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 E và r của pin

Câu hỏi 1 trang 118 Vật Lí 11: 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 E và r của pin.

Trả lời

* 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 $\text{E}$ 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:

$I=\frac{\text{E}}{R+R_0+r}$(20.1)

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

$U=IR=\text{E}-I\left(r+R_0\right)$(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 U_m = $\text{E}$ và cắt trục hoành OI (khi U = 0) tại điểm có giá trị $I_m=\frac{\text{E}}{r+R_0}$.

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

* 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.

Xem thêm lời giải bài tập sgk Vật lí 11 Chân trời sáng tạo hay, chi tiết khác: