Bài 11 Bài tập vận dụng định luật Ôm và công thức tính điện trở của dây dẫn Bài 11 1 trang 31 SBT Vật Lí 9 Hai bóng đèn khi sáng bình thường có điện trở là R1 = 7,5Ω và R2 = 4,5Ω Dòng điện chạy qua ha[.]
Bài 11 Bài tập vận dụng định luật Ôm cơng thức tính điện trở dây dẫn Bài 11.1 trang 31 SBT Vật Lí 9: Hai bóng đèn sáng bình thường có điện trở R1 = 7,5Ω R2 = 4,5Ω Dòng điện chạy qua hai đèn có cường độ định mức I = 0,8A Hai đèn mắc nối tiếp với với điện trở R để mắc vào hiệu điện U = 12V a) Tính R3 để hai đèn sáng bình thường b) Điện trở R3 quấn dây nicrom có điện trở suất 1,10.10-6Ω.m chiều dài 0,8m Tính tiết diện dây nicrom Tóm tắt: Đèn 1: R1 = 7,5Ω; Đèn 2: R2 = 4,5Ω; Iđm1 = Iđm2 = I = 0,8A; U = 12V; a) R3 = ? để hai đèn sáng bình thường b) dây nicrom ρ = 1,1.10-6Ω.m; l = 0,8m; S = ? Lời giải: a Khi hai đèn sáng bình thường cường độ dịng điện qua mạch là: I = I1 = I2 = Iđm1 = Iđm2 = 0,8A Điện trở tương đương đoạn mạch là: R= U 12 = = 15 I 0,8 Mặt khác R = R1 + R2 + R3 → R3 = 15 - (7,5 + 4,5) = 3Ω b Tiết diện dây nicrom là: S = R3 = 1,1.10−6 0,8 = 0,29.10−6 m2 = 0,29mm2 Bài 11.2 trang 31 SBT Vật Lí 9: Hai bóng đèn có hiệu điện định mức U1 = 6V, đèn sáng bình thường có điện trở tương ứng R = 8Ω R2 = 12Ω Cần mắc hai bóng đèn với biến trở có hiệu điện U = 9V để hai đèn bình thường a) Vẽ sơ đồ đoạn mạch điện tính điện trở biến trở b) Biến trở quấn dây hợp kim nikêlin có điện trở suất 0,40.10-6Ω.m, tiết diện trịn, chiều dài 2m Tính đường kính tiết diện d dây hợp kim này, biết hiệu điện lớn phép đặt vào hai đầu biến trở 30V dịng điện chạy qua biến trở có cường độ 2A Tóm tắt: Đèn 1: Uđm1 = U1 = 6V; R1 = 8Ω; Đèn 2: Uđm2 = Uđm1 = 6V; R2 = 12Ω; U = 9V; a) Sơ đồ mạch điện?; Rb = ? b) dây nikêlin ρ = 0,4.10-6Ω.m; l = 2m; Ubmax = 30V; Ib = 2A; S = ? Lời giải: a) Sơ đồ mạch điện hình đây: Vì hai đèn sáng bình thường nên ta có: - Cường độ dịng điện qua đèn là: I1 = U1 = = 0,75A R1 - Cường độ dòng điện qua đèn là: I2 = U2 = = 0,5A R 12 Cường độ dịng điện qua mạch là: I = I1 + I2 = 1,25A Biến trở ghép nối tiếp với cụm hai đèn nên Ib = I = 1,25A Ub + U12 = U Ub = U – U12 = U – U1 = – = 3V (hai đèn ghép song song U1 = U2 = U12) => Điện trở biến trở là: Rb = Ub = = 2,4 Ib 1,25 b Điện trở lớn biến trở là: R bmax = U bmax 30 = = 15 Ib Áp dụng công thức: R bmax = S .d với S tiết diện tính cơng thức: S = 4 R bmax = = S .d Đường kính tiết diện d dây hợp kim 4 4.0,4.10−6.2 d= = = 2,6.10−4 m = 0,26mm .R bmax .15 Bài 11.3 trang 31 SBT Vật Lí 9: Hai bóng đèn có hiệu điện định mức U1 = 6V, U2 = 3V sáng bình thường có điện trở tương ứng R = 5Ω R2 = 3Ω Cần mắc hai đèn với biến trở vào hiệu điện U = 9V để hai đèn sáng bình thường a) Vẽ sơ đồ mạch điện b) Tính điện trở biến trở c) Biến trở có điện trở lớn 25Ω, quấn dây nicrom có điện trở suất 1,10.10-6Ω.m, có tiết diện 0,2mm2 Tính chiều dài dây nicrom Tóm tắt: Đèn 1: Uđm1 = U1 = 6V; R1 = 5Ω; Đèn 2: Uđm2 = U2 = 3V; R2 = 3Ω; U = 9V; a) Sơ đồ mạch điện? b) Rb = ? c) dây nicrom ρ = 1,1.10-6Ω.m; Rbmax = 25Ω; S = 0,2mm2 = 0,2.10-6m2; l = ? Lời giải: a) Vì U = Uđm1 + Uđm2 (9 = + 3) nên ta cần mắc hai đèn nối tiếp với Xác định vị trí mắc biến trở: Cường độ dòng điện định mức qua đèn là: Iđm1 = U đm1 = = 1,2A R1 Iđm2 = Uđm2 = = 1A R2 - Vì Iđm1 > Iđm2 nên để hai đèn sáng bình thường đèn phải nằm nhánh đèn nằm nhánh rẽ => biến trở cần phải mắc song song với R2 (vì biến trở mắc song song với R1 Imạch = Iđm2 = 1A < 1,2A) Ta mắc sơ đồ mạch điện hình b) Cường độ dòng điện chạy qua biến trở là: Ib = Iđm1 – Iđm2 = 0,2A Biến trở ghép song song với đèn nên Ub = Uđm2 = 3V Điện trở biến trở: Rb = Ub : Ib = : 0,2 = 15Ω c) Chiều dài dây nicrôm dùng để quấn biến trở là: R bmax S 25.0,2.10−6 = = = 4,545m 1,1.10−6 Bài 11.4 trang 32 SBT Vật Lí 9: Một bóng đèn sáng bình thường với hiệu điện định mức UĐ = 6V dịng điện chạy qua đèn có cường độ IĐ = 0,75A Mắc bóng đèn với biến trở có điện trở lớn 16Ω vào hiệu điện U = 12V a) Phải điều chỉnh biến trở có điện trở để đèn sáng bình thường mắc bóng đèn nối tiếp với biến trở vào hiệu điện U cho đây? b) Nếu mắc đèn biến trở vào hiệu điện U cho theo sơ đồ hình 11.1 phần điện trở R1 biến trở để đèn sáng bình thường? Hình 11.1 Tóm tắt: Đèn: Uđm1 = UĐ = 6V; IĐ = 0,75A; Biến trở: Rbmax = 16Ω; U = 12V; a) Đèn nối tiếp biến trở, đèn sáng bình thường Rb = ? b) Đèn sáng bình thường R1 = ? Lời giải: a) Mắc bóng đèn nối tiếp với biến trở, đèn sáng bình thường khi: Ib = IĐ = I = 0,75A Ub + UĐ = U UĐ = 6V => Ub = U – UĐ = 12 – = 6V Điện trở biến trở là: Rb = Ub : Ib = : 0,75 = 8Ω b) Đèn mắc song song với phần R1 biến trở đoạn mạch song song mắc nối tiếp với phần lại R2 (R2 = 16 – R1) biến trở Để đèn sáng bình thường hiệu điện hai đầu đoạn mạch song song UĐ = 6V => hiệu điện hai đầu phần lại biến trở là: U2 = U – UĐ = 12 – = 6V Điện trở đèn là: RĐ = UĐ : IĐ = : 0,75 = 8Ω Vì cụm đoạn mạch (đèn // R1) nối tiếp với R2 nên ta có hệ thức: R 1Đ U1Đ = R2 