MỘT số PHƯƠNG án THÍ NGHIỆM vật lý THPT

1.Vật lý cơ bản là một môn khoa học thực nghiệm. Hầu hết các định luật vật lý được phát hiện và được kiểm nghiệm trong thực tế mới khẳng định tính đúng đắn của nó. Vì vậy, việc dạy và học lý thuyết vật lý luôn gắn liền với dạy và học môn thực hành. Việc kiểm tra, đánh giá kiến thức vật lý cũng phải gắn kết giữa lý thuyết và hệ thống bài tập thực hành như tinh thần đổi mới của Bộ Giáo Dục và Đào tạo. 2. Trong chương trình vật lý, với sự đầu tư tương đối lớn của nhà nước và sự cố gắng lớn của Bộ giáo dục nên các bài thực hành vật lý đã được chú ý nhiều ở tất cả các khối lớp, mỗi khối có từ 3 đến 4 bài thí nghiệm tực hành. Các bài toán thực hành có mục đích giúp học sinh không những củng cố các kiến thức đã học một cách sâu sắc, mà quan trong hơn giúp các em hình thành được các kỹ năng, thói quen nghiên cứu khoa học, phương pháp nghiên cứu và tư duy sáng tạo trong quá trình làm thực hành. Mục đích cơ bản của các thí nghiệm vật lý trong trường phổ thông là để học sinh có dịp kiểm nghiệm tính đúng đắn của các định luật vật lý, có dịp chứng kiến các hiện tượng vật lý mà sách giáo khoa mô tả. Cao hơn nữa là các em tiến hành nghiên cứu một hiện tượng vật lý, tiến hành đo đạc xác định các hằng số vật lý( như giá trị của điện tích nguyên tố, hằng Plăng, tốc độ ánh sáng,… . Trong quá trình làm thí nghiệm sẽ hình thành cho học sinh các thói quen, kỹ năng làm thí nghiệm, các phương pháp nghiên cứu vật lý và hứng thú cho học sinh khi nghiên cứu bộ môn. Mục đích cao cả hơn là làm cho các học sinh có thể tự làm việc độc lập, tự tin phát huy trí tuệ điều mà các lý thuyết sáo rỗng không thể làm được. Song do nhiều nguyên nhân, các thí nghiệm đồng loạt không được thực hiện. Điều nhức nhối nhất cho các nhà quản lý giáo dục và giáo viên dạy thực hành là chất lượng các bộ thí nghiệm và tính đồng bộ của nó thì rất thấp. Điều này làm ảnh hưởng rất nhiều đến khả năng tiến hành các thí nghiệm đồng loạt. Ví dụ: thí nghiệm đo một hằng số vật lý nào đó( gia tốc rơi tự do, từ trường của Trái Đất) mà trị số của nó lệch chuẩn quá nhiều thì phản tác dụng Một bộ phận giáo viên đã đành phải chọn cách ít làm thí nghiệm vừa tránh được khó xử khi gặp kết quả đo bất lợi, vừa ít mất thời gian.

thuyết và hệ thống bài tập thực hành như tinh thần đổi mới của Bộ Giáo Dục và Đào tạo.

2 Trong chương trình vật lý, với sự đầu tư tương đối lớn của nhà nước và sự cố

gắng lớn của Bộ giáo dục nên các bài thực hành vật lý đã được chú ý nhiều ở tất cả các khối lớp, mỗi khối có từ 3 đến 4 bài thí nghiệm tực hành Các bài toán thực hành có mục đích giúp học sinh không những củng cố các kiến thức đã học một cách sâu sắc, mà quan trong hơn giúp các em hình thành được các kỹ năng, thói quen nghiên cứu khoa học, phương pháp nghiên cứu và tư duy sáng tạo trong quátrình làm thực hành Mục đích cơ bản của các thí nghiệm vật lý trong trường phổ thông là để học sinh có dịp kiểm nghiệm tính đúng đắn của các định luật vật lý, có dịp chứng kiến các hiện tượng vật lý mà sách giáo khoa mô tả Cao hơn nữa là các

em tiến hành nghiên cứu một hiện tượng vật lý, tiến hành đo đạc xác định các hằng

số vật lý( như giá trị của điện tích nguyên tố, hằng Plăng, tốc độ ánh sáng,…

Trong quá trình làm thí nghiệm sẽ hình thành cho học sinh các thói quen, kỹ năng làm thí nghiệm, các phương pháp nghiên cứu vật lý và hứng thú cho học sinh khi nghiên cứu bộ môn Mục đích cao cả hơn là làm cho các học sinh có thể tự làm việc độc lập, tự tin phát huy trí tuệ - điều mà các lý thuyết sáo rỗng không thể làm được

Song do nhiều nguyên nhân, các thí nghiệm đồng loạt không được thực hiện Điều nhức nhối nhất cho các nhà quản lý giáo dục và giáo viên dạy thực hành là chất lượng các bộ thí nghiệm và tính đồng bộ của nó thì rất thấp Điều này làm ảnh hưởng rất nhiều đến khả năng tiến hành các thí nghiệm đồng loạt Ví dụ: thí

1

nghiệm đo một hằng số vật lý nào đó( gia tốc rơi tự do, từ trường của Trái Đất) mà trị số của nó lệch chuẩn quá nhiều thì phản tác dụng! Một bộ phận giáo viên đã đành phải chọn cách ít làm thí nghiệm vừa tránh được khó xử khi gặp kết quả đobất lợi, vừa ít mất thời gian.

4.Thực tế đó đòi hỏi người thầy phải có niềm đam mê, có ý chí vượt khó và phải

biết hy sinh Tôi thường nói với đồng nghiêp: chuẩn bị thí nghiệm và làm thí nghiệm là công việc rất công phu, nghiêm túc Một người thầy tốt là người thầy ham làm thí nghiệm; chúng tôi ý thức được: muốn có học sinh dự thi Olimpic Quốc

tế thì phải đầu tư cho thí nghiệm Học sinh giỏi, thầy giỏi vật lý là người làm thí nghiệm tốt.Trong công tác bồi dưỡng học sinh giỏi Quốc gia, việc tiến hành các thí nghiệm vật lý là điều bắt buộc trong đề thi chọn học sinh giỏi Vì vậy không có cớ

gì các giáo viên lãnh đội không hướng dẫn học sinh làm thí nghiệm, không có cớ gì học sinh giỏi quốc gia không biết sử dụng các dụng cụ , thiết bị đo

hiện có trong phòng thí nghiệm phổ thông Như vậy việc bồi dưỡng, chuẩn bị kiến thức, kỹ năng cho học sinh giỏi biết làm các bài phương án thí nghiệm và làm thí nghiệm là điều bắt buộc và quan trọng trong công tác bồi dưỡng học sinh giỏi

