Khởi động trang 111 Vật Lí 11: Pin điện hoá khi sử dụng sau một thời gian thì suất điện động và điện trở trong giảm và đến một mức nào đó sẽ cần thay pin mới. Làm thế nào đo được suất điện động và điện trở trong của pin điện hoá bằng dụng cụ thí nghiệm?
Lời giải:
Sử dụng dụng cụ thí nghiệm để đo cường độ dòng điện chạy qua pin và hiệu điện thế hai đầu của pin để biết xem sự thay đổi của suất điện động và điện trở trong.
II. Thiết kế phương án thí nghiệm
Hoạt động trang 111 Vật Lí 11: Hãy trả lời các câu hỏi sau:
a) Có thể sử dụng đồng hồ đo điện đa năng để đo trực tiếp suất điện động của nguồn điện và điện trở trong của nguồn không? Tại sao?
b) Để xác định suất điện động và điện trở trong của pin cần đo các đại lượng nào?
c) Thiết kế phương án thí nghiệm để đo suất điện động và điện trở trong của pin điện hoá.
Lời giải:
a) Không thể sử dụng đồng hồ đo điện đa năng để đo trực tiếp suất điện động và điện trở trong của nguồn vì:
+ Khi đo mạch điện phải kín mà suất điện động bằng hiệu điện thế khi mạch hở.
+ Đồng hồ đo cũng có điện trở.
+ Hiệu điện thế do nguồn (pin) cung cấp không ổn định nên ta phải dùng phép đo gián tiếp.
b) Để xác định suất điện động và điện trở trong của pin cần đo hiệu điện thế hai đầu của pin và cường độ dòng điện chạy trong mạch.
c) Thiết kế phương án thí nghiệm
I. Dụng cụ:
- Hai pin điện hoá loại 1,5 V (một pin cũ, một pin mới)
- Một biến trở 100Ω
- Hai đồng hồ đo điện đa năng hiện số
- Dây nối
- Công tắc điện K
- Điện trở bảo vệ R0
- Bảng lắp mạch điện
II. Tiến hành thí nghiệm với nguồn điện là một pin cũ.
1. Bố trí thí nghiệm như hình trên.
2. Điều chỉnh biến trở đến giá trị 100Ω.
3. Đóng khoá K, bật đồng hồ đo hiệu điện thế và cường độ dòng điện.
4. Ghi giá trị hiệu điện thế U và cường độ dòng điện I vào mẫu Bảng 26.1. Ngắt khóa K.
5. Lặp lại 4 lần các bước 2,3,4 với giá trị R giảm dần.
6. Đánh dấu các điểm thực nghiệm lên hệ trục tọa độ và vẽ đường thẳng đi gần nhất các điểm thực nghiệm (tham khảo Hình 26.3)
7. Kéo dài đường đồ thị cắt trục tung tại U0 (tham khảo Hình 26.3).
8. Xác định suất điện động E của pin là giá trị U0.
9. Chọn hai điểm M, N trên đồ thị xác định các giá trị U, I tương ứng và xác định điện trở trong theo công thức:
10. Ước lượng sai số bằng đồ thị.
III. Tiến hành thí nghiệm
Thí nghiệm trang 112 Vật Lí 11:
A. Tiến hành thí nghiệm với nguồn điện là một pin cũ.
1. Bố trí thí nghiệm như Hình 26.2.
2. Điều chỉnh biến trở đến giá trị 100Ω.
3. Đóng khoá K, bật đồng hồ đo hiệu điện thế và cường độ dòng điện.
4. Ghi giá trị hiệu điện thế U và cường độ dòng điện I vào mẫu Bảng 26.1. Ngắt khóa K.
5. Lặp lại 4 lần các bước 2,3,4 với giá trị R giảm dần.
6. Đánh dấu các điểm thực nghiệm lên hệ trục tọa độ và vẽ đường thẳng đi gần nhất các điểm thực nghiệm (tham khảo Hình 26.3)
7. Kéo dài đường đồ thị cắt trục tung tại U0 (tham khảo Hình 26.3).
8. Xác định suất điện động E của pin là giá trị U0.
9. Chọn hai điểm M, N trên đồ thị xác định các giá trị U, I tương ứng và xác định điện trở trong theo công thức:
10. Ước lượng sai số bằng đồ thị.
B. Tiến hành thí nghiệm với nguồn điện là một pin mới.
1. Thay nguồn điện bằng pin mới.
2. Lặp lại các bước thí nghiệm như thí nghiệm với pin cũ, và ghi số liệu vào Bảng 26.2, vẽ đồ thị U = f(I) và xác định suất điện động, điện trở trong của pin.
Lời giải:
Các em có thể tham khảo số liệu minh họa dưới đây và làm tương tự với kết quả đo oin mới.
Trong thí nghiệm ta chọn R0 khoảng 20Ω để cường độ dòng điện qua pin không quá 100 mA.
Bảng 26.1. Kết quả đo với pin cũ
Kéo dài đồ thị ta thu được:
+ I = 0 ⇒ U0 = E = 1,46 (V)
Ta có thể ước lượng sai số theo đồ thị: ΔE = 0,05V; Δr = 0,1Ω
Ta có thể ước lượng sai số theo đồ thị: ΔE = 0,05V; Δr = 0,1Ω
IV. Kết quả thí nghiệm
Hoạt động trang 113 Vật Lí 11:
1. Nhận xét về dạng đồ thị và mối quan hệ U và I đối với pin cũ và pin mới.
2. Em có thể đề xuất một phương án thí nghiệm khác để có thể đo suất điện động và điện trở.
Lời giải:
1. Dạng đồ thị thu được là một đường thẳng, U và I tỉ lệ thuận với nhau.
2.
Mắc mạch điện như hình vẽ:
Ta có: UMN = E – I.r
Thay đổi các giá trị điện trở của biến trở R đề tìm giá trị của U và I. Sau đó tiến hành các bước giống phương án thứ nhất để tìm E và r.
Em có thể trang 113 Vật Lí 11: Giải thích tại sao trong khi tiến hành thí nghiệm không nên đóng mạch điện trong thời gian dài.
Lời giải:
Đóng mạch điện trong thời gian dài sẽ làm tiêu hao năng lượng nguồn điện vì nguồn điện có điện trở trong.
