vở thực hành vật lí 11 cơ bản

Mạch điện và bảng số liệu phương án 3: - Mắc mạch điện theo sơ đồ trên: chú ý các cực tính và thang đo của đồng hồ... TRẢ LỜI CÂU HỎI : Câu 1: Tại sao có thể mắc nối tiếp vôn kế với pin

BÀI 1: XÁC ĐỊNH SUẤT ĐIỆN ĐỘNG VÀ ĐIỆN TRỞ TRONG CỦA NGUỒN ĐIỆN

I - MỤC ĐÍCH

- Áp dụng định luật Ôm với toàn mạch để xác định suất điện động và điện trở trong của mộtpin điện hóa

- Sử dụng đồng hồ đo hiện số để xác định các thông số của mạch điện

- Hiểu hơn về tính chất hoạt động của một pin điện hóa

E Lúc đó r = E U

I

, khó xác định vì E – U ≈ 0 và I ≈ 0

-Để phép đo chính xác hơn và xác định được giá trị của sai số, ta có thể vận dụng địnhluật ôm cho toàn mạch để xác định E và r Có thể có các phương án thực hiện sau:

Từ đó ta tính ra được E và m 0

m

E I R r

Như vậy, căn cứ vào các giá trị của Rx và I đo được ta suy ra giá trị của x và y để vẽ

đồ thị Áp dụng phương pháp xử lí kết quả đo được bằng đồ thị, ta vẽ được đường biểu diễn

Ở đây dự đoán là một đường thẳng có dạng y=ax+b (Xem hình vẽ)

Sau đó kéo dài đường thẳng của đồ thị cắt trục tung tại y0 và trục hoành tại x0 Xácđịnh toạ độ y0 và x0, đưa vào điều kiện của phương trình y = f(x), ta có:

III - DỤNG CỤ CẦN THIẾT

1 Hộp dụng cụ có bảng lắp rắp và khay linh kiện, cần lựa chọn các linh kiện sau:

- 2 pin 1.5V và đế (1 pin mới và 1 pin cũ)

- Điện trở 10W và đế tương ứng với R0 trên sơ đồ

- Biến trở 100W theo các mức thay đổi 10W, tương ứng với Rx trên sơ đồ

- Bộ dây cắm phích đàn hồi Φ4mm

2 Hai đồng hồ vạn năng, một dùng ở thang Vôn, một dùng ở thang Ampe

IV - GIỚI THIỆU DỤNG CỤ ĐO (sgk)

V - TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

Mạch điện và bảng số liệu cho Phương án 1và 2:

- Dùng bộ dây nối có chốt cắm và các linh kiện mắc mạch theo như trên sơ đồ (theo bảng lắpráp mạch điện của lớp 11)

- Sau khi kiểm tra kĩ mạch lắp ráp, chọn vị trí biến trở ở vị trí 100Ω, đồng hồ Vôn chọnthang DCV 20, còn đồng hồ Ampe chọn thang 200mA DC (Hai đồng hồ đều là loại vạnnăng hiện số)

- Đóng công tắc, và đọc các giá trị trên hai đồng hồ tương ứng với vị trí của biến trở (Rx)

- Tiếp tục với các vị trí của biến trở 90, 80, 70, 60, 50, 40, 30, 20, 10Ω, xác định các giá trịtương ứng trên các đồng hồ Mỗi lần thực hiện đều sử dụng công tắc để ngắt mạch điện vàchờ vài giây sau mới đóng mạch để quá trình điện hóa ở trong pin ổn định và biến trở không

bị dòng điện làm tăng nhiệt độ liên tục

- Ghi các giá trị vào bảng số liệu để xử lí theo các phương án 1 và 2

- Dùng kết quả trong bảng 1 để vẽ đồ thị theo hệ trục tọa độ U và I Hệ trục tọa độ cần lấy tỷ

lệ xích chính xác để xác định các đại lượng U0 và Im

Từ phương trình của đường thẳng

U = E – I(R0 + r)

sẽ cắt hệ trục tọa độ tại hai điểm:

Khi I = 0  U0 = E là giá trị đọc được trên trục tung

Khi U0 = 0 

0

m

E I

=+ là giá trị đọc được trên trục hoành

Từ đó ta tính ra được E và m 0

m

E I R r

3 Mạch điện và bảng số liệu phương án 3:

- Mắc mạch điện theo sơ đồ trên: chú ý các cực tính và thang đo của đồng hồ Đối với

vị trí của vôn kế, đồng hồ đặt ở thang DCV mức 20, còn với vị trí ampe kế đồng hồ đặt ởthang DCA mức 10A (cực âm ở COM, cực dương ở 10A DC của đồng hồ DT 830B)

Rx

- Điều chỉnh biến trở Rx ở vị trí giữa để có giá trị khoảng 50Ω Đóng công tắc, gạtnúm bất của A và V sang vị trí ON Chờ thời gian ngắn khi giá trị số đo trên Ampe kế vàVôn kế ổn định đọc và ghi kết quả vào bảng Sau đó gạt công tắc các đồng hồ về OFF.

