Vật Lí 11 Bài 12: Thực hành: Xác định suất điện động và điện trở trong của một pin điện hóa

Vật Lí 11 Bài 12: Thực hành: Xác định suất điện động và điện trở trong của một pin điện hóa

I. Mục đích:

   + 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).

II. Dụng cụ thí nghiệm:

1. Pin điện hoá.

2. Biến trở núm xoay R.

3. Đồng hồ đo điện đa năng hiện số.

5. Điện trở bảo vệ R0.

6. Bộ dây dẫn nối mạch có hai đầu phích cắm

7. Khoá đóng – ngát điện K.

III. Cơ sở lý thuyết:

Định luật Ôm cho đoạn mạch chứa nguồn điện:

U = E − I (R0 + r )

Mặt khác: U = I (R + RA)

Suy ra: Giải bài tập Vật Lý 11 | Giải Lý 11

Với RA, 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 R0 khoảng 20Ω để cường độ dòng điện qua pin không quá 100 mA

Ta đo RA 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 → RA. Tiến hành đo R0 tương tự.

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

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 U0 và Im là các điểm mà tại đó đường kéo dài của đồ thị U = f (I) cắt trục tung và trục hoành:

Giải bài tập Vật Lý 11 | Giải Lý 11

Phương án 2:

a. Từ

Giải bài tập Vật Lý 11 | Giải Lý 11

Đặt:

Giải bài tập Vật Lý 11 | Giải Lý 11

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 xm và y0 là các điểm mà đồ thị trên cắt trục hoành và trục tung.

Giải bài tập Vật Lý 11 | Giải Lý 11

Chú ý: Đây chỉ là bài mẫu tham khảo, khi làm bài các bạn cần thay số đo mà mình đã đo để có một bài báo cáo thực hành đúng.

BÁO CÁO THỰC HÀNH

Họ và tên:.....................

Lớp:...............

Tổ:...................

1. Tên bài thực hành:

Xác định suất điện động và điện trở trong của một pin điện hóa.

2. Bảng thực hành 12.1:

Giá trị: R0 = 20 (ω), RA = 1,98 (ω)
x = R (ω) I (10-3A ) U (V) y = 1/T (A-1)
100 1,26 1,30 80
90 1,41 1,27 71
80 1,53 1,25 65
70 1,72 1,22 58
60 1,91 1,18 52
50 2,20 1,11 46
40 2,53 1,05 41
30 3,02 0,95 34

• Phương án thứ nhất:

a) Vẽ đồ thị U = f(I) trên giấy kẻ vuông (khổ A4) với tỉ xích thích hợp, hoặc vẽ trên máy vi tính, trong Microsoft Excel.

Giải bài tập Vật Lý 11 | Giải Lý 11

b) Nhận xét và kết luận:

• Dạng của đồ thị U = f(I) có giống với Hình 12.5

• Hệ thức (12.1) đối với đoạn mạch chứa nguồn điện có nghiệm đúng

c) Xác định tọa độ U0 và Im của các điểm tại đó đường kéo dài của đồ thị U = f(I) cắt trục tung và trục hoành:

• I = 0 ⇒ U0 = ζ = 1,577 (V)

Giải bài tập Vật Lý 11 | Giải Lý 11

Từ đó suy ra: ζ = 1,577 (V), r = 1,02 (ω)

• Phương án thứ hai:

a) Tính các giá trị tương ứng của y và x trong bảng thực hành 12.1

b) Vẽ đồ thị y = f(x) trên giấy kẻ ô vuông (khổ A4) với tỉ xích thích hợp, hoặc vẽ trên máy vi tính, trong Microsoft Excel.

Giải bài tập Vật Lý 11 | Giải Lý 11

c) Nhận xét và kết luận :

• Dạng của đồ thị y = f(x) có giống với Hình 12,6

• Định luật Ôm đối với toàn mạch (Hệ thức 12.2) có được nghiệm đúng

d) Xác định tọa độ xm và y0 của các điểm đó đường kéo dài của đồ thị y = f(x) cắt trục tung và trục hoành:

• y = 0 ⇒ xm = -b = - (RA + R0 + r ) = -(20 + 1,98 + r) = -23 (ω)

Giải bài tập Vật Lý 11 | Giải Lý 11

Từ đó suy ra: ζ = 1,577 (V), r = 1,02 (ω)

C1 trang 64 SGK Vật Lí 11: Hãy nói rõ chức năng hoạt động của miliampe kế A, biến trở R, và điện trở bảo vệ R0 mắc trong mạch điện trong hình 12.2

Trả lời:

Giải bài tập Vật Lý 11 | Giải Lý 11

– Trong mạch điện trên hình 12.2 SGK, miliampe kế A để đo cường độ dòng điện I.

