Báo cáo thí nghiệm môn vật lý 2 Đo Điện trở và Điện dung bằng mạch dao Động tích phóng dùng Đèn neon

Đọc và ghiU giá trị của hiệu điện thế sáng U S chỉ trên vônkế vào bảng 1.V Sau đó lại vặn từ từ núm xoay của nguồn U n để giảm dần hiệu điện thế giữa hai cực củaU đèn neon Ne cho tới k

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM MÔN VẬT LÝ 2

ĐO ĐIỆN TRỞ VÀ ĐIỆN DUNG BẰNG MẠCH DAO ĐỘNG TÍCH PHÓNG DÙNG

ĐÈN NEON LỚP: L16 NHÓM: 11

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM MÔN VẬT LÝ 2

ĐO ĐIỆN TRỞ VÀ ĐIỆN DUNG BẰNG MẠCH DAO ĐỘNG TÍCH PHÓNG DÙNG

ĐÈN NEON LỚP: L16 NHÓM: 11

STT HỌ VÀ TÊN MSSV

● Đo điện trở, điện dung bằng mạch dao động phóng dùng đèn neon

II TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM

Dụng cụ thí nghiệm

1 Điện trở mẫu = 1,00 0,01 M;

2 Điện trở cần đo

3 Điện trở bảo vệ mạch điện R = 150k ;

4 Tụ điện mẫu C0= 1,00 ± 0,01F;

5 Tụ điện cần đo Cx;

6 Máy đo thời gian đa năng hiện số, chính xác 0,01s;

7 Vôn kế chỉ thị kim, v = 1,5%, Um = 100V;

8 Cảm biến thu-phát quang điện hồng ngoại

Trình tự thí nghiệm

1 Đo hiệu điện thế sáng US và hiệu điện thế tắt UT của đèn neon

a Chưa cắm phích lấy điện của bộ thiết bị thí nghiệm vật lý vào nguồn điện ~220V Quan

sát mặt máy trên giản đồ hình 3

b Mắc mạch điện trên mặt máy theo sơ đồ hình 4, trong đó:

- Điện trở bảo vệ R = 150kmắc nối tiếp với đèn neon Ne

giữa hai chốt , P Q

- Vônkế mắc song song với đèn neon Ne giữa haiV

chốt , L E (hai chốt , S E 2 dùng quan sát dao động tích phóng

trên dao động ký điện tử)

Núm xoay của nguồn điện U n đặt ở vị trí 0 (hiệu điện thế của

nguồn điện này có thể thay đổi

từ 0 đến +100V nhờ một biến

trở núm xoay mắc giữa hai chốt , P E)

- Khoá (côngtắc) đặt ở trạng thái ngắt điện.K

Hình 4

Chú ý : Trước khi cắm phích lấy điện của bộ thiết bị thí nghiệm vào nguồn ~220V, phải mời

thầy giáo tới kiểm tra mạch điện và hướng dẫn cách sử dụng để tránh làm hỏng máy!

c Bấm khoá trên mặt máy: đèn LED phát sáng Vặn từ từ núm xoay của nguồn điện K U n

để tăng dần hiệu điện thế giữa hai cực của đèn neon Ne cho tới khi đèn bừng sáng Đọc và ghiU giá trị của hiệu điện thế sáng U S chỉ trên vônkế vào bảng 1.V

Sau đó lại vặn từ từ núm xoay của nguồn U n để giảm dần hiệu điện thế giữa hai cực củaU

đèn neon Ne cho tới khi đèn vụt tắt Đọc và ghi giá trị của hiệu điện thế tắt U T chỉ trên vônkế V

vào bảng 1

Thực hiện lại động tác này 5 lần Đọc và ghi các giá trị tương ứng của U S và U T trong mỗi lần đo vào bảng 1

d Vặn núm xoay của nguồn U n về vị trí 0 Bấm khoá trên mặt máy để ngắt điện Tháo bỏK

