Bài giảng Vật lí Lớp 9 - Tiết 7,8, 9: Sự phụ thuộc của điện trở vào dây dẫn

Nội dung text: Bài giảng Vật lí Lớp 9 - Tiết 7,8, 9: Sự phụ thuộc của điện trở vào dây dẫn

1. Chủ đề Tiết 7,8, 9 SỰ PHỤ THUỘC CỦA ĐiỆN TRỞ VÀO DÂY DẪN
2. Cho đoạn mạch điện như hình vẽ. Biết R1 = 10Ω, R2 = 15Ω và R3 = 25Ω. Hiệu điện thế hai đầu đoạn mạch UAC = 60V. a. Tính cường độ dòng điện trong mạch. b. Tìm hiệu điện thế hai đầu mỗi điện trở R1 R2 R3 Tóm tắt: A . . C R1 nt R2 nt R3 a. I = ? R1 = 10Ω toàn mạch R2 = 15Ω b. U1 = ? R3 = 25Ω U2 = ? U3= ? UAC = 60V
3. Bài giải a. Điện trở tương đương của đoạn mạch là: Rtđ = R1+R2+ R3 = 10 +15 +25 = 50 Ω Cường độ dòng điện trong mạch chính là: U 60 I =AC = =1,2(  ) Rtd 50 b. Hiệu điện thế giữa hai đầu mỗi điện trở là: U1 = I1.R1 = 1,2.10 =12 (V) U2 = I2 . R2 = 1,2.15 = 18 (V) U3 = I3.R3 =1,2. 25 = 30 (V)
4. I. XÁC ĐỊNH SỰ PHỤ THUỘC CỦA ĐIỆN TRỞ DÂY DẪN VÀO MỘT TRONG NHỮNG YẾU TỐ KHÁC NHAU 1. Các cuộn dây dẫn ở hình 7.1 có những điểm nào khác nhau ? Vật liệu làm dây Tiết diện S Chiều dài Dây nhôm Trả lời: Các cuộn dây dẫn có những điểm khác nhau: Vật liệu; chiều dài; tiết diện. Dây hợp kim Những yếu tố có thể ảnh hưởng tới điện trở của dây: Vật liệu; chiều dài; tiết diện. Dây đồng
5. 2. Cần phải xác định xem điện trở của dây dẫn có phụ thuộc vào chiều dài dây, tiết diện dây và vật liệu làm dây dẫn hay không và phụ thuộc vào từng yếu tố này như thế nào. Cùng tiết diện S l1 l2 Cùng vật liệu làm dây Trả lời: Để xác định điện trở của dây dẫn phụ thuộc vào chiều dài dây thì thay đổi chiều dài. tiết diện dây và vật liệu làm dây dẫn phải như nhau (giữ nguyên). Tương tự như thế với các trương hợp còn lại (tiết diện, vật liệu)
6. II. SỰ PHỤ THUỘC CỦA ĐIỆN TRỞ VÀO CHIỀU DÀI DÂY DẪN: 1. Dự kiến cách làm: Đo điện trở của dây dẫn có chiều dài l, 2l, 3l nhưng có tiết diện như nhau và được làm từ cùng loại vật liệu. So sánh các giá trị điện trở tìm ra mối quan hệ điện trở và chiều dài dây dẫn. 2 3 C1: Một dây dẫn dài l có điện trở R. Nếu cho rằng dây dẫn cùng loại đó dài 2l là gồm hai dây dẫn dài l được mắc nối tiếp với nhau thì hãy dự đoán xem dây dẫn này có điện trở là bao nhiêu? Tương tự như thế một dây dẫn có chiều dài 3l sẽ có điện trở là bao nhiêu? Trả lời: Dây dẫn dài 2l có điện trở 2R, dây dẫn dài 3l có điện trở 3R.