– Biến trở R: có điện trở thay đổi được, mỗi giá trị của R cho ta giá trị tương ứng của U và I, giúp cho phép đo đạt độ chính xác cao.

– Điện trở bảo vệ R0 được chọn có giá trị thích họp để dòng điện qua pin điện hóa có cường độ đủ nhỏ, khi đó giá trị của điện trở trong r hầu như không thay đổi.

C2 trang 64 SGK Vật Lí 11: Tại sao khi mắc một vôn kế V có điện trở không lớn vào hai đầu đoạn mạch MN thì cường độ dòng điện I trong đoạn mạch lại tăng lên và hiệu điện thế U giữa hai đầu đoạn mạch này lại giảm nhỏ ?

Trả lời:

Khi mắc một vôn kế V có điện trở không lớn vào hai đầu MN thì một phần dòng điện sẽ qua vôn kế.

Cường độ dòng điện qua nguồn: Giải bài tập Vật Lý 11 | Giải Lý 11

Giải bài tập Vật Lý 11 | Giải Lý 11 giảm nên I tăng lên.

Khi đó: UMN = E – I.(R0 + r) sẽ giảm

C3 trang 65 SGK Vật Lí 11: Tại sao không được phép dùng nhầm thang đo cường độ dòng điện của đồng hồ đo điện đa năng hiện số để đo hiệu điện thế trong mạch điện ?

Trả lời:

Để đo cường độ dòng điện chính xác thì miliampe kế phải có điện trở rất nhỏ và mắc nối tiếp với mạch điện.

Để đo hiệu điện thế chính xác thì vôn kê phải có điện trở rất lớn và mắc song song vói mạch điện.

Vì vậy không được phép dùng nhầm thang đo cường độ dòng điện để đo hiệu điện thế trong mạch.

C4 trang 66 SGK Vật Lí 11: Trong mạch điện hình 12.3, nếu để biến trở R hở mạch, thì số chỉ của vôn kế V sẽ bằng bao nhiêu? Số chỉ này có đúng bằng giá trị suất điện động ζ của pin điện hóa mắc trong mạch điện không?

Trả lời:

Nếu để biến trở R hở mạch thì số chỉ của vôn kế V sẽ gần bằng suất điện động E của nguồn.

Số chỉ này không đúng bằng giá trị suất điện động E của pin điện hóa mắc trong mạch vì vẫn có một dòng điện rất nhỏ qua vôn kế V.

C5 trang 67 SGK Vật Lí 11: Phải vẽ đường biểu diễn của đồ thị U = f(I) như thế nào để phù hợp với phép tính giá trị trung bình (thống kê) đối với các giá trị I và U được ghi trong Bảng thực hành 12.1

Trả lời:

Đường biểu diễn của đồ thị U = f(I) phải đi qua tất cả các hình chữ nhật sai số, đồ thị không được gấp khúc, nếu có điểm nào làm cho đường biểu diễn bị gấp khúc thì phải bỏ đi và làm lại thí nghiệm xác định giá trị đó.

Bài 1 (trang 70 SGK Vật Lý 11): Vẽ mạch điện và mô tả phương pháp xác định suất điện động và điện trở trong của pin điện hóa theo phương án thứ nhất trong thí nghiệm này.

Trả lời:

Vẽ mạch điện:

Giải bài tập Vật Lý 11 | Giải Lý 11

Thực hiện đo các giá trị U và I tương ứng khi thay đổi R. Vẽ đồ thị mô tả mối quan hệ đó, tức U = f(I). Áp dụng phương pháp xử lí kết quả đo được bằng đồ thị, ta vẽ được đường biểu diễn. Ở đây dự đoán là một đường thẳng có dạng y = ax + b. Đường thẳng này sẽ cắt trục tung tại U0 và cắt trục hoành tại Im. Xác định giá trị của U0 và Im trên các trục. Đồ thị vẽ được có dạng như hình sau:

Giải bài tập Vật Lý 11 | Giải Lý 11

Theo phương trình đồ thị, dựa vào công thức của định luật ôm cho toàn mạch

ta có: U = E – I.(R0 + r)

Khi I = 0 ⇒ U0 = E

Khi Giải bài tập Vật Lý 11 | Giải Lý 11

Từ đó ta tính được E và Giải bài tập Vật Lý 11 | Giải Lý 11

Bài 2 (trang 70 SGK Vật Lý 11): Vẽ mạch điện và mô tả phương pháp xác định suất điện động và điện trở trong của pin điện hóa theo phương án thứ hai trong thí nghiệm này.