điện trở bảo vệ ra khỏi mạch điện.R

2. Nghiệm công thức xác định chu kỳ của mạch dao động tích phóng

a Mắc lại mạch điện trên mặt máy theo sơ đồ mạch điện hình 5, trong đó:

- Vônkế V mắc giữa hai chốt , P E 1

- Tụ điện mẫu mắc song song với đèn neon Ne giữa hai chốt , C 0 L E

- Điện trở mẫu mắc nối tiếp với đèn neon Ne giữa hai chốt , R P Q

Hình 5

b Đặt đầu cảm biến thu-phát quang điện hồng ngoại lên mặt máy sao cho đèn neon Ne nằm

giữa hai lỗ cửa sổ của đầu cảm biến Cắm đầu cảm biến vào ổ A của máy đo thời gian đa năng hiện số (Hình 6) Vặn núm chọn kiểu đo "MODE" sang vị trí n = 50 Gạt núm chọn thang đo thời gian "TIME RANGE" sang vị trí 99,99 s

Mời thầy giáo tới kiểm tra mạch điện trên mặt máy MC -958

Cắm phích lấy điện của máy vào nguồn điện

~220V.

c. Bấm khoá trên mặt máyđể đóng điện vàoK

máy: đèn LED phát sáng Vặn núm xoay của nguồn

điện U n để vônkế chỉ giá trị V U n = 90 và giữ giá trịV

này không đổi trong thời gian mạch R 0 C 0 thực hiện dao

động

Hình 6: Máy đếm chu kỳ dao động

Theo công thức (5), dao động tích phóng của mạch R 0 C 0 có chu kỳ bằng:

= ln (6)

d Cắm phích lấy điện của máy đo thời gian vào nguồn điện ~220V Bấm khóa đóng điện

K: các chữ số phát sáng hiện thị trên cửa sổ "CHU KỲ" và "THỜI GIAN" Bấm nút "RESET"

để đưa các chữ số về trạng thái 0.000 Sau đó, máy đo thời gian tự động đo khoảng thời gian t0

của n = 50 chu kỳ dao động tích phóng  0 của mạch R 0 C 0 ứng với 51 lần bứng sáng liên tiếp của đèn neon Ne

Thực hiện 5 lần phép đo Đọc và ghi giá trị tương ứng của trong mỗi lần đo vàot 0 t 0

bảng 1 Từ đó suy ra chu kỳ dao động tích phóng của mạch điện 0 R 0 C 0 đo bằng :

Có thể nghiệm lại công thức (5) bằng cách so sánh kết quả xác định chu kỳ dao động tích

phóng 0 theo các công thức (6) và (7).

e Vặn núm xoay của nguồn U n về vị trí 0 Bấm khoá trên mặt máyđể ngắt điện.K

3. Xác định điện trở Rx

a Thay điện trở cần đo vào vị trí của điện trở mẫu R x R 0 mắc giữa hai chốt , trong sơ P Q

đồ mạch điện hình 5 Bấm khoá trên mặt máy: đèn LED phát sáng.K

Vặn núm xoay của nguồn U n để vônkế V chỉ giá trị U n = 90 và giữ giá trị này không đổi trogV

thời gian mạch điện R x C 0 thực hiện dao động tích phóng

Theo công thức (5), chu kỳ dao động tích phóng R của mạch điện RxC0 tính bằng:

= ln (8)

b Bấm nút "RESET" của máy đo thời gian để đưa các chữ số về trạng thái 0.000 Sau

đó, máy đo thời gian tự động đo khoảng thời gian tR của n = 50 chu kỳ dao động tích phóng 

R của mạch điện R C x 0 ứng với 51 lần bứng sáng liên tiếp của đèn neon Ne

Thực hiện 5 lần phép đo Đọc và ghi giá trị tương ứng của t trong mỗi lần đo vào bảng 1.tR R

Từ đó suy ra chu kỳ dao động tích phóng của mạch điện đo bằng:

Chia công thức (8) cho (6), đồng thời chú ý đến (7) và (9), ta tìm được :

= = (10)

c Vặn núm xoay của nguồn Un về vị trí 0 Bấm khoá K trên mặt máy để ngắt điện

4 Xác định điện dung Cx

a Thay tụ điện có điện dung Cx cần đo vào vị trí của tụ điện mẫu C0 mắc giữa hai chốt L, E trong sơ đồ mạch điện hình 5 Bấm khoá K trên mặt máy: đèn LED phát sáng

Vặn núm xoay của nguồn Un để vônkế V chỉ giá trị Un = 90V và giữ giá trị này không đổi trong thời gian mạch điện R0Cx thực hiện dao động tích phóng

Theo công thức (5), chu kỳ dao động tích phóng C của mạch điện R0Cx tính bằng:

= ln (11)

b Bấm nút "RESET" của máy đo thời gian để đưa các chữ số về 0.000 Sau đó, máy đo thời gian tự động đo khoảng thời gian tC của n = 50 chu kỳ dao động tích phóng C của mạch điện R0Cx ứng với 

51 lần bứng sáng liên tiếp của đèn neon Ne

Thực hiện 5 lần phép đo tC Đọc và ghi giá trị tương ứng của tC trong mỗi lần đo vào bảng 1 Từ đó suy ra chu kỳ dao động tích phóng C của mạch điện R0Cx đo bằng:

Chia công thức (11) cho (6), đồng thời chú ý đến (7) và (12), ta tìm được :

= = (13)

c Đọc và ghi các số liệu sau đây vào bảng 1 :

- Giá trị cực đại U và cấp chính xác m v của vônkế V

- Độ chính xác t của máy đo thời gian

- Giá trị điện trở mẫu R0

- Giá trị điện dung mẫu C0

d Vặn núm xoay của nguồn Un về vị trí 0 Bấm các khoá trên mặt máy để ngắt điện: cácK đèn

LED đều tắt Rút phích lấy điện của các máy ra khỏi nguồn ~220V Thu xếp gọn gàng các dụng

cụ trên bàn thí nghiệm.

III CÔNG THỨC

● = (s)

● = = ()

● = = (F)

● = ln + (.(s)

● = + +

● Vôn kế V: = 100(V) ; = 1,5%

● Điện trở mẫu: = 1,00 0,01 (M)

● Điện dung mẫu: = 1,00 0,01 (

● Độ chính xác của máy đo thời gian: = 0,01(s)

Lần

đo

(V)

4

0,067 2

62,61 0,088 27,85

2

0,057 6

V TÍNH TOÁN VÀ SỐ LIỆU

1 Tính giá trị:

● = = ln = 0,7(s)

● = = = = 1426390,851 1426391 ()

● = = = = 6,345286372 63,34.(F)

2 Tính sai số:

Sai số phép đo ,,:

● = + = 100.1,5% + 0 = 1,5(V)

● = + = 100.1,5% + 0 = 1,5(V)

● = + = 100.1,5% + 0 = 1,5(V)

Sai số phép đo , ,:

● = = + = 0,01 + 0,0672 = 0,0772(s)

● = = + = 0,01 + 0,088 = 0,098(s)

● = = + = 0,01 + 0,0576 = 0,0676(s)

3 Thế vào công thức để tính sai số tuyệt đối

● = ln + (

= ln + ()

= 0,221217193 0,22(s)

● = = + + = + + = 0,01418589727

= = 0,01418589727 6,345286372 = 0,9001358062

0,9. (F)

● = = + + = + + = 0,01332402769

= 0,01332402769 1426391 = 19005, 27318 190059()

● Đo trực tiếp: = = = 0,87788(s)

= + = + = 0,001544 0,0015(s)

4 Viết kết quả phép đo

● = = 76 1,5(V) và = = 62 1,5(V)

● Đo gián tiếp: = = 0,7 0,22(s)

