Giáo trình tự chọn – vật lý 9 Ngày soạn 25/08/2012 Tuần 1 Tiết 1-2 CHỦ ĐỀ 1: ĐIỆN TRỞ – ĐỊNH LUẬT ÔM I. Mục tiêu: + Nắm đựợc đònh luật Ôm , sự phụ thuộc điện trở vào chiều dài , tiết diện và vật liệu làm vật dẫn + Giải bài tập vận dụng đònh luật Ôm, bài tập tìm cách mắc các đồ dùng điện vào mạch điện sao cho chúng hoạt động bình thường II.Chuẩn bò: + Bài tập III. Nội dung:  TÓM TẮT LÝ THUYẾT 1) Cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn tỉ lệ thuận với hiệu điện thế đặt vào hai đầu dây dẫn Đồ thò biễu diễn sự phụ thuộc của cường độ dòng điện vào hiệu điện thế giữa hai đầu dây dẫn là đường thẳng đi qua gốc tọa độ( U=0, I=0 ) 2) Đònh luật Ôm: Cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn tỉ lệ thuận với hiệu điện thế đặt vào hai đầu dây và tỉ lệ nghòch với điện trở của dây: U I R = 3) Công thức xác đònh điện trở: U R I = ; đơn vò đo điện trở là Ôm (Ω) 4) Điện trở tương đương (R tđ ) của một đọan mạch là điện trở có thể thay thế cho đọan mạch này , sao cho với cùng hiệu điện thế thì cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch vẫn có giá trò như trước 5) Đọan mạch nối tiếp : + Cường độ dòng điện có giá trò như nhau tại mọi điểm I = I 1 = I 2 = … + Hiệu điện thế giữa hai đầu đọan mạch bằng tổng các hiệu điện thế giữa hai đầu mỡi điện trở thành phần U = U 1 + U 2 + … +Điện trở tương đương của đọan mạch có các điện trở mắc nối tiếp R=R 1 + R 2 +… +Hiệu điện thế giữa hai đầu mỗi điện trở tỉ lệ thuận với điện trở đó: 1 1 2 2 U R U R = + Các thiết bò điện có thể được mắc nối tiếp nhau khi chúng chòu được cùng một cường độ dòng điện không vượt quá một giá trò xác đònh . Giá trò đó gọi là cường độ dòng điện đònh mức. Khi dòng điện chạy qua các thiết bò điện đang hoạt động có cường độ đúng bằng già trò đònh mức thì ta nói chúng hoạt động bình thường 6) Đoạn mạch song song : + Cường độ dòng điện chạy qua mạch chính bằng tổng cường độ dòng điện chạy qua các mạch rẽ I = I 1 + I 2 + … + Hiệu điện thế giữa hai đầu đọan mạch bằng hiệu điện thế giữ hai đầu mỗi đoạn mạch rẽ U = U 1 = U 2 = … 1 Giáo trình tự chọn – vật lý 9 + Điện trở tương đương của đọan mạch gồm hai điện trở mắc song song: 1 2 1 2 1 2 1 1 1 td td R R R R R R R R = + ⇒ = + + Cường độ dòng điện chạy qua mỗi điện trở tỉ lệ nghòch với điện trở đó 1 1 2 2 I R I R = + Nếu đọan mạch có n điện trở mắc song song, mỗi điện trở là r , øthì: td r R n = 7) Điện trở của dây dẫn tỉ lệ thuận với chiều dài l của dây , tỉ lệ nghòch với tiết diện S của dây dẫn và phụ thuộc vào điện trở suất ρ của vật liệu làm dây dẫn l R S ρ = Trong đó : ρ là điện trở suất tính bằng đơn vò Ωm l là chiều dài dây dẫn tính bằng m S là tiết diện dây dẫn tính bằng m 2 8) Biến trở là dụng cụ dùng để điều chỉnh