Trả lời:

a. Từ

Giải bài tập Vật Lý 11 | Giải Lý 11

Đặt:

Giải bài tập Vật Lý 11 | Giải Lý 11

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 xm và y0 là các điểm mà đồ thị trên cắt trục hoành và trục tung.

Giải bài tập Vật Lý 11 | Giải Lý 11 Giải bài tập Vật Lý 11 | Giải Lý 11

Bài 3 (trang 70 SGK Vật Lý 11): Muốn sử dụng đồng hồ đo điện đa năng hiện số làm chức năng miliampe kế hoặc vôn kế một chiều, ta phải làm như thế nào?

Nếu những điểm cần chú ý thực hiện khi sử dụng đồng hồ này.

Trả lời:

∗ Cách sử dụng đồng hồ đo điện đa năng hiện số:

– Vặn núm xoay của đồng hồ đạ năng đến vị trí tương ứng với chức năng và thang đo cần chọn.

– Nối các cực của đồng hồ vào mạch rồi gạt núm bật – tắt (ON – OFF) sang vị trí "ON" để các chừ số hiên thị trên màn hình của nó.

∗ Những điều cần lưu ý:

– Nếu chưa biết rõ giá trị giới hạn của đại lượng cần đo, phải chọn thang đo có giá trị lớn nhất phù hợp với chức năng đã chọn.

– Không đo cường độ dòng điện và hiệu điện thế vượt quá giới hạn thang đo đã chọn.

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

– Không dùng nhẩm thang đo cường độ dòng điện để đo hiệu điện thế và ngược lại.

– Khi sử dụng xong các phép đo phải gạt nút bật – tắt về vị trí “OFF”.

– Phải thay pin 9V cho đồng hồ khi pin yếu.

– Phải tháo pin ra khỏi đồng hồ khi không sử dụng trong thời gian dài.

Bài 4 (trang 70 SGK Vật Lý 11): Tại sao có thể mắc nối tiếp vôn kế với pin điện hóa thành mạch kín để đo hiệu điện thế U giữa hai cực của pin, nhưng không được mắc nối tiếp miliampe kế với pin này thành mạch kín để đo cường độ dòng điện chạy qua pin ?

Trả lời:

   + Vôn kế có điện trở rất lớn nên dòng điện qua vôn kế rất nhỏ không ảnh hưởng đến số đo.

   + Miliampe kế có điện trở rất nhỏ nên dòng điện qua miliampe kế rất lớn sẽ ảnh hưởng nhiều đến dòng điện cần đo lẩm cho kết quả thí nghiệm không chính xác.

Bài 5 (trang 70 SGK Vật Lý 11): Tại sao cần phải mắc thêm điện trở bảo vệ Ro nối tiếp với pin điện hóa trong mạch điện ?

Trả lời:

Mắc thêm điện trở bảo vệ R0 nối tiếp với pin điện hóa trong mạch điện để cho dòng điện chạy qua pin điện hóa có cường độ đủ nhỏ sao cho chất oxi hóa có thời gian khử kịp sự phân cực của pin. Khi đó giá trị điện trở trong r hầu như không thay đổi.

Bài 6 (trang 70 SGK Vật Lý 11): Với các dụng cụ thí nghiệm đã cho trong bài này, ta có thể tiến hành thí nghiệm theo những phương án nào khác nữa?

Trả lời:

Mắc mạch điện như hình vẽ bên:

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.

Giải bài tập Vật Lý 11 | Giải Lý 11

Xem thêm các bài Giải bài tập Vật Lí 11 (có video) hay khác:

Ngân hàng trắc nghiệm lớp 11 tại khoahoc.vietjack.com

GIẢM GIÁ 40% KHÓA HỌC VIETJACK HỖ TRỢ DỊCH COVID

Đăng ký khóa học tốt 11 dành cho teen 2k4 tại khoahoc.vietjack.com

Đã có app VietJack trên điện thoại, giải bài tập SGK, SBT Soạn văn, Văn mẫu, Thi online, Bài giảng....miễn phí. Tải ngay ứng dụng trên Android và iOS.

Nhóm học tập facebook miễn phí cho teen 2k4: fb.com/groups/hoctap2k4/

Theo dõi chúng tôi miễn phí trên mạng xã hội facebook và youtube:

Nếu thấy hay, hãy động viên và chia sẻ nhé! Các bình luận không phù hợp với nội quy bình luận trang web sẽ bị cấm bình luận vĩnh viễn.


Các loạt bài lớp 11 khác
2004 - Toán Lý Hóa