ÔN TẬP CUỐI KỲ THÍ NGHIỆM VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG ĐIỆN QUANG

BÀI 1 ĐO ĐIỆN TRỞ BẰNG CẦU WHEASTONE 1 Mục đích bài thí nghiệm Đo giá trị điện trở chưa biết bằng mạch cầu Wheaston 2 Mạch điện 3 Các bước tiến hành − Bước 1 Mắc mạch − Bước 2 Chọn Ro + Để con chạy C.

BÀI 1: ĐO ĐIỆN TRỞ BẰNG CẦU WHEASTONE

+ Để con chạy C ở vị trí 50cm trên thước đo (khi đó l3 ≈ l4)

+ Vặn núm R0 = 0Ω và R0 = 200Ω quan sát sự lệch của kim điện kế Nếu kim G lệch 2 chiều

ngược nhau thì R0 có giá trị trong khoảng 0 - 200Ω

+ Thay đổi các núm của Ro để G lệch rất ít khỏi vị trí cân bằng

− Bước 3: Đo Rx:

+ Di chuyển con chạy chút ít sao cho IG = 0 (cầu cân bằng) Đọc giá trị l3, l4

+ Khi đó điện trở Rx được tính bằng công thức: 3

0 4

R R

R =

+

5 Câu hỏi

1 Thế nào là mạch cầu? Điều kiện để mạch cầu cân bằng?

- Mạch cầu Wheaston là một mạch điện gồm 2 cặp điện trở mắc nối tiếp được ghép song song với nhau

- Mạch cầu cân bằng khi không có dòng điện chạy qua CD (tức IG = 0)

R R

 = (đpcm)

Suy ra: Đây là điều kiện cân bằng mạch cầu Wheastone

2 Các thao tác để chọn R o ?

- Để con chạy C ở vị trí 50cm trên thước đo (khi đó l3 ≈ l4)

- Vặn núm R0 = 0Ω và R0 = 200Ω quan sát sự lệch của kim điện kế Nếu kim G lệch 2 chiều ngược nhau thì R0 có giá trị trong khoảng 0 - 200Ω Ω

- Thay đổi các núm của Ro để G lệch khỏi vị trí cân bằng rất ít

3 Vì sao ta di chuyển con chạy để điện kế G chỉ 0?

- Để mạch cầu cân bằng

4 Có phải lúc nào cũng để con chạy ở vị trí 50-50 thì ta mới làm được không? 30-70 có được hay không? Cách nào làm giảm sai số hơn?

- Để ở vị trí nào cũng được nhưng ngay vị trí 50-50 thì sẽ cho kết quả với sai số nhỏ nhất

5 Tại sao phải thay R và R bằng một dây dẫn đồng chất có tiết diện đều?

- Vì dây đồng để dễ thay đổi giá trị điện trở để tìm được vị trí mà mạch cầu cân bằng.Có thể xác

định được tỉ lệ 3

4

R

R thông qua tỉ lệ chiều dài

6 Tác dụng của con chạy C khi để giữa 2 điện trở R 3 và R 4 ?

- Để có thể thay đổi giá trị của R3, R4 tương ứng

8 Đề xuất phương án khác?

Cách 1: Sử dụng đồng hồ đa năng đo trực tiếp R

Cách 2: Sử dụng đồng hồ đa năng đo gián tiếp qua U và I theo định luật ohm U = IR

- Nhược điểm:

+ Khi đo U cần điện trở nhỏ → Chính xác hơn (Do vôn kế mắc // với điện trở cần đo và nó

có điện trở RV nên điện trở cần đo nhỏ (rất nhỏ so với RV) để dòng điện qua vôn kế gần như bằng 0 → Không ảnh hưởng đến mạch

+ Khi đo I cần điện trở lớn → Chính xác hơn (Do ampere kế mắc nt với điện trở cần đo và

nó có RA nên điện trở cần đo lớn (lớn hơn rất nhiều so với RA) để coi như hiệu điện thế 2 đầu ampere kế = 0 → Coi như ampere kế là một đoạn dây nối)