7. 2. Thí nghiệm kiểm tra: K 6V UV6 R1 = = =4  IA1 1,5 (1) A + A - K 0 V A B Hình a. + -
8. 2. Thí nghiệm kiểm tra: 6V UV6 K R2 = = =8  IA2 0,75 (1) (2) A + A - K 0 V A B Hình b. + -
9. 2. Thí nghiệm kiểm tra: K 6V UV6 R3 = = =12  IA3 0,5 (1) (2) (3) A + A - K 0 V A B Hình c. + -
10. 2. Thí nghiệm kiểm tra: Ghi kết quả vào bảng 1 KQ đo Cường độ dòng điện Điện trở dây dẫn Hiệu điên thế (V) Lần TN (A) (Ω) Với dây dẫn dài l U1= 6 I1 =1,5 R1 =4 U2 =6 I2 =0.75 R2 =8 Với dây dẫn dài 2l U3 =6 I3 =0.5 R3 =12 Với dây dẫn dài 3l Nhận xét: Từ kết quả thí nghiệm, cho ta biết dự đoán đã nêu theo yêu cầu của C1 là đúng. (dây l có R1 = 4Ω, dây 2l có R2 = 8Ω, dây 3l có R3 = 12Ω )
11. III. VẬN DỤNG: C2: Mắc một bóng đèn vào hiệu điện thế không đổi bằng dây dẫn ngắn thì bóng đèn sáng bình thường, nhưng nếu thay bằng dây dẫn khá dài có cùng tiết diện và được làm cùng từ loại vật liệu thì đèn sáng yếu hơn. Hãy giải thích tại sao? Trả lời Khi giữ HĐT không đổi, nếu mắc đèn vào HĐT này vào dây dẫn dài thì điện trở của đoạn mạch càng lớn. Theo định luật Ôm, cường độ dòng điện chạy qua đèn càng nhỏ và đèn sáng yếu hơn Hình minh hoạ
12. C3: Khi đặt hiệu điện thế 6V vào hai đầu một cuộn dây dẫn thì dòng điện chạy qua nó có cường độ 0,3A. Tính chiều dài của dây dẫn dùng để cuốn cuộn dây này, biết rằng dây dẫn loại này nếu dài 4 m thì có điện trở là 2Ω Tóm tắt Bài giải U = 6V Điện trở của dây là: I = 0,3A U 6 R2 = = =20  l1 = 4m I 0,3 R1 = 2 Ω Chiều dài của dây là: l = ? R1 l 1 R 2. l 1 20.4 2 = lm2 = = = 40( ) R2 l 2 R 1 2
13. III. Dự đoán sự phụ thuộc của điện trở vào tiết diện dây dẫn: 1. Có các dây dẫn làm từ cùng một vật liệu (đồng), cùng chiều dài l và có tiết diện S nên có điện trở RMắc như vào nhau. mạch điện như sơ đồ hình 8.1 C1 R1 = R l h.a R R R2 l h.b R R R R3 l h.c R
14. IV. Dự đoán sự phụ thuộc của điện trở vào tiết diện dây dẫn: Các dây dẫn trong h.b và h.c coi như mắc song song với nhau, nên R1 l h.a 1/R2 = 1/R + 1/R hay R2 = R/2 và R3 = R/3 R h.b C2 2 l Nếu các dây dẫn trong h.b và h.c chập sát vào nhau, coi rằng chúng trở thành các dây R3 l h.c dẫn có tiết diện 2S và 3S
15. C2 - Nếu dây dẫn có tiết diện 2S và 3S có điện trở tương ứng là l R2 và R3 như đã tính ở trên . R h.b Dự đoán khi tiết diện của dây 2 2S dẫn thay đổi thì điện trở của dây dẫn sẽ thay đổi như thế nào? 3S R3 l h.c
16. II. Thí nghiệm kiểm tra: Bảng 1 (SGK) 1. Mắc mạch điện như H 8.3 Kết quả đo HĐT CĐ Điện Trở Lần TN (V) DĐ (A) Ω K + - DD tiết diện S1 U =6 I =0.5 R =12 S R 1 1 DD tiết diện S U =6 I =1 R =6 A 2 V 3. Nhận xét S R 12 2 và 1 = = 2 S2 =2S1 hay = 2 S1 R2 6 2 S R S2 d 2 R 1 2. Thay dây có tiết diện S1 bằng 2 1 = = =  2  S R S1 d 1 R 2 dây có tiết diện S2. 1 2 Lưu ý: S = r2.Π (r bán kính) d = 2r (đường kính)
17. 4. Kết luận: Điện trở của dây dẫn tỉ lệ nghịch với tiết diện của dây dẫn R S Ta có: 1 = 2 R2 S1
