SGK Khoa học tự nhiên Lớp 9 Cánh diều

Bài học cùng chương

Bài học chương khác

[SGK Khoa học tự nhiên Lớp 9 Cánh diều] Chủ đề 3. Điện

Hướng dẫn học bài: Chủ đề 3. Điện - Môn Khoa học tự nhiên Lớp 9 Lớp 9. Đây là sách giáo khoa nằm trong bộ sách 'SGK Khoa học tự nhiên Lớp 9 Cánh diều Lớp 9' được biên soạn theo chương trình đổi mới của Bộ giáo dục. Hi vọng, với cách hướng dẫn cụ thể và giải chi tiết các bé sẽ nắm bài học tốt hơn.

Câu hỏi tr 40 CHMĐ

Trả lời câu hỏi mở đầu trang 40 SGK KHTN 9 Cánh diều

Vì sao có thể điều chỉnh được độ sáng của chiếc đèn pin trong hình 7.1 bằng cách vặn núm xoay?

Hình 7.1. Đèn pin

Phương pháp giải:

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 có dòng điện chạy qua, nhờ đó thay đổi được điện trở của biến trở.

Lời giải chi tiết:

Khi vặn núm xoay, tức là đang điều chỉnh giá trị của điện trở R, khi R thay đổi thì I cũng thay đổi (tỉ lệ nghịch – Định luật Ohm), vì thế có thể điều chỉnh được độ sáng của chiếc đèn pin trong hình 7.1 bằng cách vặn núm xoay.

Câu hỏi tr 40 CH

Trả lời câu hỏi trang 40 SGK KHTN 9 Cánh diều

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.

Phương pháp giải:

Học sinh tiến hành làm thí nghiệm với các điện trở có giá trị khác nhau điện trở R1 = 3 Ω và điện trở R2 = 6 Ω và có thể mắc thêm 1 Ampe kế, từ đó đọc giá trị của cường độ dòng điện trong mạch thông qua ampe kế. Từ đó, học sinh so sánh được I của mạch khi dùng R1 và khi dùng R2.

Học sinh sử dụng 2 dây dẫn có chất liệu khác nhau (đồng, nhôm) để so sánh cường độ dòng điện của mạch, từ đó rút ra được tác dụng cản trở của dây dẫn khác nhau là khác nhau.

Lời giải chi tiết:

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.

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.

Câu hỏi tr 40 TN

Trả lời câu hỏi thí nghiệm trang 40 SGK KHTN 9 Cánh diều

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

Phương pháp giải:

Nếu không sử dụng Ampe kế, học sinh có thể quan sát bằng mắt thường (chú ý, cần tạo môi trường tối để quan sát dễ dàng độ dáng của đèn hơn).

Lời giải chi tiết:

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

Đóng khóa K, quan sát độ sáng của đèn khi dùng R1 = 3 Ω lớn hơn khi dùng R2 = 6 Ω.

Câu hỏi tr 41 CH

Trả lời câu hỏi trang 41 SGK KHTN 9 Cánh diều

a) Tác dụng cản trở dòng điện của hai đoạn dây dẫn R1 và R2, có khác nhau như trong thí nghiệm 1 hay không?

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

c) Dự đoán độ lớn của cường độ dòng điện qua R1 và qua R2, khi hiệu điện thế là 2,2 V. Tiến hành thí nghiệm để kiểm tra kết quả đó.

Phương pháp giải:

Học sinh tiến hành thí nghiệm, quan sát và xử lí số liệu, từ đó trả lời các câu hỏi được nêu.

Lời giải chi tiết:

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

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

=> Tác dụng cản trở dòng điện của hai đoạn dây dẫn R1 và R2, có khác nhau như trong thí nghiệm 1.

Như vậy, khi hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn dây dẫn như nhau thì cường độ dòng điện qua đoạn dây dẫn R2, luôn lớn gấp 2 lần cường độ dòng điện qua đoạn dây dẫn R1. Điều đó chứng tỏ tác dụng cản trở dòng điện của R1 lớn gấp 2 lần tác dụng cản trở dòng điện của R2.

Mặt khác, tỉ số U/I gấp hai lần tỉ số của mỗi đoạn dây dẫn luôn có một của R. Do đó, có thể lấy tỉ lấy tỉ số U/I giá trị xác định.

\(\frac{U}{I} = \,const\, = \,R\)

Dự đoán độ lớn của dòng điện đi qua R1: \({I_1} = \,\frac{U}{{{R_1}}}\, = \,\frac{{2,2}}{6}\, \approx 0,367\,A\)

Dự đoán độ lớn của dòng điện đi qua R2: \({I_2} = \,\frac{U}{{{R_2}}}\, = \,\frac{{2,2}}{3}\, \approx 0,733\,A\)

Sau đó, tiến hành điều chỉnh U = 2,2 V trên mạch điện và đọc giá trị của cường độ dòng diện trong mạch thông qua ampe kế với giá trị lần lượt tương ứng của R1 và R2

Câu hỏi tr 41 TN

Trả lời câu hỏi thí nghiệm trang 41 SGK KHTN 9 Cánh diều

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

Lần

U (V)

I1 (A)

I2 (A)

0,2

0,1

0,2

0,4

0,2

0,4

0,8

0,4

0,8

1,6

0,8

1,6

3,2

1,6

3,2

• 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 U/I của mỗi đoạn dây dẫn và rút ra nhận xét.

Phương pháp giải:

Sử dụng kết quả của bảng số liệu và vận dụng kĩ năng tính toán để xử lí số liệu, từ đó trả lời các câu hỏi được nêu.

Lời giải chi tiết:

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

I1 (A) < I2 (A)

Tính tỉ số U/I của mỗi đoạn dây dẫn và rút ra nhận xét.

Lần

U (V)

I1 (A)

I2 (A)

U/I1

U/I2

0,2

0,1

0,2

0,4

0,2

0,4

0,8

0,4

0,8

1,6

0,8

1,6

3,2

1,6

3,2

Tỉ số U/I giá trị xác định.

Câu hỏi tr 41 LT

Trả lời câu hỏi luyện tập trang 41 SGK KHTN 9 Cánh diều

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?

Phương pháp giải:

Sử dụng tỉ số U/I = const của mỗi đoạn dây dẫn và vận dụng để giải bài tập được nêu.

Lời giải chi tiết:

Ta có: \(\frac{U}{I} = \,const = > \,\frac{{{U_1}}}{{{U_2}}}\, = \,\frac{{{I_1}}}{{{I_2}}}\,\)

Thay số, ta được: \(\frac{U}{{1,2}}\, = \,2 = > \,U\, = \,\,2.2,4\, = \,\,4,8\,\Omega \,.\)

Câu hỏi tr 42 CH 1

Trả lời câu hỏi 1 trang 42 SGK KHTN 9 Cánh diều

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 Ux = 1,2 V thì cần đặt vào hai đầu đoạn dây dẫn y một hiệu điện thế Uy bằng bao nhiêu? Biết rằng, cường độ dòng điện trong hai đoạn dây dẫn là như nhau.

Phương pháp giải:

Sử dụng định luật Ohm và vận dụng kĩ năng tính toán để giải bài tập được nêu.