6 Hiện nay, các đề tài về các chuyên đề lý thuyết rất phong phú, ngoài các đồng

nghiệp trong tỉnh tham gia viết đề tài, hàng năm Hội thảo các trường chuyên Đồng bằng Bắc Bộ cho ra đời nhiều đề tài có chất lượng cao,nhưng đề tài viết về vấn đềthực hành vật lý cho học sinh giỏi còn nhiều hạn chế

Vì những lý do trên, chúng tôi mạnh dạn trình bầy một số trao đổi về vấn đề thực hành vật lý cho học sinh Có nhiều vấn đề cần trao đổi nhưng trong khuôn khổ bài viết này chúng tôi chỉ đề cập đến vấn đề chính: cách giải quyết bài toán phương

án thực hành Phần làm quen và giới thiệu dụng cụ, lý thuyết sai số xin không trình bầy ở đây Về bài toán phương án thực hành, do có thể có nhiều phương án nên chúng tôi có chú trọng phân tích một số phương án và ít nhiều kinh nghiệm xử lý các phương án đó trong quá trình hướng dẫn, bồi dưỡng đội tuyển học sinh giỏi thi Quốc gia và Quốc tế

B CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Bài toán phương án thí nghiệm được hiểu một cách đơn giản nhất là nghĩ ra các cách(phương án) đo một hoặc một số đại lượng vật lý nào đó trên cơ sở một số dụng cụ đã có Tuy chỉ là phương án nhưng học sinh cũng cần phải hình dung ra các cách bố trí dụng cụ thí nghiệm, các bước làm thí nghiệm, xử lý số liệu, nhận xét

độ chính xác, mức độ thực tế, tiện lợi của các phương án,…Cần chú ý là một bài toán có thể có nhiều phương án, mỗi phương án có thể có các công thức khác nhau xác định đại lượng cần tìm tùy mức độ chính xác, phức tạp hay đơn giản Bài toán phương án thí nghiệm có thể có nhiều loại khác nhau, ví dụ như: phương án kiểm nghiệm một định luật vật lý nào đó, phương án xử lý số liệu đo,…

Để giải quyết bài toán này, ta cần qua một số bước sau đây:

a Đọc kỹ đề bài để tìm hiểu ý đồ của bài toán Cụ thể là: yêu cầu bài toán đo đại lượng vật lý nào; đề bài cho những dụng cụ , thiết bị nào, để làm gì Trên cơ sở phân tích tác dụng của các dụng cụ , thiết bị hãy liên hệ chúng với các hiện tượng, định luật vật lý liên quan, tìm ra một số phương án rồi chọn phương án khả

thi nhất Đây là bước quan trọng nhất để giải quyết bài toán

b.Vẽ sơ đồ thí nghiệm với các dụng cụ thiết bị của bài toán Nếu gặp bế tắckhông thể khắc phục, hãy nghĩ tới các phương án khác

c Sau khi đã lựa chọn được một phương án “tốt”(với mình), hãy xây dựngcông thức đo đại lượng vật lý

d Các bước tiến hành thí nghiệm: lắp đặt dụng cụ nào trước, dụng cụ nàosau; làm cái gì trước, đo cái gì trước cho thật hợp lý

e Xử lý kết quả đo bằng các phương pháp vật lý Thông thường hay dùng phương pháp tính giá trị trung bình, lập bảng, vẽ đồ thị,…Tính sai số của phép

đo(Xem “ lý thuyết sai số”[1])

3

C PHƯƠNG ÁN THÍ NGHIỆM(PATN)

Chúng tôi quan niệm rằng, để hình thành thói quen làm bài toán phương án thí nghiệm thì không phải bắt đầu từ những bài toán phức tạp, mà từ những thí nghiệm đơn giản nhất, dụng cụ đơn giản nhất và phương án đơn giản nhất Anh-

xtanh nói: “ Bất cứ ai không thực sự nghiêm túc trong những vấn đề nhỏ thì sẽ

không thể được tin tưởng trong những vấn đề lớn” Học sinh phải biết quan sát,

có ý tưởng để đề ra các phương án, làm thí nghiệm và phải biết giải thích chúng dù thí nghiệm đó có vẻ rất đơn giản nhưng chứa đựng nội dung vật lý sâu sắc Sau đây

là một số thí dụ Có nhiều loại toán PATN từ đơn giản đến phức tạp, từ các dụng cụ thô sơ nhất đến các dụng cụ đo chính xác, hiện đại; Loại bài toán PATN có thể là toán định tính, bài toán hộp đen, bài toán nhiên cứu một hiện tượng, hiệu ứng vật

lý, kiểm nghiệm lại một định luật vật lý, bài toán xác định các hằng số vật lý,… Sau đây chúng tôi chỉ nêu ra một vài ví dụ

I LOẠI BÀI PATN VỚI CÁC DỤNG CỤ ĐƠN GIẢN, TỐI THIỂU.

Đây là loại bài tập bồi dưỡng năng khiếu vật lý, khả năng quan sát, kiến thức thực tiễn và khả năng vận dụng kiến thức, chuẩn bị cho những bài tập lớn Không thể xem nhẹ loại bài tập này Loại bài toán này thường liên quan đến một vài hiện tượng vật lý Bài toán thuộc loại này thường yêu cầu định tính hoặc tìm mối liên hệ giữa một số đại lượng Xin dẫn ra đây một số bài tập được cho là “đơn giản”

Bài I.1 Có một chiếc cốc nhỏ, một bình đựng nước và một tờ giấy Phải làm thế

nào để lộn ngược cái cốc nước mà nước trong cốc không chảy ra?

Hướng dẫn: Đây là một bài thực hành vật lý lớp 6( trước cải cách!) nhưng để lý giải được cách làm phải đến lớp 10 Đổ đầy nước vào cốc, xé một mẩu giấy có diện tích lớn hơn diện tích miệng cốc rồi đặt mẩu giấy trùm toàn bộ lên miệng cốc Lộn nhanh cốc nước, nước trong cốc không chảy ra ngoài được Vì sao?

Bài I 2[5] Cho các dụng cụ sau: một cuộn chỉ, một đồng hồ (đo thời gian ) Hãy

trình bày và giải thích một phương án xác định diện tích của lớp học

Hướng dẫn: Xác định chu kỳ dao động của con lắc suy ra chiều dài con lắc Lấy chiều dài này làm đơn vị đo.