U2 (R1D điện trở tương đương đoạn mạch đèn // R1 U1Đ = U1 = UĐ = 6V) R 1.R Đ R R + RĐ 1Đ = = =1 R2 R2 R1.R Đ = R = 16 − R1 R1 + R Đ R1.8 = 16 − R1 R1 + 8R1 = −R12 + 8R1 + 128 R1 11,31 Bài 11.5 trang 32 SBT Vật Lí 9: Xét dây dẫn làm từ loại vật liệu, chiều dài dây dẫn giảm lần tiết diện tăng lần điện trở dây dẫn thay đổi nào? A Điện trở dây dẫn tăng lên 10 lần B Điện trở dây dẫn giảm 10 lần C Điện trở dây dẫn tăng lên 2,5 lần D Điện trở dây dẫn giảm lên 2,5 lần Tóm tắt: Hai dây vật liệu (ρ1 = ρ2 = ρ); l2 = l1 : 5; S2 = 2S1; R2 : R1 = ? Lời giải: Điện trở dây dẫn giảm 10 lần Áp dụng công thức: R = R2 = R1 R2 = S1 R = S2 S1 S = = S 2S1 10 R1 10 Chọn đáp án B Bài 11.6 trang 32 SBT Vật Lí 9: Câu phát biểu mối quan hệ hiệu điện U hai đầu đoạn mạch có điện trở R cường độ dòng điện I chạy qua đoạn mạch không đúng? A Hiệu điện U tích số cường độ dịng điện I điện trở R đoạn mạch B Điện trở R đoạn mạch không phụ thuộc vào hiệu điện U hai đầu đoạn mạch cường độ dòng điện chạy qua mạch C Cường độ dịng điện I tỉ lệ thuận với hiệu điện U tỉ lệ nghịch với điện trở R mạch D Điện trở R tỉ lệ thuận với hiệu điện U tỉ lệ nghịch với cường độ dòng điện I chạy qua đoạn mạch Lời giải: Điện trở R tỉ lệ thuận với hiệu điện U tỉ lệ nghịch với cường độ dòng điện I chạy qua đoạn mạch Chọn đáp án D Bài 11.7 trang 33 SBT Vật Lí 9: Hãy ghép đoạn câu a), b), c), d) với đoạn câu 1, 2, 3, 4, để câu hồn chỉnh có nội dung a) Hiệu điện hai đầu đoạn mạch b) Điện trở dây dẫn c) Đối với đoạn mạch nối tiếp, hiệu điện hai đầu điện trở d) Đối với đoạn mạch song song, cường độ dòng điện chạy qua mạch rẽ tỉ lệ thuận với điện trở tỉ lệ nghịch với điện trở tỉ lệ thuận với chiều dài, tỉ lệ nghịch với tiết diện dây phụ thuộc vào vật liệu làm dây tích cường độ dịng điện chạy qua đoạn mạch điện trở đoạn mạch tỉ lệ thuận với hiệu điện hai đầu dây tỉ lệ nghịch với cường độ dòng điện chạy qua dây Lời giải: a – 4: Hiệu điện hai đầu đoạn mạch tích cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch điện trở đoạn mạch b – 3: Điện trở dây dẫn tỉ lệ thuận với chiều dài, tỉ lệ nghịch với tiết diện dây phụ thuộc vào vật liệu làm dây c – 1: Đối với đoạn mạch nối tiếp, hiệu điện hai đầu điện trở tỉ lệ thuận với điện trở d – 2: Đối với đoạn mạch song song, cường độ dòng điện chạy qua mạch rẽ tỉ lệ nghịch với điện trở Bài 11.8 trang 33 SBT Vật Lí 9: Hai dây dẫn từ loại vật liệu, dây thứ có điện trở R1 = 15Ω, có chiều dài l1 = 24m có tiết diện