Giải bài tập Vật lí 9 Bài 10: Biến trở - Điện trở dùng trong kĩ thuật

Trả lời câu hỏi giữa bài

Bài C2 trang 29 SGK Vật lí 9: Bộ phận chính của biến trở trên các hình 10.1a, b gồm con chạy (hoặc tay quay) C và cuộn dây dẫn bằng hợp kim có điện trở suất lớn (nikelin hay nicrom), được quấn đều dặn dọc theo một lõi bằng sứ. Nếu mắc hai đầu A, B của cuộn dây này nối tiếp vào mạch điện thì khi dịch chuyển con chạy C, biến trở có tác dụng thay đổi điện trở không? Vì sao?
Phương pháp giải 

   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: $R=\frac{\rho l}{S}$

Lời giải

   Nếu mắc hai đầu A, B của cuộn dây này nối tiếp vào mạch điện thì khi dịch chuyển con chạy C, biến trở không có tác dụng thay đổi điện trở.

   Vì nếu mắc như vậy, khi dịch chuyển con chạy C thì dòng điện vẫn chạy qua toàn bộ cuộn dây của biến trở và con chạy không có tác dụng làm thay đổi chiều dài của phần cuộn dây có dòng điện chạy qua.

Bài C3 trang 29 SGK Vật lí 9: Biến trở được mắc nối tiếp vào mạch điện, chẳng hạn với hai điểm A và N của các biến trở ở hình 10.1a và b. Khi đó, nếu ta dịch chuyển con chạy hoặc quay tay C thì điện trở của mạch điện có thay đổi không? Vì sao?
Phương pháp giải

   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:  $R=\frac{\rho l}{S}$

Lời giải chi tiết

   Trong trường hợp này, nếu dịch chuyển con chạy hoặc tay quay C thì sẽ làm thay đổi chiều dài của phần cuộn dây có dòng điện chạy qua, do đó làm thay đổi điện trở của biến trở. Vì vậy điện trở của mạch điện cũng sẽ thay đổi.

Bài C4 trang 29 SGK Vật lí 9: Trên hình 10.2 vẽ các kí hiệu sơ đồ của biến trở. Hãy mô tả hoạt động của biến trở có kí hiệu sơ đồ a, b, c.
Phương pháp giải

Lời giải 

   Hoạt động của biến trở có kí hiệu sơ đồ a, b, c trên hình 10.2 SGK: Khi dịch chuyển con chạy thì sẽ làm thay đổi chiều dài của phần cuộn dây có dòng điện chạy qua, do đó làm thay đổi điện trở của biến trở.

   Cụ thể nếu đầu con chạy dịch chuyển sang bên trái thì chiều dài phần điện trở tham gia vào mạch điện sẽ giảm dẫn đến điện trở của biến trở lúc này giảm theo. Nếu dịch con chạy sang bên phải thì điện trở của phần biến trở tham gia mạch điện sẽ tăng.

Bài C5 trang 29 SGK Vật lí 9: Vẽ sơ đồ mạch điện hình 10.3 (SGK)
Lời giải 

Sơ đồ mạch điện: 

Bài C6 trang 29 SGK Vật lí 9: Tìm hiểu trị số điện trở lớn nhất của biến trở được sử dụng và cường độ lớn nhất của dòng điện cho phép chạy qua biến trở đó.

     + Mắc mạch điện theo hình 10.3. Đẩy con chạy C về sát điểm N để biến trở có điện trở lớn nhất.

     + Đóng công tắc rồi dịch chuyển con chạy C để đèn sáng hơn. Tại sao?

     + Để đèn sáng mạnh nhất thì phải dịch con chạy của biến trở tới vị trí nào? Vì sao?

Phương pháp giải

     + Hệ thức định luật Ôm $I={\displaystyle \frac{U}{R}}$

     + R càng lớn thì I càng nhỏ.

Lời giải

     + Để con chạy C ở điểm N thì biến trở có giá trị điện trở lớn nhất, vì khi đó dòng điện chạy qua toàn bộ cuộn dây của biến trở.

     + Khi dịch chuyển con chạy C về phía M, chiều dài của cuộn dây có dòng điện chạy qua giảm dần nên điện trở của biến trở giảm dần. Do đó đèn sáng hơn.