18. V. SỰ PHỤ THUỘC CỦA ĐIỆN TRỞ VÀO VẬT LIỆU LÀM DÂY DẪN: C1: Để xác định sự phụ thuộc của điện trở vào vật liệu làm dây dẫn thì phải tiến hành thí nghiệm với dây dẫn có đặc điểm gì? Trả lời: Để xác định sự phụ thuộc của điện trở vào vật liệu làm dây dẫn thì phải tiến hành đo điện trở của các dây dẫn có cùng chiều dài và cùng tiết diện nhưng bằng các vật liệu khác nhau. 1 VD: Ta lấy 3 dây dẫn như sau: Đồng S1 Cùng chiều dài l1 = l2 = l3 =1m 2 Nhôm S2 2 Cùng tiết diện S1 = S2 = S3 = 1m 3 Khác vật liệu làm dây Sắt S3
19. 1. Thí nghiệm: a. Vẽ sơ đồ mạch điện để tiến hành thí nghiệm xác định điện trở của các dây dẫn. + - Dây dẫn để xác K định điện trở A V
20. b. Lập bảng ghi kết quả thí nghiệm: KQ đo Cường độ dòng Điện trở dây dẫn Hiệu điên thế (V) điện (A) ( ôm ) Lần TN Dây đồng U1 = I1 = R1 = Dây nhôm U2 = I2 = R2 = Dây sắt U3 = I3 = R3 = c. Tiến hành thí nghiệm:
21. c. Tiến hành thí nghiệm: K 6V U1 6 R1 = = 1.7  I1 3,5 K 0 A + - K 0 V A B Dây đồng l = 100m, + - S =1mm2
22. c. Tiến hành thí nghiệm: K 6V U2 6 R2 = = =3  I2 2 K 0 A + - K 0 V A B Dây nhôm l = 100m, + - S =1mm2
23. c. Tiến hành thí nghiệm: K 6V U3 6 R3 = = =12  I3 0,5 K 0 A + - K V A B Dây sắt l = 100m, S 0 =1mm2 + -
24. b. Lập bảng ghi kết quả thí nghiệm: KQ đo Cường độ dòng Điện trở dây Hiệu điên thế (V) điện (A) dẫn ( ôm ) Lần TN Dây đồng U1 = 6 I1 = 3,5 R1 = 1,7 Dây nhôm U2 = 6 I2 = 2 R2 = 3 Dây sắt U3 = 6 I3 = 0.5 R3 = 12
25. d. Từ kết quả thí nghiệm hãy rút ra nhận xét xem điện trở của các dây dẫn này là như nhau hay khác nhau? 2. Kết luận: Điện trở của dây dẫn phụ thuộc vào vật liệu làm dây dẫn. II. ĐIỆN TRỞ SUẤT – CÔNG THỨC ĐIỆN TRỞ: 1. Điện trở suất : Sự phụ thuộc của điện trở vào vật liệu làm dây dẫn được đặc trưng bằng một đại lượng là điện trở suất của vật liệu.
26. Ví dụ: Tiết diện S = 1m2 Tiết diện S = 1m2 Chiều dài l = 1m Chiều dài l =1m Đoạn dây nhôm Đoạn dây đồng -8 Có Rnh = 2.8.10 Ω Có Rđ = 1,7.10-8 Ω Ta nói: - Điện trở suất của nhôm là 2,8 . 10-8 Ω m - Điện trở suất của đồng là 1,7 . 10-8 Ω m
27. 1. Điện trở suất : Điện trở suất của một vật liệu có trị số bằng điện trở của một đoạn dây dẫn hình trụ được làm bằng vật liệu đó có chiều dài 1m và có tiết diện 1m2 Kí hiệu : ρ ( rô ) Đơn vị : Ωm (ôm mét) Ý nghĩa: Nói điện trở suất của đồng là 1,7.10-8 Ωm có nghĩa là điện trở của dây đồng hình trụ có chiều dài 1m, tiết diện 1m2 là 1,7.10-8 Ω
28. 2. Công thức điện trở: 3. Kết luận: Điện trở của dây dẫn được tính bằng công thức : ρ là điện trở suất (Ωm ) l R = . Trong đó: l là chiều dài dây dẫn ( m ) S S là tiết diện dây dẫn (m2)
29. C5: Từ bảng 1 hãy tính: + Điện trở sợi dây nhôm dài 2m có tiết diện 1mm2. + Điện trở của sợi dây nikêlin dài 8m, có tiết diện tròn và đường kính là 0,4mm + Điện trở sợi dây đồng
30. Bài 7.2: Một dây dẫn dài 120m được dùng đế quấn thành một cuộn dây. Khi đặt hiệu điện thế 30V vào hai đầu cuộn dây này thì cường độ dòng điện chạy qua nó là 125mA. a. Tính điện trở của cuộn dây. b. Mỗi đoạn dài 1m của dây dẫn này có điện trở là bao nhiêu? Cho biết Bài giải l = 120m a. Điện trở của cuộn dây: U = 30V I= U/R=>R = U/I = 30/0,125 = 240 Ω I = 125mA = 0,125A a. R = ? b. Mỗi mét của dây dẫn này có điện trở là r b. l1 = 1m = R/l = 240/120 = 2 Ω r = ?