Bài I.3.[5] Có hai con lắc đơn A và B mà chu kỳ của chúng gần bằng nhau Đã

biết chu kỳ của con lắc A, hãy trình bầy một phương án xác định chu kỳ của con lắc B mà không cần dùng thêm dụng cụ nào

Hướng dẫn: Dựa trên hiện tượng phách Lúc đầu, cho 2 con lắc đó cùng dao động cùng pha Sau NA dao động của con lắc A mà con lắc B lúc đó lại dao động cùng pha thì NA.TA = (NA – 1).TB Từ đó suy ra TB ( Nếu TB > TA)

Bài I.4.[5] Một bình có dạnh hình hộp chữ nhật chứa nước và một vật nổi Chỉ

dùng một cái thước có chia độ, hãy xác định khối lượng của vật nổi đó

Bài I.5 Trong phòng học chỉ có một thước kẻ (có chia độ đến milimet), một thước

mét Hãy tìm phương án xác định bước sóng của một đèn laze

Hướng dẫn: Dựa trên hiện tượng phản xạ khi tia laze chiếu vào thước kẻ( coi là cách tử) đo góc của tia phản xạ ( thông qua việc đo khoảng cách) ta tính được bước sóng tia laze Khi cho một chùm tia sáng song song, hẹp rọi vào một cách tử phản

xạ theo phương vuông góc với vạch cách tử ta thu được tia phản xạ thỏa mãn a(cos

α - cosβ ) = kλ α là góc hợp bởi tia tới và mặt cách tử, β là góc hợp bởi tia phản xạ và mặt cách tử, a là hằng số cách tử k cho biết bậc của tia phản xạ( k = 0,

1, 2, 3, … ứng với tia phản xạ bậc 0,1 2, 3,…)

Bố trí thí nghiệm như hình vẽ: đầu tiên chỉnh cho tia laze vuông góc với tường, đi

là là mặt thước( tia phản xạ rọi về đúng vị trí đèn) Đánh dấu vị trí này Nghiêng

Thước

thước một góc nhỏ α thì tia phản xạ bậc 0 hợp góc 2 α cho vết sáng trên tường( ở thấp nhất và sáng nhất), tiếp đến là các tia phản xạ bậc cao thứ k

Để tính các góc ta có các phương trình sau:

tan(2α ) = (y/d); tan(α + β k) = ( x/d)

Bước sóng λ = cos cos k

k

Bài I.6 [Trích đề thi Đại học năm 2014]

Lập phương án xác định số vòng dây N của máy biến áp với các dụng cụ sau: 2 máy biến áp lý tưởng A và B có các cuộn dây với số vòng (là số nguyên) lần lượt là

N1A, N2A; N1B, N2B Biết N2B = kN1A; N2B = 2kN1B (k >1); N1A + N2A + N1B + N2B =

3100 vòng và trong bốn cuộn dây có hai cuộn dây có số vòng dây đều bằng N Dùng kết hợp cả 2 máy biến áp này thì có thể tăng điện áp hiệu dụng U thành 18U hoặc 2U

Hướng dẫn: Có một số phương án để tăng áp Để tăng điện áp lên 18 lần phải nghĩ đến phương án tăng áp lại tăng áp( kiểu như khuếch đại điện áp) còn như tăng lên 2 lần thì có thể kết hợp các kiểu mắc “song song” và “nối tiếp” các cuộn dây theo các

sơ đồ sau

Với sơ đồ hình I.6a, dễ dàng tìm được k = 3, N = 600 hoặc N = 372

Với sơ đồ hình I.6b, do chưa biết đặc điểm cấu tạo của lõi thép hai máy, độ tự cảm của các cuộn dây nên trong một số trường hợp vẫn có thể xẩy ra sự tăng điện áp lên

2 lần Bộ máy biến áp này tương đương như một máy biến áp có k = 2

Sau đây là một số ví dụ về loại toán phương án với các dụng cụ đơn giản

Bài I.7 Để đo chiều cao một ngôi nhà, người ta yêu cầu bạn chỉ dùng một vỏ hộp

sữa “ Ông Thọ” và một đồng hồ bấm giây Hãy nêu phương án đo

Bài A.1.8 Quan sát một dòng nước rỉ ra từ một vòi nước khóa không chặt, Bạn

Việt muốn bạn Nam làm thế nào để xác định gia tốc trọng trường nếu trong tay bạn Nam chỉ có một bình chứa dung tích đã biết, một chiếc thước và một chiếc đồng hồ?

Bài I.9 Có một bóng đèn dây tóc đã bị cháy Hỏi phải làm thế nào để xác định

được áp suất bên trong bóng đèn đó nếu chỉ có một bình hình trụ chứa nước và một chiếc thước có chia độ?

Bài I.10.[5] Lập phương án xác định hướng của một kinh tuyến từ với các vật

liệu sau: một chiếc cốc, một nhúm muối ăn, một cuộn dây đồng, một tấm kẽm

nhỏ và một nút chai rượu bằng li-e( chất nhẹ)

Bài I.11 Giả sử bạn có một tấm tôn được cố định trên sàn nhà, một chiếc gậy bằng

gỗ và một chiếc thước kẻ Hãy nêu phương pháp xác định hệ số ma sát giữa gỗ và tôn khi chỉ dùng các dụng cụ trên

Bài I.12.[4] Trong phòng thí nghiệm, người ta cần dịch chuyển chậm một mũi kim

trong một khoảng hẹp cỡ micro mét theo một phương nào đó Người làm thí nghiệm buộc phải đứng ở xa và không trông thấy mũi kim Em hãy đề xuất và giải thích một phương án đơn giản để làm việc đó với các dụng cụ có trong phòng thí nghiệm

II LOẠI BÀI XỬ LÝ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM.

Trong loại toán này, yêu cầu người làm toán tìm ra mối liên hệ định tính hoặc định lượng, ví dụ: cho bảng số liệu, hình vẽ thể hiện sự biến đổi của một vài đối tượng, tìm mối liên hệ hoặc quy luật biến đổi của chúng Một số thí dụ sau

Bài II 1.[5] Trong một thí nghiệm về các

hạt, người ta thu được quỹ đạo của hạt α và

một electron cùng được phóng vào một điện

trường đều như hình vẽ Hãy tìm xem hạt

7

(2) (1)

nào có động năng lớn hơn và giải thích cách

làm

Hướng dẫn: Từ hình vẽ ta thấy quỹ đạo của

hạt α cong hơn hạt electron Phương trình

quỹ đạo của các hạt đều có dạng y = kx2

Nhưng động năng chỉ biến thiên theo phương trục y nên từ hệ thức trên chứng

tỏ Ky1 > Ky2 Ngoài ra tại vị trí x thì vx1 = vx2 nhưng Kx1 > Kx2 nên kết luận chung là

Wđ1 > Wđ2

Bài II.2 ( Đề thi HSG quốc gia 2012)

Một hỗn hợp khí gồm 2 khí Ar và H2 có khối lượng 8,5 gam, được chứa trong thể tích V0 = 10 dm3 ở áp suất 105 N/m2 Khi nén đoạn nhiệt hốn hợp khí trên, người ta thu được các cặp giá trị thể tích V và áp suất p tương ứng theo bẳng số liệu sau

Biết nguyên tử lượng của Ar và hyđrô lần lượt là 40 g/mol và 1 g/mol Giả thiết trong quá trình nén đoạn nhiệt, khí không bị phân ly Hãy xác định lượng khí Ả và

