Thực hành xác điện suất điện động và điện trở trong

Bài  04– THTN11:

XÁC ĐỊNH SUẤT ĐIỆN ĐỘNG VÀ ĐIỆN TRỞ TRONG CỦA PIN ĐIỆN HÓA

A.  Mục đích, yêu cầu:

Giúp cho học sinh:

-         Áp dụng biểu thức hiệu điện thế của đoạn mạch chứa nguồn điện và định luật Ohm đối với toàn mạch để xác định suất điện động và điện trở trong của một pin điện hóa.

-         Sử dụng các đồng hồ đo điện vạn năng để đo các đại lượng trong mạch điện ( đo U và I)

-     Biết cách vẽ đồ thị, từ đồ thị xác định các giá trị của E và r của bộ nguồn trong thí nghiệm

B.  Chuẩn bị:

1.    Kiến thức:

ĐL Ôm cho đoạn mạch chứa  nguồn điện:

               U = E – I(R₀ + r).

Mặc khác : U = I( R+R_A)

Suy ra :

Với R_A, R là điện trở của ampe kế và của biến trở. Biến trở dùng để điều chỉnh điện áp và dòng điện

Trong thí nghiệm ta chọn R_O khoảng 10 - 20Ω  để cường độ dòng điện qua pin không quá 100 mA

Ta đo R_A bằng cách dùng đồng hồ vạn năng ở thang đo DC; đo hiệu điện thế giữa hai cực của Ampe kế và cường độ dòng điện qua mạch à R_A (khoảng 1,6Ω) . Tiến hành đo R_O­ tương tự.

Ta xác định E và r theo hai phương án sau:

1. Phương án 1:

a. Thực hiện đo các giá trị U và I tương ứng khi thay đổi R, ta vẽ đồ thị mô tả mối quan hệ đó, tức U = f(I)

U = E – I(R₀ + r)

b. Ta xác định U_O và I_m là các điểm mà tại đó đường kéo dài của đồ thị U = f(I) cắt trục tung và trục hoành:

                 

2. Phương án 2:

a. Từ :

                                           

 

Đặt :

b. Căn cứ các giá trị của R và I trong phương án 1, ta tính các giá trị tương ứng của x và y

c. Vẽ đồ thị y = f(x) biểu diễn gián tiếp mối liên hệ giữa I và R.

d. Xác định tọa độ của x_m  và y_O là các điểm mà đồ thị trên cắt trục hoành và trục tung

 

        3. Phương án 3:

                             

Mắc mạch điện như hình vẽ:

-         Ta đo các cặp giá trị U và I tương ứng bằng cách thay đổi biến trở R.

-         Giải hệ phương trình

 

Từ đó ta xác định được E và r

2.   

(7)

(4)

(6)

(3)

(5)

(2)

(1)

Dụng cụ:

Bộ thí nghiệm “ Dòng điện không đổi” với các dụng cụ sau :

(1)_ Biến trở núm xoay ( có giá trị từ 10 - 100Ω).

(2)_ Pin cũ, pin mới cần xác định.

(3)_ Khóa điện.

(4)_ Hai đồng hồ đo điện đa năng hiện số: dùng làm DCmA và DCV.

(5)_ Điện trở bảo vệ R_O có giá trị khoảng 10 - 20 Ω. Và R_A khoảng 1,6 Ω

(6)_ Bộ dây dẫn.

(7)_ Bảng điện.

C.  Thực hành thí nghiệm:

	Tiến hành các thao tác với phương án 1,2

 

     

       Để lắp mạch theo sơ đồ hình bên, ta lần lượt tiến hành các bước sau đây:

       Bước 1: nối bộ nguồn, biến trở, khóa k và điện trở bảo vệ

       Bước 2: nối với ampe kế thành mạch kín.

                  Trong bước này, ta sử dụng đồng hồ đo điện đa năng để đo cường độ dòng điện một chiều DC, chọn thang đo 200mA.

Bước 3: tiến hành nối volt kế và hoàn thiện mạch điện.

Ta sử dụng đồng hồ đo điện thứ hai ở thang đo DC 20V

Bước 4: tiến hành bật công tác của hai đồng hồ đo, và đóng khóa K để thu các số liệu của U và I tương ứng.

      Trong bước thu số liệu, ta sẽ giảm giá trị của biến trở núm xoay từ 100 Ω xuống dần tới 10 Ω.

Bảng 4.1: CÁC SỐ LIỆU THU ĐƯỢC TỪ THÍ NGHIỆM (với R₀ = 20Ω)

x = R (Ω)	I ( mA)	U (V)
100	12,8	1,31
90	14,0	1,28
80	15,4	1,25
70	17,1	1,22
60	19,1	1,17
50	21,8	1,12
40	25,3	1,04
30	30,2	0,94
20	37,2	0,80
10	48,8	0,56

+ Chú ý khi thao tác thí nghiệm:

-         Ampe kế và Volt kế ở trạng thái tắt.

-         Khóa K ở vị trí tắt.

-         Biến trở R ở vị trí 100Ω.

-         Không chuyển đổi chức năng của thang đo của đồng hồ khi có dòng điện chạy qua nó.

-         Không dùng nhằm thang đo I mà đo U.

-         Khi thao tác xong các phép đo, phải tắt các thiết bị.

-         Khi giá trị của đồng hồ hiện giá trị âm, phải đổi chiều của chuôi cắm lại.