cường độ dòng điện trong mạch . Ngày soạn 06/9/2012 Tuần 2 Tiết 3-4 BÀI TẬP VẼ VÀ SỬ DỤNG ĐỒ THỊ A. Vẽ đồ thò biễu diễn sự phụ thuộc của I vào U: Cho sẵn bảng số liệu biễu diễn sự phụ thuộc dó Bước 1: Dựa vào số liệu đã cho để xác đònh các điểm biễu diễn sự phụ thuộc của I vào U Bước 2: Vẽ một đường thẳng đi qua gốc tọa độ , đồng thời đi qua gần những điểm biễu diễn nhất . Cần chọn sao cho những điểm biễu diễn phân bố đều hai bên đường thẳng đó Bài tập1: Dựa vào bảng sau hãy vẽ đồ thò biễu diễn sự phụ thuộc của I vào U I(A) 0 U(V) B. Sử dụng đồ thò Dựa vào đồ thò đã cho để xác đònh các đại lượng I, U, R + Biết trò số của U, xác đònh trò số của I tương ứng và R: Trên trục hoành tại điểm có giá trò U đã biết ta kẻ đường thẳng song song với trục tung , cắt đồ thò tại điểm A . Từ A hạ đường vuông góc với trục tung, cắt trục hoành tại điểm I . Điểm đ1o cho biết trò số của I, U ta tính được trò số của R +Biết trò số của I, xác đònh trò số của U tương ứng và R : Trên trục tung, tại điểm có giá trò I đã biết ta kẻ đường thẳng song song với trục hoành , cắt đồ thò tại điểm B . Từ B hạ đường vuông góc với trục hoành cắt trục hoành tại điểm U. Điểm đó cho biết trò số của U cần tìm. Biết được trò số của I, U ta tính được trò số của R 2 Lần đo HĐT (V) CĐDĐ (A) 1 0 0 2 1,5 0,12 3 3,0 0,25 4 4,5 0,35 5 6,0 0,48 Giáo trình tự chọn – vật lý 9 + Từ đồ thò xác đònh trò số R của dây dẫn : Lấy một điểm bất kì trên đồ thò, từ điểm đó hạ đường vuông góc với trục hoành ta có trò số của U. Hạ đường vuông góc với trục tung ta trò số I tương ứng, từ đó tính được R Bài tập2: Từ đồ thò, hãy xác đònh : I(A) a) Hiệu điện thế để cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn là 0,35A b) Cường độ dòng điện khi hiệu điện thế đặt vào hai đầu dây dẫn là 1,5V c) Có mấy cacùh xác đònh trò số của điện trở dây dẫn ? 0 U(V) Giải: a) Xác đònh điểm I = 0,35A trên trục tung , từ điểm đó kẻ đường song song với trục hoành , cắt đồ thò tại một điểm (A). T A hạ đường vuông góc xuống trục hoành , cắt trục hoành tại điểm cho ta giá trò hiệu điện thế cần tìm U = 2,4V b) Xác đònh điểm U = 1,5V trên trục hoành , từ điểm đó kẻ đường song song với trục tung, cắt đồ thò tại một điểm B . Từ B hạ đường vuông góc xuống trục tung, cắt trục tung tại điểm cho ta giá trò cường độ dòng điện cần tìm I = 0,22A c) Có hai cách xác đònh điện trở của dây dẫn: + cách 1: từ những giá trò trên , áp dụng công thức U R I = +cách 2: Từ 1 điểm bất kì trên đồ thò , hạ đường vuông góc với trục tung ta có I , hạ đường vuông góc với trục hoành ta có giá trò U , từ đó tính R theo công thức U R I = Bài tập 3: Dựa vào đồ thò , tính: I(A) a) Cường độ dòng điện chạy qua điện trở khi U=2V b) Hiệu điện thế đặt vào hai đầu điện