Giải chi tiết Vật lí 11 chân trời mới bài 20: Thực hành xác định suất điện động và điện trở trong của pin

MỞ ĐẦU

Câu hỏi: Ta đã biết, suất điện động và điện trở trong là hai đại lượng đặc trưng của một nguồn điện. Trong quá trình sử dụng, suất điện động và điện trở trong của nguồn điện có thay đổi không? Làm thế nào để đo suất điện động và điện trở trong của một nguồn điện?

Hướng dẫn trả lời:

Trong quá trình sử dụng, suất điện động và điện trở trong của nguồn điện có thay đổi và giảm dần thoe thời gian.

Để  đo suất điện động và điện trở trong ta cần áp dụng kiến thức định luật Ôm đối với toàn mạch để từ đó thiết kế ra phương án thí nghiệm phù hợp:

• Cường độ dòng điện chạy trong mạch điện kín tỉ lệ thuận với suất điện động của nguồn điện và tỉ lệ nghịch với điện trở toàn phần của mạch đó. $I=\frac{\xi}{R+r}$

THÍ NGHIỆM ĐO SUẤT ĐIỆN ĐỘNG VÀ ĐIỆN TRỞ TRONG CỦA NGUỒN ĐIỆN

Câu hỏi 1: Dựa vào cơ sở lí thuyết và dụng cụ trong Hình 20.3, hãy thảo luận nhóm để đưa ra một phương án thí nghiệm xác định ξ và của r pin.

Hướng dẫn trả lời:

* Tiến hành thí nghiệm:

Bước 1: Lắp mạch điện như Hình 20.1.

Lưu ý: Đồng hồ đo thứ nhất dùng làm ampe kế được mắc nối tiếp với biến trở và điện trở R0, đồng hồ đo thứ hai dùng làm vôn kế được mắc song song với biến trở.

Bước 2: Chọn pin cần đo để lắp vào hộp đựng pin.

Bước 3: Chọn thang đo thích hợp cho hai đồng hồ đo điện đa năng và để biến trở ở giá trị lớn nhất.

Bước 4: Đóng khoá K. Đọc giá trị của cường độ dòng điện I chạy trong mạch và hiệu điện thế U giữa hai đầu biến trở, ghi số liệu vào Bảng 20.1.

Bước 5: Thay đổi giá trị R của biến trở, ứng với mỗi giá trị của biến trở, đọc giá trị của I và U tương ứng, ghi số liệu vào Bảng 20.1.

Lưu ý:

+ Cần ngắt khoá K sau mỗi lần lấy số liệu.

+ Ứng với mỗi pin, cần lấy ít nhất 5 cặp số liệu (I, U) để giảm sai số trong quá trình xử lí số liệu.

* Gợi ý số liệu thí nghiệm:

Từ đồ thị, ta thấy được: $\xi =1,37 V$ và r = 1,91 $\Omega$

Câu hỏi 2: Tìm hiểu và thảo luận vai trò của R₀ trong mạch điện.

Hướng dẫn trả lời:

Điện trở R_o có công dụng đảm bảo cho cường độ dòng điện qua mạch không quá lớn nhằm bảo vệ các thành phần của mạch điện không bị hư hại.

Câu hỏi 3: Hãy nêu các nguyên nhân gây ra sai số trong phương án thí nghiệm lựa chọn và cách khắc phục.

Hướng dẫn trả lời:

Các nguyên nhắn gây ra sai số trong thí nghiệm:
- Thao tác sử dụng các thiết bị điện chưa chính xác.
- Các dây điện được nối với nhau chưa chắc chắn làm cho mạch điện hoạt động không ổn định.
- Pin dùng để thực hành quá cũ.
- Vẽ đồ thị và kéo dài các điểm chưa chính xác.
Cách khắc phục:
- Chú ý các thao tác sử dụng các thiết bị điện cho chính xác: Khi muốn đo giá trị cường độ dòng điện hoặc hiệu điện thế, cần phải vặn núm xoay của đồng hồ đo điện đến đúng vị trí đại lượng cần xác định. Lưu ý, phải để ở chế độ dòng điện một chiều DC.
- Chú ý để nối các dây điện vào mạch một cách chắc chắn để đảm bảo mạch điện hoạt động ổn định.
- Khi muốn đo chính xác giá trị suất điện động của pin, nên sử dụng pin cũ vì lúc này điện trở trong của pin sẽ lớn và ổn định. Khi muốn đo điện trở trong của pin nên sử dụng pin mới để có thể cho ra giá trị tiệm cận với giá trị sử dụng.
- Chú ý cẩn thận khi xử lí đồ thị để việc xác định các điểm giao với hai trục đồ thị khi kéo dài đường đồ thị được chính xác nhất có thể.

Luyện tập: Pin chưa sử dụng thường có điện trở trong nhỏ nên đồ thị thu được sẽ có độ dốc nhỏ. Do đó, để xác định được giao điểm với trục hoành, ta cần phải lấy một dải số liệu rộng hơn. Hãy đề xuất một cách xác định r mà không phải kéo dài đồ thị.

Hướng dẫn trả lời:

Để không phải kéo dài đường đồ thị để tìm giao điểm của đường này với trục hoành mà vẫn xác định được r, ta chọn hai điểm nằm trên đồ thị, xác định các cặp giá trị (I₁, U₁ ) và (I₂, U₂) tương ứng với từng điểm. Dựa vào công thức $U=IR=\xi -I(r+R_{o})$, ta có: $r+R_{o}=\frac{U_{1}-U_{2}}{I_{2}-I_{1}}$. Từ đó suy ra r ở khi đã biết giá trị của R_o.

Vận dụng: Dựa vào phần lưu ý trong cơ sở lí thuyết, hãy đề xuất một phương án khác để đo suất điện động của nguồn điện. Tiến hành thí nghiệm cho hai pin đã thực hiện đo và so sánh với kết quả đã nhận được.

Hướng dẫn trả lời:

Các đồng hồ đo điện đa năng hiện số (Digital multimeter) ở phòng thí nghiệm các trường phổ thông hiện nay khi dùng làm vôn kế có điện trở khá lớn (vào cỡ megaôm) nên có thể bỏ qua dòng điện chạy qua vôn kế khi mắc nó trong mạch điện. Dựa vào phần lưu ý trong cơ sở lí thuyết, ta có thể xác định nhanh giá trị suất điện động của pin bằng cách nối hai cực của pin với đồng hồ đo để ở chế độ vốn kế một chiều (cực âm của pin nối với lỗ COM, cực dương của pin nối với lỗ V$\Omega$).