Cách 3: Sử dụng mạch cầu không cân bằng

- Chọn đại điện trở mẫu R0 (Không cần IG = 0)

- Đặt thêm 2 cái ampere kế để đo dòng I và I G

- Giải bằng định luật Kirchoff:

+ Xét vòng DBCD: I2R2−I4R4=0

➔ 5 phương trình 5 ẩn → giải ra

BÀI 2: ĐO SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CỦA NGUỒN ĐIỆN MỘT CHIỀU BẰNG

PHƯƠNG PHÁP XUNG ĐỐI

Bước 1: Mắc mạch điện như hình 2.2 (chú ý cực dương của các nguồn 𝐸𝑥 và 𝐸 đều nối về phía điểm

A và suất điện động nguồn E không thay đổi trong suốt quá trình thí nghiệm)

Bước 2: Tìm lỗ cắm Thay đổi lần lượt lỗ cắm từ 0 đến 10 Mỗi lần thay đổi lỗ cắm ta chạm con chạy

C vào hai đầu A, B và quan sát chiều lệch của kim điện kế Nếu thấy kim lệch theo hai chiều ngược

nhau thì lỗ cắm trên chính là lỗ cần tìm

Bước 3: Giữ nguyên lỗ cắm, di chuyển con chạy C cho đến khi điện kế G chỉ số 0 Đọc giá trị L1

Bước 4: Thay pin E x bằng pin mẫu E0 và lặp lại thí nghiệm như trên để đo L2

Bước 5: Tìm E x theo công thức 1

0 2

x

L

E E L

Lưu ý: Đo chiều dài L1 ứng với nguồn E x và chiều dài L2 ứng với nguồn E0 xen kẽ nhau để

kết quả thu được chính xác và đảm bảo hơn

4 Số liệu

- Có sẵn trên máy: Nguồn E; pin mẫu E0

- Đo: L1 của Ex; L2 của E0

1 Tại sao lại làm hệ giống dây xích xắc?

- Vì không có phòng thí nghiệm nào dài 11m nên phải làm ngắn lại

Đã chú thích [HN2]: BÀI 2: ĐO SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CỦA NGUỒN ĐIỆN MỘT CHIỀU BẰNG PHƯƠNG PHÁP XUNG ĐỐI

2 Thế nào là mắc xung đối?

- Mắc xung đối là cách mắc cực dương của nguồn này với cực dương của nguồn kia hoặc cực âm của nguồn này với cực âm của nguồn kia hay tổng quát là các cực cùng tên mắc với nhau liên tiếp thành một dãy không phân nhánh

3 Điều kiện để áp dụng phương pháp mắc xung đối là gì?

4 Bản chất của phương pháp đo suất điện động bằng PP xung đối?

- E và Ex được mắc vào mạch sao cho các cùng cực dấu nằm cùng phía nhằm tạo ra được hai dòng điện xung đối và do đó triệt tiêu nhau trong mạch chứa nguồn cần đo

5 Ưu điểm của phương pháp xung đối với phương pháp đo suất điện động của bằng vônkế?

- Khi dùng Vôn kế, hiệu điện thế giữa hai đầu Vôn kế U= −E Ir Như vậy số hiện trên Vôn kế sai lệch với suất điện động nguồn một lượng Ir Hơn thế nữa, tỉ lệ điện trở của Vôn kế và điện trở trong càng nhỏ thì dẫn đến sai số càng tăng

- Trong phương pháp xung đối, E x được xác định không phụ thuộc vào I, mà chỉ phụ thuộc vào sai

số nguồn mẫu → Chính xác hơn

6 Chứng minh công thức E = IR

- Áp dụng định luật Kirchhoff cho vòng mạch kín MExCM:

8 Vì sao E nguồn không đổi? Tại sao giữ 3-7V mà không phải thấp hơn?

- Nguồn E cần là nguồn một chiều, có suất điện động lớn hơn suất điện động cần đo và lấy trong khoảng 3 → 7V

