Giáo án Vật lý 11 - Bài 9 - Định luật ôm đối với toàn mạch

BÀI 9: ĐỊNH LUẬT ÔM ĐỐI VỚI TOÀN MẠCH I. Mục tiêu: II. Chuẩn bị: III. Tổ chức các hoạt động dạy học: 1. Hoạt động 1: Kiểm tra bài cũ – Đặt vấn đề nhận thức: Hoạt động của học sinh Trợ giúp của giáo viên - Cá nhân HS suy nghĩ trả lời. □. I=UR □. Q=RI2t □. Ang=qξ=ξIt - GV nêu câu hỏi kiểm tra kiến thức của HS. ○. Phát biểu nội dung định luật Ôm cho đoạn mạch chỉ chứa điện trở thuần R? ○. Phát biểu định luật Jun-Lenxo và viết biểu thức của định luật? ○. Viết biểu thức tính công của nguồn điện? ◊. Nguồn điện được đăc trưng bởi suất điện động và điện trở trong của nó. Khi mắc nguồn điện vào mạch kín thì cường độ dòng điện có quan hệ như thế nào với suất điện động và điện trở trong của nguồn điện? Bài học hôm nay chúng ta sẽ nghiên cứu điều đó. 2. Hoạt động 2: Tìm hiểu thí nghiệm về định luật Ôm đối với toàn mạch. Hoạt động của học sinh Trợ giúp của giáo viên - HS quan sát lắp mạch điện hoặc có thể trực tiếp lắp mạch cùng GV. □. Mạch điện kín bao gồm nguồn điện, mạch ngoài gồm điện trở R0 mắc nối tiếp với biến trở R. Ampe kế dung để đo cường độ dòng điện trong mạch kín, Vôn kế dùng để đo hiệu điện thế ở 2 đầu đoạn mạch. - Cá nhân HS suy nghĩ trả lời. □. Số chỉ của Ampe kế sẽ giảm khi số chỉ của Vôn kế giảm. - Các nhóm tiến hành thí nghiệm, ghi kết quả. Sau đó thảo luận, rút ra nhận xét về kết quả của thí nghiệm. → Kết quả thí nghiệm không đúng như dự đoán. Nó mâu thuẫn với định luật Ôm đã học trước đây. ◊. Để tìm hiểu mối liên hệ giữa cường độ dòng điện với suất điện động và điện trở trong của nguồn điện, chúng ta tiến hành thí nghiệm theo sơ đồ mach điện hình 9.2/SGK. Đây là sơ đồ mạch điện của chúng ta. - Yêu cầu Hs phân tích mạch điện, nêu tác dụng của các dụng cụ đo điện? ○. Số chỉ của Ampe kế thay đổi thế nào nếu ta cho số chỉ của Vôn kế giảm? ◊. Bây giờ chúng ta sẽ cùng tiến hành thí nghiệm để kiểm chứng giả thiết mà bạn vừa đưa ra. Liệu số chỉ của Ampe kế có giảm khi số chỉ của Vôn kế giảm không? - Điều chỉnh biến trở làm thay đổi điện trở mạch ngoài, số chỉ của Vôn kế và Ampe kế thay đổi. Ghi các kết quả thí nghiệm thu được vào bảng số liệu. ◊. Trước đây chúng ta xét cho đoạn mạch chỉ có điện trở thuần, mạch điện hôm nay chúng ta xét là mạch điện kín gồm điện trở và cả nguồn điện, trong đó mạch ngoài gồm các thiết bị mắc bên ngoài nguồn điện và mạch trong gồm nguồn điện có suất điện động và điện trở trong của nó. Vì vậy chúng ta phải xây dựng một định luật Ôm cho toàn mạch. 3. Hoạt động 3: Tìm hiểu định luật Ôm đối với toàn mạch. Hoạt động của học sinh Trợ giúp của giáo viên - HS tiến hành vẽ đồ thị. □. Đường thẳng. □. U=U0-aI= ξ-aI □. Để I=0 và tương ứng với U=U0 thì phải mở khóa K để mạch ngoài hở. □. UN=IRN □. Hệ số a có đơn vị củađiện trở. □. Suất điện động của nguồn điện có gía trị bằng tổng các độ giảm điện thế ở mạch ngoài và mạch trong. □. UN= IRN=ξ-Ir. □. I=ξRN+r □. Nội dung: Cường độ dòng điện chạy trong mạch điện kín tỉ lệ thuận với suất điện động của nguồn điện và tỉ lệ nghịch với điện trở toàn phần của mạch đó. □. C2. UN=ξ khi: 1. mạch ngoài hở I=0 (r≠0). 2. Khi r = 0 C3. ξ=1,5 r=1Ω R=4Ω → I=0,3A U=1,2V. - GV nêu các câu hỏi định hướng để HS xây dựng định luật Ôm cho toàn mạch. ○. Vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của cường độ dòng điện vào hiệu điện thế với số liệu thu được ở thí nghiệm 1? ○. Sự phụ thuộc đó biểu diễn trên đồ thị là một đường thẳng hay là một đường cong? ○. Viết phương trình đường thẳng biểu diễn sự phụ thuộc đó? ○. Hoàn thành yêu cầu C1. - Tìm hiểu ý nghĩa của hệ số a. ○. Xét mạch ngoài có điện trở tương đương RN, hiệu điện thế UN sẽ xác định như thế nào? ◊. Tích IRN được gọi là độ giảm điện thế mạch ngoài. Ta có: ξ=UN+ aI=IRN+a ○. Vậy a có đơn vị của đại lượng nào? ◊. RN là điện trở tương đương của mạch ngoài, a có đơn vị của điện trở nên a chỉ có thể là điện trở trong của nguồn điện. Như vậy: ξ=Ir+RN=IRN+Ir. (9.2) Nhận xét về hệ thức (9.2). ○. Hiệu điện thế mạch ngoài được xác định bởi công thức nào? ○. Xác định công thức tính I từ hệ thức (9.2). ◊. Hệ thức này biểu thị định luật Ôm đối với toàn mạch. Tổng RN+r được gọi là điện trở toàn phần của mạch điện kín. ○. Phát biểu nội dung của định luật Ôm đối với toàn mạch? ○. Hoàn thành yêu cầu C2, C3. 4.Hoạt động 4: Tìm hiểu hiện tượng đoản mạch. Hoạt động của học sinh Trợ giúp của giáo viên □. Khi R = 0, cường độ dòng điện trong mạch sẽ lớn nhất và chỉ phụ thuộc vào suất điện động nguồn và điện trở trong của nguồn. I=ξr □.Đối với mạng điện ở gia đình, hiệu điện thế được sử dụng la 220V. Hiệu điện thế này tương đương như suất điện động của nguồn điện. Nguồn điện này có điện trở trong khá nhỏ, khoảng vài ôm. Vì vậy, nếu hiện tượng đoản mạch xảy ra thì dòng điện có cường độ lên tới hàng trăm ampe làm dây nóng đỏ có thể dẫn đến cháy nổ rất nguy hiểm. Để tránh xảy ra hiện tượng đoản mạch, người ta sử dụng cầu chì đúng loại hoặc dùng công tắc (cầu dao), còn gọi là aptomat, có tác dụng ngắt mạch tự động khi cường độ dòng điện tăng lên tới một gái trị xác định nào đó, chưa tới mức nguy hiểm ○. Từ biểu thức của định luật ôm đối với toàn mạch, hãy cho biết cường độ dòng điện có giá trị cực đại khi nào và bằng bao nhiêu? ◊. Khi đó người ta nói rằng nguồn điện bị đoản mạch. Vì điện trở trong của pin khá lớn (khoảng vài ôm), nên khi đoản mạch thì dòng qua pin không lớn lắm, tuy nhiên sẽ mau hết điện.Nhưng với acquy chì thì điện trở trong khá nhỏ, vào khoảng vài phần trăm ôm, nên khi đoản mạch dòng điện qua acquy khá lớn, dễ làm hỏng acquy. ○.Hoàn thành yêu cầu C4. 5. Hoạt động 5: Tìm hiểu định luật Ôm đối với toàn mạch và định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng, hiệu suất của nguồn điện. Hoạt động của học sinh Trợ giúp của giáo viên - Cá nhân HS hoàn thành yêu cầu. - Công của nguồn điện thực hiện được trong thời gian t là: A=qξ=ξIt - Trong thời gian t đó nhiệt lượng tỏa ra trên điện trở ngoài và điện trở trong là: Q=RNI2t+rI2t - Theo định luật bảo toàn năng lượng, năng lượng tiêu thụ trên toàn mạch bằng năng lượng do nguồn điện cung cấp: ξIt=RNI2t+rI2t → ξ=IRN+r →I=ξRN+r - Công có ích của dòng điện được thực hiên ở mạch ngoài: A=UIt Công toàn phần của dòng điện: A=ξIt → H=AiA=UNItξIt=UNξ100% - Cá nhân HS hoàn thành yêu cầu. ○. Hãy áp dụng định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng để tìm ra định luật Ôm cho toàn mạch? Gợi ý cho HS: - Trong mạch kín có sự chuyển hóa năng lượng như thế nào? - Nhiệt năng trên các điện trở được năng lượng nào chuyển thành? - Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng ta có thể rút ra biểu thức toán học nào? ◊. Như vậy, định luật Ôm đối với toàn mạch hoàn toàn phù hợp với định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng. ○. Hiệu suất của nguồn điện được xác định bằng biểu thức nào? Gợi ý: Trong mạch kín, công có ích của dòng điện được thực hiện ở đâu? ○. Hoàn thành yêu cầu C5. 6.Hoạt động 6: Củng cố - vận dụng. Tổng kết bài học: Hoạt động của học sinh Trợ giúp của giáo viên - Cá nhân HS hoàn thành yêu cầu. - Cá nhân HS nhận nhiệm vụ học tập. - GV nêu các câu hỏi củng cố kiến thức cho HS. - Làm bài tập 4, 5 tại lớp. - GV nhận xét giờ học. Yêu cầu HS: - Đọc phần ghi nhớ trong SGK. - Làm bài tập 6, 7/SGK. - Xem trước bài tiếp theo.