S1 = 0,2mm2, dây thứ hai có điện trở R2 = 10Ω, có chiều dài l2 = 30m Tính tiết diện S2 dây thứ hai Lời giải: Áp dụng công thức: R = S1 R = S2 (hai dây làm loại vật liệu) R2 = R1 S2 = S1 S R = S2 S R1 = 10 24 = 15 30 15 15S1 15.0,2 = = 0,375mm 8 Bài 11.9 trang 33 SBT Vật Lí 9: Hai bóng đèn Đ1 Đ2 có hiệu điện định mức tương ứng U1 = 1,5V U2 = 6V; sáng bình thường có điện trở tương ứng R1 = 1,5Ω R2 = 8Ω Hai đèn mắc với biến trở vào hiệu điện U = 7,5V theo sơ đồ hình 11.2 a) Hỏi phải điều chỉnh biến trở có giá trị để hai đèn sáng bình thường? b) Biến trở nói quấn dây nikêlin có điện trở suất 0,4.10-6Ω.m, có độ dài tổng cộng 19,64m đường kính tiết diện 0,5mm Hỏi giá trị biến trở tính câu a chiếm phần trăm so với điện trở lớn biến trở này? Hình 11.2 Tóm tắt: Đèn 1: Uđm1 = U1 = 1,5V; R1 = 1,5Ω; Đèn 2: Uđm2 = U2 = 6V; R2 = 8Ω; U = 7,5V; a) Hai đèn sáng bình thường Rb = ? b) dây nikêlin ρ = 0,4.10-6Ω.m; l = 19,64m; d = 0,5mm = 0,5.10-3m; Rb = ?% R bmax Lời giải: a) Để hai đèn sáng bình thường cường độ dòng điện qua đèn phải cường độ định mức: I1 = Iđm1 = U đm1 1,5 = = 1A R1 1,5 I = Iđm2 = U đm2 = = 0,75A R2 Đồng thời: U2b = U2 = Ub = 6V (vì Đèn // biến trở) Ta có: I = I1 = I2b = 1A = Ib + I2 (vì Đ1 nt (Đ2 // biến trở)) => Cường độ dòng điện qua biến trở: Ib = I2b – I2 = – 0,75 = 0,25A Điện trở biến trở đèn sáng bình thường: Rb = Ub : Ib = : 0,25 = 24Ω b) Áp dụng công thức: R bmax = S với S tiết diện tính cơng thức: S = .d 4 4.0,4.10−6.19,64 R bmax = = = = 40 −3 S .d 3,14 ( 0,5.10 ) Điện trở biến trở đèn sáng bình thường chiếm: %R = Rb 24 = 100% = 60% R bmax 40 Bài 11.10 trang 34 SBT Vật Lí 9: Hai bóng đèn Đ1 Đ2 có hiệu điện định mức U1 = U2 = 6V; sáng bình thường có điện trở tương ứng R1 = 12Ω R2 = 8Ω Mắc Đ1, Đ2 với biến trở vào hiệu điện không đổi U = 9V để hai đèn sáng bình thường a) Vẽ sơ đồ mạch điện tính giá trị Rb biến trở hai đèn sáng bình thường b) Biến trở quấn dây nicrom có điện trở suất 1,10.10-6Ω.m có tiết diện 0,8mm2 Tính độ dài tổng cộng dây quấn biến trở này, biết có giá trị lớn Rbm = 15Rb, Rb giá trị tính câu a Tóm tắt: Đèn 1: Uđm1 = U1 = 6V; R1 = 12Ω; Đèn 2: Uđm2 = U2 = 6V; R2 = 8Ω; U = 9V; a) Sơ đồ mạch điện?; Rb = ? b) ρ = 1,1.10-6Ω.m; S = 0,8mm2 = 0,8.10-6m2; Rbm = 15Rb; l = ? Lời giải: a) Sơ đồ mạch điện: Vì U1 = U2 = 6V < U = 9V nên hai đèn muốn sáng bình thường phải mắc song song với cụm đèn ghép nối tiếp với biến trở Rb hình vẽ Để hai đèn sáng bình thường cường độ dòng