Giáo án Bài 11. Điện trở. Định luật Ohm

Huy động kiến thức cũ về hiệu điện thế và cường độ dòng điện; xác định vấn đề: cường độ dòng điện qua một vật dẫn phụ thuộc vào những đại lượng nào và quan hệ đó được định lượng ra sao.

GV đưa tình huống: Hai bóng đèn cùng loại được mắc vào hai nguồn có hiệu điện thế khác nhau. HS dự đoán: nguồn nào làm dòng điện qua bóng đèn lớn hơn? Các em làm việc cá nhân trong 1 phút, ghi dự đoán vào vở nháp; sau đó trao đổi cặp đôi 1 phút. Câu hỏi GV đặt ra: (1) Khi tăng hiệu điện thế đặt vào hai đầu dây dẫn thì cường độ dòng điện thay đổi thế nào? (2) Theo em, điều gì quyết định độ lớn của dòng điện: chỉ hiệu điện thế hay còn đại lượng nào khác?

Dự đoán ban đầu của HS: khi tăng U thì I tăng; I còn phụ thuộc vào đặc tính của vật dẫn (điện trở). Nêu được câu hỏi cần giải quyết: Quan hệ giữa U, I và R là gì? Vấn đề bài học: Điện trở và định luật Ohm.

Nêu được điện trở là thương số $R=\dfrac{U}{I}$ với vật dẫn ở điều kiện xác định, đơn vị ohm; tính được R từ số liệu đo U và I.

HS hoạt động theo nhóm 4 người, làm Phiếu học tập số 1. Nhóm đọc số liệu của một dây dẫn: khi U = 6 V thì I = 0,5 A. Các em tính tỉ số U/I, rồi trả lời: (1) Tỉ số $\dfrac{U}{I}$ có giá trị bằng bao nhiêu? Đơn vị là gì? (2) Nếu đổi sang U = 9 V, I = 0,75 A thì tỉ số U/I có thay đổi không? (3) Từ đó, điện trở R được định nghĩa thế nào? Có phụ thuộc vào U, I không?

Đáp án của phiếu: (1) $R=\dfrac{6}{0{,}5}=12$ Ω; đơn vị ohm. (2) $\dfrac{9}{0{,}75}=12$ Ω: tỉ số không đổi, vì R là đặc trưng của vật dẫn. (3) Điện trở là đại lượng $R=\dfrac{U}{I}$ của một vật dẫn ở điều kiện xác định, đơn vị ohm; R không phụ thuộc vào U và I riêng lẻ.

Phát biểu được định luật Ohm $I=\dfrac{U}{R}$; nhận biết đồ thị I–U của vật dẫn tuân Ohm là đường thẳng qua gốc; phân biệt được R với định luật Ohm; thu thập số liệu và vẽ đồ thị I–U.

Các nhóm thực hiện khảo sát với điện trở 20 Ω bằng một trong hai cách: (a) mô phỏng 3D trong trang bài học NeoEdu; hoặc (b) bộ thí nghiệm thực tế khi có thiết bị. Các bước: ngắt khoá, mắc ampe kế nối tiếp và vôn kế song song với điện trở 20 Ω; đóng khoá ở U = 2 V, 4 V, 6 V và đọc I; ghi số liệu vào Phiếu học tập số 2; vẽ đồ thị I–U trên giấy kẻ ô li. Câu hỏi: (1) Khi U tăng gấp đôi thì I thay đổi thế nào? (2) Tỉ số U/I có thay đổi không? (3) Đồ thị I–U có dạng gì? (4) Phát biểu định luật Ohm bằng công thức. Lưu ý: nếu nhóm chưa làm thực hành thì ghi rõ dữ liệu là “phân tích dữ liệu minh họa”.

Dữ liệu (20 Ω, mô phỏng hoặc minh họa): U = 2 V → I = 0,1 A; U = 4 V → I = 0,2 A; U = 6 V → I = 0,3 A. Nhận xét: U tăng gấp đôi thì I tăng gấp đôi; $R=\dfrac{U}{I}=20$ Ω không đổi. Đồ thị I–U là đường thẳng đi qua gốc tọa độ. Kết luận: Định luật Ohm $I=\dfrac{U}{R}$ với dây dẫn có điện trở không đổi trong điều kiện xét. Phân biệt: R là tỉ số U/I; khi R không đổi, I gấp đôi khi U gấp đôi, R không gấp đôi.

Phân biệt được điện trở, định luật Ohm và đồ thị I–U; nhận ra và sửa được quan niệm sai “tăng U gấp đôi thì R gấp đôi”.

HS làm việc cá nhân 5 phút các câu 1–5 của Phiếu học tập số 1, sau đó đổi chéo phiếu với bạn cùng bàn để chấm và thảo luận. Các câu hỏi: (1) Trong bài này, điện trở có đặc điểm nào? A. R = UI và đơn vị watt; B. chỉ là hiệu điện thế của nguồn; C. R = U/I với vật dẫn ở điều kiện xác định, đơn vị ohm. (2) Định luật Ohm có đặc điểm nào? A. I = U/R với dây dẫn có điện trở không đổi trong điều kiện xét; B. I = UR cho mọi vật bất kể nhiệt độ; C. dòng không phụ thuộc hiệu điện thế. (3) Ghép: Điện trở – R = U/I với vật dẫn ở điều kiện xác định, đơn vị ohm; Định luật Ohm – I = U/R với dây dẫn có điện trở không đổi trong điều kiện xét; Đồ thị I–U – đường thẳng qua gốc với vật dẫn tuân Ohm ở nhiệt độ ổn định. (4) Đúng hay sai: “Tăng U gấp đôi luôn làm R gấp đôi ở dây tuân Ohm nhiệt độ không đổi.” (5) Điền thuật ngữ: “Đường thẳng qua gốc với vật dẫn tuân Ohm ở nhiệt độ ổn định” mô tả {{1}}.

Đáp án: (1) C; (2) A; (3) Điện trở – R = U/I (đơn vị ohm); Định luật Ohm – I = U/R (điện trở không đổi); Đồ thị I–U – đường thẳng qua gốc. (4) Sai. Lí do: R là tỉ số U/I; khi R không đổi, I gấp đôi, không phải R gấp đôi. (5) Đồ thị I–U. HS tự chữa lỗi sai và ghi lại kết luận đúng vào phiếu.

Vận dụng được $I=\dfrac{U}{R}$ để tính I và dự đoán sự thay đổi của I; viết được lập luận bác bỏ một nhận định sai.

HS làm theo nhóm đôi, giải tình huống: Dây dẫn có R = 12 Ω được đặt hiệu điện thế U = 6 V. (a) Tính I. (b) Nếu U = 9 V và R giữ nguyên thì I bằng bao nhiêu? Nhận xét về sự thay đổi. Sau đó, đọc nhận định: “Tăng U gấp đôi luôn làm R gấp đôi ở dây tuân Ohm nhiệt độ không đổi.” Hãy bác bỏ bằng một lí do khoa học, chỉ ra một hệ quả của cách hiểu sai và viết lại kết luận đúng.

(a) $I=\dfrac{6}{12}=0{,}5$ A. (b) $I=\dfrac{9}{12}=0{,}75$ A; I tăng, đồ thị dốc hơn so với R = 20 Ω nếu so cùng hệ trục. Giả thiết: nhiệt độ không làm R thay đổi đáng kể. Bác bỏ nhận định: R là tỉ số U/I, khi R không đổi thì I gấp đôi, không phải R gấp đôi. Hệ quả của cách hiểu sai: sẽ dự đoán sai rằng dòng điện không đổi khi tăng U ở dây đang tuân Ohm. Kết luận đúng: Ở nhiệt độ không đổi, dây tuân Ohm có R không đổi; tăng U gấp đôi thì I tăng gấp đôi.

Giải thích được vì sao không thể suy mọi bóng đèn nóng đều có R cố định từ một lần đo; vận dụng kiến thức về điều kiện áp dụng định luật Ohm vào thực tế.

GV đưa câu hỏi: Vì sao không suy mọi bóng đèn nóng đều có R cố định từ một lần đo? Các nhóm dựa vào mô phỏng NeoEdu (bóng đèn dây tóc nóng lên làm R tăng, đồ thị cong) để thảo luận. Sau đó, HS đề xuất một cách kiểm tra quan hệ U–I an toàn với pin 6 V và điện trở, ghi rõ điều kiện cần kiểm soát. Nhiệm vụ về nhà: quan sát một thiết bị điện trong gia đình (không tự tháo, không dùng điện lưới để đo) và nêu xem thiết bị đó có thể áp dụng định luật Ohm không.

Trả lời mẫu: Dây tóc khi nóng lên thì điện trở tăng, nên R không cố định; cần đo nhiều cặp U, I ở các nhiệt độ khác nhau và không vẽ đường thẳng tùy tiện. Đề xuất an toàn: dùng pin 6 V có giới hạn dòng, đọc I nhanh, cấp các mức U thấp, ngắt khi điện trở nóng. Kết quả về nhà: HS nêu tên thiết bị và nhận định có áp dụng định luật Ohm hay không, kèm lí do.