Bài học

Ôn tập đo cường độ dòng điện và hiệu điện thế

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em hệ thống lại và vận dụng tổng hợp được: khái niệm I, U; cách mắc và đọc ampe kế, vôn kế; và giải được bài tập kết hợp cả hai đại lượng trên cùng một mạch.

Kiến thức nền cần nhớ

Bài ôn tập này gom lại toàn bộ nội dung của Chương 2 (cường độ dòng điện, ampe kế) và Chương 3 (hiệu điện thế, vôn kế) — hai đại lượng và hai dụng cụ đo cơ bản nhất của mạch điện đơn giản.

Khởi động

Trên cùng một mạch điện, nếu chỉ được chọn mắc đúng một trong hai dụng cụ (ampe kế hoặc vôn kế), và biết bóng đèn không sáng, em nên dùng dụng cụ nào để kiểm tra nhanh xem mạch có bị hở hay không? Vì sao?

Kiến thức trọng tâm

Bảng hệ thống lại hai đại lượng: cường độ dòng điện $I$ — đặc trưng độ mạnh yếu của dòng điện, đơn vị ampe (A), đo bằng ampe kế mắc nối tiếp vào đoạn mạch cần đo, chốt (+) về phía cực dương nguồn. Hiệu điện thế $U$ — đặc trưng khả năng sinh ra dòng điện giữa hai điểm, đơn vị vôn (V), đo bằng vôn kế mắc song song với đoạn mạch cần đo, chốt (+) về phía điện thế cao hơn. Cả hai dụng cụ đều cần chọn thang đo (GHĐ) lớn hơn giá trị dự đoán trước khi đo, và đọc kết quả theo độ chia nhỏ nhất (ĐCNN) của thang đo đã chọn.

Bảng hệ thống lại hai đại lượng: **cường độ dòng điện $I$** — đặc trưng độ mạnh yếu của dòng điện, đơn vị ampe (A), đo bằng **ampe kế mắc nối tiếp** vào đoạn mạch cần đo, chốt (+) về phía cực dương nguồn. **Hiệu điện thế $U$** — đặc trưng khả năng sinh ra dòng điện giữa hai điểm, đơn vị vôn (V), đo bằng **vôn kế mắc song song** với đoạn mạch cần đo, chốt (+) về phía điện thế cao hơn. Cả hai dụng cụ đều cần chọn thang đo (GHĐ) lớn hơn giá trị dự đoán trước khi đo, và đọc kết quả theo độ chia nhỏ nhất (ĐCNN) của thang đo đã chọn.

Trả lời câu hỏi khởi động: nếu đèn không sáng và chỉ được chọn một dụng cụ, ampe kế là lựa chọn hợp lý hơn. Nếu ampe kế mắc đúng mà chỉ số $0 A$ , chắc chắn mạch đang bị hở ở đâu đó — không có dòng điện chạy qua toàn mạch. Trong khi đó, vôn kế đo hiệu điện thế giữa hai điểm cụ thể; nếu mạch hở ở một chỗ khác, vôn kế mắc tại một vị trí có thể vẫn cho một số chỉ khó giải thích, không cho câu trả lời rõ ràng "có dòng điện hay không" như ampe kế.

Trả lời câu hỏi khởi động: nếu đèn không sáng và chỉ được chọn một dụng cụ, **ampe kế là lựa chọn hợp lý hơn**. Nếu ampe kế mắc đúng mà chỉ số $0 A$, chắc chắn mạch đang bị hở ở đâu đó — không có dòng điện chạy qua toàn mạch. Trong khi đó, vôn kế đo hiệu điện thế giữa hai điểm cụ thể; nếu mạch hở ở một chỗ khác, vôn kế mắc tại một vị trí có thể vẫn cho một số chỉ khó giải thích, không cho câu trả lời rõ ràng "có dòng điện hay không" như ampe kế.

Trong thực hành ở phòng thí nghiệm, một sơ đồ đo đầy đủ thường mắc cả hai dụng cụ cùng lúc trên một mạch: ampe kế nối tiếp trên đường dây chính (hoặc ngay trước bóng đèn), vôn kế song song với chính bóng đèn đó. Cặp số liệu $(I, U)$ thu được từ một lần đo cho em bức tranh đầy đủ hơn hẳn chỉ một trong hai giá trị: biết cả dòng điện đang chạy mạnh yếu ra sao, lẫn hiệu điện thế thực tế đang đặt vào dụng cụ. Đây là lý do hầu hết các bài thí nghiệm mạch điện ở trường luôn yêu cầu ghi lại cả hai giá trị, không chỉ một.

Ampe kế luôn nối tiếp, vôn kế luôn song song — hai dụng cụ đo hai đại lượng khác nhau trên cùng một mạch.