     + Để đèn sáng mạnh nhất thì phải dịch con chạy của biến trở đến vị trí sao cho điện trở của biến trở là nhỏ nhất (vì biến trở mắc nối tiếp với đèn trong mạch), đó là điểm M. Khi con chạy đặt ở điểm M thì dòng điện hầu như không chạy qua cuộn dây của biến trở, điện trở của biến trở khi ấy là nhỏ nhất.

Bài C7 trang 30 SGK Vật lí 9: Trong kĩ thuật, chẳng hạn trong các mạch điện của Radio, tivi… người ta cần sử dụng các điện trở có kích thước nhỏ với các trị số khác nhau, có thể tới vài trăm megavon (1MΩ = 10⁶Ω ). Các điện trở này được chế tạo bằng một lớp than hay lớp kim loại mỏng phủ ngoài một lỏi cách điện (thường bằng sứ). Hãy giải thích vì sao lớp than hay lớp kim loại mỏng đó lại có điện trở lớn.
Phương pháp giải

   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: $R=\frac{\rho l}{S}$

Lời giải 

   Các điện trở này được chế tạo bằng một lớp than hay lớp kim loại mỏng phủ ngoài một lỏi cách điện (thường bằng sứ), nên khi áp điện vào hai đầu thì điện trở tham gia vào mạch sẽ có tiết diện S rất nhỏ.

   Mặt khác, $R={\displaystyle \frac{\rho l}{S}}$ nên khi S rất nhỏ thì R rất lớn, có thể lên đến cỡ MΩ.

Bài C9 trang 30 SGK Vật lí 9: Đọc trị số của các điện trở cùng loại như hình 10.4a có trong bộ dụng cụ thí nghiệm.

Phương pháp giải

Bảng 1: Trị số của điện trở được quy định theo các vòng màu

   Màu của vòng 1 và của vòng 2 cho hai số đầu của trị số điện trở, màu của vòng 3 cho luỹ thừa của 10 nhân với hai số đầu đã xác định trên đây. Vòng 4 cho trị số của sai số.

   Ví dụ: Vòng 1 màu đỏ tương ứng với số 2 cho trong bảng trên, vòng 2 màu lục tương ứng với số 5, vòng 3 màu tím tương ứng với x10⁷ Ω. Như vậy, trị số điện trở với 3 vòng màu đỏ, lục, tím là: 25.10⁷ Ω = 250.10⁶ Ω = 250 MΩ.

Lời giải 

   Dựa vào bảng số 1, em hãy đọc trị số điện trở kĩ thuật cùng loại có trong bộ dụng cụ thí nghiệm.

   Ví dụ:

   Điện trở như hình sau:

      $R=45\times {10}^2\Omega =4,5k\Omega$

   Bởi vì vàng tương ứng với 4, xanh lục tương ứng với 5, và đỏ tương ứng với giá trị số mũ 2. Vòng màu cuối cho biết sai số của điện trở có thể trong phạm vi 5% ứng với màu kim loại vàng.

Bài C10 trang 30 SGK Vật lí 9: Một biến trở con chạy có điện trở lớn nhất là 20Ω. Dây điện trở của biến trở là dây hợp kim nicrom có tiết diện 0,5mm² và được quấn đều xung quanh một lõi sứ tròn đường kính 2cm. Tính số vòng dây của biến trở này.

Phương pháp giải

   Công thức tính điện trở của dây dẫn: $R={\displaystyle \frac{\rho l}{S}}$

   Chu vi đường tròn: $C=2\pi r=\pi d$

   Số vòng dây: $$N=\frac{l}{C}$$

Lời giải 

   Ta có:

     + Điện trở lớn nhất của biến trở: $R=20\mathrm{\Omega }$

     + Tiết diện của dây: $S=0,5m{m}^2=0,{5.10}^{-6}{m}^2$

     + Điện trở suất của hợp kim nicrom: $\rho =1,{10.10}^{-6}\mathrm{\Omega }m$

   Mặt khác, ta có:  $R={\displaystyle \frac{\rho l}{S}}$

  => Chiều dài của dây hợp kim:

  $\Rightarrow l={\displaystyle \frac{RS}{\rho }=\frac{20.0,{5.10}^{-6}}{1,{1.10}^{-6}}=9,09m}$

  Chu vi của đường tròn đường kính 2cm: $C=2\pi r=\pi d=3,14.0,02=0,0628m$

   => Số vòng dây của biến trở: $N={\displaystyle \frac{l}{C}=\frac{9,09}{0,0628}\approx 145}$ vòng

1. Biến trở

  - Biến trở là điện trở có thể thay đổi được trị số và có thể sử dụng để điều chỉnh cường độ dòng điện trong mạch.

  - Cấu tạo: gồm 2 bộ phận chính:

     + Con chạy hoặc tay quay

     + Cuộn dây bằng hợp kim có điện trở suất lớn

  - Kí hiệu:

   - Hoạt động: Khi di chuyển con chạy (hoặc tay quay) thì sẽ làm thay đổi chiều dài của cuộn dây có dòng điện chạy qua ⇒ làm thay đổi điện trở của biến trở.

2. Các loại biến trở thường dùng

Có nhiều cách phân loại biến trở:

   - Phân loại biến trở theo chất liệu cấu tạo:

      + Biến trở dây quấn

      + Biến trở than

  - Phân loại biến trở theo bộ phận điều chỉnh:

      + Biến trở con chạy

      + Biến trở tay quay

3. Điện trở dùng trong kĩ thuật

  - Điện trở dùng trong kỹ thuật thường có trị số rất lớn.

  - Được chế tạo bằng lớp than hoặc lớp kim loại mỏng phủ ngoài một lớp cách điện

  - Có hai cách ghi trị số điện trở dùng trong kỹ thuật là:

     + Trị số được ghi trên điện trở.

A. Lý thuyết

  - Biến trở là điện trở có thể thay đổi được trị số và có thể được sử dụng để điều chỉnh cường độ dòng điện trong mạch.

  - Biến trở có thể mắc nối tiếp, mắc song song hoặc mắc hỗn hợp với các thiết bị trong mạch điện.

B. Phương pháp

  - Áp dụng các công thức về tính điện trở của biến trở:

     + $R=\rho {\displaystyle \frac{l}{S}}$

     + Mắc nối tiếp: $R_{t\mathrm{d}}=R_b+R$

     + Mắc song song: ${\displaystyle \frac{1}{R_{t\mathrm{d}}}}={\displaystyle \frac{1}{R_b}}+{\displaystyle \frac{1}{R}}$

  - Áp dụng định luật Ôm: $I={\displaystyle \frac{U}{R_{t\mathrm{d}}}}$

Bài tập ví dụ:

Một biến trở có ghi $\left(40\mathrm{\Omega }-0,5A\right)$.

   a) Nêu ý nghĩa con số ghi trên biến trở.

   b) Hiệu điện thế lớn nhất mà biến trở chịu được?

   c) Biết trở này làm từ dây constan có chiều dài 8m, điện trở suất của constan là $\rho =0,{5.10}^{-6}\mathrm{\Omega }.m$. Tìm tiết diện của dây

Hướng dẫn giải

a)

  Trên biến trở có ghi $\left(40\mathrm{\Omega }-0,5A\right)$tức là:

     + Điện trở lớn nhất của biến trở là $40\mathrm{\Omega }$

     + Cường độ dòng điện lớn nhất đi qua biến trở mà biến trở không bị hỏng là 0,5A.

b)

  Áp dụng định luật Ôm $I={\displaystyle \frac{U}{R}}\Rightarrow U=I.R$

  Hiệu điện thế lớn nhất mà biến trở chịu được là:

    $U_{max}=I.R_{max}=0,5.40=20V$

c)

  Áp dụng công thức: $R=\rho {\displaystyle \frac{l}{S}}\Rightarrow S=\rho {\displaystyle \frac{l}{R}}$

  Tiết diện của dây là:

       $S={\displaystyle \frac{\rho l}{R}}={\displaystyle \frac{0,{5.10}^{-6}.8}{40}}={10}^{-7}{m}^2=0,1m{m}^2$