trở để dòng điện chạy qua nó có cường độ I =0,3A c) Có mấy cách tính trò số của điện trở? U(V) Giải: a) Xác đònh vò trí U=2V trên trục hoành, Từ đó kẻ đường thẳng song song với trục tung cắt đồ thò tại một điểm, từ điểm kẻ đường thẳng vuông góc với trục tung cắt trục tung tại một điểm ,cho ta biết giá trò của I b) Từ vò trí I=0,3A trên trục tung , kẻ đường song song với trục hoành , cắt đồ thò tại một điểm , từ điểm này hạ đường vuông góc với trục hoành tại điểm có giá trò U cần tìm c) có hai cách xác đònh giá trò của R: + Từ giá trò của I, U , tính R theo công thức U R I = + Từ một điểm bất kì trên đồ thò , kẻ các đường thẳng song song với trục tung và trục hoành , ta có giá trò của U, I từ đó tính R bằng công thức U R I = 3 Giáo trình tự chọn – vật lý 9 Ngày soạn 08/10/2012 Tuần 3 Tiết 5-6 BÀI TẬP VẬN DỤNG ĐỊNH LUẬT ÔM I. Loại bài tập vận dụng công thức đơn thuần: Bước 1: Tìm hiểu, tóm tắt đề bài, vẽ sơ đồ mạch điện (nếu có) Bước 2: Phân tích mạch điện , tìm các công thức có liên quan đến các đại lượng cần tìm Bước 3: Vận dụng công thức đã học để giải bài toán Bước 4: Kiểm tra biện luận kết quả Bài tập áp dụng: Cho R 1 = 5Ω ; R 2 = 10Ω ampe kế chỉ 0,5A ; dược mắc nối tiếp nhau thành mạch điện .Vôn kế đo hiệu điện thế của R 2 a) Vẽ sơ đồ mạch điện b) Tìm số chỉ của vôn kế và hiệu điện thế đặt vào hai đầu đoạn mạch Giải: R 1 R 2 a) Sơ đồ : A B b) Tính hiệu điện thế: R 1 ntR 2 ⇒ I 1 = I 2 = I = 0,5A Từ hệ thức 1 1 0,5 .5 2,5 U I U I R A V R = ⇒ = = Ω = U 2 =IR 2 = 0,5A.10Ω = 5V. Vậy vôn kế chỉ 5V U AB = U 1 + U 2 = 2,5+5 = 7,5(V) II. Loại bài tập suy luận Bước 1: Đọc và tóm tắt đề bài Bước 2: Suy luận để tìm cách mắc các điện trở thành mạch điện thỏa mãn điều kiện đã cho Bước 3: Lập hệ phương trình để tính trò số của các điện trở Bước 4: Trả lời và biện luận kết quả Bài tập áp dụng: Bài 1 Hai điện trở R 1 và R 2 được mắc theo hai cách vào hiệu điện thế U=12V Trong cách mắc thứ nhất người ta đo được cường độ dòng điện qua mạch là 0,3A; trong cách mắc thứ hai cường độ dòng điện qua mạch là 1,6A .Tính trò số của điện trở R 1 ; R 2 Giải : Khi R 1 nt R 2 : U= IR tđ = 0,3( R 1 + R 2 ) (1) Khi R 1 // R 2 : U= I'R' tđ = 1,6 1 2 1 2 R R R R    ÷ +   (2) Vì U không đổi , ta có: 0,3( R 1 + R 2 )=12⇒ R 1 + R 2 = 40 1,6 1 2 1 2 R R R R    ÷ +   =12⇒ 1 2 1 2 1 2 15 300 2 R R R R R R = ⇒ = + 4 A V Giáo trình tự chọn – vật lý 9 Ta có hệ pt : R 1 + R 2 = 40 (1') R 1 R 2 = 300 (2') Từ (1')⇒ R 1 = 40 – R 2 thay vào (2') ⇒ (40 – R 2 )R 2 = 300 ⇒ R 2 2 – 40R 2 -300 = 0 ⇒ ( R 2 – 10)(R 2 -30) = 0 ⇒ R 2 = 10Ω ⇒ R 1 = 30Ω hoặc R 2 = 30Ω ⇒ R 1 = 10Ω Bài 2 Cho hai điện trở R 1 = R 2 = R = 3Ω được mắc vào nguồn điện có hiệu điện thế không đổi U= 6V a) Hỏi phải mắc hai điện trở này vào mạch như thế nào để điện trở tương đương của đọan mạch là 6Ω và 1,5Ω ? b) Tính cường độ dòng điện qua mỗi điện trở Giải: a) Ta có R tđ = 6Ω > R = 3Ω, phải mắc hai điện trở này nối tiếp nhau vào mạch điện .Khi đó vì hai điện trở bằng nhau nên R tđ = 2.R = 2.3Ω = 6Ω ta thấy R' tđ = 1,5Ω < R = 3Ω , phải mắc hai điện trở này song song với nhau .Vì hai điện trở bằng nhau nên R' tđ = 3 1,5 2 2 R = = Ω b) Cường độ dòng điện qua mỗi điện trở: + Khi R 1 ntR 2 : I 1 = I 2 = I = 6 1 6 U A R = = + Khi R 1 //R 2 : R' tđ = 1 6 ' 4 2 1,5 R I A⇒ = = Mặt khác R 1 = R 2 ⇒ 1 2 ' ' ' 2 2 I I I A= = = Ngày soạn 08/03/2013 Tuần 4 Tiết 7-8 BÀI TẬP TÌM CÁCH MẮC CÁC ĐỒ DÙNG ĐIỆN SAO CHO CHÚNG HOẠT ĐỘNG BÌNH THƯỜNG Các bước giải bài tập: + Bước 1: Tìm hiểu và tóm tắt đề bài + Bước 2: Tím hiểu ý nghóa của các con số ghi trên đồ dùng điện + Bước 3:So sánh hiệu điện thế đònh mức của đồ dùng điện với hiệu điện thế của nguồn + Bước 4: Kết luận Bài tập áp dụng : Bài 1: Cho hai bóng đèn cùng loại chòu được hiệu điện thế đònh mức là 12V và cường độ dòng điện đònh mức là 1A. Các đèn này hoạt động thế nào khi mắc chúng vào nguồn có hiệu điện thế 12V theo hai cách: a) Mắc song song b) Mắc nối tiếp Giải: a) Khi Đ 1 //Đ 2 thì U 1 = U 2 = U AB = 12V = U đm , hai đèn hoạt động bình thường 5 Giáo trình tự chọn – vật lý 9 b) Khi Đ 1 nt Đ 2 thì I 1 = I 2 = I ; U = U 1 + U 2 Cách 1: R 1 = R 2 = 12 12 1 dm dm U V I A = = Ω R tđ = R 1 + R 2 = 2.12 = 24Ω Cường độ dòng điện qua mỗi đèn : I 1 = I 2 = I = 12 0,5 24 U A R = = I 1 = I 2 = 0,5A < I đm vậy hai đèn sáng yếu hơn bình thường Cách 2: Đ 1 giống Đ 2 ⇒ U 1 = U 2 và R 1 = R 2 Đ 1 nt Đ 2 nên I 1 = I 2 ; U = U 1 + U 2 =I 1 R 1 + I 2 R 2 = 12V ⇒ U 1 = U 2 = 6V < U đm : cả hai đèn sáng yếu hơn mức bình thường Bài 2:Cho hai bóng đèn cùng loại 6V-0,5A . Hỏi phải mắc chúng như thế nào vào các loại nguồn điện có hiệu điện thế 6V , 12V để chúng hoạt động bình thường ? Giải: Để các đèn hoạt động bình thường thì I Đ = I đm hoặc U Đ = U đm Vì hai đèn có cùng U đm = 6V = U , nên ta có thể mắc hai đèn này song song với nhau vào nguồn điện 6V, chúng sẽ hoạt động bình thường Với nguồn điện có U = 12V thì hai đè được mắc nối tiếp , vì khi đó I 1 = I 2 = I. Hai đèn giống nhau nên R 1 = R 2 ⇒ U 1 = U 2 Hiệu điện thế giữa hai đầu mỗi đèn : 1 2 12 6 2 U U V= = = =U đm .Vậy hai đèn hoạt động bình thường Bài tập 3: Cho hai bóng đèn có cùng hiệu điện thế đònh mức 110V, cường độ dòng điện đònh mức lần lần lượt là 0,36A và 0,22 được mắc nối tiếp nhau vào nguồn điện có hiệu điện thế 220V a) Tính cường độ dòng điện chạy qua mỗi đèn? b) Hai đèn có sáng bình thường không? Vì sao? Có nên mắc như vậy không? Giải: a)Điện trở mỗi đèn: R 1 = 1 2 2 1 2 110 110 305 ; 500 0,36 