Giải SGK Vật lí 11 Kết nối tri thức Bài 26: Thực hành: Đo suất điện động và điện trở trong của pin điện hóa

Khởi động

Câu hỏi SGK Vật lí 11 Kết nối tri thức Bài 26 (trang 111): Pin điện hoá khi sử dụng sau một thời gian thì suất điện động và điện trở trong giảm và 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?

Trả lời:

- Sử dụng dụng cụ thí nghiệm để đo cường độ dòng điện chạy qua pin và hiệu điện thế hai đầu của pin để biết xem sự thay đổi của suất điện động và điện trở trong.

II. Thiết kế phương án thí nghiệm

Hoạt động SGK Vật lí 11 Kết nối tri thức Bài 26 (trang 111): Hãy trả lời các câu hỏi 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.

Trả lời:

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 suất điện động và điện trở trong của pin cần đo hiệu điện thế hai đầu của pin và cường độ dòng điện chạy trong 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:

$$U=E-I(R_{0}+t)=>\left\{\begin{matrix}I=0\rightarrow U=U_{0}=E&\\U=0\rightarrow I=I_{m}=\frac{E}{R_{0}+r}&\\\end{matrix}\right.=>E,r$$

* Phương án 2: 

+ Từ $I=I_{A}=\frac{E}{R+R_{A}+R_{0}+r}\Rightarrow \frac{1}{I}=\frac{1}{E}(R+R_{A}+R_{0}+r)$

+ Đặt y = $\frac{1}{x}$ ; x = R; b = RA + R0 + r ⇒ y = $\frac{1}{E}$ (x + 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.

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

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

$$\left\{\begin{matrix}y=0\to x_{m}=-b=-(R_{A}+R_{0}+r)\to r&\\x=0\to y_{0}=\frac{b}{E}\to E&\\\end{matrix}\right.$$

IV. Kết quả thí nghiệm

Hoạt động SGK Vật lí 11 Kết nối tri thức Bài 26 (trang 113): 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.

Trả lời:

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

2. Đề xuất phương án thí nghiệm:

* Phương án 1:

- Mắc mạch điện như hình vẽ:

Ta có: U_MN = E – I.r

Thay đổi các giá trị điện trở của biến trở R đề tìm giá trị của U và I. Sau đó tiến hành các bước giống phương án thứ nhất để tìm E và r.

* Phương án 2: 

- Có thể sử dụng phương án:

a. Từ $I=I_{A}=\frac{E}{R+R_{A}+R_{0}+r}\Rightarrow \frac{1}{I}=\frac{1}{E}(R+R_{A}+R_{0}+r)$ đặt y = $\frac{1}{x}=;x=R;b=R_{A}+R_{0}+r\Rightarrow y=\frac{1}{E}(x+b)$

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.

$$\left\{\begin{matrix}y=0\to x_{m}=-b=-(R_{A}R_{0}+r)\to r&\\x=0\to y_{0}=\frac{b}{E}\to E&\\\end{matrix}\right.$$

* Phương án 3:

- Mắc mạch điện như hình vẽ:

Do hai giá trị U và I với các giá trị biến trở khác nhau. Lập hệ phương trình: U₁=E−I_1r và U₂=E−I_2r

Giải hệ phương trình, xác định được suất điện động và điện trở trong của pin điện hoá.