Lời giải chi tiết:

Ta có: Ux = 1,2 V; Rx = 2Ry; Ix = Iy

Nên \({I_x}\, = \,{I_y}\, < = > \,\frac{{{U_x}}}{{{R_x}}}\, = \,\frac{{{U_y}}}{{{R_y}}}\,\, = > \,\,{U_y}\, = \,\,{R_y}\frac{{{U_x}}}{{{R_x}}}\,\, = \,\frac{{{U_x}}}{2}\,\)

Thay số vào ta được: \({U_y}\, = \,\,\frac{{1,2}}{2}\, = \,0,6\,\,V.\,\)

Câu hỏi tr 42 CH 2

Trả lời câu hỏi 2 trang 42 SGK KHTN 9 Cánh diều

Điện trở của đoạn dây dẫn phụ thuộc vào các yếu tố nào? Căn cứ nào giúp em đưa ra dự đoán đó?

Phương pháp giải:

Dựa vào nhiều thí nghiệm đo điện trở của những đoạn dây dẫn có kích thước, hình dạng, vật liệu khác nhau thì thấy điện trở khác nhau.

Lời giải chi tiết:

Từ nhiều thí nghiệm đo điện trở của những đoạn dây dẫn có kích thước, hình dạng giống hệt nhau nhưng làm bằng vật liệu khác nhau cho thấy chúng có điện trở khác nhau. Như vậy, điện trở của dây dẫn phụ thuộc vào vật liệu làm dây dẫn.

Từ nhiều thí nghiệm đo điện trở của những đoạn dây dẫn có chất liệu, hình dạng giống hệt nhau nhưng kích thước khác nhau cho thấy chúng có điện trở khác nhau. Như vậy, điện trở của dây dẫn phụ thuộc vào kích thước của dây dẫn.

Từ nhiều thí nghiệm đo điện trở của những đoạn dây dẫn có chất liệu, kích thước giống hệt nhau nhưng hình dạng khác nhau cho thấy chúng có điện trở khác nhau. Như vậy, điện trở của dây dẫn phụ thuộc vào hình dạng của dây dẫn.

Câu hỏi tr 43 CH 1

Trả lời câu hỏi 1 trang 43 SGK KHTN 9 Cánh diều

Trong thực tế, nên dùng dây dẫn điện đồng hay nhôm? Vì sao?

Phương pháp giải:

Sử dụng công thức tính điện trở \(R = \,\rho \frac{l}{S}\) để rút ra được điện trở tỉ lệ thuận với bản chất dây dẫn (điện trở suất), chiều dài dây dẫn (l) và tỉ lệ nghịch với tiết diện dây dẫn (S). Từ đó học sinh vận dụng để giải thích câu hỏi được nêu.

Lời giải chi tiết:

Điện trở tỉ lệ thuận với bản chất dây dẫn (điện trở suất), vì vậy để làm giảm khả năng cản trở dòng điện của dây dẫn thì cần giảm điện trở suất. Điện trở suất của đồng < điện trở suất của nhôm, nên trong thực tế ta nên dùng dây dẫn bằng đồng.

Câu hỏi tr 43 CH 2

Trả lời câu hỏi 2 trang 43 SGK KHTN 9 Cánh diều

1. 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.

2. Dựa vào bảng 7.3, tính điện trở của đoạn dây nicrom dài 0,5 m và có tiết diện 1 mm².

Phương pháp giải:

Dựa vào kiến thức thực tế của bản thân và định luật Ohm

Lời giải chi tiết:

1. Phương án thí nghiệm trong SGK

2. \(R = \,\rho \frac{l}{S}\)

Câu hỏi tr 43 LT

Trả lời câu hỏi luyện tập trang 43 SGK KHTN 9 Cánh diều

1. Tính chiều dài của đoạn dây đồng có đường kính tiết diện 0,5 mm, điện trở 20 Ω ở nhiệt độ 20 °C.

2. 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 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 7.4c. Hãy vẽ sơ đồ mạch điện của đèn và trả lời câu hỏi ở đầu bài học.

Hình 7.4. Ảnh chụp biến trở (a), sơ đồ cấu tạo biến trở (b), kí hiệu biến trở (c)

Phương pháp giải:

Sử dụng công thức tính điện trở \(R = \,\rho \frac{l}{S}\) để tính giá trị điện trở bài 2. Sau đó, dựa vào hình 7.1 và hình 7.4 để vẽ lại sơ đồ mạch điện của đèn, từ đó trả lời câu hỏi vì sao có thể điều chỉnh được độ sáng của chiếc đèn pin trong hình 7.1 bằng cách vặn núm xoay? (dựa vào biến trở)

Lời giải chi tiết:

Ta có: \(\rho = \,1,{7.10^{ - 8}}\,\Omega m\) ; R = 20 Ω;

\(S = \,\pi {r^2} = \,\pi {(\frac{d}{4})^2}\, = \,\pi {(\frac{{0,{{5.10}^{ - 3}}}}{4})^2}\, \approx \,{5.10^{ - 8}}\,{m^2}\)

Chiều dài của đoạn dây đồng: \(R = \,\rho \frac{l}{S}\,\, = > \,l\, = \,\frac{{RS}}{\rho }\)

Thay số: \(\,l\, = \,\frac{{RS}}{\rho }\, = \,\frac{{{{20.5.10}^{ - 8}}}}{{1,{{7.10}^{ - 8}}}}\, \approx \,\,58,8\,m\)

Sơ đồ mạch điện của đèn.

Câu hỏi tr 43 VD

Trả lời câu hỏi vận dụng trang 43 SGK KHTN 9 Cánh diều

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?

Phương pháp giải:

Lời giải chi tiết:

a) Điện trở tỉ lệ thuận với bản chất dây dẫn (điện trở suất), vì vậy để làm giảm khả năng cản trở dòng điện của dây dẫn thì cần giảm điện trở suất. Điện trở suất của đồng < điện trở suất của nhôm, nên chọn dây dẫn bằng đồng.

b) Điện trở tỉ lệ nghịch với tiết diện dây dẫn (S), vì vậy để làm giảm khả năng cản trở dòng điện của dây dẫn thì cần tăng tiết diện dây dẫn. Với cùng một loại dây, ta nên chọn dây có tiết diện lớn hơn.

Câu hỏi tr 44 THT

Trả lời câu hỏi tìm hiểu thêm trang 43 SGK KHTN 9 Cánh diều

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?

Phương pháp giải:

Dựa vào lí thuyết cách đọc giá trị điện trở 4 vạch màu đã cung cấp phía trên, từ đó vận dụng để đưa ra câu trả lời.

Lời giải chi tiết:

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

Lí thuyết

>> Xem chi tiết: Lý thuyết Định luật Ohm. Điện trở - Khoa học tự nhiên 9 Cánh diều

Bài 1

Trả lời câu hỏi bài 1 trang 56 SGK KHTN 9 Cánh diều

Hai điện trở \({R_1}\, = \,10\,\,\Omega ,\,{R_2}\, = \,15\,\,\Omega \) mắc nối tiếp với nhau và mắc vào hai cực của nguồn điện. Hiệu điện thế giữa hai đầu điện trở R1 là 3 V. Tính hiệu điện thế giữa hai cực nguồn điện.

Phương pháp giải:

Sử dụng biểu thức của định luật Ohm, tổng trở, cường độ dòng điện trong mạch nối tiếp, từ đó vận dụng giải bài tập được nêu.

Lời giải chi tiết:

- Cường độ dòng điện đi qua điện trở R1: \({I_1}\, = \,\frac{{{U_1}}}{{{R_1}}}\, = \,\frac{3}{{10}}\, = \,0,3\,A.\)

Mạch mắc nối tiếp => \(I\, = \,{I_1}\, = \,\,0,3\,A\)

- Điện trở tương đương của đoạn mạch: \(R\, = {R_1}\, + \,{R_2}\, = \,10\, + \,15\, = \,25\,\Omega \)

- Hiệu điện thế giữa hai cực nguồn điện: U = I.R = 25.0,3 = 7,5 V.