diện qua Đ 1, Đ2 là: Iđm1 = Uđm1 = = 0,5A R1 12 Iđm2 = U đm = = 0,75A R2 Từ sơ đồ mạch điện (Đèn nt Đ2) // biến trở)ta có: +) U12 + Ub = U = 9V +) I = Ib = I12 = I1 + I2 = 0,5 + 0,75 = 1,25A => Ub = U – U12 = U – U1 = – = 3V (vì Đ1 // Đ2 nên U12 = U1 = U2) Điện trở biến trở hai đèn sáng bình thường: Rb = Ub : Ib = : 1,25 = 2,4Ω b) Điện trở lớn biến trở: Rbm = 15.Rb = 15 x 2,4 = 36Ω Áp dụng công thức: R bm = S với l chiều dài S tiết diện dây => Độ dài dây làm biến trở: = R bm S 36.0,8.10−6 = = 26,2m 1,1.10−6 Bài 11.11 trang 34 SBT Vật Lí 9: Ba bóng đèn Đ1, Đ2, Đ3 có hiệu điện định mức tương ứng U1 = 3V, U2 = U3 = 6V sáng bình thường có điện trở tương ứng R1 = 2Ω, R2 = 6Ω, R3=12Ω a) Hãy chứng tỏ mắc ba bóng đèn vào hiệu điện U = 9V để đèn khác sáng bình thường vẽ sơ đồ mạch điện b) Thay đèn Đ3 cuộn dây điện trở quấn dây manganin có điện trở suất 0,43 10-6Ω.m có chiều dài 8m Tính tiết diện dây Tóm tắt: Đèn 1: Uđm1 = U1 = 3V; R1 = 2Ω; Đèn 2: Uđm2 = U2 = 6V; R2 = 6Ω; Đèn 3: Uđm3 = U2 = 6V; R3 = 12Ω; U = 9V; a) Sơ đồ mạch điện? b) Thay đèn cuộn dây Rd có: ρ = 0,43.10-6Ω.m; l = 8m; S = ? Lời giải: Vì U23 = U2 = U3 = 6V U1 = 3V = – = U – U23 nên đèn Đ2 Đ3 phải mắc song song với nối tiếp với đèn Đ1 hình vẽ Chứng minh đèn sáng bình thường: Giả sử đèn sáng bình thường, ta có: Cường độ dịng diện qua đèn là: I1 = U1 = = 1,5A R1 I2 = U2 = = 1A R2 I3 = U3 = = 0,5A R 12 Ta nhận thấy: I2 + I3 = + 0,5 = 1,5 = I1 (1) Và Đ1 nằm nhánh nên cường độ dịng mạch chính: I = I1 = 1,5A => Hiệu điện toàn mạch: U = I.Rtđ = I.(R1 + R23) Mà R 23 = R R 6.12 = = 4 R + R + 12 => U = 1,5.(2 + 4) = 9V (2) Từ (1) (2) ta thấy cách mắc đèn theo sơ đồ phù hợp với tính chất mạch điện để sáng bình thường mắc vào nguồn 9V (đpcm) b) Áp dụng công thức: R = S với l chiều dài S tiết diện dây 0,43.10−6.8 = = 2,87.10−7.m => Tiết diện dây: S = R 12 ... 16 − R1 R1 + 8R1 = −R12 + 8R1 + 128 R1 11, 31 Bài 11. 5 trang 32 SBT Vật Lí 9: Xét dây dẫn làm từ loại vật li? ??u, chiều dài dây dẫn giảm lần tiết di? ??n tăng lần điện trở dây dẫn thay đổi nào?... với S tiết di? ??n tính cơng thức: S = 4 R bmax = = S .d Đường kính tiết di? ??n d dây hợp kim 4 4.0,4.10−6.2 d= = = 2,6.10−4 m = 0,26mm .R bmax .15 Bài 11. 3 trang 31 SBT Vật Lí 9: Hai bóng... mạch rẽ tỉ lệ nghịch với điện trở Bài 11. 8 trang 33 SBT Vật Lí 9: Hai dây dẫn từ loại vật li? ??u, dây thứ có điện trở R1 = 15Ω, có chiều dài l1 = 24m có tiết di? ??n S1 = 0,2mm2, dây thứ hai có điện