31. C5: Bài giải Tóm tắt a. Điện trở sợi dây nhôm : l = 2m nh l 2 S = 1 mm2 R = . = 2,8.10−8 . = 0,056(  ) nh S 10−6 lni = 8m b. Điện trở của sợi dây nikêlin : d = 0,4 mm nh d 2(0,4.10− 3 ) 2 Sm= =3,14 = 0,1256.10−62 ( ) lđ = 400m 44 2 l 8 Sđ = 2 mm R = . = 0,4.10−6 . = 25,5(  ) S 0,1256.10−6 R = ? nhôm c. Điện trở sợi dây đồng: Rni = ? l 400 R = . = 1,7.10−8 . = 3,4(  ) Rđồng = ? S 2.10−6
32. BÀI TẬP Bài 7.1: Hai dây dẫn bằng nhôm có cùng tiết diện, một dây dài 2m có điện trở R1 và dây kia dài 6m có điện trở R2. Tính tỉ số R1/R2. Cho biết Bài giải Từ mối quan hệ giữa điện trở của dây dẫn với độ dài của lm1 = 2 dây dẫn ta có: lm2 = 6 R1 Rl21 = ? 11= = = R2 Rl2263
33. Bài 7.3. Hình 7.1 biểu diễn một đoạn dây dẫn AB đồng chất, tiết diện đều, hai điểm M và N chia dây dẫn AB thành ba đoạn dài bằng nhau: AM=MN=NB. Cho dòng điện cường độ I chạy qua dây dẫn này. a. Hãy cho biết hiệu điện thế UAB bằng bao nhiêu lần hiệu điện thế UMN. b. Hãy so sánh hiệu điện thế UAN và UMB. Cho biết: Bài giải Dây dẫn AB chia ra a. Từ hình vẽ ta có: thành: AM=MN=NB URAB 3 a. U = ? U AB= AB = = =33 UU = AB MN U R MN 1 AB MN b. So sánh: MN MN b. Từ hình vẽ ta có: AN = AM + MN = MN + NB = MB UAN và UMB URAN AN AN 2 = = = =1 UUAN = MB UMB R MB MB 2
34. C4: Hai đoạn dây dẫn có cùng tiết diện và làm cùng loại vật liệu, có chiều dài l1 và l2 . Lần lượt đặt cùng HĐT vào hai đầu mỗi đoạn dây này thì dòng điện chạy qua chúng có dòng điện tương ứng là I1 và I2 . Biết I1 = 0,25I2 , hỏi l1 gấp bao nhiêu lần l2 ? Bài giải Tóm tắt Từ hệ thức: IR 12= I1 = 0,25I2 IR21 So sánh l ; l ? 1 2 Mà điện trở dây tỉ lệ thuận với chiều dài I1 l 2 l 1. I 1 l 1 .0,25 I 2 = l2 = = =0,25 l 1 l 1 = 4 l 2 I2 l 1 I 2 I 2
35. HƯỚNG DẪN VỀ NHÀ + Học thuộc ghi nhớ. + Đọc có thể em chưa biết. + Làm bài tập 7.1; 7.8 - trang 10;11 - SBT