- Ghi kết quả vào bảng sau:

II BẢNG KẾT QUẢ : Giá trị : R 0 = ……….( Ω); R A = ………… ( Ω) X = R (Ω) I ( 10 -3 ) A U (V) y = I -1 ( A -1 ) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 III XÁC ĐỊNH ξ VÀ r THEO HAI PHƯƠNG ÁN : 1 PHƯƠNG ÁN 1 : a Vẽ đồ thị U = f(I) b Nhận xét và kết luận :

c Xác định giao điểm của đồ thị với trục tung và trục hoành, từ đó suy ra giá trị của ξ và r: I = Þ0 U0 = E = ( )V

0 0 m E ( )

U I V R r = Þ = = + Từ đó suy ra: E=……… (V); r = ……… (W) 2 PHƯƠNG ÁN 2 : a Vẽ đồ thị y = f(x) b Nhận xét và kết luận :

c Xác định giao điểm của đồ thị với trục tung và trục hoành, từ đó suy ra giá trị của ξ và r: y= Þ0 x m=- =-b (R A+R0+ =r) ( )W x 0 y0 b ( / )V E = Þ = = W Từ đó suy ra: E = ……….(V); r = ……… (W)

III TRẢ LỜI CÂU HỎI : Câu 1: Tại sao có thể mắc nối tiếp vôn kế với pin điện hoá thành mạch kín để đo hiệu đện thế U giữa hai cực của pin, nhưng không được mắc nối tiếp miliampe kế với pin thành mạch kín để đo cường độ dòng diện chạy trong pin?

Câu 2 : Tại sao phải mắc thêm điện trở bảo vệ R0 nối tiếp với pin điện hoá trong mạch điện?

………

………

………

BÀI 2 : KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH CHỈNH LƯU CỦA ĐIÔT BÁN DẪN VÀ

ĐẶC TÍNH KHUẾCH ĐẠI CỦA TRANZITO

A KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH CHỈNH LƯU CỦA ĐIỐT BÁN DẪN

I - MỤC ĐÍCH

- Khảo sát đặc tính chỉnh lưu của điôt

- Vẽ đặc tuyến Vôn-Ampe của điôt

II - CƠ SỞ LÍ THUYẾT

Chất bán dẫn và tính chất

Chất bán dẫn là chất có điện trở suất nằm trong khoảng trung gian giữa kim loại vàchất điện môi Các chất bán dẫn tinh khiết điển hình là gecmani (Ge) và silic (Si) Từ sáchVật lí lớp 11 ta đã biết dòng điện trong chất bán dẫn, các đặc điểm của chất bán dẫn tinhkhiết và bán dẫn có tạp chất, chất bán dẫn loại n, loại p và lớp chuyển tiếp p-n cũng như cáchiện tượng vật lí xảy ra trong chất bán dẫn

Điôt bán dẫn

Điôt bán dẫn thực chất là một lớp chuyển tiếp p-n Nó chỉ cho dòng điện đi qua theochiều từ p sang n Ta nói điôt bán dẫn có tính chỉnh lưu Với tính chất này nó được thươngdùng để lắp mạch chỉnh lưu, biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều Điôtbán dẫn có nhiều loại như loại chỉnh lưu, loại tách sóng, loại ổn áp, loại phát quang…, vềnguyên lí chung thì chúng đều ứng dụng bán dẫn có một lớp chuyển tiếp p-n

Chất bán dẫn là nguyên liệu để sản xuất ra các loại linh kiện bán dẫn nhưDiode (điôt), Transistor (Tranzito), IC để dùng trong các thiết bị điện tử ngày nay

Dòng điện qua lớp chuyển tiếp p-n

Dòng điện thuận và dòng điện ngược qua lớp chuyển tiếp p-n

- Ta mắc hai đầu của mẫu bán dẫn ghép p-n vào một nguồn điện có hiệu điện thế U,sao cho cực dương của nguồn nối với bán dẫn p, cực âm nối với bán dẫn n, như trên hìnhsau Điện trường ngoài Ern

do nguồn điện gây ra tại lớp chuyển tiếp p-n ngược chiều vớiđiện trường trong Er của lớp chuyển tiếp, do đó làm yếu điện trường trong Kết quả là dòngchuyển dời của các hạt mang điện đa số được tăng cường Dòng các hạt đa số gây nên dòng