Bài 2

Trả lời câu hỏi bài 2 trang 56 SGK KHTN 9 Cánh diều

Cho một đèn có ghi 5 V – 1,5 W và nguồn điện cung cấp hiệu điện thế không đổi 6 V. Cần mắc nối tiếp bóng đèn với một điện trở R vào hai cực của nguồn điện để đèn sáng bình thường. Tính điện trở của đèn, điện trở R và cường độ dòng điện trong mạch.

Phương pháp giải:

Sử dụng biểu thức của định luật Ohm, biểu thức tính công suất và tổng trở, cường độ dòng điện trong mạch nối tiếp, từ đó vận dụng giải bài tập được nêu.

Lời giải chi tiết:

- Để đèn sáng bình thường thì cường độ dòng điện đi qua bóng đèn là:

\({\wp _1}\;\, = \,{U_1}{I_1} = > \,{I_1} = \,\,\frac{{{\wp _1}}}{{{U_1}}}\,\, = \,\frac{{1,5}}{5}\, = \,0,3\,A\)

Mạch mắc nối tiếp => \(I\, = \,{I_1}\, = \,{I_2}\, = \,0,3\,A\,\)

=> Cường độ dòng điện trong mạch là 0,3 A.

- Điện trở của đèn là: \({R_1}\, = \,\frac{{{U_1}}}{{{I_1}}}\, = \,\frac{5}{{0,3}}\, \approx \,16,67\,\Omega .\)

- Hiệu điện thế của điện trở R là: \(U\, = {U_1}\, + \,\,{U_2}\, = > \,{U_2}\, = U\, - \,\,{U_1}\, = \,6\, - 5\, = 1\,V\)

=> Điện trở R là: \({R_2}\, = \,\frac{{{U_2}}}{{{I_2}}}\, = \,\frac{1}{{0,3}}\, \approx \,3,33\,\Omega .\)

Bài 3

Trả lời câu hỏi bài 3 trang 56 SGK KHTN 9 Cánh diều

Có hai đoạn dây dẫn có tiết diện và điện trở như nhau, một đoạn dây dẫn đồng, một đoạn dây dẫn nichrome. Đoạn dây dẫn nichrome có chiều dài 30 cm.

a) Tính chiều dài đoạn dây dẫn đồng.

b) Người ta mắc nối tiếp hai dây dẫn này vào một nguồn điện 24 V. Tính công suất điện mà mỗi đoạn dây dẫn tiêu thụ.

Phương pháp giải:

Sử dụng biểu thức của định luật Ohm, biểu thức tính công suất, biểu thức tính điện trở và tổng trở, cường độ dòng điện trong mạch nối tiếp, từ đó vận dụng giải bài tập được nêu.

Lời giải chi tiết:

a) Tính chiều dài đoạn dây dẫn đồng

Điện trở dây dẫn bằng đồng: \({R_1}\, = \,{\rho _1}\frac{{{l_1}}}{{{S_1}}}\,\)(với\({\rho _1} = \,1,{7.10^{ - 8}}\,\Omega m\))

Điện trở dây dẫn bằng nichrome: \({R_2}\, = \,{\rho _2}\frac{{{l_2}}}{{{S_2}}}\,\)(với\({\rho _2} = \,1,{10.10^{ - 6}}\,\Omega m\))

Hai đoạn dây dẫn có tiết diện và điện trở như nhau => \({\rho _1}.\,{l_1} = {\rho _2}.{l_2}\) \( = > \,{l_2}\, = \,\frac{{{\rho _1}.\,{l_1}}}{{{\rho _2}}}\)

Thay số vào ta được: \(\,{l_2}\, = \frac{{1,{{7.10}^{ - 8}}.\,30}}{{1,{{10.10}^{ - 6}}}}\, \approx \,0,46\,cm.\)

b) Công suất điện mà mỗi đoạn dây dẫn tiêu thụ

- Điện trở tương đương của đoạn mạch mắc nối tiếp: \(R\, = {R_1}\, + \,{R_2}\, = \,2{R_1}\)

- Cường độ dòng điện của đoạn mạch: \(I\, = \,\frac{U}{R}\, = \,\frac{{24}}{{2{R_1}}}\, = \,\frac{{12}}{{{R_1}}}\)

Mạch mắc nối tiếp => \(I\, = \,{I_1}\, = \,{I_2}\, = \,\frac{{12}}{{{R_1}}}\,\)

- Công suất điện mà mỗi đoạn dây dẫn tiêu thụ:

\({\wp _1}\;\, = {\wp _2} = \,{U_1}{I_1}\,m\`a \,\,{U_1} = {I_1}{R_1} = > \,{\wp _1}\;\, = {\wp _2}\, = \,{I_1}^2{R_1}\) Thay số ta được: \(\,{\wp _1}\;\, = {\wp _2}\, = \,{\left( {\frac{{12}}{{{R_1}}}} \right)^2}.{R_1} = \frac{{144}}{{{R_1}}}\,W.\)

Bài 4

Trả lời câu hỏi bài 4 trang 56 SGK KHTN 9 Cánh diều

Mỗi bóng đèn của đèn đội đầu (hình 9.1) có giá trị định mức là 5V - 3,5 W.

a) Tìm cường độ dòng điện trong mạch chính và trong mỗi mạch nhánh khi đèn sáng bình thường.

b) Tìm điện trở của mỗi đèn.

Phương pháp giải:

Sử dụng biểu thức của định luật Ohm, biểu thức tính công suất và tổng trở, cường độ dòng điện trong mạch song song, từ đó vận dụng giải bài tập được nêu.

Lời giải chi tiết:

a) \({\wp _1}\;\, = \,{U_1}{I_1} = > \,{I_1} = \,\,\frac{{{\wp _1}}}{{{U_1}}}\,\, = \,\frac{{3,5}}{5}\, = \,0,7\,A\)

Hai bóng đèn có giá trị định mức là như nhau => \({I_1}\, = \,{I_2}\, = \,\,0,7\,A\)

Cường độ dòng điện trong mạch chính là: \(I\, = {I_1}\, + {I_2}\, = \,\,0,7\, + \,0,7\, = \,1,4A\)

b) Hai bóng đèn có giá trị định mức là như nhau => \({R_1}\, = \,{R_2}\,\)

Tổng trở cả mạch: \(R\, = \,\frac{U}{I}\, = \,\frac{5}{{1,4}}\, \approx \,3,57\,\Omega .\)

Điện trở của mỗi bóng đèn: \(\frac{1}{{{R_1}}}\, + \,\frac{1}{{{R_2}}}\, = \,\frac{1}{R}\, = > \,\,\frac{1}{{{R_1}}}\, + \,\frac{1}{{{R_1}}}\, = \,\frac{1}{{3,57}} = \, > \,{R_1}\, = \,{R_2}\, \approx \,7,14\,\Omega .\)

Bài 5

Trả lời câu hỏi bài 5 trang 56 SGK KHTN 9 Cánh diều

Người ta mắc hai đèn song song với nhau và mắc vào nguồn điện. Biết đèn 1 có điện trở 3 Ω, đèn 2 có điện trở 6 Ω.

a) Tính điện trở tương đương của đoạn mạch gồm hai đèn.

b) Nếu nguồn điện cung cấp cho đoạn mạch một hiệu điện thế là 6 V thì cường độ dòng điện trong mạch chính bằng bao nhiêu?

c) Tính năng lượng điện mà đoạn mạch tiêu thụ trong 30 phút.