H2 trong hỗn hợp

Hướng dẫn: Gọi hệ số đoạn nhiệt là γ thì từ phương trình đoạn nhiệt pVγ = p0V0

γ => ln(p/p0) = γ.ln(V/V0) Từ bảng số liệu thí nghiệm, tính các thương số p/p0 và V/V0, dựng đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của ln(p/p0) vào ln(V/V0) ta thấy đồ thị có dạng đường thẳng Vậy γ chính là hệ số góc của đường thẳng Từ đồ thị tính được

Khối lượng mol của hỗn hợp µ = 40n1 + 2n2 = 25,2 g/mol

Vậy trong 8,5 gam hỗn hợp có 8,24 gam Ar và 0,26 gam H2 ( Chú ý: đồ thị có tính chất minh họa)

III BÀI TOÁN PATN CÓ NHIỀU PHƯƠNG ÁN

Một đại lượng vật lý cần xác định có thể có nhiều phương án xác định Thí

dụ dưới đây cho ta thấy để xác định gia tốc rơi tự do chúng ta đã có 7 phương pháp được trình bầy trong tài liệu này và còn nhiều phương pháp nữa

Bài III.1 Thành lập phương án xác định giá trị của gia tốc rơi tự do.

Để xác định giá trị của gia tốc rơi tự do có nhiều phương pháp tùy thuộc bài toáncho dụng cụ loại nào Sau đây là một số trường hợp

9

O Ln(p/p o )

Ln(V/V o )

Bài III.1.1 Thành lập phương án xác định giá trị của gia tốc rơi tự do với các

dụng cụ sau:

+ Giá thí nghiệm có gắn cổng quang điện và thước đo độ dài chia đến

milimet

+ Đồng hồ đo thời gian hiện số( độ chính xác 0,01s đến 0,001s)

+ Nam châm điện( kết nối với đồng hồ đo thời gian) và 3 hòn bi bằng sắt cókích thước khác nhau

Hướng dẫn: xem Bài 8 - Khảo sát chuyển động rơi tự do Xác định gia tốc rơi tự

do[5] Ở đây cần lưu ý:

+ Nguyên tắc đo g là dựa trên hiện tượng “rơi tự do” Đo quãng đường rơi s vàthời gian rơi t rồi tính g theo công thức g 2s2

t

= + Các phép đo s và t đều là phép đo trực tiếp Trong thí nghiệm này đã dùng một thiết bị hiện đại là đồng hồ điện tử cho phép đo các khoảng thời gian chính xácđến 1/100(s) thậm chí 1/1000(s) nên phép đo thời gian là tin tưởng được Phép đochiều dài chính xác đến milimet Cả hai phép đo đều thực hiện được nên đây làmột bài thí nghiệm tương đối chính xác, điến hình trong chương trình vật lý THPT Học sinh cần phải làm quen với các thiết bị đo hiện đại trong phòng thí nghiệm như: đồng hồ đo thời gian hiện số, đồng hồ đo điện đa năng hiện số, dao

động ký điện tử

Bài III.1.2 Thành lập phương án xác định giá trị của gia tốc rơi tự do với các

dụng cụ sau:

+ Một bình chứa nước;

+ Một đoạn ống dẫn nước có tiết diện nhỏ, mềm

+ Một giá thí nghiệm có các kẹp cần thiết

+ Một khay đựng nước

+ Một đồng hồ bấm giây và một thước milimet

Hướng dẫn:

Tìm hiểu các dụng cụ,rất có thể học sinh nghĩ bài toán cho “thừa dụng cụ” vì chỉ cần một cái thước đo chiều dài và một đồng hồ là đủ Thật vậy, theo cách suy nghĩ này, cách xác định gia tốc rơi tự do dựa vào định luật rơi tự do: từ công

thức s = g.t2/2 suy ra 2

2s

g t

=

Đo quãng đường rơi tự do s và bấm thời gian rơi t rồi tính g theo công thứctrên

Vấn đề đặt ra là công thức thì không sai nhưng liệu có thể làm được không?

Ta biết rằng gia tốc rơi tự do có giá trị trong vùng 9,8 m/s2 Khi vật đượcquãng đường 1 mét(đo được bằng thước milimet) trong thời gian rất ngắn cỡ khoảng 0,45 giây thì đồng hồ bấm giây không thể thực hiện được! Như vậy phép

đo quãng đường là khả thi còn phép đo thời gian là không thể thực hiện được! Vì vậy phương án này không thành công Vả lại nếu đo được thì vật rơi tự do đây là vật nào? Nếu học sinh có sự đánh giá được độ lớn các đại lượng cần đo, độ chínhxác và giới hạn đo của dụng cụ thì không phạm phải sai lầm trên

Vậy cần làm như thế nào?

Từ sự phân tích tác dụng, công dụng của từng dụng cụ ta có thể hình dungvấn đề như sau: + Tạo ra vật rơi tự do là các hạt nước rơi từ “ống nhỏ giọt” Tạo ra ống nhỏ giọt từ bình nước, ống dẫn nước và kẹp nước được kẹp thích hợp( phải điều chỉnh)

để ra các giọt nước Phải dùng đến giá thí nghiệm để tạo ra một độ cao thích hợpcho các giọt nước rơi tự do

+ Làm thế nào để đo được chính xác thời gian rơi của giọt nước? Giải quyết được vấn đề này là mấu chốt của phương án Ta liên tưởng đến một hiện tượng: giọt nước thoát ra từ ống nhỏ giọt nhỏ ra một cách đều đặn Nếu ta điều chỉnh khoảng cách từ đầu ống nhỏ giọt đến mặt sàn sao cho thời điểm giọt nước chạm sàn cũng là thời điểm giọt nước bắt đầu rơi thì thời gian rơi của các giọt nước là như nhau và bằng khoảng thời gian từ lúc giọt nước bắt đầu tách ra khỏi ống đến

lúc nó chạm sàn Bây giờ ta tính thời gian rơi của N giọt nước trong

11

thời gian ∆t thì thời gian rơi của một giọt là

Trong quá trình hướng dẫn học sinh làm bài toán phương án thí nghiệm, tác giả luôn tâm đắc một điều:

+ Một đại lượng càng đo nhiều lần được càng chính xác

+ Nếu có thể tạo ra được một quá trình tuần hoàn để xác định thời gian thìcàng tốt

+ Người làm thí nghiệm là những nhà sáng tạo, đôi khi phải tự tạo ra cácdụng cụ cần thiết để “cân, đong, đo, đếm”

+ Nên sử dụng, tận dụng cả những dụng cụ, vật liệu sẵn có xung quanh

mình; bản thân mình cũng là các dụng cụ rất tốt

Như vậy so với phương án đo trực tiếp thời gian của một giọt nước rơi, phương ánnày đã nâng độ chính xác lên nhiều

Bài III.1.3 xác định gia tốc rơi tự nhờ con lắc đơn.