điện I có cường độ lớn chạy theo chiều từ bán dẫn p sang bán dẫn n Đó là dòng điện thuận Dòng điện này do hiệu điện thế thuận của nguồn điện gây nên và tăng nhanh khi hiệu điện

thế tăng Đây là trường hợp lớp chuyển tiếp p-n mắc theo chiều thuận (còn gọi là lớp chuyển

tiếp p-n được phân cực thuận).

-Ta đổi cực của nguồn điện mắc vào mẫu bán dẫn, tức là mắc cực dương vào bán dẫn

n, cực âm vào bán dẫn p Điện trường ngoài Ern

cùng chiều với điện trường trong Er

, làmtăng cường điện trường trong Chuyển dời của các hạt thiểu số được tăng cường, ngược lại,chuyển dời của các hạt đa số hoàn toàn bị ngăn cản Qua lớp chuyển tiếp có dòng các hạtmang điện thiểu số, gây nên dòng điện I chạy từ phía n sang phía p Dòng điện này có cường

độ rất nhỏ và hầu như không thay đổi khi ta tăng hiệu điện thế U Đó là dòng điện ngược, do hiệu điện thế ngược của nguồn gây nên Đây là trường hợp lớp chuyển tiếp p-n mắc theo

Lớp chuyển tiếp p-n mắc vào nguồn điện theo chiều thuận

n

E r

chiều ngược (hay phân cực ngược).

Như vậy, dòng điện qua lớp chuyển tiếp p-n mắc theo chiều thuận (từ p sang n) cócường độ lớn, dòng điện qua lớp chuyển tiếp p-n mắc theo chiều ngược có cường độ rất nhỏ

Lớp chuyển tiếp p-n dẫn điện tốt theo một chiều, từ p sang n Lớp chuyển tiếp p-n có tính

chất chỉnh lưu.

Kí hiệu và một số hình dạng của điôt bán dẫn

Thông thường, dụng cụ bán dẫn có hai cực, sử dụng lớp chuyển tiếp p-n, được gọi làđiôt bán dẫn Dưới đây là một số hình dạng và kí hiệu của điôt bán dẫn

Điôt được ứng dụng để chỉnh lưu dòng điện xoay chiều, tách sóng, biến điệu… Đốivới điôt chỉnh lưu thường làm bằng tấm Si tinh thể, trên đó bằng phương pháp khuếch tántạp chất, người ta tạo nên lớp chuyển tiếp p-n Để điôt có thể làm việc với cường độ dòngđiện lớn, lớp chuyển tiếp p-n cần có tiết diện lớn Nhiệt độ càng cao, tác dụng chỉnh lưucàng kém, nên để giữ cho điôt không nóng lên quá do hiệu ứng Jun-Lenxơ của dòng điện,người ta mắc bộ phận tản nhiệt vào điôt Điôt chỉnh lưu dùng loại tiếp mặt, tức lớp tiếp xúcp-n có bề mặt lớn Điôt tách sóng là một loại điôt dùng để tách tín hiệu ra khỏi sóng mangcao tần, chẳng hạn trong các máy thu thanh, máy thu hình Điôt tách sóng làm việc với cácdòng điện nhỏ, nhưng tần số cao, nên lớp chuyển tiếp cần có tiết diện nhỏ để giảm điện dungcủa lớp p-n Thường dùng điôt tiếp điểm, tức lớp tiếp xúc p-n có tiết diện nhỏ

Đo kiểm tra điôt

• Đặt đồng hồ ở thang x 1Ω (loại đồng hồ điện động hiển thị bằng kim), hoặc ở thangđiôt (đồng hồ hiện số), đặt hai que đo vào hai đầu điôt, nếu:

• Đặt hai que đo đỏ và đen vào 2 cực khác nhau của điôt (lần 1), cũng làm như vậynhưng đổi lại cực của điôt (lần 2) Nếu hai lần đo mà thấy kim chỉ lên có một lần thìđiôt tốt

• Nếu đo cả hai lần kim lên gần bằng 0Ω thì điôt bị chập

• Đối với lần kim không lên, nếu để thang 1KΩ mà đo mà kim vẫn lên một chút là thìđiôt bị rò