● Đo trực tiếp: = = 0,87788 0,0015(s)

● = = 1426391 190059()

● = = (63,340,9).(F)

V CÂU HỎI KIỂM TRA

1 Mô tả mạch dao động tích phóng dùng đèn Neon Vẽ sơ đồ mạch điện và chứng minh công thức xác định chu kỳ dao động tích phóng:

Mạch dao động tích phóng dùng đèn neon gồm :

● Đèn neon Ne

● Điện trở bảo vệ mạch điện có giá trị cỡ megaôm (M ) mắc nối tiếp với đèn neon R  Ne

● Tụ điện có điện dung C cỡ micrôfara (F) mắc song song với đèn neon Ne

● Nguồn điện không đổi có hiệu điện thế

Có thể tìm biểu thức chu kỳ của dao động tích phóng bằng cách áp dụng định luật Ôm  đối với mạch điện trên hình 1, ta có:

I = (1)

với i là cường độ dòng điện chạy trong mạch khi tụ điện đang tích điện từ nguồn điện Sau khoảng thời gian rất nhỏ dt, điện tích của tụ điện tăng thêm một lượng bằng :

dq = i.dt (2)

Nhưng điện tích của tụ điện q C.U , với C là điện dung của tụ điện, nên ta có :

dq = C.dU (3) Thay (1) và (3) vào (2): C.dU = dt suy ra dt = R.C

Thực tế, vì tụ điện C phóng điện rất nhanh (gần như tức thời), nên có thể coi gần đúng: 

 t   t 2 1 , với t 1 là thời điểm tụ điện C lại bắt đầu tích điện từ nguồn điện Un sau khi đèn neon vụt tắt Thực hiện phép tích phân đối với phương trình (4) từ thời điểm t 1 đến thời điểm  t2 ứng với các giá trị hiệu điện thế UT và US giữa hai cực của tụ điện C:

=

ta tìm được chu kỳ của mạch dao động tích phóng dùng đèn neon :

R.C.ln

2 Trình bày cách đo hiệu điện thế sáng US và hiệu điện thế tắt UT của đèn Neon Tại sao phải mắc điện trở R = 150k nối tiếp với đèn Neon?

Mắc mạch điện trên mặt máy theo sơ đồ hình 4, trong đó:

● Điện trở bảo vệ R mắc nối tiếp với đèn neon Ne

● - Vônkế V mắc song song với đèn neon Ne

● Núm xoay của nguồn điện Un đặt ở vị trí 0

● Khoá K (côngtắc) đặt ở trạng thái ngắt điện

Bấm khoá K trên mặt máy: đèn LED phát sáng Vặn từ từ núm xoay của nguồn điện Un

để tăng dần hiệu điện thế U giữa hai cực của đèn neon Ne cho tới khi đèn bừng sáng Đọc và ghi giá trị của hiệu điện thế sáng US chỉ trên vônkế V vào bảng 1

Sau đó lại vặn từ từ núm xoay của nguồn Un để giảm dần hiệu điện thế U giữa hai cực của đèn neon Ne cho tới khi đèn vụt tắt Đọc và ghi giá trị của hiệu điện thế tắt UT chỉ trên vônkế V vào bảng 1

Thực hiện lại động tác này 5 lần Đọc và ghi các giá trị tương ứng của US và UT trong mỗi lần đo vào bảng 1

3 Nói rõ phương pháp nghiệm công thức xác định chu kỳ tích phóng của mạch dao động RC:

- Mắc lại mạch điện trên mặt máy theo sơ đồ mạch điện hình 5, trong đó:

- Vônkế V mắc giữa hai chốt , P E1

- Tụ điện mẫu C0 mắc song song với đèn neon Ne

- Điện trở mẫu R0 mắc nối tiếp với đèn neon Ne

Hình 6 Đặt đầu cảm biến thu-phát quang điện hồng ngoại lên mặt máy sao cho đèn neon