Trong một buổi dã ngoại, một học sinh muốn xác định độ cao của đỉnh núinhưng chỉ có các dụng cụ sau:

+ Một đoạn dây mảnh, nhẹ, dài khoảng 1 mét

+ Một đồng hồ bấm giây

+ Một thuốc đo milimet

Em đó cần làm thế nào?

Hướng dẫn: Có vẻ bài toán không liên quan gì đến việc xác định gia tốc rơi tự do;

dữ kiện có vẻ thiếu và cũng không liên quan gì đến xác định g Các dụng cụ đã cho chỉ liên quan đến đo độ dài và thời gian Vậy phải bắt đầu từ đâu?

Ta hãy hình dung việc xác định độ cao đỉnh núi liên quan đến công thức nào, định luật nào? Học sinh thấy ngay điều này liên quan đến việc; gia tốc rơi tự do phụthuộc độ cao => công thức liên quan

0 ( R )

g

R h+

R- bán kính Trái đất xem là đã biết Vậy công việc còn lại là xác định gia tốc rơi tự

do ở mặt đất( chân núi) và gia tốc rơi tự do ở đỉnh núi g rồi tính h theo công thức

và xác định gia tốc rơi tự do- Vật lý 12nâng cao [5] ).

Bài III.1.4 Xác định gia tốc rơi tự do nhờ con lắc lò xo

Thành lập phương án xác định giá trị của gia tốc rơi tự do với các dụng cụ sau:

+ Một lò xo nhẹ, đủ dài chưa biết độ cứng k

+ Một vài quả cầu nhỏ (có móc để móc dây vào) khối lượng chưa biết

+ Một thước đo độ dài có chia milimet

13

+ Một đồng hồ đo thời gian

Hướng dẫn:

+ Tạo ra con lắc lò xo từ các dụng cụ trên

+ Khi cân bằng thì có sự cân bằng giữa lực đàn hồi và trọng lực:

k.∆ℓ = m.g(1- 4a)

Không thể tính g căn cứ vào sự cân bằng giữa lực đàn hồi và trọng lực vìchưa biết khối lượng và độ cứng của lò xo Vậy phải làm thế nào?

+ Xác định g căn cứ vào dao động cơ của con lắc lò xo Ta biết rằng khi con

lắc lò xo dao động điều hòa thì tần số góc dao động cơ ω 2= k

Từ công thức (1 -4 b) ta thấy chỉ cần thực hiện 2 phép đo:

+ Đo độ dài con lắc ở vị trí cân bằng ta được ∆ℓ

+ Đo chu kỳ dao động cơ của con lắc lo xo theo cách trên T = t

+ Một vài hòn bi nhỏ hình cầu có kích thước và khối lượng đã biết

+ Một bình hình trụ, dài, có vạch chia độ dọc theo chiều dài ống Trong

bình có đựng chất lỏng đã biết hệ số ma sát cản

+ Một đồng hồ bấm giây

Hướng dẫn:

Nguyên tắc đo g dựa trên định luật Xtoc về chuyển động của vật trong chất lỏng nhớt Khi một vật chuyển động trong chất lỏng với tốc độ chỏ thì xuất hiện lực cản tỷ lệ với vận tốc và ngược chiều với vận tốc chuyển động , về độ lớn FC = k.v với k là hệ số cản(hệ số ma sát cản) Sau một thời gian ngắn chuyển động vật sẽ chuyển động đều do cân bằng giữa lực cản và trọng lực Ta có phương trình :

k s g

m t

= (1-5)

Đo quãng đường chuyển động đều s và thời gian

chuyển động , biết khối lượng m và hệ số k, ta xác

định được giá trị của g

Điều đáng lưu ý ở đây là khi chuyển động trong chất lỏng, vật chuyển động “ chậm hơn” rất nhiều so với trong chân không ( hay không khí) do đó việc đo thời gian bằng đồng hồ bấm giây là hoàn toàn khả thi

Bài III.1.6 Xác định gia tốc rơi tự do nhờ con lắc thuận nghịch

( Xem thí nghiệm vật lý đại cương[2])

Dụng cụ:

+ con lắc vật lý là một thanh đồng chất dài, có 2 trục quay đi qua O1 và O2

nằm cách nhâu một khoảng L đã biết Hai trọng vật M1 và

M2 có thể dịch chuyển dọc tùy điều chỉnh vị trí của chúng

Mấu chốt của bài toán là:

nếu giữ nguyên vị trí của một trọng vật

(thí dụ M2) mà dịch chuyển M1 thì khối

tâm của con lắc cũng thay đổi, tức là

khoảng cách l1, l2 cũng thay đổi nhưng tới

một lúc nào đó xẩy ra T1 = T2( được không?)

4 L

g T

π

= (III-1.6c)Bài thí nghiệm này không có trong chương trình THPT, chỉ giới thiệu hoặc

để học sinh các đội tuyển làm thí nghiệm để biết nguyên tắc đo Nhưng đây là một phương pháp rất chính xác đo g nhờ các dụng cụ đơn giản không dùng các máy móc hiện đại So với phương pháp dùng con lắc đơn thì phương pháp chính xác hơn vì đã loại trừ được ảnh hưởng của khối lượng dây và trong thực tế con lắc đơn

là con lắc toán học nên việc xác định vị trí khối tâm của con lắc không đơn giản là

đo khoảng cách từ điểm buộc con lắc tới tâm của vật nặng( có dạng hình cầu)

Bài III.1.7 Trình bày 2 phương án thí nghiệm xác định gia tốc trọng trường g

Cho các dụng cụ sau:

- Bình thủy tinh hình trụ mỏng, hở, trên thành có khắc các vạch chia độ dài

- Can đựng chất lỏng trong suốt

- Bàn xoay liên kết với động cơ điện xoay chiều có thể điều khiển tốc độ quay thông qua điều khiển điện áp cấp cho động cơ Trên bàn xoay có gắn hệ thống mâm cặp để có thể cố định bình hình trụ đặt trên đó

-Nguồn điện xoay chiều 220 V, biến trở;

- Dao động kí điện tử, pin quang điện, bút laze;

- Thước đo có độ chia phù hợp, cách tử truyền qua đã biết hằng số cách tử N;

- Miếng giấy bạc mỏng có thể sử dụng làm mặt phản xạ, màn chiếu, các thiết

bị che chắn, giá đỡ, dây nối, ngắt điện, băng dính, bút đánh dấu cần thiết

Yêu cầu:

- Xây dựng các công thức cần thiết;

- Bố trí thí nghiệm và các bước tiến hành để thu thập số liệu;

2

Fcos = mg Fsin = m r

Như vậy mặt thoáng của bình sẽ có

dạng mặt parabôlôit tròn xoay quanh trục thẳng đứng Oz

chất lỏng khi bình chưa quay Ta có:

− = = (với h0 là độ cao mặt chất lỏng khi bình yên tĩnh, h là

độ cao mép thấp nhất của chất lỏng khi bình xoay với tốc độ ω)

Như vậy bằng việc đo h0, h và biết ω ta xác định được g

2 2

0

D g

- Đổ chất lỏng vào trong hình trụ và đặt hình trụ ở tâm của bàn xoay

- Dán miếng giấy bạc lên thành ngoài hình trụ

- Bố trí bút laze và pin quang điện sao cho khi ánh sáng chiếu vào tấm bạc sẽ phản xạ và đến được pin quang điện

- Nối các mạch điện, thiết bị như hình vẽ

Trình tự thí nghiệm:

- Dùng thước đo đường kính D của bình

- Đo chiều cao h0 của chất lỏng khi

bình chưa quay

- Thay đổi biến trở để thay đổi tốc độ

bàn xoay

- Xác định tốc độ quay thông qua việc

đếm xung tín hiệu thu được theo thời

gian trên dao động kí

- Đo chiều cao h

- Ghi vào bảng số liệu

- Lặp lại các bước từ việc thay đổi biến trở để lấy các số liệu tiếp theo

Bài III.2.1 Xác định hệ số ma sát trượt và hệ số cản

Bài toán: Xét chuyển động của một tấm nhựa phẳng trên một mặt bàn phẳng nằm ngang, người ta nhận thấy trong quá trình chuyển động, tấm chịu tác dụng của lực

ma sát trượt (hệ số ma sát trượt α) và chịu lực cản của môi trường tỉ lệ thuận vớivận tốc (frc = −βv,r β là hệ số cản) Quãng đường mà tấm nhựa trượt được

trên mặt phẳng ngang được tính gần đúng là: s v2 2v3 2

2 g 3 Mg

β

α α với v là vận tốc ban

đầu của tấm nhựa, M là khối lượng của tấm nhựa, g là gia tốc trọng trường

a Trình bày cơ sở lý thuyết và xây dựng các công thức cần thiết xác định α và β

b Coi các va chạm trong quá trình làm thí nghiệm (nếu có) là hoàn toàn đàn hồi.Cho các dụng cụ sau:

- Vật nhỏ có khối lượng m đã biết;

- Thước đo có vạch chia đến milimét;

- Các sợi dây mềm, mảnh, nhẹ;

- Tấm nhựa phẳng hình chữ nhật;

- Bàn thí nghiệm, giá đỡ, giá treo cần thiết

Trình bày cách bố trí thí nghiệm, thu thập và xử lí số liệu để xác định các hệ số α

và β

Hướng dẫn:

a Trình bày cơ sở lý thuyết và xây dựng các công thức cần thiết xác định α và β.Muốn xác định được các hệ số α và β liên quan đến quá trình chuyển động của tấm nhựa trên mặt bàn ta cần bố trí hệ thí nghiệm sao cho tạo được vận tốc cho

tấm và cần phải xác định được khối lượng M của tấm nhựa Có thể tạo vận tốc ban đầu cho tấm nhựa bằng việc sử dụng va chạm của vật m và tấm Tạo vận tốc vật m trước khi va chạm vào M bằng việc cho vật m chuyển động dưới tác dụng của

trọng lực, thế năng chuyển hoá thành động năng

Độ cao vật m ban đầu so với vị trí trước va chạm là h thì vận tốc vật m thu được là

M m

= + (2).

b Trình tự thí nghiệm:Xác định khối lượng vật M (sử dụng thước làm cân đòn và vật m đã biết để tính M)

Bố trí thí nghiệm (như hình vẽ I.2.1):

- Vật M để hơi nhô khỏi mép bàn một chút

- Chiều dài dây buộc vật m phải phù hợp

- Kéo lệch vật m lên độ cao h và thả để vật m đến va chạm vào M, đo quãng đường dịch chuyển của vật M

- Ghi số liệu vào bảng và xử lí số liệu

Bài toán: Xét chuyển động của một tấm nhựa phẳng trên một mặt bàn phẳng nằm

ngang, người ta nhận thấy trong quá trình chuyển động, tấm chịu tác dụng của lực

ma sát trượt (hệ số ma sát trượt α) và chịu lực cản của môi trường tỉ lệ thuận với vận tốc (frc = −βv,r β là hệ số cản) Coi các va chạm trong quá trình làm thí nghiệm(nếu có) là hoàn toàn đàn hồi.

Cho các dụng cụ sau:

- Vật nhỏ có khối lượng m đã biết;

- Thước đo có vạch chia đến milimét;

- Các sợi dây mềm, mảnh, nhẹ;

- Tấm nhựa phẳng hình chữ nhật;

- Bàn thí nghiệm, giá đỡ, giá treo cần thiết

Yêu cầu:

1 Trình bày cơ sở lí thuyết và xây dựng các công thức cần thiết để xác địn

hệ số ma sát trượt α giữa tấm nhựa với mặt bàn và hệ số cản β của môi trường khitấm nhựa chuyển động

2 Trình bày cách bố trí thí nghiệm, thu thập và xử lí số liệu để xác định α vàβ

Cho biết: ln( 1+ x)= − x x2 +x3 −x4 +x5 −

2 3 4 5 khi x <<1

Hướng dẫn:

1 Trình bày cơ sở lý thuyết và xây dựng các công thức cần thiết xác định α và β.

Muốn xác định được các hệ số α và β liên quan đến quá trình chuyển động của tấm nhựa trên mặt bàn ta cần bố trí hệ thí nghiệm sao cho tạo được vận tốc

Cho tấm và cần phải xác định được khối lượng M của tấm nhựa Có thể tạo vậntốc ban đầu cho tấm nhựa bằng việc sử dụng va chạm của vật m và tấm Tạo vận tốc vật m trước khi va chạm vào M bằng việc cho vật m chuyển động dưới tác dụng của trọng lực, thế năng chuyển hoá thành động năng Độ cao vật m ban đầu do với

vị trí trước va chạm là h thì vận tốc vật m thu được là

Hình III.2.2

Đổi biến u = α Mg + β v, giải phương trình vi phân ta có

Như vậy bằng việc đo khoảng cách dịch chuyển của tấm theo chiều cao vật m

(hay theo vận tốc ban đầu v 2 của M) ta có thể xác định được α và β Cách làm này chính xác hơn bài toán I.2.1

2 Trình tự thí nghiệm:

* Xác định khối lượng vật M (sử dụng thước làm cân đòn và vật m đã biết để tínhM)

* Bố trí thí nghiệm (như hình vẽ):

- Vật M để hơi nhô khỏi mép bàn một chút

- Chiều dài dây buộc vật m phải phù hợp

- Kéo lệch vật m lên độ cao h và thả để vật m đến va chạm vào M, đo quãng đường dịch chuyển của vật M