Phương pháp giải:

Sử dụng biểu thức của định luật Ohm, biểu thức tính năng lượng điện và tổng trở, cường độ dòng điện trong mạch song song, từ đó vận dụng giải bài tập được nêu.

Lời giải chi tiết:

a) \(\frac{1}{{{R_1}}}\, + \,\frac{1}{{{R_2}}}\, = \,\frac{1}{R}\, = > \,R = \frac{{{R_1}{R_2}}}{{{R_1}\, + {R_2}}}\, = \,\frac{{3.6}}{{3\, + 6}}\, = \,2\,\Omega .\)

b) \(I\, = \,\frac{U}{R}\, = \,\frac{6}{2}\, = \,3\,A.\)

c) Đổi 30 phút = 1800 s

W = UIt = 6.3.1800 = 32400 J.

Câu hỏi tr 52 CHMĐ

Trả lời câu hỏi mở đầu trang 52 SGK KHTN 9 Cánh diều

Trên các thiết bị điện thường ghi các thông số kĩ thuật. Ví dụ, quạt điện có các thông số như hình 10.1. Khi các thiết bị điện hoạt động, năng lượng của dòng điện chuyển hoá thành các dạng năng lượng nào và sự chuyển hoá đó có liên quan như thế nào với số oát của các thiết bị điện?

Hình 10.1. Quạt điện

Phương pháp giải:

Sử dụng kiến thức về điện áp, công suất, chuyển hóa năng lượng và vận dụng kiến thức đã biết để trả lời câu hỏi đã nêu ở trên.

Lời giải chi tiết:

- Điện áp 5V cho biết lượng năng lượng điện được cung cấp cho quạt.

- Công suất 4W là lượng công việc mà quạt có khả năng thực hiện, hay nói cách khác, là năng lượng mà quạt chuyển đổi từ dạng điện thành các dạng năng lượng khác (ví dụ, năng lượng cơ khí để quay cánh quạt và tạo gió).

- Quá trình chuyển đổi năng lượng:

+ Năng lượng điện từ nguồn 5V sẽ được chuyển đổi thành cơ năng khi quạt quay.

+ Có thể có một phần năng lượng còn lại chuyển đổi thành nhiệt nếu có sự tổn thất năng lượng do ma sát và các yếu tố khác.

Câu hỏi tr 52 CH

Trả lời câu hỏi trang 52 SGK KHTN 9 Cánh diều

Nêu thêm một số ví dụ chứng tỏ dòng điện có năng lượng. Với mỗi ví dụ, cho biết năng lượng của dòng điện đã biến đổi thành dạng năng lượng nào?

Phương pháp giải:

Dựa vào nội dung kiến thức dòng điện mang năng lượng trang 52 SGK, và vận dụng các kiến thức đã có ngoài cuộc sống để trả lời câu hỏi được nêu ở trên.

Lời giải chi tiết:

Dòng điện chạy qua quạt điện làm động cơ của quạt quay, kéo theo cánh quạt quay và làm cho không khí chuyển động. Như vậy, dòng điện mang năng lượng. Trong trường hợp này, hầu hết năng lượng của dòng điện chuyển hoá thành động năng của động cơ và cánh quạt. Phần lớn động năng này lại được chuyển hoá thành động năng của dòng không khí.

Dòng điện chạy qua đèn LED trong đèn pin làm đèn phát sáng. Khi đó, hầu hết năng lượng của dòng điện chuyển hoá thành năng lượng ánh sáng.

Câu hỏi tr 53 THT 1

Trả lời câu hỏi tìm hiểu thêm 1 trang 53 SGK KHTN 9 Cánh diều

1. Để đo năng lượng điện tiêu thụ của gia đình, ta dùng đồng hồ đo năng lượng điện hay còn gọi là công tơ điện. Hãy ước tính năng lượng điện tiêu thụ của gia đình em trong một ngày. Làm thế nào để kiếm tra kết quả ước tính đó có phù hợp với thực tế hay không?

2. Từ định luật Joule Lenz và định luật Ohm, hãy chứng minh rằng năng lượng của dòng điện trong một đoạn mạch được tính bằng công thức W = Ult.

Phương pháp giải:

Sử dụng công thức tính năng lượng tiêu thụ W = Ult để tính năng lượng quạt đã tiêu thụ được bao nhiêu. Đồng thời vận dụng kiến thức của đã học để trả lời các câu hỏi được nêu.

Lời giải chi tiết:

Để ước tính năng lượng điện tiêu thụ của gia đình trong một ngày, ta có thể thực hiện như sau:

1. Ghi lại số liệu từ công tơ điện:

- Ghi lại số liệu từ công tơ điện vào lúc ban đầu và sau một khoảng thời gian nhất định, chẳng hạn sau một ngày.

2. Tính toán năng lượng tiêu thụ:

- Sử dụng công thức: Năng lượng (kWh) = Công suất (kW) x Thời gian (giờ).

- Xác định công suất dựa trên các thiết bị điện sử dụng trong gia đình và thời gian sử dụng của chúng.

3. Kiểm tra kết quả ước tính:

- So sánh kết quả ước tính năng lượng điện tiêu thụ với số liệu thực tế từ công tơ điện sau một ngày.

- Nếu kết quả gần nhau, thì phương pháp ước tính có thể được tin tưởng.

4. Kiểm tra thiết bị và ứng dụng:

- Kiểm tra và xác định xem tất cả các thiết bị đã được tính toán trong công suất hay chưa.

- Kiểm tra ứng dụng và các thiết bị đo đạc nếu có để đảm bảo chúng đang hoạt động chính xác.

5. Điều chỉnh nếu cần thiết:

- Nếu có sự chênh lệch lớn, xem xét lại các công suất và thời gian sử dụng để điều chỉnh ước tính.

Bằng cách này, gia đình có thể ước tính năng lượng điện tiêu thụ và kiểm tra kết quả đó so với số liệu thực tế từ công tơ điện để đảm bảo tính chính xác và phù hợp.

Ở lớp 8 em đã biết, cường độ dòng điện qua đèn càng lớn thì đèn càng sáng. Khi đó, năng lượng điện chuyển hoá thành năng lượng ánh sáng càng nhiều. Như vậy, cường độ dòng điện càng lớn thì năng lượng của dòng điện càng lớn.

Năng lượng của dòng điện trong một đoạn mạch được tính bằng số đo lượng năng lượng điện đã được chuyển hoá thành dạng năng lượng khác qua đoạn mạch đó.

W = Ult

Câu hỏi tr 53 THT 2

Trả lời câu hỏi tìm hiểu thêm 2 trang 53 SGK KHTN 9 Cánh diều

Để tìm hiểu mối liên hệ giữa năng lượng của dòng điện với cường độ dòng điện, điện trở và thời gian, Joule thực hiện hai thí nghiệm được mô tả dưới đây.

Thí nghiệm khảo sát sự phụ thuộc của năng lượng điện vào điện trở được mô tả ở sơ đó hình 10.3. Dụng cụ thí nghiệm gồm: hai nhiệt lượng kế đựng hai lượng nước giống nhau, hai dây điện trở khác nhau nhúng trong nước được mắc nối tiếp với nguồn điện. Khi cho dòng điện chạy qua, hai điện trở sẽ nóng lên và toả nhiệt. Kết quả đo trong cùng khoảng thời gian cho thấy năng lượng nhiệt đo được tỉ lệ với điện trở. Từ đó, ông rút ra kết luận: Năng lượng điện tỉ lệ thuận với điện trở của vật dẫn điện.

Hình 10.3. Sơ đồ mô tả thí nghiệm khảo sát sự phụ thuộc của năng lượng điện vào điện trở

Em hãy tìm hiểu vì sao lại mắc hai điện trở nối tiếp khi tiến hành thí nghiệm ở hình 10.3.