0,22 U U R I I = = Ω = = = Ω Vì hai đèn mắc nối tiếp nên I 1 = I 2 = I p dụng đònh luật Ôm: 1 2 220 0,27 305,6 500 U U I A R R R = = = + + Vậy cường độ dòng điện qua mỗi đèn là 0,27A b) I 1đm =0,36A mà I 1 = 0,27A ⇒ đèn 1 sáng yếu hơn bình thường I 2đm =0,22A mà I 2 = 0,27A ⇒ đèn 2 sáng hơn mức bình thường Không nên mắc như vậy vì đèn có cường độ dòng điện đònh mức thấp dễ bò cháy 6 Giáo trình tự chọn – vật lý 9 Ngày soạn 18/03/2013 Tuần 5 Tiết 9-10 BÀI TẬP VỀ SỰ PHỤ THUỘC CỦA ĐIỆN TRỞ VÀO l , S, ρ Bài 1: Một cuộn dây dẫn bằng đồng có khối lượng 250g và có tiết diện dây là 1mm 2 .Tính điện trở của cuộn dây này , biết điện trở suất của đồng là 1,7.10 -6 Ωm và khối lượng riêng của đồng là 8900kg/m 3 Giải: Ta có : m D V = với V= S.l do đó m D Sl = ⇒ m l DS = p dụng công thức 8 2 6 2 1,7.10 .0,25 0,5 . 8900.(10 ) l m R S D S ρ ρ − − = = = ≈ Ω Bài 2: Một dây điện trở tiết diện tròn có đường kính 1mm, chiều dài 20m, có điện trở 5Ω .Hỏi một dây điện trở cùng làm bằng một chất có chiều dài 10m va 2đường kính tiết diện là 0,5mm thì có điện trở là bao nhiêu? Giải Tiết diện của hai dây lần lượt là: 2 1 1 4 d S π = và 2 2 2 4 d S π = Điện trở của mỗi dây là: 1 1 1 l R S ρ = và 2 2 2 l R S ρ = Vậy : 2 1 2 2 2 1 1 1 2 1 1 2 2 2 2 2 1 2 1 2 2 1 2 20.0,5 20.0, 25 1 4 . . 2 10.1 10 2 4 l d R S l S l l d l d R S l l l d S π ρ π ρ = = = = = = = ⇒ R 2 = 2R 1 = 2.5 = 10Ω Bài 3: Trên một biến trở có ghi 20Ω - 2,50A a) Tính hiệu điện thế lớn nhất được phép đặt vào hai đầu cố đònh của biến trở b) Dây dẫn của biến trở được làm bằng nicrom có điện trở suất 1,1.10 -6 Ωm, có chiều dài 50m . Tính tiết diện của dây dẫn dùng làm biến trở Giải: a) Hiệu điện thế được phép đặt vào hai đầu biến trở là: U = I.R = 20. 2,50 = 50V b) Từ công thức l R S ρ = ⇒ 6 6 2 . 50 1,1.10 . 1,1.10 .2,5 2,75 20 l S mm R ρ − − = = = = Bài 4: Một cuộn dây dẫn gồm nhiều vòng , điện trở suất của chất làm dây là 1,6.10 -8 Ωm, tiết diện là 0,1mm 2 . Cuộn dây được mắc vào giữa hai điểm A,B có hiệu điện thế 12V thì cường độ dòng điện qua cuộn dây là 1,2A. a) Tính điện trở của dây b) Tính chiều dài của dây dẫn làm cuộn dây 7 Giáo trình tự chọn – vật lý 9 c) Muốn cho dòng điện qua cuộn dây là 1A thì phải mắc thêm một điện trở như thế nào và bằng bao nhiêu? Biết rằng hiệu điện thế giữa hai điểm A, B luôn không đổi Giải a) Điện trở của dây p dụng đònh luật Ôm , ta có 12 10 1, 2 U R I = = = Ω b) p dụng công thức tính điện trở .l R S R l S ρ ρ = ⇒ = Thay số : 7 8 10.10.10 62,5 1,6.10 l m − − = = c) Từ đònh luật Ôm cho đoạn mạch U I R = Nếu U không đổi , muốn giảm I thì phải tăng R . Theo đề bài I giảm , muốn vậy phải mắc thêm một điện trở R' nối tiếp với dây R để điện trở của đọan mạch tăng lên Điện trở của đọan mạch : 