Bài học

Ôn tập cường độ dòng điện và hiệu điện thế

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em đọc đúng số chỉ ampe kế, vôn kế trong một mạch điện đơn giản, phân biệt được cách mắc ampe kế (nối tiếp) và vôn kế (song song), và chỉ ra được vì sao mắc ngược hai dụng cụ này có thể làm hỏng mạch.

Kiến thức nền cần nhớ

Ở lớp 7 và đầu lớp 8 trong môn Khoa học tự nhiên, em đã học dòng điện là dòng dịch chuyển có hướng của các hạt mang điện; cường độ dòng điện $I$ đo bằng ampe (A) cho biết dòng điện mạnh hay yếu, còn hiệu điện thế $U$ đo bằng vôn (V) là nguyên nhân tạo ra và duy trì dòng điện giữa hai điểm của mạch. Bài này ôn lại đúng hai đại lượng ấy — cách đo, cách mắc dụng cụ — trước khi bước sang khái niệm điện trở ở bài kế tiếp.

Khởi động

Một bạn học sinh mắc ampe kế song song với bóng đèn thay vì nối tiếp. Kết quả là kim ampe kế lệch hết thang đo, sau đó cầu chì trong mạch bị đứt. Vì sao mắc sai vị trí một dụng cụ đo lại gây hậu quả nghiêm trọng đến vậy?

Kiến thức trọng tâm

Ampe kế đo cường độ dòng điện $I$ đi qua một đoạn mạch: phải mắc nối tiếp vào đúng vị trí cần biết dòng điện, chốt (+) nối về phía cực dương của nguồn. Vôn kế đo hiệu điện thế $U$ giữa hai điểm: phải mắc song song với đúng đoạn mạch (hoặc phần tử) cần đo.

Vì sao mắc sai lại gây hỏng dụng cụ? Ampe kế được chế tạo với điện trở trong rất nhỏ, gần như bằng 0, để khi mắc nối tiếp nó không cản trở đáng kể dòng điện của mạch. Nếu vô tình mắc ampe kế song song với bóng đèn, ampe kế tạo ra một đường dẫn gần như nối tắt hai cực nguồn — dòng điện tăng vọt, có thể cháy ampe kế hoặc làm đứt cầu chì bảo vệ. Ngược lại, vôn kế có điện trở trong rất lớn để khi mắc song song nó hầu như không rút bớt dòng điện của mạch chính. Nếu lại mắc vôn kế nối tiếp vào mạch, điện trở lớn ấy gần như chặn đứng dòng điện — mạch coi như bị hở, đèn không sáng dù mọi thứ khác đều đúng.

Khi đọc số chỉ, luôn đối chiếu vạch chia của thang đo đang dùng: chọn thang đo nhỏ hơn giá trị cần đo làm kim vọt qua giới hạn và có thể hỏng dụng cụ; chọn thang đo lớn hơn nhiều lần giá trị cần đo lại khiến việc đọc số kém chính xác.

**Ampe kế** đo cường độ dòng điện $I$ đi qua một đoạn mạch: phải mắc **nối tiếp** vào đúng vị trí cần biết dòng điện, chốt (+) nối về phía cực dương của nguồn. **Vôn kế** đo hiệu điện thế $U$ giữa hai điểm: phải mắc **song song** với đúng đoạn mạch (hoặc phần tử) cần đo. Vì sao mắc sai lại gây hỏng dụng cụ? Ampe kế được chế tạo với điện trở trong rất nhỏ, gần như bằng 0, để khi mắc nối tiếp nó không cản trở đáng kể dòng điện của mạch. Nếu vô tình mắc ampe kế song song với bóng đèn, ampe kế tạo ra một đường dẫn gần như nối tắt hai cực nguồn — dòng điện tăng vọt, có thể cháy ampe kế hoặc làm đứt cầu chì bảo vệ. Ngược lại, vôn kế có điện trở trong rất lớn để khi mắc song song nó hầu như không rút bớt dòng điện của mạch chính. Nếu lại mắc vôn kế nối tiếp vào mạch, điện trở lớn ấy gần như chặn đứng dòng điện — mạch coi như bị hở, đèn không sáng dù mọi thứ khác đều đúng. Khi đọc số chỉ, luôn đối chiếu vạch chia của thang đo đang dùng: chọn thang đo nhỏ hơn giá trị cần đo làm kim vọt qua giới hạn và có thể hỏng dụng cụ; chọn thang đo lớn hơn nhiều lần giá trị cần đo lại khiến việc đọc số kém chính xác.