Để hiểu kỹ hơn về đặc tính của điôt, cần khảo sát mối quan hệ dòng và điện thế qua

nó, tức là khảo sát đường đặc trưng Vôn-Ampe

III - DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM

Bộ dụng cụ điện lớp 11 THPT, được duyệt mua sắm, với các chi tiết sau:

1 Hộp gỗ (350 x 200 x 150)mm có bảng lắp ráp mạch điện

2 Điện trở 820 Ω - 0,5 W và đế

3 Biến trở loại xoay từng mức (10 x 10 Ω)

4 Điôt chỉnh lưu loại D4007

5 Biến thế nguồn dùng chốt ra một chiều

6 Hai đồng hồ vạn năng hiện số D 830

Kí hiệu điôt

7 Bộ dây nối có phích cắm đàn hồi.

IV CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

1 Tiến hành mắc sơ đồ khảo sát

Sơ đồ a) dùng để khảo sát tính chất dòng điện thuận qua điôt, còn sơ đồ b) dùng khảosát tính chất dòng điện ngược qua điôt Trong đó:

- Nguồn điện U đặt ở chốt 6 V một chiều

- Biến trở R sử dụng kiểu phân áp, tức sử dụng dạng 3 chốt cắm

- Vôn kế V dùng đồng hồ vạn năng DT 830 đặt ở thang đo DCV 20 và chú ý các cựcđúng như trên sơ đồ

- Ampe kế A dùng đồng hồ vạn năng DT 830 đặt ở thang DCA 20m và chú ý các cựctình như trên sơ đồ

- Trong hai sơ đồ trên có khác nhau về đặc tính kỹ thuật, đó là dòng thuận lớn còn dòng ngược rất nhỏ Do vậy ampe kế trường hợp đo dòng điện ngược cần mắc vào nhánh của điôt để tránh đo cả dòng qua vôn kế.

2 Khảo sát dòng điện thuận qua điôt

- Dùng sơ đồ a) Tiến hành điều chỉnh biến trở con chạy để có các giá trị của U và giátrị I tương ứng Nếu sử dụng biến trở theo các mức thì thay đổi các mức giá trị điện áp 1V,2V, 3V, 4V, 5V bằng cách thay đổi vị trí chốt cắm giữa của biến trở R Đọc các giá trị tương

Đ

R0

RU

K

ứng trên ampe kế và ghi vào bảng sau Chú ý thời gian thao tác nên nhanh chóng tránh đểđiôt nóng lên nhiều làm thay đổi tính chất của nó

- Vẽ đồ thị theo các giá trị trong bảng, với hai trục tương ứng U và I

3 Khảo sát dòng điện ngược qua điôt

Dùng sơ đồ b) Các bước tiến hành tương tự như trên Có thể dùng các mức điện áprộng hơn như: 2V, 4V, 6V, 8V, 10V

- Vẽ đồ thị cùng với hệ trục toạ độ của dòng điện thuận qua điôt

- So sánh đường đặc trưng Vôn-Ampe thực nghiệm với đường lí thuyết có dạng sau:

B KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH KHUẾCH ĐẠI CỦA TRANZITO

I MỤC ĐÍCH

- Khảo sát đặc tính khuếch đại của tranzito bằng một mạch điện đơn giản

- Xác định hệ số khuếch đại của mạch tranzito

II CƠ SỞ LÝ THUYẾT

- Tranzito (lưỡng cực) n-p-n là dụng cụ bán dẫn, được cấu tạo từ một tinh thể bán dẫn có

một miền mang tính dẫn p rất mỏng kẹp giữa hai miền mang tính dẫn n

- Điện cực nối với miền n có mật độ electron rất lớn gọi là cực eemitơ E, điện cực nối với miền n còn lại gọi là cực colectơ C, điện cực nối với miền p ở giữa gọi là cực bazơ B

Tranzito n-p-n ký hiệu như hình vẽ:

- Để tranzito hoạt động, ta phải đặt nguồn điện có hiệu điện thế U1 vào giữa hai cực B-E vàphải đặt nguồn điện có hiệu điện thế U2 (với U2>U1) vào giữa hai cực C-E, sao cho lớp chuyển tiếp B-E phân cực thuận và lớp chuyển tiếp C-B phân cực ngược Tranzito có tác

dụng khuếch đại cường độ dòng điện hoặc hiệu điện thế - gọi chung là khuếch đại tín hiệu điện.

