2.1. Cấu trúc nội dung chương “Điện học” vật lí 9
2.1.3. Phân tích nội dung khoa học kiến thức phần “Điện học” vật lí 9
2.1.3.1 Sự phụ thuộc của cường độ dòng điện vào hiệu điện thế
- Cường độ dòng điện chạy (I) qua một dây dẫn, tỉ lệ thuận với hiệu điện thế
(U) đặt vào hai đầu dây dẫn đó. - Đối với mỗi dây dẫn khi có dịng điện chạy qua, thì trị số U/I là khơng
đổi I(A) và được gọi là điện trở của dây dẫn đó Kí hiệu là R và cơng thức tính là :
I U R
Đơn vị của điện trở là Ohm( ) : 1 kΩ = 1000 Ω = 10 Ω; 1 MΩ = 10 Ω3 6
- Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của cường độ dòng điện vào hiệu điện thế là một đường thẳng đi qua gốc tọa độ như hình vẽ.
2.1.3.2 Định luật Ohm
a. Phát biểu định luật
- Cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn tỉ lệ thuận với hiệu điện điện thế đặt vào hai đầu dây dẫn và tỉ lệ nghịch với điện trở của dây.
0 U(V)
I (A)
- Biểu thức :
R U
I Với I là cường độ dòng điện, đơn vị Ampe (A). U là hiệu điện thế, đơn vị là vôn (V). R là điện trở dây dẫn, đơn vị là Ohm( ).
b. Định luật Ohm cho đoạn mạch điện mắc nối tiếp
R1 R2 R3 I U1 U2 U3 - Tính chất của đoạn mạch : AB 1 2 3 AB 1 2 3 td AB 1 2 3 I = I = I = I = I U = U = U + U + U R = R = R + R + R - Định luật Ohm : AB 1 2 3 AB 1 2 3 U U U U I = = = = R R R R
c. Định luật Ohm cho đoạn mạch điện mắc song song
- Tính chất của đoạn mạch : AB 1 2 3 AB 1 2 3 td AB 1 2 3 I = I + I + I + I U = U = U = U = U 1 1 1 1 1 = = + + R R R R R - Định luật Ohm : AB 1 2 3 1 2 3 AB 1 2 3 U U U U I = ; I = ; I = ; I = R R R R - Hệ quả : - Đoạn mạch điện mắc nối tiếp : 1 1
2 2
R U
= . R U - Đoạn mạch điện mắc song song : 1 2
2 1 R I = R I - Đoạn mạch : R1 // R2 1 2 12 1 2 R R R = . R + R I1 R1 I3 R3 UAB I2 R2
- Đoạn mạch : R1 // R2 // R3 1 2 3 123 1 2 1 3 2 3 R R R R = R R + R R + R R
2.1.3.3 Sự phụ thuộc của điện trở vào chiều dài, tiết diện và bản chất của dây dẫn
Điện trở của dây dẫn tỉ lệ thuận với chiều dài l của dây dẫn, tỉ lệ nghịch với
tiết diện S của dây dẫn và phụ thuộc vào vật liệu làm dây dẫn. - Công thức điện trở :
S l R.
Trong đó: R là điện trở, có đơn vị là ;
l là chiều dài dây, có đơn vị là m ;
S là tiết diện dây, có đơn vị là m2 ; là điện trở suất, có đơn vị là.m.
- Điện trở suất của một vật liệu (hay một chất) có trị số bằng điện trở của một đoạn dây dẫn hình trụ được làm bằng vật liệu đó có chiều dài 1 m và tiết diện là 1 m2.
Kí hiệu là đọc là rô; đơn vị: .m
- Chất nào có điện trở suất càng nhỏ thì dẫn điện càng tốt.
Nhận biết được các loại biến trở qua tranh vẽ và biến trở trong phịng thí nghiệm.
- Các loại biến trở: biến trở con chạy, biến trở tay quay,... - Kí hiệu biến trở.
2.1.3.4 Công và công suất. Định luật Jun - len – xơ
a. Công suất định mức của các dụng cụ điện
- Trên các dụng điện thường có ghi các thông số định mức như số vôn và số oát. - Mỗi dụng cụ điện khi được sử dụng với hiệu điện thế bằng hiệu điện thế định mức, thì sẽ tiêu thụ cơng suất điện bằng số ốt ghi trên dụng cụ đó. - Công suất định mức của mỗi dụng cụ điện cho biết cơng suất mà dụng cụ đó tiêu thụ khi hoạt động bình thường.
b. Cơng thức tính cơng suất
- Công suất tiêu thụ điện của một dụng cụ điện hay của một đoạn mạch, bằng tích của hiệu điện thế giữa hai đầu dụng cụ hay đoạn mạch đó và cường độ dòng điện chạy qua nó : P = UI ; Đơn vị của cơng suất là ốt (W).
- Nếu đoạn mạch chỉ có điện trở R, thì cơng suất của đoạn mạch là : 2 2
= U .
P I R R
c. Dịng điện có mang năng lượng
- Dịng điện có khả năng thực hiện cơng cũng như có thể làm thay đổi nhiệt năng của vật, điều đó chứng tỏ dịng điện có mang năng lượng.
- Năng lượng của dòng điện được gọi là điện năng.
d. Sự chuyển hóa điện năng thành các dạng năng lượng khác
- Các dụng cụ điện khi hoạt động đều biến đổi điện năng thành các dạng năng lượng khác.
- Ví dụ : Bóng đèn dây tóc (năng lượng có ích là quang năng và một phần năng lượng vơ ích là nhiệt năng), Đèn Led (nhiệt năng), Bàn là (nhiệt năng), Quạt điện (chuyển hóa điện năng thành cơ năng là năng lượng có ích và một phần là nhiệt năng).
e. Cơng của dịng điện
- Cơng của dịng điện gây ra trên một đoạn mạch là số đô lượng điện năng mà đoạn mạch đó tiêu thụ để chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác.
- Cơng của dịng điện trên một đoạn mạch bằng tích của công suất tiêu thụ điện trên đoạn mạch đó với thời gian tiêu thụ : A = Pt = UIt; Đơn vị của công là Jun (J).
- Thiết bị đo lượng điện năng sử dụng của đoạn mạch hay cơng của dịng điện, gọi là công tơ điện. Đơn vị đo tính theo kWh : 1 kWh = 3600.103 J = 3,6.106 J = 3,6 MJ.
Ví dụ : Bóng đèn ghi 100W – 220V, thời gian sáng là n giờ thì số đếm của công tơ là 0,1n.
g. Định luật Jun –len – xơ
Nhiệt lượng toả ra ở dây dẫn khi có dịng điện chạy qua tỉ lệ thuận với bình phương cường độ dòng điện, với điện trở của dây dẫn và với thời gian dòng điện chạy qua.
- Hệ thức: Q = I2.R.t Trong đó,
I là cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn; đơn vị là ampe (A) R là điện trở của dây dẫn; đơn vị Ôm (Ω)
t là thời gian dòng điện chạy qua dây dẫn; đơn vị là giây (s)