• Nếu E < 3V, để đảm bảo E > Ex thì phải điều chỉnh E không được thấp quá

• Nếu E > 7V, lớn dẫn đến I lớn, dây điện trở bị nóng lên và làm bỏng da Mặc khác, khi nguồn quá lớn thì kim điện kế G thay đổi rất nhiều khi di chuyển con chạy C → khó quan sát

→ gây sai số khi đo

BÀI 3: XÁC ĐỊNH HẰNG SỐ FARADAY VÀ ĐIỆN TÍCH NGUYÊN TỐ THEO

PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN PHÂN

1 Mục đích bài thí nghiệm

Xác định giá trị của hằng số Faraday và điện tích nguyên tố electron dựa vào hiện tượng dương

cực tan của đồng trong dung dịch CuSO4

2 Mạch điện

3 Các bước tiến hành

Bước 1: Mắc mạch điện theo sơ đồ Điều chỉnh đồng hồ đa năng ở mức 20A-DC

Bước 2:

+ Vặn 2 núm xoay CURRENT để tăng dần cường độ dòng điện I chạy qua bình điện phân cho tới

khi ampekế A chỉ một giá trị I không đổi bằng 1A

+ Ngắt dòng điện

+ Tháo bản cực dương đồng ra khỏi bình điện phân Sau đó rửa sạch, sấy khô và đem cân m1

Bước 3: Lắp bản cực dương (anot) vào bình điện phân, và đặt nó song song với hai bản cực âm (catot)

Bật công tắc của nguồn điện Bấm đồng hồ để đo khoảng thời gian t của quá trình điện phân

Bước 4: Chờ cho quá trình điện phân diễn ra trong t phút

Chú ý: Cần giữ cho dòng điện luôn luôn không đổi và bằng I = 1A trong suốt khoảng thời gian

điện phân Thường xuyên theo dõi trên ampe kế, nếu cần thì điều chỉnh núm xoay của nguồn điện U

để giữ cho I không đổi

Bước 5:

+ Ngắt điện, nhẹ nhàng tháo dương cực anot ra khỏi bình điện phân Rửa sạch và sấy khô

+ Dùng cân điện tử để đo khối lượng dương cực lúc này ( )m

Đã chú thích [HN3]: BÀI 3: XÁC ĐỊNH HẰNG SỐ FARADAY VÀ ĐIỆN TÍCH NGUYÊN TỐ THEO PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN PHÂN

Chú ý: Vì anôt làm bằng đồng kỹ thuật có tỷ lệ đồng nguyên chất (độ tinh khiết) bằng 98%, nên

khối lượng đồng nguyên chất thoát ra từ bản cực anôt và tan vào dung dịch trong quá trình điện phân được tính theo công thức : mtan=0,98(m1−m2)

n

−

5 Câu hỏi

1 Hiện tượng dương cực tan là gì?

- Là hiện tượng cực dương bị tan ra (điện cực dương bị mòn dần, điện cực âm thì dày thêm), xảy ra khi kim loại làm cực dương trùng với kim loại của muối trong dung dịch chất điện phân

2 Bản chất của dòng điện trong chất điện phân?

- Bản chất dòng điện trong chất điện phân là dòng dịch chuyển có hướng của ion dương theo chiều điện trường và ion âm ngược chiều điện trường

3 Trình bày quá trình xảy ra ở các điện cực?

- Trong dung dịch CuSO4, các phân tử CuSO4 bị phân ly thành ion 2

Cu+ và 2

SO−

- Tại điện cực âm: 2

Cu+ nhận 2 electron để trở thành Cu bám vào cực âm

22

Cu++ e→Cu

- Tại điện cực dương: Cu nhường đi 2 electron để trở thành 2

Cu+ kết hợp với 2

SO− của dung dịch tạo ra CuSO4 hòa tan vào dung dịch

4 2

2 2

- Vì anôt làm bằng đồng kỹ thuật có tỷ lệ đồng nguyên chất (độ tinh khiết) bằng 98%, nên khối lượng đồng nguyên chất thoát ra từ bản cực anôt và tan vào dung dịch trong quá trình điện phân được tính theo công thức : mtan=0,98(m1−m2)

6 Tại sao dùng 3 điện cực mà không phải là 2 điện cực?

- Khi sử dụng 3 điện cực với anode ở giữa thì các dương cực tan đều, tránh trường hợp miếng đồng

bị gãy và tránh trường hợp tạp chất trong thanh đồng ảnh hưởng đến dòng điện

- Chỉ sử dụng 2 điện cực thì bị sụt áp rất nhanh, cường độ dòng điện không ổn định

7 Tại sao I lại sụt áp?

8 Đề xuất phương án khác?

- Đo hằng số Faraday bằng bộ thí nghiệm điện phân nước của

Hoffman

+ Đổ dung dịch NaCl vào đầy 3 ống

+ Sau khi điện phân khí H2 và O2 sẽ bay lên trên đẩy dung dịch

xuống → dung dịch ống giữa sẽ nâng lên

+ Đo thể tích khí (1 trong 2 khí)

R

q RT V

z pF

= (q = It)

BÀI 4: KHẢO SÁT MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ MỘT CHIỀU

1 Mục đích bài thí nghiệm

Khảo sát sự phụ thuộc nhiệt độ của điện trở kim loại bằng cách vẽ đặc tuyến volt-ampere của

bóng đèn dây tóc

Khảo sát mạch điện xoay chiều RC và RL dựa trên cơ sở áp dụng phương pháp giản đồ vector

Fresnel và định luật Ohm đối với dòng điện xoay chiều để xác định tổng trở, cảm kháng và dung

kháng của các mạch điện Từ đó xác định điện dung của tụ điện và hệ số tự cảm của cuộn dây dẫn

2 Mạch điện

3 Các bước tiến hành

3.1 Vẽ đặc tuyến vôn-ampere của đèn dây tóc

Bước 1: Lắp ráp mạch điện theo sơ đồ Điện áp 012V một chiều được lấy từ hai cực  của bộ

nguồn 12V-3A/AC-DC

+ Dùng một đồng hồ làm chức năng vôn kế V, với thang đo 20V DC và sử dụng lỗ cắm “COM” và

"V", mắc song song với đèn Đ

+ Dùng một đồng hồ làm chức năng ampere kế A, với thang đo 20A DC và sử dụng lổ cắm “COM”

và "20A max", mắc nối tiếp với đèn Đ

Bước 2: Vặn núm xoay DC của bộ nguồn điện để điều chỉnh hiệu điện thế U tăng dần từng vôn, từ 0

đến 10V

3.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát mạch điện xoay chiều RC

Bước 1: Mắc mạch điện: Vặn núm xoay AC của nguồn điện U n đến vị trí 12V Mắc nối tiếp tụ C với

điện trở R theo sơ đồ

Bước 2: Chọn thang đo của đồng hồ:

Đã chú thích [HN4]: BÀI 4: KHẢO SÁT MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ MỘT CHIỀU

- Vôn kế V đặt ở vị trí 20 của thang đo điện áp xoay chiều (V~) Cắm hai dây đo của nó vào hai lỗ

“COM” và "V", rồi mắc song song với các đoạn mạch cần đo

- Ampe kế A đặt ở vị trí 200mA của thang đo dòng xoay chiều (A~) Cắm hai dây đo của nó vào hai

lỗ “COM” và “A”, rồi mắc nối tiếp nó với mạch điện RC

Bước 3: Tiến hành đo:

Cường độ dòng điện hiệu dụng I trên ampe kế A

Bấm nút "ON/OFF" của vônkế V và đo lần lượt các giá trị hiệu dụng của:

+ Hiệu điện thế U ở hai đầu mạch MN.

