CHỦ ĐỀ 4. DÒNG ĐIỆN, MẠCH ĐIỆN. BÀI 2. ĐIỆN TRỞ
Ảnh
Ảnh
Trang bìa
Trang bìa
CHỦ ĐỀ 4. DÒNG ĐIỆN, MẠCH ĐIỆN. BÀI 2. ĐIỆN TRỞ
Học xong bài học này, bạn có thể • Định nghĩa được điện trở, đơn vị đo điện trở và nêu được các nguyên nhân chính gây ra điện trở. • Phát biểu được định luật Ohm cho vật dẫn kim loại. • Vẽ phác và thảo luận được về đường đặc trưng I− U của vật dẫn kim loại ở nhiệt độ xác định. • Mô tả được sơ lược ảnh hưởng của nhiệt độ lên điện trở của đèn sợi đốt, điện trở nhiệt (thermistor).
KHỞI ĐỘNG
Khởi động
Trong thí nghiệm minh hoạ cường độ dòng điện đặc trưng cho tác dụng mạnh yếu của dòng điện ở trang 88, khi bạn nối bóng đèn với pin thì dòng điện qua đèn làm cho đèn phát sáng (Hình 2.1). Kết quả thí nghiệm cho thấy: cường độ dòng điện qua đèn càng lớn thì đèn càng sáng. Nhưng điều gì quyết định độ lớn của cường độ dòng điện?
Ảnh
I. ĐIỆN TRỞ
1. Khái niệm về điện trở
Khi ta nối một vật dẫn với hai cực của một nguồn điện, cường độ dòng điện qua đèn lớn hay nhỏ có liên hệ với: +Hiệu điện thế giữa hai đầu vật dẫn: hiệu điện thế này càng lớn, cường độ dòng điện qua đèn càng lớn, + Điện trở của vật dẫn: điện trở càng lớn, cường độ dòng điện qua đèn càng nhỏ (đối với hiệu điện thế đã cho). Điện trở đặc trưng cho sự cản trở dòng điện của vật dẫn. Điện trở của một vật dẫn bất kì được xác định bằng tỉ số của hiệu điện thế giữa hai đầu vật dẫn và cường độ dòng điện qua nó. R = U / I (2.1) Với R là điện trở, I là cường độ dòng điện và U là hiệu điện thế giữa hai đầu điện trở.
+ Định nghĩa 1
Đây là biểu thức thường dùng trong các thí nghiệm cần xác định điện trở. Lưu ý: Điện trở R là thuộc tính riêng của vật dẫn và không thay đổi khi U hoặc I thay đổi. Đơn vị điện trở Từ biểu thức (1.1), ta có đơn vị của điện trở là ohm (ôm), kí hiệu là Ω 1 Ω =1 V/A Ohm là điện trở của một vật mà khi ở hai đầu có hiệu điện thế 1 vôn thì có dòng điện 1 ampe chạy qua.
2. Đường đặc trưng I− U của vật dẫn kim loại
Để khảo sát đặc tính dẫn điện của vật dẫn, người ta thường đo cường độ dòng điện chạy qua vật dẫn và hiệu điện thế giữa hai đầu vật dẫn khi được nối với nguồn điện (Hình 2.3).
Ảnh
Đường biểu diễn sự phụ thuộc của cường độ dòng diện I chạy qua vật dẫn vào hiệu điện thế U giữa hai đầu vật dẫn được gọi là đường đặc trưng I − U, hay còn gọi là đường đặc trưng vôn – ampe của vật dẫn.
+ Định nghĩa 1
Kết quả đo với dây dẫn kim loại, ở nhiệt độ nhất định được thể hiện bằng đồ thị trong Hình 2.4. Đường đặc trưng I − U của vật dẫn kim loại ở một nhiệt độ xác định là một đoạn thẳng qua gốc toạ độ.
Ảnh
3. Định luật Ohm cho vật dẫn kim loại
Một vật dẫn tuân theo định luật Ohm nếu dòng điện trong nó tỉ lệ thuận với hiệu điện thế giữa hai đầu của nó. Với một vật dẫn ở nhiệt độ không đổi, cường độ dòng điện qua vật dẫn tỉ lệ thuận với hiệu điện thế giữa hai đầu của vật dẫn và tỉ lệ nghịch với điện trở của nó. I = U / R (2.2) Với I là cường độ dòng điện, đơn vị là ampe (A). U là hiệu điện thế, đơn vị là vôn (V). R là điện trở của vật dẫn, đơn vị là ohm (Ω).
Câu hỏi 1
Câu hỏi 1 trang 91 Vật Lí 11: Tính cường độ dòng điện chạy qua một bóng đèn khi điện trở của nó là 15Ωvà hiệu điện thế giữa hai đầu bóng đèn là 3,0 V.
Câu hỏi 2
Câu hỏi 2 trang 92 Vật Lí 11: Tìm từ thích hợp cho vị trí của (?) trong định nghĩa về đơn vị đo điện trở:
Luyện tập 1
Luyện tập 1 trang 92 Vật Lí 11: Tìm hiểu và vẽ sơ đồ mạch điện trong đèn pin (Hình 2.2).
Câu hỏi 3
Câu hỏi 3 trang 92 Vật Lí 11: Sử dụng biểu thức liên hệ (2.1) để chứng minh, ở nhiệt độ xác định, đường đặc trưng I – U là một đoạn thẳng.
