THÍ NGHIỆM VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG 2 PHẦN CHUẨN BỊ BÀI 2 ĐO SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CỦA NGUỒN ĐIỆN MỘT CHIỀU BẰNG PHƯƠNG PHÁP XUNG ĐỐI 1 Mục đích Xác định giá trị suất điện động của một nguồn điện một chiều chưa biết.
Trang 1THÍ NGHI M V T LÝ Đ I C Ệ Ậ Ạ ƯƠ NG 2
PH N CHU N B Ầ Ẩ Ị BÀI 2: ĐO SU T ĐI N Đ NG C A NGU N ĐI N M T CHI U B NG Ấ Ệ Ộ Ủ Ồ Ệ Ộ Ề Ằ
PH ƯƠ NG PHÁP XUNG Đ I Ố
1 M c đích ụ
Xác đ nh giá tr su t đi n đ ng c a m t ngu n đi n m t chi u ch a bi t ị ị ấ ệ ộ ủ ộ ồ ệ ộ ề ư ế
b ng phằ ương pháp xung đ i.ố
2 Gi i thi u chung ớ ệ
Bài thí nghi m đệ ược th c hi n d a trên vi c áp d ng đ nh lu t Ohm cho ự ệ ự ệ ụ ị ậ toàn m ch k t h p v i hi u ng bi n thiên liên t c đi n th theo t ng v trí ạ ế ợ ớ ệ ứ ế ụ ệ ế ừ ị khác nhau trên m t s i dây đ ng ch t có đi n tr su t l n Khi này, ngu n đi n ộ ợ ồ ấ ệ ở ấ ớ ồ ệ
c n đo su t đi n đ ng và ngu n đi n chu n đầ ấ ệ ộ ồ ệ ẩ ược m c vào m ch sao cho các ắ ạ
c c cùng d u n m cùng phía nh m t o ra đự ấ ằ ằ ạ ược hai dòng đi n xung đ i do đó ệ ố tri t tiêu nhau trong m ch ch a ngu n ch a bi t.ệ ạ ứ ồ ư ế
Trong bài thí nghi m này, sinh viên có th s d ng m t s d ng c sau: ệ ể ử ụ ộ ố ụ ụ
1 Dây d n ẫ
2 Pin m u ẫ
3 Dây d n A B có 10 ch t c m ẫ ố ắ
4 Đi n k ệ ế
5 Ngu n có su t đi n đ ng ch a bi t giá trồ ấ ệ ộ ư ế ị
3 An toàn khi th c hi n thí nghi m ự ệ ệ
Trong quá trình làm thí nghi m sinh viên c n chú ý không ch m tay vào ệ ầ ạ các m i n i đi n cũng nh dây đi n tr đ k t qu đo đố ố ệ ư ệ ở ể ế ả ược chính xác và đ m ả
b o đi u ki n an toàn đi n.ả ề ệ ệ
4 Tóm t t lý thuy t ắ ế
Xét m t m ch đi n nh hình 2.1 Trong đó G là đi n k , ộ ạ ệ ư ệ ế E và x
E
l n lầ ượt
là su t đi n đ ng c a m t ngu n m t chi u đấ ệ ộ ủ ộ ồ ộ ề ược gi không đ i trong su t quá ữ ổ ố trình làm thí nghi m và ngu n c n đo Hai ngu n đệ ồ ầ ồ ược n i vào m ch sao cho cácố ạ
Trang 2c c cùng d u (ch ng h n c c dự ấ ẳ ạ ự ương) được n i chung vào đi m A AB là m t dâyố ể ộ
đi n tr đ ng ch t ti t di n đ u (dài 11 m).ệ ở ồ ấ ế ệ ề
Hình 2.1 S đ m ch đi n dùng đ xác đ nh su t đi n đ ng c a m tơ ồ ạ ệ ể ị ấ ệ ộ ủ ộ
ngu n ch a bi tồ ư ế Khi x
E E>
, trên dây AB luôn t n t i m t đo n dây MC sao cho dòng đi n ồ ạ ộ ạ ệ
đi qua đi n k G b tri t tiêu Khi đó, áp đ ng đ nh lu t Ohm cho đo n m ch MC, ệ ế ị ệ ụ ị ậ ạ ạ
ta có:
MC M V C E x G x x
U =V − = −I r =E
(do
0
G
I =
Ngoài ra, khi
0
G
I =
thì:
MC M V C R MC
U =V − =I
(2.2)
T (2.1) và (2.2) ta rút ra đừ ược m i liên h :ố ệ
x MC
E =IR
(2.3)
Gi nguyên ữ giá tr su t đi n đ ng c a ngu n (ị ấ ệ ộ ủ ồ E r, ) Bây gi , n u ngu n ờ ế ồ
ch a bi t ư ế x
E
được thay th b i m t ngu n có giá tr su t đi n đ ng đã bi t ế ở ộ ồ ị ấ ệ ộ ế 0
E
sao cho 0
E E>
Khi này, đ dài đo n MC trên dây AB sao cho dòng đi n đi qua ộ ạ ệ
đi n k G v n b tri t tiêu sẽ thay đ i thành đo n M’C’ tệ ế ẫ ị ệ ổ ạ ương ng Ch ng minh ứ ứ
tương t , ta rút ra đự ược m i liên h :ố ệ
Trang 30 IR M C' '
E =
(2.4)
So sánh (2.3) và (2.4), ta có:
0 ' '
MC x
M C
R E
=
(2.5)
5 Chu n b ẩ ị
Nhi m v h c t p 1: ệ ụ ọ ậ Hãy ch ng minh đi u ki n áp d ng c a phứ ề ệ ụ ủ ương pháp xung đ i đ đo su t đi n đ ng c a ngu n đi n m t chi u là ố ể ấ ệ ộ ủ ồ ệ ộ ề x
E E>
Áp d ng đ nh lu t Kirchhoff, ta đụ ị ậ ược:
0 0
MC
MC MC x x
I
⇒
+ −
M t khác ặ 2
0
G
I =I =
Do đó:
( )
0 1
MC x
E R r ER
R r E
+
Trang 4Mà MC
R <R
nên
( )
1 2
MC MC
R
R r
+
T (1) và (2) suy ra ừ x
E <E
V y đi u ki n áp d ng c a phậ ề ệ ụ ủ ương pháp xung đ i đ đo su t đi n đ ng c aố ể ấ ệ ộ ủ ngu n đi n m t chi u là ồ ệ ộ ề x
E >E
Trang 5
Nhi m v h c t p 2: ệ ụ ọ ậ Sinh viên quan sát b d ng c thí nghi m và th c hi n ộ ụ ụ ệ ự ệ
nh ng yêu c u sau đây:ữ ầ
1 Trình bày công d ng c a các d ng c trong b ng 2.1ụ ủ ụ ụ ả
2 Xác đ nh gi i h n đo và đ chia nh nh t c a đi n k ị ớ ạ ộ ỏ ấ ủ ệ ế
3 Trình bày c u t o và cách s d ng dây d n AB v i 10 ch t c m.ấ ạ ử ụ ẫ ớ ố ắ
1 Trình bày công d ng c a các d ng c trong b ng 2.1 ụ ủ ụ ụ ả
Tên d ng ụ
Pin m u ẫ 0
su t đi n đ ngấ ệ ộ
Đi n kệ ế
Xác đ nh v trí c a Mị ị ủ
đ ể
0
G
I =
Ngu n c nồ ầ
đo su tấ
đi n đ ngệ ộ
x
E
Ngu n c n đoồ ầ
Dây d n ABẫ
có 10 ch tố
2 Xác đ nh gi i h n đo và đ chia nh nh t c a đi n k ị ớ ạ ộ ỏ ấ ủ ệ ế
- Gi i h n đo: m i thang hai phía v ch 0 chính gi a có gi i h n là 50 ớ ạ ỗ ạ ữ ớ ạ (đ n v ).ơ ị
- Đ chia nh nh t: 2 đ n v ộ ỏ ấ ơ ị
Trang 63 Trình bày c u t o và cách s d ng dây d n AB v i 10 ch t c m ấ ạ ử ụ ẫ ớ ố ắ
Dây đi n tr AB dài căng trên b n g thành nhi u đo n th ng song song ệ ở ả ỗ ề ạ ẳ
M i ch ti p giáp gi a hai đo n đ u có m t l đ c m ch t (có 10 ch t) B ng ỗ ỗ ế ữ ạ ề ộ ỗ ể ắ ố ố ằ cách di chuy n ch t c m A’ đ ng th i di chuy n con ch y C ta d dàng thay đ i ể ố ắ ồ ờ ể ạ ễ ổ
đ dài đo n dây ộ ạ A'C
L
Nhi m v h c t p 3: ệ ụ ọ ậ Sinh viên thao tác trên d ng c thí nghi m và th c hi n ụ ụ ệ ự ệ
nh ng yêu c u sau đây:ữ ầ
1 Trình bày m c đích c a ho t đ ng h c t p 2 này.ụ ủ ạ ộ ọ ậ
2 Đ xác đ nh ể ị x
E
, sinh viên c n đo các đ i lầ ạ ượng nào?
3 Vẽ s đ m ch đi n.ơ ồ ạ ệ
4 Trình bày ng n g n các bắ ọ ước ti n hành thí nghi m.ế ệ
5 Ch ng minh công th c sai s ứ ứ ố x
E
1. Trình bày m c đích c a ho t đ ng h c t p 2 ụ ủ ạ ộ ọ ậ
Trình bày được cách b trí nghi m và th c hi n đố ệ ự ệ ược thao tác thí nghi m xácệ
đ nh giá tr su t đi n đ ng ị ị ấ ệ ộ x
E
Trình bày được k t qu thí nghi m và x lý đế ả ệ ử ượ ố ệc s li u
2. Đ xác đ nh ể ị x
E
, sinh viên c n đo các đ i l ầ ạ ượ ng nào?
Đ xác đ nh ể ị x
E
, ta c n đo nh ng đ i lầ ữ ạ ượng sau: 1 2
,
L L
trong đó ngu n ồ 0
E
đã
bi t trế ước giá tr ị
3. Vẽ s đ m ch đi n ơ ồ ạ ệ
Trang 7Hình 2.2 G i ý s đ m ch đi n trong th c tợ ơ ồ ạ ệ ự ế
4. Trình bày ng n g n các b ắ ọ ướ c ti n hành thí nghi m ế ệ
- B ướ c 1: M c m ch ắ ạ đi n nh hình 2.ệ ư 2 (chú ý c c d ự ươ ng c a các ngu n ủ ồ x
E
và E đ u n i ề ố v phía đi m A và su t đi n đ ng ngu n E ề ể ấ ệ ộ ồ không thay đ i ổ
trong su t quá trình thí nghi m) ố ệ
- B ướ c 2 : Tìm l c m ỗ ắ Thay đ i l n lổ ầ ượ ỗ ắt l c m t 0 đ n 10 M i l n thayừ ế ỗ ầ
đ i l c mổ ỗ ắ ta ch m con ch y C vào hai đ u A, B và quan sát chi u l ch c a kimạ ạ ầ ề ệ ủ
đi n k N u th y kim l ch theo hai chi u ngệ ế ế ấ ệ ề ược nhau thì l c m trên chính làỗ ắ
l c n tìm.ỗ ầ
- B ướ c 3: Gi nguyên l c m, di chuy n con ch yữ ỗ ắ ể ạ C cho đ n khi đi n k G chế ệ ế ỉ
s 0 Đ cố ọ giá tr ị 1
L
Gi s t i v trí nh hình 2.2 thì ả ử ạ ị ư 'C
2 0,75
A
L = m± m
, đo 1
L
5 l n.ầ
- B ướ c 4: Thay pin x
E
b ng pin m uằ ẫ 0
E
và l p l i thí nghi m nh trên đ đoặ ạ ệ ư ể 2
L
, đo 2
L
5 l n.ầ
- B ướ c 5: Tìm x
E
theo công th c ứ
1 0 2
x
L
E E
L
=
Trang 8
L u ý: ư Đo chi u dài ề 1
L
ng v i ngu n ứ ớ ồ x
E
và chi u dài ề 2
L
ng v i ngu n ứ ớ ồ
0
E
xen kẽ nhau đ k t qu thu đ ể ế ả ượ c chính xác và đ m b o h n ả ả ơ
5 Chứng minh công thức sai số x
E
Ta có:
1 0 2
x E L
E
L
=
lnE x =lnE +lnL −lnL
Lấy vi phân hai vế:
x x
dE dE dL dL
E = E + L − L
Lấy tổng giá trị tuyệt đối của các vi phân riêng phần, thay dấu “-” bằng dấu “+”, thay dấu vi phân “d” bằng dấu “∆
” và thay các đại lượng đo trực tiếp bằng các giá trị trung bình của chúng:
x x
x x
E
ε
ε
⇒ ∆ =
Nhi m v h c t p 4: ệ ụ ọ ậ Hãy nh n xét s nh hậ ự ả ưởng đ n k t qu đo c a su t ế ế ả ủ ấ
đi n đ ng ệ ộ E
Ngu n ồ E c n là ngu n m t chi u, có su t đi n đ ng l n h n su t đi n ầ ồ ộ ề ấ ệ ộ ớ ơ ấ ệ
đ ng c n đo ộ ầ x
E >E
và l y trong kho ng ấ ả 3V →7V
B i vì l y ở ấ E<3V
, dòng đi n ệ
Trang 9y u không đ đ kim đi n k b l ch nên khó quan sát và cho k t qu chính xác ế ủ ể ệ ế ị ệ ế ả Còn l y ấ E >7V
, E l n d n đ n ớ ẫ ế I l n, và dây đi n tr b nóng lên M t khác, tay ớ ệ ở ị ặ
ta tr c ti p ch m đ đi u ch nh con ch y C, đi u này nh hự ế ạ ể ề ỉ ạ ề ả ưởng đ n an toàn ế
đi n và làm b ng da ệ ỏ
Nhi m v h c t p 5: ệ ụ ọ ậ Hãy phân tích u đi m và h n ch c a phư ể ạ ế ủ ương pháp xung đ i khi đo su t đi n đ ng so v i phố ấ ệ ộ ớ ương pháp s d ng Vôn k ử ụ ế
Khi dùng Vôn k m c song song v i ngu n đi n c n đo, hi u đi n thế ắ ớ ồ ệ ầ ệ ệ ế
gi a hai đ u Vôn k đữ ầ ế ược xác đ nh qua công th c ị ứ U = −E Ir
Nh v y s hi nư ậ ố ệ trên Vôn k sai l ch v i su t đi n đ ng ngu n m t lế ệ ớ ấ ệ ộ ồ ộ ượng Ir H n th n a, đi nơ ế ữ ệ
tr c a Vôn k càng nh thì ở ủ ế ỏ I càng l n d n đ n sai s càng tăng.ớ ẫ ế ố
Trong phương pháp xung đ i, ố x
E
được xác đ nh không ph thu c vào ị ụ ộ I ,
mà ch ph thu c vào sai s ngu n m u ỉ ụ ộ ố ồ ẫ → Chính xác h n.ơ