Phương pháp giải:

Sử dụng kiến thức được cung cấp và vận dụng kiến thức của bản thân, từ đó giải thích lại mắc hai điện trở nối tiếp khi tiến hành thí nghiệm ở hình 10.3.

Lời giải chi tiết:

Khi tiến hành thí nghiệm khảo sát sự phụ thuộc của năng lượng điện vào điện trở, ta mắc hai điện trở nối tiếp vì mắc nối tiếp hai điện trở nối tiếp, chúng ta có thể kiểm soát cường độ dòng điện chảy qua mạch. Điều này giúp thí nghiệm được thực hiện dễ dàng và chính xác hơn.

Câu hỏi tr 54 THT

Trả lời câu hỏi tìm hiểu thêm trang 54 SGK KHTN 9 Cánh diều

Để khảo sát sự phụ thuộc năng lượng điện vào cường độ dòng điện, được mô tả như sơ đồ hình 10.4. Giữ nguyên nhiệt lượng kế và điện trở, trong cùng khoảng thời gian, ứng với các giá trị dòng điện khác nhau, ông đo năng lượng nhiệt toả ra trên điện trở và cường độ dòng điện và kết quả cho thấy năng lượng nhiệt tỉ lệ với bình phương cường độ dòng điện. Từ thí nghiệm, ông rút ra kết luận: Năng lượng điện mà điện trở tiêu thụ tỉ lệ với bình phương cường độ dòng điện chạy qua.

Hình 10.4. Sơ đồ mô tả thi nghiệm khảo sát sự phụ thuộc năng lượng điện vào cường độ dòng điện

Như vậy, bằng các thí nghiệm của mình, nhà bác học Joule đã chứng minh được rằng: Trong trường hợp toàn bộ năng lượng điện chuyển hoá thành năng lượng nhiệt, năng lượng của dòng điện trong một đoạn mạch có mối liên hệ với cường độ dòng điện, điện trở và thời gian dòng điện đi qua đoạn mạch đó.

Độc lập với Joule, kết quả trên cũng được nhà vật lí người Nga Heinrich Lenz tim ra bằng thực nghiệm. Mối liên hệ đó được thể hiện bằng định luật Joule - Lenz: Nhiệt lượng toả ra ở dây dẫn khi có dòng điện chạy qua tỉ lệ thuận với bình phương cường độ dòng điện, với điện trở của dây dẫn và thời gian dòng điện đi qua đoạn mạch đó. Q = I2Rt.

Từ định luật Joule - Lenz và định luật Ohm, các nhà bác học đã suy ra công thức tính năng lượng của dòng điện. Công thức này đã được kiểm tra bằng thực nghiệm và nghiệm đúng trong các trường hợp khác.

Em hãy tìm hiểu vai trò của biến trở ở thí nghiệm hình 10.4.

Phương pháp giải:

Sử dụng kiến thức được cung cấp và vận dụng kiến thức của bản thân, từ đó nêu vai trò của biến trở ở thí nghiệm hình 10.4.

Lời giải chi tiết:

Vai trò của biến trở:

Biến trở trong mạch điện có thể được điều chỉnh để thay đổi cường độ dòng điện. Khi biến trở được điều chỉnh, cường độ dòng điện trong mạch cũng thay đổi theo. Sự thay đổi này ảnh hưởng đến năng lượng điện mà mạch tiêu thụ. Biến trở giúp chúng ta điều chỉnh cường độ dòng điện và từ đó nghiên cứu mối quan hệ giữa cường độ dòng điện và năng lượng điện tiêu thụ trong mạch điện.

Câu hỏi tr 54 LT

Trả lời câu hỏi luyện tập trang 54 SGK KHTN 9 Cánh diều

Một học sinh mắc dây điện trở của nhiệt lượng kế với hai cực của nguồn điện như hình 10.5. Biết rằng, các giá trị hiển thị trên màn hình của nguồn điện là cường độ dòng điện chạy trong mạch và hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn.

Tính năng lượng của dòng điện trong 10 phút làm thí nghiệm.

Hình 10.5. Sơ đồ thi nghiệm khảo sát sự phụ thuộc năng lượng điện vào cường độ dòng điện

Phương pháp giải:

Sử dụng công thức tính năng lượng tiêu thụ W = Ult để tính năng lượng của dòng điện trong 10 phút.

Lời giải chi tiết:

Đổi 10 phút = 10.60 = 600 s

Ta có: \(W{\rm{ }} = {\rm{ }}Ult\,\); U = 6,0 V; I = 1,19 A

Thay số: W = 6,0.1,19.600 = 4284 J

Câu hỏi tr 55 CH 1

Trả lời câu hỏi 1 trang 55 SGK KHTN 9 Cánh diều

Xét trường hợp đoạn mạch có điện trở R, hãy chứng tỏ rằng công suất điện của đoạn mạch đó có thể được tính theo 2 công thức: \(\wp \;\, = \,{I^2}R = \,\,\,\frac{{{U^2}}}{R}\,\,\)

Phương pháp giải:

Sử dụng công thức định luật Ohm trong đoạn mạch \(I = \,\,\,\frac{U}{R}\,\,\); \(U = \,IR\)để chứng tỏ rằng công suất điện của đoạn mạch đó có thể được tính theo 2 công thức: \(\wp \;\, = \,{I^2}R = \,\,\,\frac{{{U^2}}}{R}\,\,\)

Lời giải chi tiết:

Ta có: \(\wp \;\, = \,UI\, = \,IR.I\, = \,{I^2}R\)

\(\wp \;\, = \,UI\, = \,U.\frac{U}{R}\, = \,\frac{{{U^2}}}{R}\)

Câu hỏi tr 55 CH 2

Trả lời câu hỏi 2 trang 55 SGK KHTN 9 Cánh diều

Trên một bóng đèn có ghi 12 V – 3 W. Để bóng đèn sáng bình thường thì cần đặt vào hai đầu bóng đèn một hiệu điện thế bằng bao nhiêu? Khi đó, trong một giây, bóng đèn tiêu thụ một năng lượng điện là bao nhiêu?

Phương pháp giải:

Sử dụng lí thuyết về công suất điện định mức của các thiết bị điện (Trên các thiết bị điện thường ghi hiệu điện thế định mức và công suất điện định mức của thiết bị đó, ví dụ như: máy hút bụi không dây: 14,4 V – 150 W, xe đạp điện: 48 V - 300 W.... - Để thiết bị hoạt động bình thường, cần mắc nó với hiệu điện thế bằng hiệu điện thế định mức của thiết bị. Khi đó, công suất điện mà thiết bị tiêu thụ bằng công suất điện định mức.) và vận dụng để trả lời câu hỏi được nêu.

Lời giải chi tiết:

- Để bóng đèn sáng bình thường thì cần đặt vào hai đầu bóng đèn một hiệu điện thế: 12 V

- Trong một giây, bóng đèn tiêu thụ một năng lượng điện: 3 W

Câu hỏi tr 55 LT

Trả lời câu hỏi luyện tập trang 55 SGK KHTN 9 Cánh diều

a) Hãy trả lời câu hỏi ở phần mở đầu.

b) Nếu chiếc quạt ở hình 10.1 được cấp nguồn điện 5 V thì trong 30 phút, chiếc quạt đó sẽ tiêu thụ năng lượng điện bao nhiêu jun?

Phương pháp giải:

Sử dụng công thức tính năng lượng tiêu thụ W = Ult để tính năng lượng quạt đã tiêu thụ được bao nhiêu. Đồng thời vận dụng kiến thức của đã học về chuyển hóa năng lượng để giải thích câu hỏi mở đầu.

Lời giải chi tiết:

Các thiết bị điện khi hoạt động sẽ chuyển đổi năng lượng từ dạng này sang dạng khác theo nguyên tắc chuyển đổi năng lượng. Trong trường hợp của quạt điện có thông số 5V - 4W, giải thích như sau:

- Điện áp 5V cho biết lượng năng lượng điện được cung cấp cho quạt.

- Quá trình chuyển đổi năng lượng:

+ Năng lượng điện từ nguồn 5V sẽ được chuyển đổi thành cơ năng khi quạt quay.

+ Có thể có một phần năng lượng còn lại chuyển đổi thành nhiệt nếu có sự tổn thất năng lượng do ma sát và các yếu tố khác.

b) Đổi 30 phút = 30.60 = 1800 s

Ta có: \(W{\rm{ }} = {\rm{ }}Ult\, = \,\wp .t\) ; \(\wp \) = 4 W

Thay số: W = 4.1800 = 7200 J

Câu hỏi tr 55 VD

Trả lời câu hỏi vận dụng trang 55 SGK KHTN 9 Cánh diều

Một hãng xe điện thử nghiệm hai loại xe đạp điện có công suất định mức khác nhau. Họ cho hai xe chạy trên cùng một quãng đường với công suất định mức. Em hãy nêu những dụng cụ em cần dùng và cách làm để biết xe nào tiêu thụ năng lượng điện nhiều hơn khi đi hết quãng đường thử nghiệm.

Phương pháp giải:

Dựa vào Internet và nội dung đã học, từ đó học sinh vận dụng để đưa ra những dụng cụ cần và cách để biết xe tiêu thụ năng lượng điện nhiều hơn khi đi hết quãng đường thử nghiệm.

Lời giải chi tiết:

Để biết xe nào tiêu thụ nhiều năng lượng điện hơn khi đi hết quãng đường thử nghiệm, em cần chuẩn bị những dụng cụ sau và thực hiện theo các bước đơn giản:

1. Dụng cụ cần sử dụng: Đồng hồ đo thời gian

2. Cách thực hiện:

- Bước 1: Khởi động đồng hồ đo thời gian khi cả hai xe bắt đầu chạy trên quãng đường thử nghiệm.

- Bước 2: Dừng đồng hồ khi cả hai xe đi hết quãng đường thử nghiệm.

- Bước 3: So sánh thời gian mà hai xe mất để hoàn thành quãng đường.

- Bước 4: Xe nào mất thời gian ít hơn, tức là đi nhanh hơn, có khả năng tiêu thụ ít năng lượng hơn.

Lí thuyết

>> Xem chi tiết: Lý thuyết Năng lượng của dòng điện và công suất điện - Khoa học tự nhiên 9 Cánh diều

Câu hỏi tr 49 CHMĐ

Trả lời câu hỏi mở đầu trang 49 SGK KHTN 9 Cánh diều

Chiếc đèn đội đầu ở hình 9.1 có thể điều chỉnh để sáng đồng thời cả hai đèn hoặc chỉ sáng một đèn. Trong trường hợp này, hai đèn được mắc như thế nào để có thể điều chỉnh được như vậy?

Hình 9.1. Đèn đội đầu

Phương pháp giải:

Sử dụng lí thuyết về đoạn mạch song song, mạch nhánh sẽ hoạt động riêng lẻ, và nối riêng với mạch chính, từ đó học sinh vận dụng để giải thích trường hợp được nêu.

Lời giải chi tiết:

Mạch mắc song song cho phép cả hai đèn hoạt động độc lập. Bạn có thể tắt hoặc bật mỗi đèn một cách riêng lẻ mà không ảnh hưởng đến trạng thái của đèn còn lại.

Câu hỏi tr 49 CH

Trả lời câu hỏi trang 49 SGK KHTN 9 Cánh diều

a) Vẽ vào và sơ đồ hình 9.3 khi đóng công tắc và biểu diễn chiều dòng điện trong mạch.

b) Với chiều dòng điện đã biểu diễn ở trên, các hạt mang điện sẽ dịch chuyến theo chiều nào trong đoạn mạch song song? Căn cứ vào đó, hãy dự đoán mối liên hệ của cường độ dòng điện qua các đoạn mạch khác nhau.

Phương pháp giải:

Vẽ sơ đồ điện khi đóng công tắc và biểu diễn chiều dòng điện theo quy ước đi từ cực dương sang cực âm.

Dòng điện trong kim loại là dòng các electron chuyển dời ngược chiều dòng điện. Trong đoạn mạch AB hình 9.3, các electron dịch chuyển qua các bóng đèn theo chiều từ B tới A. Căn cứ vào đó, ta thấy electron dịch chuyển qua mạch chính, sau đó phân chia ra các mạch nhánh, vì vậy cường độ dòng điện trong mạch chính bằng tổng cường độ dòng điện trong các mạch nhánh.

Lời giải chi tiết:

Cường độ dòng điện trong mạch chính bằng tổng cường độ dòng điện trong các mạch nhánh.

\(I\, = \,{I_1}\, + \,{I_2}\, + \,{I_3}\, + ... + {I_n}\)

Câu hỏi tr 50 LT

Trả lời câu hỏi luyện tập trang 50 SGK KHTN 9 Cánh diều

Mạch điện gồm một nguồn điện, một công tắc, hai điện trở giống nhau mắc song song. Một ampe kế được mắc nối tiếp với một điện trở vào một mạch nhánh. Em hãy vẽ sơ đồ của mạch điện này. Nếu số chỉ của ampe kế là 0,2 A thì cường độ dòng điện trong mạch chính là bao nhiêu?

Phương pháp giải:

Phân tích yêu cầu đề bài, bao gồm: nguồn điện, một công tắc, hai điện trở giống nhau mắc song song sau đó học sinh vẽ mạch điện với các kí hiệu tương ứng.

Chỉ số của ampe kế chính là giá trị cường độ dòng điện tương ứng của mạch điện.

Lời giải chi tiết:

Cường độ dòng điện tương ứng của mạch điện I1 = 0,2 A.

Do hai điện trở giống nhau => R1 = R2 mà U1 = U2 => I1 = I2 = 0,2 A.

Cường độ dòng điện trong mạch chính \(I\, = \,{I_1}\, + \,{I_2}\, = \,0,2 + \,0,2\, = \,0,4\,A\).

Câu hỏi tr 50 TN

Trả lời câu hỏi thí nghiệm trang 50 SGK KHTN 9 Cánh diều

Từ bảng số liệu thu được, rút ra nhận xét về mối liên hệ giữa cường độ dòng điện trong mạch chính và cường độ dòng điện trong các mạch nhánh.

Phương pháp giải:

Từ số liệu thí nghiệm, nguồn 1 pin thì \(I\, = \,{I_1}\, + \,{I_2}\, = \,1,2\,A\), nguồn 2 pin thì \(I\, = \,{I_1}\, + \,{I_2}\, = \,2,2\,A\), rút ra mối liên hệ của tổng các giá trị cường độ dòng điện tại các điểm trong đoạn mạch song song bằng cường độ dòng điện trong các mạch chính.

Lời giải chi tiết:

Cường độ dòng điện trong mạch chính bằng tổng cường độ dòng điện trong các mạch nhánh.

\(I\, = \,{I_1}\, + \,{I_2}\)

Câu hỏi tr 51 CH 1

Trả lời câu hỏi 1 trang 51 SGK KHTN 9 Cánh diều

Chứng tỏ điện trở tương đương R của đoạn mạch gồm hai điện trở mắc song song luôn nhỏ hơn mỗi điện trở thành phần R1 và R2.