Luyện tập 2
Luyện tập 2 trang 93 Vật Lí 11: Vẽ phác trên cùng một đồ thị và thảo luận về hai đường đặc trưng I - U của hai vật dẫn kim loại ở nhiệt độ xác định. Hai vật dẫn có điện trở là R1 và R2 với R1 > R2.
Luyện tập 3
Luyện tập 3 trang 93 Vật Lí 11: Vẽ phác đường đặc trưng I – U của điện trở rất nhỏ (vật dẫn điện rất tốt) và điện trở rất lớn (vật cách điện rất tốt).
Luyện tập 4
Luyện tập 4 trang 93 Vật Lí 11: Vẽ phác đường đặc trưng I - U của vật dẫn kim loại có điện trở 10Ω.
II. NGUYÊN NHÂN CHÍNH GÂY RA ĐIỆN TRỞ
+ Định nghĩa 1
Điều kiện để có dòng điện là phải có một hiệu điện thế đặt vào hai đầu vật dẫn điện. Hiệu điện thế này tạo ra trong vật dẫn một điện trường. Dưới tác dụng của điện trường, ngoài chuyển động hỗn loạn, các hạt mang điện còn dịch chuyển có hướng. Sự dịch chuyển có hướng này tạo thành dòng điện trong vật dẫn. Trong kim loại, các electron tự do dịch chuyển có hướng dưới tác dụng của lực điện, tạo thành dòng điện. Trong quá trình chuyển động, các electron va chạm với nhau và với các ion nút mạng nên bị cản trở (Hình 2.6). Va chạm càng nhiều thì tốc độ dịch chuyển có hướng của hạt mang điện càng giảm, dẫn đến dòng điện tạo thành càng nhỏ. Nghĩa là, điện trở càng lớn.
Hình 2.6
Ảnh
Câu hỏi 4
Câu hỏi 4 trang 94 Vật Lí 11: Nguyên nhân chính gây ra điện trở là gì?
Luyện tập 5
Luyện tập 5 trang 94 Vật Lí 11: Sử dụng mô hình ion dương và electron tự do trong vật dẫn kim loại (Hình 2.6) hoặc mối liên hệ 1.4 ở Bài 1 để lập luận, đưa ra phán đoán về sự phụ thuộc của điện trở vào nhiệt độ.
Vận dụng
Vận dụng trang 94 Vật Lí 11: Sử dụng mô hình ở Hình 2.6 giải thích mối liên hệ giữa điện trở R và chiều dài ℓ, tiết diện thẳng S của vật dẫn kim loại: R = pl / S
III. ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ LÊN ĐIỆN TRỞ
1. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên điện trở của đèn sợi đốt
Dòng điện có tác dụng nhiệt. Vì thế khi có dòng điện chạy qua, vật dẫn kim loại nóng lên. Ví dụ, nhiệt độ của đèn sợi đốt tăng nhanh khi có dòng điện chạy qua. Khi nhiệt độ môi trường tăng, nhiệt độ của vật dẫn cũng tăng theo. Nhiệt độ của vật dẫn kim loại càng cao thì các ion dương dao động càng mạnh quanh các nút mạng, làm tăng khả năng va chạm với các electron tự do, kéo theo điện trở của vật dẫn tăng. Làm thí nghiệm khảo sát sự liên hệ giữa cường độ dòng điện I qua đèn sợi đốt và hiệu điện thế U đặt vào đèn. Tăng dần U, đo giá trị I tương ứng, ta thu được kết quả như Bảng 2.1. Cường độ dòng điện qua đèn sợi đốt không tỉ lệ thuận với hiệu điện thế giữa hai đầu của nó.
Bảng 2.1
Ảnh
Định nghĩa
Nhận xét: Đường đặc trưng I − U của dây tóc bóng đèn sợi đốt không phải là một đoạn thẳng. Như vậy, định luật Ohm không áp dụng được đối với bóng đèn sợi đốt. Nói cách khác, bóng đèn sợi đốt không tuân theo định luật Ohm.
2. Điện trở nhiệt (thermistor)
Một loại vật dẫn điện có điện trở thay đổi một cách rõ rệt khi nhiệt độ thay đổi là điện trở nhiệt (Hình 2.8). Đối với loại vật dẫn này, chỉ một thay đổi nhỏ của nhiệt độ môi trường cũng làm cho điện trở của nó thay đổi. Điện trở nhiệt có thể phân thành hai loại: – Điện trở nhiệt thuận (kí hiệu PTC): Điện trở tăng khi nhiệt độ tăng.
Ảnh
Câu hỏi 5
Câu hỏi 5 trang 95 Vật Lí 11: Khi nhiệt độ tăng thì điện trở của dây tóc bóng đèn sợi đốt thay đổi như thế nào?
Câu hỏi 6
Câu hỏi 6 trang 95 Vật Lí 11: Khi nhiệt độ tăng thì điện trở của một điện trở nhiệt thay đổi như thế nào?
DẶN DÒ
DẶN DÒ
DẶN DÒ
+ Ôn lại các kiến thức vừa học. + Làm thêm bài tập trong sách bài tập. + Chuẩn bị trước bài sau.
CẢM ƠN
CẢM ƠN CÁC BẠN ĐÃ CHĂM CHÚ NGHE BÀI GIẢNG.