Ví dụ

Xác định đại lượng mà mỗi dụng cụ đo được

1
Một mạch điện gồm nguồn điện, một bóng đèn Đ, một ampe kế A và một khoá K, tất cả mắc nối tiếp thành mạch kín; một vôn kế V được mắc song song với riêng bóng đèn Đ. Ampe kế A đo đại lượng nào, vôn kế V đo đại lượng nào, và vì sao cách mắc trên là đúng?
2
Ampe kế A nằm nối tiếp trên đường đi chung của dòng điện (cùng một nhánh với đèn và khoá K), nên A đo cường độ dòng điện $I$ chạy qua đèn.
Ampe kế A nằm nối tiếp trên đường đi chung của dòng điện (cùng một nhánh với đèn và khoá K), nên A đo cường độ dòng điện $I$ chạy qua đèn.
3
Vôn kế V nối hai đầu bóng đèn Đ (song song, không nằm trên đường đi chính của dòng điện), nên V đo hiệu điện thế $U$ giữa hai đầu đèn.
Vôn kế V nối hai đầu bóng đèn Đ (song song, không nằm trên đường đi chính của dòng điện), nên V đo hiệu điện thế $U$ giữa hai đầu đèn.
4
Cách mắc trên là đúng: ampe kế đo dòng điện đi qua đúng đoạn mạch cần khảo sát bằng cách mắc nối tiếp, vôn kế đo hiệu điện thế đúng hai đầu phần tử cần khảo sát bằng cách mắc song song. Vậy A cho số chỉ $I$ qua đèn, V cho số chỉ $U$ hai đầu đèn.
Cách mắc trên là đúng: ampe kế đo dòng điện đi qua đúng đoạn mạch cần khảo sát bằng cách mắc nối tiếp, vôn kế đo hiệu điện thế đúng hai đầu phần tử cần khảo sát bằng cách mắc song song. Vậy A cho số chỉ $I$ qua đèn, V cho số chỉ $U$ hai đầu đèn.

Ví dụ

Tìm chỗ mắc sai và dự đoán hậu quả

1
Một học sinh vẽ sơ đồ mạch điện gồm nguồn, khoá K, bóng đèn Đ, nhưng lại mắc vôn kế nối tiếp với đèn, còn ampe kế mắc song song với đèn. Hãy chỉ ra chỗ sai và dự đoán điều xảy ra khi đóng khoá K.
2
Ampe kế có điện trở trong gần bằng 0. Khi mắc song song với đèn, ampe kế tạo ra một nhánh gần như nối tắt hai đầu đèn, hầu hết dòng điện dồn qua ampe kế thay vì qua đèn — cường độ dòng điện tăng đột ngột, có nguy cơ cháy ampe kế hoặc đứt cầu chì.
3
Vôn kế có điện trở trong rất lớn. Khi mắc nối tiếp vào mạch chính, điện trở lớn này gần như chặn dòng điện của toàn mạch — đèn hầu như không sáng, dù nguồn và khoá K vẫn hoạt động bình thường.
4
Do đó khi đóng khoá K, mạch có nguy cơ hỏng ampe kế (dòng điện quá lớn) đồng thời đèn không sáng (do vôn kế chặn dòng). Cách sửa: đổi lại đúng vị trí — ampe kế mắc nối tiếp trên mạch chính, vôn kế mắc song song với đèn. Vậy lỗi nằm ở việc hoán đổi cách mắc của hai dụng cụ đo.

Sai lầm thường gặp

Mắc ampe kế song song hoặc mắc vôn kế nối tiếp là hai lỗi phổ biến nhất khi vẽ và lắp mạch điện. Ghi nhớ ngắn gọn: ampe kế — nối tiếp, điện trở gần 0; vôn kế — song song, điện trở rất lớn. Ngoài ra, mắc sai chốt (+)/(–) của ampe kế làm kim quay ngược chiều, cũng là lỗi hay gặp khi thực hành.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ

Ampe kế mắc nối tiếp (điện trở trong gần 0), đo $I$ . Vôn kế mắc song song (điện trở trong rất lớn), đo $U$ . Mắc ngược hai dụng cụ là lỗi nghiêm trọng nhất, có thể làm hỏng mạch chứ không chỉ đọc sai số liệu.

Ampe kế mắc nối tiếp (điện trở trong gần 0), đo $I$. Vôn kế mắc song song (điện trở trong rất lớn), đo $U$. Mắc ngược hai dụng cụ là lỗi nghiêm trọng nhất, có thể làm hỏng mạch chứ không chỉ đọc sai số liệu.

Bài tiếp theo dùng đúng hai phép đo này trong một thí nghiệm khảo sát có hệ thống: thay đổi hiệu điện thế $U$ nhiều lần và ghi lại dòng điện $I$ tương ứng, để tìm ra quy luật giữa hai đại lượng này — điểm khởi đầu của toàn bộ chủ đề điện trở.