+ Hiệu điện thế U C ở hai đầu tụ điện C

+ Hiệu điện thế U R ở hai đầu điện trở R

3.3 Thí nghiệm 3: Khảo sát mạch điện xoay chiều RL

Bước 1: Mắc mạch điện

Bước 2: Giữ nguyên vị trí thang đo của vônkế V và ampere kế A như thí nghiệm RC

Bước 3: Đo cường độ hiệu dụng và hiệu thế hiệu dụng rơi trên các đoạn mạch

Cường độ dòng điện hiệu dụng I trên ampere kế A

Lần lượt đo các giá trị hiệu dụng của:

+ Hiệu điện thế U ở hai đầu mạch MN.

+ Hiệu điện thế U R ở hai đầu điện trở R.

+ Hiệu điện thế UrL ở hai đầu cuộn dây L có điện trở thuần r

Bước 4: Đo điện trở thuần r của cuộn dây L

- Tính:

2

2

rL U r I L

=

2 Tại sao đặc tuyến vôn-ampe I = f (U) của bóng đèn dây tóc không phải là đường thẳng?

- Do có lượng nhiệt tỏa ra trên điện trở Mà dây tóc bóng đèn là kim loại (được cấu tạo ở các nút mạng tinh thể, ở giữa là ion dương) Khi lượng nhiệt này tăng lên thì các ion chuyển động mạnh làm cản trở dòng điện → R tăng → không phải là đường thẳng

3 Nêu rõ quan hệ về tần số, pha và biên độ giữa cường độ dòng điện xoay chiều và hiệu điện thế xoay chiều trong đoạn mạch: chứa điện trở thuần R; chứa tụ điện có điện dung C; chứa cuộn dây dẫn có hệ số tự cảm L

0

U I R

U I

2

rL U r I L

Suy ra:

C C

2 2

2 2 2 2

2 2

2 2 2 3

rL

rL

rL rL rL rL

U

f U

r I

U U

d df

f U

r I

Vật sáng S đặt cách thấu kính một khoảng bằng tiêu cự f thì cho ảnh thật S’ ở vô cùng, do đó

không thể hứng được ảnh trên màn Nếu đặt gương phẳng ở vị trí bất kì sau thấu kính sẽ thu được một

ảnh thật ở vô cùng, ảnh này là vật ảo đối với thấu kính hội tụ, nên cuối cùng hệ sẽ cho một ảnh thật

nằm tại tiêu điểm

Nếu một vật đặt tại tiêu điểm của TKHT, qua hệ thấu kính - gương phẳng sẽ thu được một ảnh

thật nằm tại vị trí của vật (tiêu điểm) và ngược chiều với vật do tính chất phản xạ

Các bước tiến hành:

Bước 1: Đặt TKHT L nằm trước bóng đèn

Bước 2: Đặt cố định gương sau thấu kính

Bước 3: Di chuyển thấu kính L trên giá sao cho ảnh cuối của S’A’ lại hiện rõ trên mặt phẳng

Các bước tiến hành:

Bước 1: Đặt thấu kính và màn sao cho thu được ảnh thật trên màn

Bước 2: Di chuyển thấu kính và màn cho đến khi ảnh bằng vật, và SO = SO’ (TK nằm ở vị trí

trung tâm giữa vật và màn)

Bước 3: Xác khoảng cách giữa vật và màn là SS’ Đo '

Bước 1 Đặt màn M ở 1 vị trí cố định xa nguồn S Đo D là khoảng cách vật - màn

Bước 2 Di chuyển thấu kính trên giá, tìm được hai vị trí của thấu kính để cho ảnh rõ trên màn

Vị trí 1 cho ảnh lớn, vị trí 2 cho ảnh nhỏ Đo khoảng cách l giữa 2 vị trí của thấu kính cho ảnh rõ nét

Bước 3 Tính f theo công thức: 2 2

4

D l f D

+ Với TKPK, mọi vật thật đều cho ảnh ảo nên không hứng trên màn TKPK cho ảnh thật với