Ví dụ

Kiểm tra tính hợp lý của một phép đo I và U

1
Mạch có pin $U_{nguồn} = 4,5 V$ , một bóng đèn Đ, ampe kế mắc nối tiếp và vôn kế mắc song song với Đ. Số liệu đo được: $I = 0,3 A$ , $U_Đ = 4,2 V$ . Số đọc $U_Đ$ có hợp lý so với $U_{nguồn} = 4,5 V$ không? Giải thích phần chênh lệch.
Mạch có pin $U_{nguồn} = 4,5 V$, một bóng đèn Đ, ampe kế mắc nối tiếp và vôn kế mắc song song với Đ. Số liệu đo được: $I = 0,3 A$, $U_Đ = 4,2 V$. Số đọc $U_Đ$ có hợp lý so với $U_{nguồn} = 4,5 V$ không? Giải thích phần chênh lệch.
2
Mạch chỉ có một bóng đèn là vật tiêu thụ chính, nên $U_Đ$ đo được cần xấp xỉ $U_{nguồn}$ . Ở đây $U_Đ = 4,2 V$ gần với $U_{nguồn} = 4,5 V$ , chênh lệch chỉ $0,3 V$ — mức chênh lệch nhỏ, hợp lý.
Mạch chỉ có một bóng đèn là vật tiêu thụ chính, nên $U_Đ$ đo được cần xấp xỉ $U_{nguồn}$. Ở đây $U_Đ = 4,2 V$ gần với $U_{nguồn} = 4,5 V$, chênh lệch chỉ $0,3 V$ — mức chênh lệch nhỏ, hợp lý.
3
Phần chênh lệch nhỏ này thường do hao hụt hiệu điện thế trên dây dẫn nối (dây dẫn không phải vật dẫn lí tưởng tuyệt đối) hoặc do nguồn điện đã qua một thời gian sử dụng nên $U$ thực tế giảm nhẹ so với giá trị ghi trên vỏ.
Phần chênh lệch nhỏ này thường do hao hụt hiệu điện thế trên dây dẫn nối (dây dẫn không phải vật dẫn lí tưởng tuyệt đối) hoặc do nguồn điện đã qua một thời gian sử dụng nên $U$ thực tế giảm nhẹ so với giá trị ghi trên vỏ.
4
Vậy số đọc $U_Đ = 4,2 V$ là hợp lý; chênh lệch nhỏ so với $U$ nguồn là điều bình thường trong đo đạc thực hành, không phải dấu hiệu sai sót nghiêm trọng.
Vậy số đọc $U_Đ = 4,2 V$ là hợp lý; chênh lệch nhỏ so với $U$ nguồn là điều bình thường trong đo đạc thực hành, không phải dấu hiệu sai sót nghiêm trọng.

Ví dụ

Nhận xét xu hướng số liệu qua hai lần đo

1
Một nhóm học sinh làm thí nghiệm đo $I$ và $U$ của một bóng đèn ở hai lần đóng công tắc khác nhau (điều chỉnh độ sáng nguồn). Lần 1: $I = 0,2 A$ , $U = 2,0 V$ . Lần 2: $I = 0,25 A$ , $U = 2,5 V$ . Nhận xét xu hướng thay đổi của $I$ và $U$ giữa hai lần đo.
Một nhóm học sinh làm thí nghiệm đo $I$ và $U$ của một bóng đèn ở hai lần đóng công tắc khác nhau (điều chỉnh độ sáng nguồn). Lần 1: $I = 0,2 A$, $U = 2,0 V$. Lần 2: $I = 0,25 A$, $U = 2,5 V$. Nhận xét xu hướng thay đổi của $I$ và $U$ giữa hai lần đo.
2
So sánh $I$ : lần 2 có $I = 0,25 A$ lớn hơn lần 1 có $I = 0,2 A$ — dòng điện lần 2 mạnh hơn.
So sánh $I$: lần 2 có $I = 0,25 A$ lớn hơn lần 1 có $I = 0,2 A$ — dòng điện lần 2 mạnh hơn.
3
So sánh $U$ : lần 2 có $U = 2,5 V$ lớn hơn lần 1 có $U = 2,0 V$ — hiệu điện thế lần 2 cũng lớn hơn.
So sánh $U$: lần 2 có $U = 2,5 V$ lớn hơn lần 1 có $U = 2,0 V$ — hiệu điện thế lần 2 cũng lớn hơn.
4
Vậy khi $I$ tăng thì $U$ đo được trên đèn cũng tăng theo — cả hai đại lượng cùng tăng ở lần đo thứ hai. (Mối quan hệ định lượng chính xác giữa $I$ và $U$ của một dụng cụ điện là nội dung điện trở và định luật Ohm, em sẽ học ở lớp 9; ở đây ta chỉ cần nhận xét đúng xu hướng tăng/giảm cùng chiều của số liệu.)
Vậy khi $I$ tăng thì $U$ đo được trên đèn cũng tăng theo — cả hai đại lượng cùng tăng ở lần đo thứ hai. (Mối quan hệ định lượng chính xác giữa $I$ và $U$ của một dụng cụ điện là nội dung điện trở và định luật Ohm, em sẽ học ở lớp 9; ở đây ta chỉ cần nhận xét đúng xu hướng tăng/giảm cùng chiều của số liệu.)

Sai lầm thường gặp

Sai lầm hay gặp khi ôn tập: quên đổi đơn vị mA sang A (hoặc ngược lại) trước khi so sánh số liệu trong bảng, dẫn tới kết luận sai; hoặc đọc nhầm sơ đồ đề bài, tưởng ampe kế đang mắc song song còn vôn kế đang mắc nối tiếp — luôn kiểm tra lại đúng hai quy tắc mắc trước khi tính toán.

Ghi nhớ

Ampe kế đo I, mắc nối tiếp; vôn kế đo U, mắc song song. Ampe kế chỉ 0 A xác nhận mạch hở. Luôn đổi cùng đơn vị trước khi so sánh số liệu, và một chênh lệch nhỏ giữa U đo và U nguồn là điều bình thường trong thực hành.

Bài ôn tập cuối cùng sẽ ôn cách xác định mạch nối tiếp hay song song từ mô tả đề bài, và tính toán I, U cho các mạch tổng hợp hơn.