Phương pháp giải:

Dựa vào kiến thức đã học về điện trở tỉ lệ nghịch với tiết diện của dây dẫn, từ đó vận dụng để chứng tỏ điện trở tương đương R của đoạn mạch gồm hai điện trở mắc song song luôn nhỏ hơn mỗi điện trở thành phần R1 và R2.

Lời giải chi tiết:

Theo công thức tính điện trở của đoạn dây dẫn, đoạn dây dẫn có tiết diện S càng lớn thì diện trở càng nhỏ, tức là dòng các hạt mang diện bị cản trở càng ít khi qua tiết diện càng lớn. Trong đoạn mạch gồm hai đoạn dây dẫn giống nhau mắc song song, dòng điện đồng thời qua các mạch nhánh nên tiết diện có dòng các hạt mang điện đi qua bằng tổng tiết diện của cả hai đoạn dây dẫn. Tiết diện này lớn hơn tiết diện của từng đoạn dây dẫn nên dòng chuyển dời này sẽ bị cản trở ít hơn khiến cho điện trở tương đương của đoạn mạch mắc song song sẽ nhỏ hơn mỗi điện trở thành phần.

Câu hỏi tr 51 CH 2

Trả lời câu hỏi 2 trang 51 SGK KHTN 9 Cánh diều

Tính điện trở tương đương của đoạn mạch gồm hai điện trở R1 = 3 Ω và R2 = 6 Ω mắc song song.

Phương pháp giải:

Sử dụng công thức tính điện trở tương đương trong mạch song song \(\frac{1}{{{R_{td}}}}\,\, = \,\frac{1}{{{R_1}}}\, + \,\frac{1}{{{R_2}}}\,\)để xác định các đại lượng cần tính.

Lời giải chi tiết:

Điện trở tương đương: \(\frac{1}{{{R_{td}}}}\,\, = \,\frac{1}{{{R_1}}}\, + \,\frac{1}{{{R_2}}}\,\)=> \(\frac{1}{{{R_{td}}}}\,\, = \,\frac{1}{3}\, + \,\frac{1}{6}\, = > \,{R_{td}}\, = \,2\,\Omega .\,\)

Câu hỏi tr 51 LT

Trả lời câu hỏi luyện tập trang 51 SGK KHTN 9 Cánh diều

1. Một đoạn mạch gồm hai điện trở R1 = 20 Ω và R2 = 30 Ω mắc song song vào nguồn điện. Hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch là 12 V.

a) Tính điện trở tương đương của đoạn mạch.

b) Tính cường độ dòng điện trong mạch chính.

2. Biết rằng đèn đội đầu ở hình 9.1 dùng một pin gồm hai đèn mắc song song, hãy trả lời câu hỏi ở hoạt động mở đầu và vẽ sơ đồ mạch điện của đèn này.

Phương pháp giải:

Sử dụng công thức tính định luật Ohm, cường độ dòng điện, điện trở tương đương trong mạch song song để xác định các đại lượng cần tính.

Lời giải chi tiết:

a) Điện trở tương đương: \(\frac{1}{{{R_{td}}}}\,\, = \,\frac{1}{{{R_1}}}\, + \,\frac{1}{{{R_2}}}\,\)

Thay số: \(\frac{1}{{{R_{td}}}}\,\, = \,\frac{1}{{20}}\, + \,\frac{1}{{30}}\,\)=> \({R_{td}} = \,12\,\,\Omega .\)

b) Theo định luật Ohm \(I = \,\frac{U}{R}\,\)

Thay số: \(I = \,\frac{{12}}{{12}}\, = \,1\,A.\,\)

Khi cần chỉ sáng một đèn, công tắc điều khiển sẽ chỉ cung cấp điện cho đèn đó, trong khi khi cần sáng cả hai đèn, công tắc sẽ mở hai mạch điện độc lập cho từng đèn. Điều này cho phép người sử dụng điều chỉnh đèn theo ý muốn của mình.

Câu hỏi tr 51 VD

Trả lời câu hỏi vận dụng trang 51 SGK KHTN 9 Cánh diều

Có 3 đèn, 1 pin, cần mắc các đèn như thế nào để nếu một đèn bị hỏng thì các đèn còn lại vẫn có thể sáng bình thường.

Phương pháp giải:

Lời giải chi tiết:

Mắc song song thì nếu một đèn bị hỏng thì các đèn còn lại vẫn có thể sáng bình thường.

Câu hỏi tr 51 THT

Trả lời câu hỏi tìm hiểu thêm trang 51 SGK KHTN 9 Cánh diều

Sử dụng định luật Ohm và đặc điểm của cường độ dòng điện trong mạch điện song song, tìm mối liên hệ giữa hiệu điện thế hai đầu đoạn mạch nhánh và hiệu điện thế hai đầu đoạn mạch chính trong mạch điện hình 9.4.

Phương pháp giải:

Sử dụng định luật Ohm và đặc điểm của cường độ dòng điện trong đoạn mạch nối tiếp và vận dụng kĩ năng toán học, từ đó chứng minh mối liên hệ giữa hiệu điện thế trong mạch điện hình 9.4.

Lời giải chi tiết:

Theo định luật Ohm \(I = \,\frac{U}{R}\,\);\({I_1} = \,\frac{{{U_1}}}{{{R_1}}}\,\);\({I_2} = \,\frac{{{U_2}}}{{{R_2}}}\,\);\(I\, = \,{I_1}\, + \,{I_2}\)

=> \(\frac{U}{R}\,\, = \,\frac{{{U_1}}}{{{R_1}}}\, + \,\frac{{{U_2}}}{{{R_2}}}\,\) mà \(\frac{1}{R}\,\, = \,\frac{1}{{{R_1}}}\, + \,\frac{1}{{{R_2}}}\,\)=>\(U\, = \,{U_1}\, = \,{U_2}\)(đpcm).

Lí thuyết

>> Xem chi tiết: Lý thuyết Đoạn mạch song song - Khoa học tự nhiên 9 Cánh diều

Câu hỏi tr 45 CHMĐ

Trả lời câu hỏi mở đầu trang 45 SGK KHTN 9 Cánh diều

Vì sao các đèn LED trong đoạn mạch điện trang trí như hình 8.1 có thể đồng loạt thay đổi độ sáng?

Hình 8.1. Các đèn LED trang trí

Phương pháp giải:

Dựa vào nhận xét của mạch nối tiếp, tại bất kì điểm nào của đoạn mạch chỉ có một dây dẫn đi qua và vận dụng kiến thức đã có để giải thích tình huống trên.

Lời giải chi tiết:

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.

Câu hỏi tr 45 CH

Trả lời câu hỏi trang 45 SGK KHTN 9 Cánh diều

Vẽ vào vở sơ đó hình 8.3 khi đóng công tắc và biểu diễn chiều dòng điện trong mạch.

Phương pháp giải:

Vẽ sơ đồ điện khi đóng công tắc và biểu diễn chiều dòng điện theo quy ước đi từ cực dương sang cực âm.

Lời giải chi tiết:

Câu hỏi tr 45 LT

Trả lời câu hỏi luyện tập trang 45 SGK KHTN 9 Cánh diều

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?

Phương pháp giải:

Lời giải chi tiết:

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.

Câu hỏi tr 46 LT 1

Trả lời câu hỏi luyện tập 1 trang 46 SGK KHTN 9 Cánh diều

Vẽ sơ đồ mạch điện gồm một nguồn điện, công tắc mở, một bóng đèn và một điện trở mắc nối tiếp.