- Ghi số liệu vào bảng

h

v1

IV BÀI TOÁN HỘP ĐEN

Yêu cầu của bài toán là tìm một phương án xác định: bên trong hộp đen chứa phần tử nào, chúng được mắc hay liên hệ với nhau như thế nào và xác định các đại lượng vật lý đặc trưng cho mỗi phần tử Thường những bài toán hộp đen là những hộp điện hoặc quang Điển hình nhất của dạng toán này có thể có nhiều phương án,

có nhiều trường hợp chỉ có một phương án duy nhất, một kết quả duy nhất, tuy nhiên có trường hợp bài toán đã cho có nhiều phương án và kết quả không phải là duy nhất Sau đây là một số thí dụ

IV.1( Bài 143 kỳ thi học sinh giỏi vật lý toàn Liên xô1971 )

Người ta mắc vào một cái hộp có hai chốt một Ampe kế, một cái điện trở có trởkháng r = 4Ω và một nguồn điện áp một chiều U1 = 5v ( hình vẽ 4.1)

Ampe kế chỉ cường độ dòng điện I1 =1A Khi mắc một nguồn điện áp khác có

U2 = 20v thay cho nguồn điện áp U1 thì cường độ dòng điện là I2 = 2A Hỏi tronghộp có gì?

23

2 2

s Y

2 g

=α

Lời giải( Của bài toán ):

Sơ đồ khả dĩ của bài toán cho trên hình vẽ 4.1 Khi mắc hộp như thế vào nguồn

có suất điện động e1 thì phải có dòng điện qua mạch là:

Sau đây là một số gợi ý hướng dẫn:

Yêu cầu của bài toán là gì? xác định trong hộp có gì? Vì với học sinh lớp 11 chỉ nghiên cứu điện một chiều nên yêu cầu học sinh chú ý đến các linh kiện điện mà thôi, các dụng cụ, linh kiện có liên quan như: nguồn điện, điện trở, tụ điện, cuộn dây, điốt, công tắc điện, Tuy nhiên, bài toán không nói rõ, không chỉ ra cụ thể là+ Trong hộp có bao nhiêu linh kiện?

+ Loại linh kiện gì?

+ Cách nối các linh kiện đó như thế nào?( Nối tiêp, song song, hỗn hợp

đối xứng hay không đối xứng, )

Vì vậy, cách hỏi “ lửng lơ” như bài toán khiến học sinh rất mất thì giờ khoanh

vùng, không rõ yêu cầu bài toán nên dừng ở mức độ nào

Để tránh hiểu không rõ yêu cầu bài toán thì đề bài phải ra các điều kiện vật ký xácđịnh Thí dụ phải chỉ ra:

+ Hộp gồm 2 trong 3 phần tử thuộc loại: nguồn điện, điện trở, tụ điện mắc nốitiếp.+ Hộp gồm 2 trong 3 phần tử thuộc loại: điện trở, điốt, tụ điện mắc nối tiếp,

Học sinh sau khi đã xác định rõ yêu cầu bài toán mới có thể đặt ra các phương ángiải quyết

2 Nghiên cứu các dữ kiện bài toán, các thao tác cần thiết, các điều kiện bài toán,các dụng cụ thí nghiệm trong bài

+ Bài toán cho các dữ kiện có liên quan đến các loại linh kiện nào? liên quan đến hiện tượng vật lý nào? trong bài toán này có cho 2 nguồn điện, 1 điện trở, 1 Ampe+ Các dữ kiện: số chỉ của Ampe kế khi lần lượt mắc các nguồn U1 và U2

3.Phân tích vai trò của các dụng cụ và các thao tác cần thiết để tìm ra mối liên hệgiữa các đại lượng cần xác định

Phân tích 1:

Sự kiện Ampe kế chỉ các giá trị I1, I2 chứng tỏ điều gì? Trong mạch có dòng điệnchứng tỏ trong hộp không có tụ điện( Nếu các linh kiện được mắc nối tiếp)Phân tích 2: Các giá trị I1, I2 và U1,, U2 có liên quan gì đến các thông số của mạch điện Từ phân tích 1 suy ra: Hộp chỉ có thể chứa nguồn điện e và điện trở R nối tiếp; hoặc chỉ chứa 1 nguồn điện có điện trở trong R tuỳ theo giả thiết cho 1 hoặc 2 phần tử

+ Từ phân tích 2 ta nhận thấy: Nếu hộp chỉ chứa điện trở R thì:

25

Đến đây nảy sinh ra một vấn đề lớn: Nếu hộp chứa nguồn điện thì nguồn ngoài

mắc như thế nào với nguồn trong? Số chỉ của Ampe kế ở trên tương ứng với

dòng điện đi qua hộp theo chiều nào?

Bài toán có một hay nhiều lời giải là ở tình huống này: cách mắc nguồn và chiềudòng điện

Tiếp tục phân tích ta thấy ngay có 4 khả năng xảy ra ( do có 2 nguồn mà mỗinguồn có 2 cực ) Với học sinh có sự suy nghĩ lôgíc, nhất là học sinh chuyên thì xảy ra các trường hợp : nguồn điện mắc nối tiếp và nguồn điện mắc xung đối với nguồn điện bên trong hộp Trường hợp mắc xung đối là trường hợp nhiều học sinh không nghĩ tới.Sau đây là lời giải đầy đủ của bài toán này

1.Trường hợp các nguồn ngoài lần lượt mắc nối tiếp với nguồn trong

+ Khi mắc U1 , U2 nối tiếp với nguồn trong hộp( Giả sử cực + nối vào điểm M ) (Xem hình vẽ 4.c,d ), ta có các phương trình sau:

Dòng điện có chiều như hình vẽ, ta lần lượt có:

+ Khi mắc U1 thì I1 = ( U1-e ):(R +r)

1 = e + R (3)

+ khi mắc nguồn U2 thì I2 = ( U2-e ):(R +r)

12 = e + 2R (4)

Các phương trình trên có nghiệm R = 11Ω và e = -10v ( Loại )

Vậy không có trường hợp e < 5v

b Giả sử U1 < e < U2 và các nguồn mắc xung đối (Hình 2.g,h)

-Khi mắc U1 thì I1 = ( e –U1 ):(R +r)

9 = e - R (5)

- khi mắc nguồn U2 thì I2 = ( U2-e ):(R +r)

12 = e + 2R (6)Các phương trình trên có nghiệm R = 1Ω và e = 10V

Đây chính là 1nghiệm của bài toán trùng với đáp án!

c.Trường hợp e > U 2 > U 1 nguồn mắc xung đối ta có kết quả sau:

27

M N + -

Trường hợp này vô nghiệm!

d.Trường hợp nguồn e trong hộp mắc nối tiếp với nguồn ngoài này , mắc xung đối với nguồn kia

a.Nguồn e nối tiếp với U1, xung đối với U2 (Hình 4.1m,n)

* Nối tiếp với U1( Nếu e < U1 )

Hệ phương trình vô nghiệm

b Nguồn e nối tiếp với U2 , xung đối với U1 (Hình 4.1o,p) ta có các phương trìnhsau:

28

M N + -

* e nối tiếp với U2 ta có: I2 = (e+U2- ): (R +r) = 2

Giải hệ ta có R = 21Ω và e = 30V Đây chính là một nghiệm nữa của bài toán!

