Bài 26. Thực hành: Đo suất điện động và điện trở trong của pin điện hóa trang 111, 112, 113 Vật lý 11 Kết nối tri thức: Sau một thời gian sử dụng thì suất điện động của pin...

Câu hỏi:

Sau một thời gian sử dụng thì suất điện động của pin điện hóa giảm và điện trở trong của pin tăng 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?

Hướng dẫn giải :

Dựa vào nội dung kiến thức đã học của những bài trước để trả lời.

Lời giải chi tiết :

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).

Câu hỏi:

Hãy thực hiện các yêu cầu 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.

Hướng dẫn giải :

Dựa vào nội dung kiến thức đã học để trả lời.

Lời giải chi tiết :

a) Không 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 vì:

Đồng hồ đo điện đa năng chỉ có thể đo được cường độ dòng điện chạy qua nguồn và hiệu điện thế đặt vào hai đầu của đoạn mạch. 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.

b) Để xác định suát điện động và điện trở trong cần xác định: Cường độ dòng điện (I) chạy trong mạch và hiệu điện thế (U) đặt ở hai đầu đoạn mạch.

c) Phương án thí nghiệm

- Phương án 1:

+ 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)

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

\(U = E - I({R_0} + r) \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l}I = 0 \to U = {U_0} = E\\U = 0 \to I = {I_m} = \frac{E}{{{R_0} + r}}\end{array} \right. \Rightarrow E,r\)

- Phương án 2:

+ Từ \(I = {I_A} = \frac{E}{{R + {R_A} + {R_0} + r}} \Rightarrow \frac{1}{I} = \frac{1}{E}\left( {R + {R_A} + {R_0} + r} \right)\)

đặt y = \(\frac{1}{x}\); x = R; b = R_A + R₀ + r ⇒ y = \(\frac{1}{E}\left( {x + b} \right)\)

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

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

+ Xác định tọa độ của x_m và y₀ là các điểm mà đồ thị trên cắt trục hoành và trục tung.

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

Câu hỏi:

Nhận xét và đánh giá kết quả thí nghiệm

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 trong của nguồn điện.

Hướng dẫn giải :

Dựa vào nội dung kiến thức đã học và kết quả thí nghiệm để trả lời.

Lời giải chi tiết :

1. Dạng đồ thị và mối quan hệ U và I đối với pin cũ và pin mới là dạng đồ thị của hàm số bậc nhất nghịch biến, mối quan hệ giữa U và I là tỉ lệ nghịch với nhau.

2. Có thể sử dụng phương án:

a. Từ \(I = {I_A} = \frac{E}{{R + {R_A} + {R_0} + r}} \Rightarrow \frac{1}{I} = \frac{1}{E}\left( {R + {R_A} + {R_0} + r} \right)\)

đặt y = \(\frac{1}{x}\); x = R; b = R_A + R₀ + r ⇒ y = \(\frac{1}{E}\left( {x + b} \right)\)

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

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