Phương pháp giải:

Phân tích yêu cầu đề bài, bao gồm: một nguồn điện, công tắc mở, một bóng đèn và một điện trở mắc nối tiếp, sau đó học sinh vẽ mạch điện với các kí hiệu tương ứng.

Lời giải chi tiết:

Câu hỏi tr 46 CH

Trả lời câu hỏi trang 46 SGK KHTN 9 Cánh diều

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.

Phương pháp giải:

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, ta thấy cường độ dòng điện tại các điểm khác nhau trong đoạn mạch nối tiếp sẽ như nhau.

Lời giải chi tiết:

\(I\, = \,{I_1}\, = \,{I_2}\, = \,{I_3}\, = ... = {I_n}\)

Câu hỏi tr 46 LT 2

Trả lời câu hỏi luyện tập 2 trang 46 SGK KHTN 9 Cánh diều

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.

Phương pháp giải:

Sử dụng công thức tính định luật Ohm, cường độ dòng điện trong mạch nối tiếp để xác định cường độ dòng điện chạy qua R2.

Lời giải chi tiết:

Theo định luật Ohm, ta có: \({I_1} = \,\frac{{{U_1}}}{{{R_1}}}\, = \,\frac{3}{3}\, = 1\,A\)

mà \(I\, = \,{I_1}\, = \,{I_2}\,\)(mắc nối tiếp) => I1 = 1 A.

Câu hỏi tr 46 TN

Trả lời câu hỏi thí nghiệm trang 46 SGK KHTN 9 Cánh diều

• 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.

Phương pháp giải:

Từ số liệu thí nghiệm, nguồn 1 pin thì \(I\, = \,{I_1}\, = \,{I_2}\, = \,0,5\,A\), nguồn 2 pin thì \(I\, = \,{I_1}\, = \,{I_2}\, = \,0,9\,A\), rút ra mối liên hệ của các giá trị cường độ dòng điện tại các điểm trong đoạn mạch nối tiếp là bằng nhau.

Lời giải chi tiết:

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

\(I\, = \,{I_1}\, = \,{I_2}\, = \,{I_3}\, = ... = {I_n}\)

Câu hỏi tr 47 CH 1

Trả lời câu hỏi 1 trang 47 SGK KHTN 9 Cánh diều

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.

Phương pháp giải:

Dựa vào kiến thức đã biết về dòng điện và điện trở (Điện trở tương đương của đoạn mạch là điện trở thay thế cho đoạn mạch này, sao cho với cùng hiệu điện thế thì cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch vẫn có giá trị như trước.

Dòng điện là dòng chuyển dời có hướng của các hạt mang điện. Vì mọi điện trở đều có tác dụng cản trở dòng điện nên dòng chuyển dời này sẽ bị cản trở khi di chuyển qua mỗi điện trở.) từ đó, lập luận độ lớn điện trở tương đương của đoạn mạch nối tiếp lớn hơn độ lớn của mỗi điện trở thành phần.

Lời giải chi tiết:

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.

Câu hỏi tr 47 CH 2

Trả lời câu hỏi 2 trang 47 SGK KHTN 9 Cánh diều

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.

Phương pháp giải:

Sử dụng công thức tính điện trở tương đương trong đoạn mạch nối tiếp \({R_{td}}\, = \,{R_1}\, + \,{R_2}\, + \,{R_3}\, + ... + {R_n}\).

Lời giải chi tiết:

\({R_{td}}\, = \,{R_1}\, + \,{R_2}\, + \,{R_3}\); Thay số: \({R_{td}}\, = \,3\, + \,4\, + \,6\, = \,10\,\,\Omega \).

Câu hỏi tr 47 LT

Trả lời câu hỏi luyện tập trang 47 SGK KHTN 9 Cánh diều

1. Một mạch điện gồm hai điện trở R1 = 30 Ω và R2 = 60 Ω 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.

2. 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.

Phương pháp giải:

Sử dụng công thức tính điện trở tương đương, định luật Ohm, cường độ dòng điện trong mạch nối tiếp để xác định các trị yêu cầu cần tính.

Lời giải chi tiết:

a) \({R_{td}}\, = \,{R_1}\, + \,{R_2}\, = \,30\, + \,60\, = \,90\,\,\Omega \)

Theo định luật Ohm, ta có: \(I = \,\frac{U}{{{R_{td}}}}\, = \,\frac{{12}}{{90}}\, \approx 0,133\,A\)

=> \(I\, = \,{I_1}\, = \,{I_2}\, = \,0,133\,A.\)

b) \({U_1}\, = \,{I_1}{R_1}\, = \,\,0,133.30\, = \,4\,\,V.\); \({U_2}\, = \,{I_2}{R_2}\, = \,\,0,133.60\, = \,8\,\,V.\)

2. 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.

Câu hỏi tr 47 VD

Trả lời câu hỏi vận dụng trang 47 SGK KHTN 9 Cánh diều

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.

Phương pháp giải:

Tìm hiểu về cầu chì và tác dụng của chúng thông qua sách, báo, Internet và đưa ra được kết luận cho cách mắc cầu chì với các thiết bị điện cần được bảo vệ (mắc nối tiếp thì chỉ cần 1 thiết bị hỏng, đứt thì mạch hở, các thiết bị còn lại sẽ được an toàn).

Lời giải chi tiết:

Khi xảy ra đoản mạch hoặc cường độ dòng điện tăng quá mức thì dây chì trong cầu chì bị nóng chảy và đứt, làm ngắt mạch điện.

Cầu chì có tác dụng bảo vệ mạch điện.

Cầu chì được mắc nối tiếp với các thiết bị điện cần được bảo vệ.

Câu hỏi tr 47 THT

Trả lời câu hỏi tìm hiểu thêm trang 47 SGK KHTN 9 Cánh diều

1. Sử dụng định luật Ohm và đặc điểm của cường độ dòng điện trong đoạn mạch nói 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 UMN = UMP + UPN.

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.

Phương pháp giải:

Sử dụng định luật Ohm và đặc điểm của cường độ dòng điện trong đoạn mạch nối tiếp và vận dụng kĩ năng toán học, từ đó chứng minh mối liên hệ giữa hiệu điện thế giữa các điểm MP, PN và MN trong mạch điện ở hình 8.4 là UMN = UMP + UPN.

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 khi biết mạch có 2 điện trở thì điện trở tương đương được xác định bằng công thức: \({R_{td}}\, = \,{R_1}\, + \,{R_2}\,\)

Lời giải chi tiết:

Theo định luật Ohm \(I = \,\frac{U}{R}\, = > \,U = \,IR.\)

=> \({U_{MN}} = \,I.{R_{td}}\, = \,I.({R_1}\, + \,{R_2}) = \,I.{R_1}\, + \,I.{R_2}\);

\({U_{NP}} = \,{I_2}{R_2}\); \({U_{MP}} = \,{I_1}{R_1}\)

Mà \(I\, = \,{I_1}\, = \,{I_2}\) => \({U_{MN}} = \,\,{I_1}.{R_1}\, + \,{I_2}.{R_2}\, = \,{U_{MP}}\, + \,{U_{PN}}\) (đpcm).

Công thức xác định điện trở tương đương của đoạn mạch gồm n điện trở có giá trị R giống nhau mắc nối tiếp: \({R_{td}}\, = \,{R_1}\, + \,{R_2}\, + \,{R_3}\, + ... + {R_n}\).

Lí thuyết

>> Xem chi tiết: Lý thuyết Đoạn mạch nối tiếp - Khoa học tự nhiên 9 Cánh diều