Kết luận: bài toán đã cho có tất cả 4 nghiệm ( 4 phương án )trong đó có 1 nghiệm

đã có trong đáp án

Kết luận: Vì vậy khi tiến hành giải một bài toán thực hành thì phải suy nghĩ các tình huống có thể xảy ra, không được bỏ sót nghiệm.

Bài IV.2 [5] Oát kế là một dụng cụ đo công suất tiêu thụ, bên trong có hai cuộn

dây: một cuộn mắc nối tiếp với dụng cụ tiêu thụ điện và một cuộn mắc song song với dụng cụ tiêu thụ điện Hai cuộn dây này chìa ra 4 đầu (cực) như hình vẽ

Cho các dụng cụ sau:

- Một Oát kế, bên ngoài có 4 cực mà không ghi ký hiệu gì

- Ba đoạn dây dẫn, mỗi đoạn dài khoảng 40 cm

- Một bóng đèn dây tóc 220 V – 25 W

( có đui đèn đã mắc dây vào đui đèn)

- Nguồn điện dân dụng

Hãy trình bày và giải thích một phương án để xác định các cực của Oát kế này

29

• • •• •

1 2 3 4

W

Hướng dẫn: Cuộn dây mắc nối tiếp với dụng cụ tiêu thụ điện là cuộn dây có điện trở nhỏ để không ảnh hưởng đến dòng qua dụng cụ; cuộn dây mắc song song với nguồn điện là cuộn dây có điện trở lớn( nếu không sẽ bị cháy) Cần phải xác định 2 việc: cực nào là 2 đầu của một cuộn dây, cuộn dây nào là cuộn dòng- cuộn nào là cuộn áp

+ Để phát hiện đâu là 2 đầu của một cuộn dây

Ta mắc mạch điện như hình vẽ Lần lượt đưa

đầu dò( có mũi tên) vào các cực còn lại

+ Để phân biệt đâu là cuộn dòng, đâu là cuộn áp,

căn cứ vào độ sáng bóng đèn

Bài IV.3( Lớp 9)

Một hộp kín H có ba đầu ra Biết rằng trong hộp kín là sơ đồ

mạch điện được tạo bởi các điện trở Nếu mắc hai chốt 1 và 3

vào hiệu điện thế nguồn không đổi U = 15 V thì hiệu điện thế

giữa các cặp chốt 1-2 và 2-3 lần lượt là U12 = 6 V và U23 = 9 V

Nếu mắc hai chốt 2 và 3 cũng vào hiệu điện thế U trên thì hiệu

điện thế giữa các cặp chốt 2-1 và 1-3 lần lượt là U21 = 10 V và

U13 = 5 V

a Hãy vẽ một sơ đồ mạch điện trong hộp kín H với số điện trở ít nhất Cho rằng điện trở nhỏ nhất trong mạch điện này là R, hãy tính các điện trở còn lại trong mạch đó

b Với sơ đồ mạch điện trên, nếu mắc hai chốt 1 và 2 vào hiệu điện thế U trên thì các hiệu điện thế U13 và U32 là bao nhiêu ?

Hướng dẫn: - Theo bài ra, khi thay đổi các cặp đầu vào của mạch điện thì hiệu điện thế giữa các cặp đầu ra cũng thay đổi, ta suy ra rằng giữa các cặp chốt phải có điện trở khác nhau và số điện trở ít nhất của mạch trong hộp kín H là 3

R 1

2 3

R 1

R 2

R 3 1

2 3

Bài IV.4.[6] Cho hai hộp đen, mỗi hộp có hai đầu ra Trong mỗi hộp chứa 3 phần

tử: 1điện trở thuần, 1 nguồn điện một chiều có điện trở trong rất nhỏ, 1 điôt Những phần tử cùng loại trong hai hộp là như nhau Trong một hộp, các phần tử được mắc thành hai dãy song song với nhau Trong hộp còn lại, các phần tử được mắc không phân nhánh Trên mặt các hộp đã vẽ sẵn cách mắc các phần tử( hai nhánh song song hoặc không phân nhánh)

Dụng cụ được dùng gồm có:

+ Một bộ nguồn gồm 2 pin mắc nối tiếp với một biến trở

+ Hai đồng hồ vạn năng hiện số

+ Năm dây nối

+ Một tờ vẽ đồ thị

Nhiện vụ:

1 Vẽ sơ đồ mạch điện trong mỗi hộp

2 Xác định giá trị của điện trở, suất điện động của nguồn điện trong hộp và và hiệu điện thế mở của điốt

3 Nếu với các hộp này, chỉ cho biết trong một hộp các phần tử được mắc thành hai nhánh song song với nhau, còn trong hộp còn lại các phần tử được mắc không phân nhánh thì cần phải làm thế nào để xác định được cách mắc các phần tử( phân nhánh/ không phân nhánh) trong từng hộp?

Hướng dẫn: Gọi hộp có các phần tử mắc song song là hộp A, còn lại là hộp B.

1 Nối đồng hồ ở chế độ đo dòng ( Ampe

kế) vào hai đầu ra mỗi hộp Hộp nào mà

Ampe kế có số chỉ khác không là hộp B và

sơ đồ mắc các phần tử như hình vẽ bên, và

hộp còn lại là các phần tử mắc phân nhánh

( Hộp B)

(Chú ý: đề bài không cho rõ loại đi-ốt nào)

Nếu Ampe kế chỉ 0(A) thì sơ đồ mắc các phần tử

như hình vẽ bên, điốt mắc nối tiếp với nguồn nhưng

không cho dòng chạy qua(thực hiện các phương án

loại trừ để tìm ra sơ đồ này)

( Hộp A)

2 Tìm giá trị R, E và Um của đi-ốt

+ Mắc đồng hồ ở chế độ đo điện trở(Ôm kế) vào 2 đầu hộp A, ta đo được điện trở trong hộp( vào khoảng 2,2 kΩ Sau đó để đồng hồ ở chế độ đo dòng vào 2 đầu hộp

B ta đo dòng, căn cứ số chỉ của Ampe kế (khoảng 4,6 mA) tính được:

E – Um = IR ≈ 1,0 (V)

+ Nối 2 đồng hồ, một chiếc ở chế độ đo thế,

một chiếc ở chế độ đo dòng vào mạch điện với

hộp A như sơ đồ hình vẽ Thay đổi giá trị của

biến trở ta được các cặp giá trị (I1, U1), (Ij, Uj)…

Vẽ đồ thị Điểm mà đồ thị chuyể từ tuyến tính

33A

V