	Tiến hành các thao tác với phương án 3

 

Các dụng cụ cần thiết:

Với các dây nối và thang đo của hai đồng hồ giống như phương án 1, 2

Ta tiến hành lắp ráp mạch theo các hình sau

Đóng khóa K, chính biến trở con chạy để thu cặp số liệu U và I tương ứng.

U1 = 1,57V;    I1 =  30 mA.     U­2 = 1,56 V;    I2 = 50mA

Các số liệu thu được là:      

Kết thúc thí nghiệm:  gạt công tắc, tắt các đồng hồ đo điện, sau đó mới tháo các dụng cụ và vệ sinh nơi thực hành.

D.              Câu hỏi tìm hiểu thí nghiệm:

1. Với các số liệu thu được từ bài thí nghiệm, em hãy hoàn thành bảng giá trị phép đo bên dưới

Giá trị của RO = ………… Ω ; RA =………….. Ω
x = R (Ω)	I ( mA)	U (V)
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10

2. Từ các số liệu, em hãy  vẽ các đồ thị tương ứng với hai phương án 1 và 2 để tìm các giá trị của E và r

* Phương án 1:

a.      Vẽ đồ thị U = f (I) với tỷ lệ xích thích hợp.

b.      Nhận xét và kết luận:

....................................................................................................................................................................               

c.      Xác định tọa độ U_O và I_m . Từ đó suy ra giá trị của E và r

....................................................................................................................................................................               

              E = ………………(V); r = ……………….(Ω)

* Phương án 2:

a.      Tính các giá trị tương ứng của x và y.

b.      Vẽ đồ thị y = f(x) với tỷ lệ xích thích hợp.

c.      Nhận xét và kết luận:

....................................................................................................................................................................               

d.      Xác định tọa độ U_O và I_m . Từ đó suy ra giá trị của E và r

....................................................................................................................................................................               

              E = ………………(V); r = ……………….(Ω)

3. Với các số liệu thu được ở phương án 3, em hãy tính giá trị của E và r tương ứng:

....................................................................................................................................................................               

4. Sai số của ampe kế trong thí nghiệm là:

A. 0,5mA                   B. 0,3mA                                C. 0,5A.                      D. 0,3A

5. Sai số của Volt kế trong thí nghiệm là :

A. 0,03V                    B. 0,027V.                             C. 0,1V                       D. 0,02V                   

5. Biết rằng khi điện trở mạch ngoài của một nguồn điện tăng từ R₁ = 3 (Ω) đến R₂ = 10,5 (Ω) thì hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn tăng gấp hai lần. Điện trở trong của nguồn điện đó là:

A. r = 7,5 (Ω).                B. r = 6,75 (Ω).           C. r = 10,5 (Ω).           D. r = 7 (Ω).

6. Đo suất điện động của nguồn điện người ta có thể dùng cách nào sau đây?

A. Mắc nguồn điện với một điện trở đã biết trị số và một ampekế tạo thành một mạch kín. Dựa vào số chỉ của ampe kế cho ta biết suất điện động của nguồn điện.

B. Mắc nguồn điện với một điện trở đã biết trị số tạo thành một mạch kín, mắc thêm vôn kế vào hai cực của nguồn điện. Dựa vào số chỉ của vôn kế cho ta biết suất điện động của nguồn điện.

C. Mắc nguồn điện với một điện trở có trị số rất lớn và một vôn kế tạo thành một mạch kín. Dựa vào số chỉ của vôn kế cho ta biết suất điện động của nguồn điện.

D. Mắc nguồn điện với một vôn kế có điện trở rất lớn tạo thành một mạch kín. Dựa vào số chỉ của vôn kế cho ta biết suất điện động của nguồn điện.

7. Đo suất điện động và điện trở trong của nguồn điện người ta có thể dùng cách nào sau đây?

A. Mắc nguồn điện với một điện trở đã biết trị số và một ampekế tạo thành một mạch kín. Sau đó mắc thêm một vôn kế giữa hai cực của nguồn điện. Dựa vào số chỉ của ampe kế và vôn kế cho ta biết suất điện động và điện trở trong của nguồn điện.

B. Mắc nguồn điện với một điện trở đã biết trị số tạo thành một mạch kín, mắc thêm vôn kế vào hai cực của nguồn điện. Dựa vào số chỉ của vôn kế cho ta biết suất điện động và điện trở trong của nguồn điện.

C. Mắc nguồn điện với một điện trở đã biết trị số và một vôn kế tạo thành một mạch kín. Sau đó mắc vôn kế vào hai cực của nguồn điện. Thay điện trở nói trên bằng một điện trở khác trị số. Dựa vào số chỉ của ampe kế và vôn kế trong hai trường hợp cho ta biết suất điện động và điện trở trong của nguồn điện.

D. Mắc nguồn điện với một vôn kế có điện trở rất lớn tạo thành một mạch kín. Dựa vào số chỉ của vôn kế cho ta biết suất điện động và điện trở trong của nguồn điện.

8. Bài toán về phương án thí nghiệm:

Một người sử dụng điện một chiều muốn biết nguồn điện nằm ở phía nào của đường dây ( gồm hai dây dẫn rất dài và có điện trở đáng kể ). Chỉ dùng một vôn kế nhạy và một điện trở hãy trình bày cách làm

....................................................................................................................................................................                ....................................................................................................................................................................                ....................................................................................................................................................................                ....................................................................................................................................................................                ....................................................................................................................................................................                ....................................................................................................................................................................                ....................................................................................................................................................................                ....................................................................................................................................................................                ....................................................................................................................................................................                ....................................................................................................................................................................                ....................................................................................................................................................................