Trả lời câu hỏi mở đầu trang 52 SGK KHTN 9 Cánh diều

Trên các thiết bị điện thường ghi các thông số kĩ thuật. Ví dụ, quạt điện có các thông số như hình 10.1. Khi các thiết bị điện hoạt động, năng lượng của dòng điện chuyển hoá thành các dạng năng lượng nào và sự chuyển hoá đó có liên quan như thế nào với số oát của các thiết bị điện?

Hình 10.1. Quạt điện

Trả lời câu hỏi trang 52 SGK KHTN 9 Cánh diều

Nêu thêm một số ví dụ chứng tỏ dòng điện có năng lượng. Với mỗi ví dụ, cho biết năng lượng của dòng điện đã biến đổi thành dạng năng lượng nào?

Trả lời câu hỏi tìm hiểu thêm 1 trang 53 SGK KHTN 9 Cánh diều

1. Để đo năng lượng điện tiêu thụ của gia đình, ta dùng đồng hồ đo năng lượng điện hay còn gọi là công tơ điện. Hãy ước tính năng lượng điện tiêu thụ của gia đình em trong một ngày. Làm thế nào để kiếm tra kết quả ước tính đó có phù hợp với thực tế hay không?

2. Từ định luật Joule Lenz và định luật Ohm, hãy chứng minh rằng năng lượng của dòng điện trong một đoạn mạch được tính bằng công thức W = Ult.

Trả lời câu hỏi tìm hiểu thêm 2 trang 53 SGK KHTN 9 Cánh diều

Để tìm hiểu mối liên hệ giữa năng lượng của dòng điện với cường độ dòng điện, điện trở và thời gian, Joule thực hiện hai thí nghiệm được mô tả dưới đây.

Thí nghiệm khảo sát sự phụ thuộc của năng lượng điện vào điện trở được mô tả ở sơ đó hình 10.3. Dụng cụ thí nghiệm gồm: hai nhiệt lượng kế đựng hai lượng nước giống nhau, hai dây điện trở khác nhau nhúng trong nước được mắc nối tiếp với nguồn điện. Khi cho dòng điện chạy qua, hai điện trở sẽ nóng lên và toả nhiệt. Kết quả đo trong cùng khoảng thời gian cho thấy năng lượng nhiệt đo được tỉ lệ với điện trở. Từ đó, ông rút ra kết luận: Năng lượng điện tỉ lệ thuận với điện trở của vật dẫn điện.

Hình 10.3. Sơ đồ mô tả thí nghiệm khảo sát sự phụ thuộc của năng lượng điện vào điện trở

Em hãy tìm hiểu vì sao lại mắc hai điện trở nối tiếp khi tiến hành thí nghiệm ở hình 10.3.

Trả lời câu hỏi tìm hiểu thêm trang 54 SGK KHTN 9 Cánh diều

Để khảo sát sự phụ thuộc năng lượng điện vào cường độ dòng điện, được mô tả như sơ đồ hình 10.4. Giữ nguyên nhiệt lượng kế và điện trở, trong cùng khoảng thời gian, ứng với các giá trị dòng điện khác nhau, ông đo năng lượng nhiệt toả ra trên điện trở và cường độ dòng điện và kết quả cho thấy năng lượng nhiệt tỉ lệ với bình phương cường độ dòng điện. Từ thí nghiệm, ông rút ra kết luận: Năng lượng điện mà điện trở tiêu thụ tỉ lệ với bình phương cường độ dòng điện chạy qua.

Hình 10.4. Sơ đồ mô tả thi nghiệm khảo sát sự phụ thuộc năng lượng điện vào cường độ dòng điện

Như vậy, bằng các thí nghiệm của mình, nhà bác học Joule đã chứng minh được rằng: Trong trường hợp toàn bộ năng lượng điện chuyển hoá thành năng lượng nhiệt, năng lượng của dòng điện trong một đoạn mạch có mối liên hệ với cường độ dòng điện, điện trở và thời gian dòng điện đi qua đoạn mạch đó.

Độc lập với Joule, kết quả trên cũng được nhà vật lí người Nga Heinrich Lenz tim ra bằng thực nghiệm. Mối liên hệ đó được thể hiện bằng định luật Joule - Lenz: Nhiệt lượng toả ra ở dây dẫn khi có dòng điện chạy qua tỉ lệ thuận với bình phương cường độ dòng điện, với điện trở của dây dẫn và thời gian dòng điện đi qua đoạn mạch đó. Q = I²Rt.

Từ định luật Joule - Lenz và định luật Ohm, các nhà bác học đã suy ra công thức tính năng lượng của dòng điện. Công thức này đã được kiểm tra bằng thực nghiệm và nghiệm đúng trong các trường hợp khác.

Em hãy tìm hiểu vai trò của biến trở ở thí nghiệm hình 10.4.

Trả lời câu hỏi luyện tập trang 54 SGK KHTN 9 Cánh diều

Một học sinh mắc dây điện trở của nhiệt lượng kế với hai cực của nguồn điện như hình 10.5. Biết rằng, các giá trị hiển thị trên màn hình của nguồn điện là cường độ dòng điện chạy trong mạch và hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn.

Tính năng lượng của dòng điện trong 10 phút làm thí nghiệm.

Hình 10.5. Sơ đồ thi nghiệm khảo sát sự phụ thuộc năng lượng điện vào cường độ dòng điện

Trả lời câu hỏi 1 trang 55 SGK KHTN 9 Cánh diều

Xét trường hợp đoạn mạch có điện trở R, hãy chứng tỏ rằng công suất điện của đoạn mạch đó có thể được tính theo 2 công thức: $\wp \;\, = \,{I^2}R = \,\,\,\frac{{{U^2}}}{R}\,\,$

Trả lời câu hỏi 2 trang 55 SGK KHTN 9 Cánh diều

Trên một bóng đèn có ghi 12 V – 3 W. Để bóng đèn sáng bình thường thì cần đặt vào hai đầu bóng đèn một hiệu điện thế bằng bao nhiêu? Khi đó, trong một giây, bóng đèn tiêu thụ một năng lượng điện là bao nhiêu?

Trả lời câu hỏi luyện tập trang 55 SGK KHTN 9 Cánh diều

a) Hãy trả lời câu hỏi ở phần mở đầu.

b) Nếu chiếc quạt ở hình 10.1 được cấp nguồn điện 5 V thì trong 30 phút, chiếc quạt đó sẽ tiêu thụ năng lượng điện bao nhiêu jun?

Trả lời câu hỏi vận dụng trang 55 SGK KHTN 9 Cánh diều

Một hãng xe điện thử nghiệm hai loại xe đạp điện có công suất định mức khác nhau. Họ cho hai xe chạy trên cùng một quãng đường với công suất định mức. Em hãy nêu những dụng cụ em cần dùng và cách làm để biết xe nào tiêu thụ năng lượng điện nhiều hơn khi đi hết quãng đường thử nghiệm.