2 điều kiện sau: Vật ảo và khoảng cách từ vật ảo đến thấu kính nhỏ hơn tiêu cự của nó

+ Nếu chùm tia tới có đường kéo dài đi qua tiểu điểm vật chính thì cho chùm tia ló song song

Vai trò của TKHT:

+ Để tạo ảnh thật của TKPK, ta dùng thêm 1 TKHT đặt phía trước với tác dụng tạo ra một vật

ảo cho TKPK Nếu chùm tia tới TKPK có đường kéo dài đi qua tiêu điểm vật chính F2 thì sẽ cho chùm tia ló song song, dùng gương để phản xạ chùm tia ló này cho ảnh cuối xuất hiện trên mặt phẳng vật S

Vậy PP này làm cho S1 trùng với tiêu điểm vật F2 Thực chất tiêu cự TKPK chính là khoảng cách từ L2 đến S1

Nhiệm vụ của TKHT tạo chùm sáng hội tụ như vậy đến thấu kính phân kỳ, hay là tạo vật ảo đối với TKPK

Điều kiện: tiêu điểm vật F của TKPK phải trùng với ảnh điểm S1 do thấu kính hội tụ tạo ra từ vật sáng điểm S

Các bước tiến hành:

Bước 1: Xác định vị trí đặt thấu kính L1 để thu được ảnh S1 nằm trên màn với kích thước nhỏ

Cố định L 1 Xác định khoảng cách L S1 1=D1

Bước 2: Đặt L 2 ở giữa L 1 và S 1 , rồi lấy màn chắn ra, sau đó đặt gương M sau L 2

Bước 3: Di chuyển L 2 sao cho ảnh cuối cùng S1’ lại hiện rõ trên mặt phẳng S

Bước 4: Đo L L1 2=D2

Bước 5: Tính f =L1 1S −L L1 2 (Do tiêu cự của TKPK là âm nên ta lấy f âm)

2.2.2 Phương pháp các điểm liên kết

Nguyên tắc:

TKPK luôn cho ảnh ảo nếu vật là vật thật, và cho ảnh thật cho một vật ảo thích hợp Người quan sát chỉ có thể thực hiện đo đạc với các ảnh thật (xuất hiện trên màn), do đó để quan sát ảnh thật tạo ra từ TKPK thì cần một vật ảo thích hợp, vật ảo này được tạo từ một thấu kính hội tụ L1 Như vậy: vật S qua TKHT L1 sẽ cho ảnh thật S1 Vì S1 nằm trong vùng không gian vật của TKPK L2 nên sẽ là vật ảo đối với L2, do đó ảnh S2 của S1 qua TKPK L2 sẽ hiện rõ trên màn

Ta xác định được vị trí của S 1 so với L 1 là O 1 S 1, xác định vị trí của L2 để thu được ảnh thật rõ

nét trên màn khi đó ta có được O 1 O 2, vậy vị trí của S1 so với TKPK L2 là O1 1S −O O1 2=O2 1S theo quy ước về dấu của vật ta có d= −O2 1S

Ta cũng xác định được vị trí của ảnh S2 do nó hiện trên màn, nên xác định được d’

Áp dụng công thức thấu kính phân kỳ ta có:

Bước 2 Đặt giữa L1 và S1 một thấu kính phân kỳ L2 thì S1 sẽ là vật ảo đối với thấu kính L2

(Đánh dấu S1 trên giá bằng phấn trắng)

Bước 3 Dời màn ra xa vị trí S1 , di chuyển L2 giữa L1 và S1 đến một vị trí nào ta thấy ảnh rõ của vật S1’ trên màn

Bước 4 Đo '

d =L S d=L S (d < 0 do ảnh S1 là ảo đối với thấu kính L2)

Bước 5: Tính tiêu cự thấu kính phân kì L2: ' '

'

d d f

d d

=+ (f’ < 0 do tiêu cự của TKPK là âm)

Bước 6: Ghi số liệu vào bảng

3 Số liệu