ và R$_{2}$ khác nhau.

b. Để chứng tỏ ta cần làm thí nghiệm.

Chuẩn bị

1 biến áp nguồn, 2 đoạn dây dẫn (nhôm, đồng), 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 nhôm bằng đoạn dây dẫn đồng. Đóng công tắc, quan sát độ sáng của đèn.

Nhận xét: Độ sáng bóng đèn ở hai trường hợp dây dẫn khác nhau là khác nhau.

Kết luận: Các đoạn dây dẫn khác nhau có tác dụng cản trở dòng điện khác nhau.

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

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

+ I$_{2}$ luôn lớn hơn I$_{1}$.

- 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.

a. Tác dụng cản trở dòng điện của hai đoạn dây dẫn R$_{1}$ và R$_{2}$ như trong thí nghiệm 1.

b. Cường độ dòng điện trong đoạn dây dẫn tăng lên khi hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn dây dẫn đó tăng lên.

Biểu thức toán học: $I=\frac{U}{R}$

c)

- Dự đoán: Độ lớn của cường độ dòng điện chạy qua R$_{1}$ nhỏ hơn qua R$_{2}$.

- Kiểm tra bằng thí nghiệm:

+ Mắc mạch điện theo sơ đồ hình 7.3, sử dụng U = 2,2 V.

+ Đóng công tắc K, 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 R$_{1}$ bằng đoạn dây dẫn R$_{2}$ và lặp lại các bước như với R$_{1}$.

Ta có, khi U tăng bao nhiêu lần thì I tăng bấy nhiêu lần nên để cường độ dòng điện trong dây dẫn lớn gấp 2 lần cường độ dòng điện khi hiệu điện thế là 1,2 V thì U cũng phải tăng lên gấp 2 lần.

Vậy cần đặt vào hai đầu đoạn dây dẫn một hiệu điện thế là U’ = 2 . U = 2,4 V

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 I$_{1}$ = I$_{2}$ mà R$_{x}$ = 2R$_{y}$

Thì $\frac{{U}_{x}}{{R}_{x}}=\frac{{U}_{y}}{{R}_{y}}\Rightarrow {U}_{y}=\frac{{R}_{y}.{U}_{x}}{{R}_{x}}=\frac{{U}_{x}}{2}=0{,}6V$

- Điện trở của đoạn dây dẫn phụ thuộc vào: chiều dài sợi dây, vật liệu làm dây dẫn, tiết diện sợi dây.

- Căn cứ vào các thí nghiệm đo điện trở của những đoạn dây

+ Có chiều dài khác nhau, cùng làm từ một vật liệu và có tiết diện như nhau cho thấy chúng có điện trở khác nhau.

+ Có kích thước, hình dạng giống nhau nhưng làm bằng vật liệu khác nhau cho thấy chúng có điện trở khác nhau.

+ Có tiết diện khác nhau nhưng cùng chiều dài và vật liệu làm dây dẫn cho thấy chúng có điện trở khác nhau.

* Phương án thí nghiệm để kiểm tra sự phụ thuộc của điện trở vào chiều dài:

- Đo điện trở của các dây dẫn có chiều dài$l,2l,3l$ nhưng có tiết diện như nhau và được làm từ cùng một loại vật liệu.

- Mắc sơ đồ như hình vẽ:

- Xác định và ghi các giá trị I$_{1}$ và R$_{1}$ đối với các dây dẫn vào bảng dưới đây:

Thí nghiệm được tiến hành trong các lần đo với cùng một hiệu điện thế

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

* Phương án thí nghiệm để kiểm tra sự phụ thuộc của điện trở vào tiết diện của dây dẫn:

- Đo điện trở của các dây dẫn được làm từ cùng một vật liệu, có cùng chiều dài $l$ , và tiết diện S nhưng chập sát chúng vào nhau để có thể coi thành 1 dây dẫn có các tiết diện S, 2S, 3S.

- Mắc mạch như sơ đồ dưới đây:

- Đóng công tắc, đọc và ghi các giá trị đo được vào bảng dưới đây, từ đó tính giá trị điện trở R$_{1}$ của dây dẫn này.

- Thay dây dẫn tiết diện S trong mạch điện bằng dây dẫn có tiết diện 2S, 3S (có cùng chiều dài, được làm từ cùng vật liệu và có đường kính tiết diện là d$_{2}$, d$_{3}$). Làm tương tự như trên để xác định và ghi giá trị điện trở R$_{2}$, R$_{3}$ của dây dẫn thứ hai này vào bảng.

Thí nghiệm được tiến hành trong các lần đo với cùng một hiệu điện thế

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

Điện trở của đoạn dây nichrome dài 0,5 m và có tiết diện 1 mm$^{2}$ là

$R=ρ\frac{l}{S}={110.10}^{-8}.\frac{0{,}5}{{1.10}^{-6}}=0{,}55Ω$

a. Để làm giảm khả năng cản trở dòng điện của dây dẫn điện dùng trong gia đình nên chọn dây dẫn đồng vì đồng có điện trở suất nhỏ hơn nhôm, cùng một tiết diện, dây đồng sẽ dẫn điện tốt hơn dây nhôm nên cản trở dòng điện ít hơn.

b. Với cùng một loại dây, nên chọn dây có tiết diện lớn vì tiết diện tỉ lệ nghịch với điện trở, tiết diện lớn thì điện trở của dây dẫn nhỏ, cản trở dòng điện ít, giúp giảm hao phí điện năng và tăng độ an toàn khi sử dụng.

Chiều dài của đoạn dây đồng có đường kính tiết diện 0,5 mm, điện trở 20 $Ω$ ở nhiệt độ 20 °C là:

$l=\frac{R.S}{ρ}=\frac{R.\frac{π.{d}^{2}}{4}}{ρ}=20.\frac{\frac{π.{(0,{5.10}^{-3})}^{2}}{4}}{1,{7.10}^{-8}}=231\ m$

- 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.

Ta có: Giá trị điện trở = (vạch 1)(vạch 2) x 10 (lũy thừa vạch 3) $\pm$ sai số

=> Giá trị điện trở = $15Ω\pm 5\%$ = ${15.10}^{0}Ω\pm 5\%$ = (vạch màu nâu)(vạch màu xanh lá cây) x 10 (lũy thừa vạch màu đen) $\pm$vạch màu nhũ vàng

=> Điện trở có giá trị $15Ω\pm 5\%$ thì các màu phân bố trên thân của điện trở từ trái sang phải tương ứng là màu nâu, màu xanh lá cây, màu đen, màu nhũ vàng.