12 ' 12 1 10 ' 12 ' 2 AB U R R R I R R = + = = = + = ⇒ = Ω Bài 5 : Hai đọan dây điện trở ba92ng nikêlin và constantan có cùng tiết diện , cùng chiều dài mắc nối tiếp với nhau, rồi mắc vào hai cực một nguồn điện một chiều 9V Tính hiệu điện thế giữa hai đầu mỗi đọan dây Giải: Gọi R 1 là điện trở của dây nikêlin . Ta có : 1 1 1 1 l R S ρ = R 2 là điện trở của dây constantan .Ta có : 2 2 2 2 l R S ρ = Do đó : 1 1 6 1 1 1 6 2 2 2 2 2 0,4.10 4 0,5.10 5 l R S l R S ρ ρ ρ ρ − − = = = = Vì hai dây mắc nối tiếp nên : 1 1 1 2 2 2 4 4 5 5 U R U U U R = = ⇒ = Mà U 1 +U 2 = 9V Vậy : 2 2 2 4 9 5 5 U U U V+ = ⇒ = và U 1 = 4V 8 Giáo trình tự chọn – vật lý 9 Ngày sọan 19/03/2013 Tuần 6 Tiết 11-12: ÔN TẬP - KIỂM TRA I. Lý thuyết + Hệthức đònh luật Ôm + p dụng đònh luật Ôm cho các đọan mạch : nối tiếp , song song + Công thức tính điện trở theo l, S, ρ II. Bài tập: Bài 1: Cho hai điện trở R 1 = 2Ω , R 2 = 6Ω , . Hãy tính : a) Điện trở của chúng khi mắc nối tiếp b) Điện trở của chúng khi mắc song song c) Nêu mắc mạch điện ở câu a và b lần lượt vào hiệu điện thế không đổi 12V thì dòng điện qua mỗi điện trở bằng bao nhiêu? Hướng dẫn giải: a) Tính R tđ theo công thức R tđ = R 1 + R 2 b) Tính R tđ theo công thức 1 2 1 2 td R R R R R = + c) -Mắc nối tiếp : I 1 = I 2 = I = td U R - Mắc song song : U 1 = U 2 = U p dụng đònh luật Ôm: I 1 = 1 U R ; I 2 = 2 U R Bài 2: Cho hai điện trở R 1 = 20Ω , R 2 = 30Ω mắc nối tiếp. A B Vôn kế có điện trở vô cùng lớn, dây nối có điện R 1 R 2 trở không đáng kể . Khi mắc hai đầu A,B vào hiệu điện thế không đổi , vôn kế chỉ 10V.Hãy tính: a) Điện trở của đọan mạch AB b) Cường độ dòng điện chạy trong mạch và hiệu điện thế giữa hai đầu AB, hiệu điện thế giữa hai đầu R 2 c) Biết hai điện trở nói trên là hai dây kim loại có cùng tiết diện là 0,1mm 2 và đều có điện trở suất là 0,4.10 -6 Ωm .Tìm chiều dài mỗi dây kim loại Hướng dẫn giải: a) R AB = R 1 + R 2 = 50Ω b) I 1 = I 2 =I = 1 10 0,5 20 v U A R = = ; U AB = IR AB = 0,5. 50 = 25V; U R2 = IR 2 =0,5.30=15 c) Chiều dài mỗi dây : 6 1 1 1 1 6 1 6 2 2 2 2 2 6 2 20.0.1.10 5 0,4.10 30.0,1.10 7,5 0,4.10 l R S R l m S l R S R l m S ρ ρ ρ ρ − − − − = ⇒ = = = = ⇒ = = = 9 V . trở của đ an mạch tăng lên Điện trở của đ an mạch : 12 ' 12 1 10 ' 12 ' 2 AB U R R R I R R = + = = = + = ⇒ = Ω Bài 5 : Hai đ an dây điện trở ba92ng nikêlin và constantan có cùng. 4 5 5 U R U U U R = = ⇒ = Mà U 1 +U 2 = 9V Vậy : 2 2 2 4 9 5 5 U U U V+ = ⇒ = và U 1 = 4V 8 Giáo trình tự chọn – vật lý 9 Ngày s an 19/ 03/2013 Tu n 6 Tiết 11-12: ÔN TẬP - KIỂM TRA I nguồn điện một chiều 9V Tính hiệu điện thế giữa hai đầu mỗi đ an dây Giải: Gọi R 1 là điện trở của dây nikêlin . Ta có : 1 1 1 1 l R S ρ = R 2 là điện trở của dây constantan .Ta có : 2 2