Ne nằm giữa hai lỗ cửa sổ của đầu cảm biến Cắm đầu cảm biến vào ổ A của máy đo thời gian đa năng hiện số (Hình 6) Vặn núm chọn kiểu đo "MODE" sang vị trí n = 50 Gạt núm chọn thang đo thời gian "TIME RANGE" sang vị trí 99,99 s

Bấm khoá trên mặt máy để đóng điện vào máy:K đèn LED phát sáng Vặn núm xoay của nguồn điện Un để vônkế chỉ giá trị V Un = 90V và giữ giá trị này không đổi trong thời gian mạch R0C0 thực hiện dao động.

Cắm phích lấy điện của máy đo thời gian vào nguồn điện Bấm khóa đóng điện

K: các chữ số phát sáng hiện thị trên cửa sổ "CHU KỲ" và "THỜI GIAN" Bấm nút

"RESET" để đưa các chữ số về trạng thái 0.000 Sau đó, máy đo thời gian tự động đo khoảng thời gian t của 0 n = 50 chu kỳ dao động tích phóng  0 của mạch R0C0 ứng với

51 lần bứng sáng liên tiếp của đèn neon Ne.

Thực hiện 5 lần phép đo Đọc và ghi giá trị tương ứng của trong mỗi lần đot0 t0

vào bảng 1 Từ đó suy ra chu kỳ dao động tích phóng của mạch điện 0 R0C0 đo

bằng :

4 Trình bày phương pháp xác định điện trở và điện dung bằng mạch dao động tích phóng dùng đèn neon:

Xác định điện trở :

Thay điện trở cần đo Rx vào vị trí của điện trở mẫu R0 trong sơ đồ mạch điện hình 5 Bấm khoá K trên mặt máy: đèn LED phát sáng

Vặn núm xoay của nguồn Un để vônkế V chỉ giá trị Un = 90V và giữ giá trị này không đổi trong thời gian mạch điện RxC0 thực hiện dao động tích phóng

Bấm nút "RESET" của máy đo thời gian để đưa các chữ số về trạng thái 0.000 Sau đó, máy đo thời gian tự động đo khoảng thời gian tR của n = 50 chu kỳ dao động tích phóng R của mạch điện RxC0 ứng với 51 lần bứng sáng liên tiếp của đèn neon Ne

Thực hiện 5 lần phép đo tR Đọc và ghi giá trị tương ứng của tR trong mỗi lần đo vào bảng 1

Xác định điện dung Cx:

Thay tụ điện có điện dung Cx cần đo vào vị trí của tụ điện mẫu C0 trong sơ đồ mạch điện hình 5 Bấm khoá K trên mặt máy: đèn LED phát sáng

Vặn núm xoay của nguồn Un để vônkế V chỉ giá trị Un = 90V và giữ giá trị này không đổi trong thời gian mạch điện R0Cx thực hiện dao động tích phóng

Bấm nút "RESET" của máy đo thời gian để đưa các chữ số về 0.000 Sau đó, máy đo thời gian tự động đo khoảng thời gian tC của n = 50 chu kỳ dao động tích phóng C của mạch điện R0Cx ứng với 51 lần bứng sáng liên tiếp của đèn neon Ne

Thực hiện 5 lần phép đo tC Đọc và ghi giá trị tương ứng của tC trong mỗi lần đo vào bảng 1

Đọc và ghi các số liệu sau đây vào bảng 1 : - Giá trị cực đại Um và cấp chính xác v của vônkế V - Độ chính xác t của máy đo thời gian - Giá trị điện trở mẫu R0 - Giá trị điện dung mẫu C0

5 Tại sao không dùng phương pháp này để đo các điện trở và điện dung có giá trị nhỏ?

Không thể dùng phương pháp này để đo các điện trở và điện dung có giá trị nhỏ vì các số liệu đó sẽ không đủ điều kiện do quá nhỏ dễ dẫn đến tính ra kết quả sai số không chính xác