- Trong thí nghiệm này, ta sử dụng đồng hồ đo điện đa năng hiện số để khảo sát đặc tính khuếch đại dòng điện của tranzito n-p-n bằng một mạch điện đơn giản

- Dây nối, khoá K

IV TIẾN TRÌNH THÍ NGHIỆM

1 Mắc tranzito n-p-n và các đồng hồ đo điện đa năng hiện số theo hình vẽ, trong đó chú ý đặt đúng:

- Khoá K ở vị trí OFF

- Nguồn điện U ở vị trí 9V một chiều

- Biến trở R nối với hai cực dương và âm của nguồn điện một chiều U theo kiểu phân áp

- Micrôampe kế A1 ở vị trí DCA 200m, mắc nối tiếp với điện trở RB=220kW và cực bazơ

B của tranzito

- Miliampe kế A2 ở vị trí DCA 20m, mắc nối tiếp với điện trở RC=680W và cực colectơ C của tranzito

2 Gạt công tắc của nguồn điện U về bên phải Đóng khoá K và vặn núm xoay của biến trở

R đến vị trí sao cho micrôampe kế A1 chỉ cường độ dòng điện IB lớn nhất Ghi giá trị tương ứng của dòng điện IB trên micrôampe kế A1 và cường độ dòng điện IC trên miliampe kế A2

vào bảng thực hành 18.2

3 Thực hiện năm lần động tác trên, mỗi lần lại thay đổi vị trí núm xoay của biến trở R từ

100W đến 50W (mỗi lần giảm 10W) để giảm dần cường độ dòng điện IB Ghi giá trị tương ứng của cường độ dòng điện IB và cường độ dòng điện IC vào bảng thực hành 18.2

4 Tắt điện của các đồng hồ hiện số A1, A2 và nguồn điện một chiều U khi thực hiện xong các phép đo

BÀI BÁO CÁO KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH CHỈNH LƯU CỦA ĐIỐT BÁN DẪN VÀ

ĐẶC TÍNH KHUẾCH ĐẠI CỦA TRAN ZITO

Họ và tên :………; Lớp:………., ngày thực hành:………

I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM:

II NGUYÊN TẮC: ( VẼ CÁC MẠCH ĐIỆN)

A ĐẶC TÍNH CHỈNH LƯU CỦA DIODE :

B ĐẶC TÍNH KHUẾCH ĐẠI CỦA TRANSISTOR:

III KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM:

A ĐẶC TÍNH CHỈNH LƯU CỦA DIODE BÁN DẪN:

- Vẽ đồ thị I = f(U) :

- Từ đồ thị rút ra nhận xét và kết luận :

B ĐẶC TÍNH KHUẾCH ĐẠI CỦA TRANSISTOR: R C = ……….

Lần TN 1 2 3 4 5 I B (μA) I C (Ma) β = I C /I B - Tính giá trị trung bình của β và sai số lớn nhất của phép đo : b=

(Db)max=

- Ghi kết quả của phép đo: b b= ±( )b max= ±

Vẽ đồ thị I C = f(I B ) :

C Câu hỏi:

1 Điốt chỉnh lưu có đặc tính gì? Hãy nói rõ chiều của dòng điện chạy qua điốt này Giải

thích tại sao?

2 Tranzito có đặc tính gì? Muốn dùng tranzito n-p-n để khuếch đại dòng điện, ta phải nối các cực của nó với nguồn điện như thế nào?

BÀI 3 : XÁC ĐỊNH TIÊU CỰ CỦA THẤU KÍNH PHÂN KỲ

I MỤC ĐÍCH

- Xác định tiêu cự của thấu kính phân kì

- Rèn luyện kĩ năng sử dụng, lắp ráp, bố trí các linh kiện quang và kĩ năng tìm ảnh của vậtcho bởi thấu kính

II CƠ SỞ LÍ THUYẾT

Xác định tiêu cự của thấu kính phân kì

Để xác định tiêu cự của thấu kính phân kì, ta ghép nó đồng trục với thấu kính hội tụ sao cho

vị trí ảnh thật A 1 B 1 của vật AB cho bởi thấu kính hội tụ nằm ở phía sau thấu kính phân kì và nằm trong tiêu cự vật của thấu kính phân kì Khi đó, trên màn ta thu được ảnh thật A 2 B 2 của

vật A 1 B 1 cho bởi thấu kính phân kì

Sau khi đo các khoảng cách d và d’ từ ảnh thật A1B1 và ảnh thật A2B2 đến quang tâm O2 củathấu kính phân kì (hình 2), tiêu cự ƒ của thấu kính phân kì được xác định theo công thức:

' '

dd f

= +

- Năm đế trượt để cắm đèn, vật, hai thấu kính và màn ảnh

IV CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

Hình 2: Xác định tiêu cự thấu kính phân kì