Bài 20: Thực hành xác định suất điện động và điện trở trong của pin

Hướng dẫn giải

Tham khảo:

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.

\(I=\dfrac{\xi}{R+r}\)

(Trả lời bởi HT.Phong (9A5))

Hướng dẫn giải

Tham khảo:

* Mục đích:

Đo suất điện động và điện trở trong của pin chưa qua sử dụng và pin đã qua sử dụng.

* Cơ sở lí thuyết:

Xét mạch điện gồm một nguồn điện có suất điện động E và điện trở trong r mắc nối tiếp với mạch ngoài gồm điện trở R, có giá trị đã biết và biến trở R mắc nối tiếp như Hình 20.1. Xem điện trở của các dây dẫn không đáng kể.

Khi đóng khoá K, trong mạch xuất hiện dòng điện có cường độ là I được xác định theo công thức:

 (20.1)

Từ (20.1), ta suy ra công thức xác định hiệu điện thế giữa hai đầu điện trở R là:

 (20.2)

Từ (20.1) và (20.2), ta thấy khi thay đổi R thì I và U cũng thay đổi. Theo (20.2), đồ thị mô tả mối quan hệ giữa I và U là một đoạn thẳng như Hình 20.2. Đoạn thẳng này có đường kéo dài cắt trục tung OU (khi I = 0) tại điểm có giá trị Um = E và cắt trục hoành OI (khi U = 0) tại điểm có giá trị .

Lưu ý: Khi mạch hở, hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn điện có giá trị đúng bằng suất điện động E. Nếu mắc hai cực của nguồn điện với một vôn kế có điện trở rất lớn (cỡ ) thì số chỉ của vốn kế gần đúng bằng E.

* Dụng cụ:

− 2 pin: 1 pin chưa sử dụng và 1 pin đã qua sử dụng, hộp đựng pin (1).

– 1 biến trở R (2).

– 1 điện trở R0 đã biết giá trị (3).

– 2 đồng hồ đo điện đa năng hiện số dùng làm ampe kế một chiều và vôn kế một chiều (4).

– Khoá K (5).

– Bảng điện (6) và dây nối (7).

* 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 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.

* Báo cáo kết quả thí nghiệm:

– Dựa vào bảng số liệu, vẽ đồ thị mô tả mối quan hệ giữa I và U.

– Xác định suất điện động và điện trở trong r của pin từ đồ thị.

(Trả lời bởi HT.Phong (9A5))

Hướng dẫn giải

Điện trở Ro 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.

(Trả lời bởi HT.Phong (9A5))

Hướng dẫn giải

Nguyên nhân gây ra sai số của phép đo:

+ Sai số dụng cụ đo

+ Thao tác thực hiện không đúng

+ Chưa RESET máy đo thời gian hiện số

(Trả lời bởi HT.Phong (9A5))

Hướng dẫn giải

Ta có thể tìm mối quan hệ giữa  I và R để đề xuất phương án không cần kéo dài đồ thị.

a. Từ \(I = {I_A} = \frac{\xi }{{R + {R_A} + {R_0} + r}} \Rightarrow \frac{1}{I} = \frac{1}{\xi }(R + {R_A} + {R_0} + r)\)đặt\(y = \frac{1}{x};x = R;b = {R_A} + {R_0} + r \Rightarrow y = \frac{1}{\xi }(x + b)\)

b. Căn cứ các giá trị của R và I đã đo, 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 y₀ là các điểm mà đồ thị trên cắt trục hoành và trục tung.

\(\left\{ \begin{array}{l}y = 0 \to {x_m} =  - b =  - ({R_A} + {R_0} + r) \to r\\x = 0 \to {y_0} = \frac{b}{\xi } \to \xi \end{array} \right.\)

(Trả lời bởi Hà Quang Minh)

Hướng dẫn giải

- Ta mắc hai cực của pin với một vôn kế có điện trở rất lớn thì số chỉ của vôn kế gần đúng bằng E..

- Thực hiện thí nghiệm lần lượt với hai pin, các em thu được số chỉ vôn kế và so sánh với giá trị ghi trên pin sẽ thấy số chỉ vôn kế gần đúng bằng E..

(Trả lời bởi HT.Phong (9A5))