Phương án thí nghiệm phần điện – từ trong chuyên đề ôn thi học sinh giỏi quốc gia

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT - Olympic vật lý quốc tế: IPhO - Olympic vật lý Châu Á – Thái Bình Dương: APhO - Học sinh giỏi quốc gia: HSGQG - Dòng điện chiều: DC - Dòng điện xoay chiều: AC PHỤ LỤC NỘI DUNG, GIẢI PHÁP………………………………………… trang A MỤC ĐÍCH, SỰ CẦN THIẾT…………………………………………… B PHẠM VI TRIỂN KHAI……………………………………………………3 C NỘI DUNG I TÌNH TRẠNG ĐÃ BIẾT .3 II NỘI DUNG GIẢI PHÁP Phần Một số phép đo đại lượng điện từ Các dụng cụ đo Đo điện trở Đo điện dung C tụ điện Đo độ tự cảm L cuộn dây Đo điện lượng q Đo cảm ứng từ từ trường 11 Phần Phương án thí nghiệm đo điện từ 12 Phương pháp sử dụng Vôn kế - Ampe kế 12 Phương pháp mạch cầu Wheatson 19 Phương án đo số điện – từ 24 Phần Bài tập tham khảo 32 Các đề 32 Đáp án tập 39 Đề thi IphO năm 2011- Học sinh tham khảo 56 Phần 4: kết luận 65 Thực nghiệm sư phạm 65 Kết luận ………………………………………………………………65 PHƢƠNG ÁN THÍ NGHIỆM PHẦN ĐIỆN TỪ TRONG CHUYÊN ĐỀ ÔN THI HỌC SINH GIỎI QUỐC GIA Tác giả: Lê Xuân Thông Giáo viên THPT chuyên Lê Quý Đôn A MỤC ĐÍCH, SỰ CẦN THIẾT Vật lý môn khoa học thực nghiệm Từ xưa, phát triển vật lý gắn liền với thí nghiệm nghiên cứu Newton, Galilee, Faraday Nhờ đó, hàng loạt phát minh đời phục vụ cho sống người Ngày nay, vật lý đại với nghiên cứu sâu sắc giới vi mô vĩ mô, hàng loạt lý thuyết đời Tuy nhiên, lý thuyết công nhận tượng mà dự đoán kiểm chứng thí nghiệm Qua ta thấy tầm quan trọng thực nghiệm phát triển vật lý học Trong năm gần đây, thí nghiệm vật lý ngày coi trọng kỳ thi chọn học sinh giỏi Để hoàn thành thực hành, trước hết học sinh phải xây dựng phương án làm thí nghiệm Ngoài ra, điều kiện thực hành nước nhiều khó khăn nên tập phương án thí nghiệm coi trọng chiếm tỷ lệ lớn đề thi chọn học sinh giỏi quốc gia Hơn nữa, nguồn tài liệu tham khảo thống vấn đề phương án thí nghiệm gần Để đáp ứng yêu cầu giảng dạy học tập em học sinh lớp chuyên vật lý ôn thi học sinh giỏi Quốc gia lựa chọn xây dựng: “Phương án thí nghiệm phần:Điện – Từ chuyên đề ôn thi học sinh giỏi Quốc gia” Chuyên đề gồm Phần: Phần 1: Một số phép đo đại lượng Điện – Từ Phần 2: Phương án thí nghiệm đo Điện – Từ Phần 3: Các tập tham khảo Phần 4: Kết Luận B PHẠM VI TRIỂN KHAI THỰC HIỆN Các lớp chuyên vật lí 11, 12, học sinh đội tuyển học sinh giỏi Quốc gia trường THPT chuyên Lê Quý Đôn C NỘI DUNG I TÌNH TRẠNG GIẢI PHÁP ĐÃ BIẾT Trong Vật lí từ lý thuyết ta tính toán để đưa phương án thực hành, xem phương án tối ưu tiến hành thí nghiệm thực tế Các phương án thí nghiệm Điện - Từ ít, tài liệu thống Yêu cầu đề thi học sinh giỏi Quốc gia học sinh phải xây dựng phương án thực hành II NỘI DUNG GIẢI PHÁP PHẦN 1: MỘT SỐ PHÉP ĐO CÁC ĐẠI LƢỢNG ĐIỆN - TỪ Các dụng cụ đo điện * Các dụng cụ đo điện gồm: - Vôn kế: Đo hiệu điện U - Ampe kế: Đo cường độ dòng điện I - Đồng hồ vạn năng: Đo hiệu điện U, cường độ dòng điện I, điện trở R tần số dòng xoay chiều f - Điện kế: Đo hiệu điện U, cường độ dòng điện I có giá trị nhỏ - Dao động ký điện tử: Đo điện áp U, tần số f, độ lệch pha điện áp *Những lƣu ý sử dụng dụng cụ đo điện: Đặt dụng cụ chế độ đo: - Chế độ đo: dòng chiều (Ký hiệu: ==, DC); dòng xoay chiều (Ký hiệu ~; AC) - Đại lượng đo: hiệu điện U, cường độ dòng điện I, điện trở R tần số dòng xoay chiều f * Thang đo: - Các giá trị ghi vòng xoay thang đo giá trị cực đại mà dụng cụ đo đặt thang đo - Chọn thang đo có giá trị phù hợp để phép đo có độ xác cao Khi chưa biết khoảng giá trị cần đo ta để thang đo có giới hạn đo lớn nhất, sau điều chỉnh dần đến thang đo phù hợp Chú ý: Không điều chỉnh thang đo dụng cụ hoạt động * Mắc dụng cụ đo vào mạch điện: - Dụng cụ đo hiệu điện cường độ dòng điện: + Ampe kế mắc nối tiếp với linh kiện cần đo cường độ dòng điện + Vôn kế mắc song song với dụng cụ cần đo cường độ dòng điện + Nếu dụng cụ dùng để đo chế độ dòng chiều thì: dòng điện vào chốt ghi "A", "mA" "VΩ"; dòng điện chốt "COM" - Dụng cụ dùng đo điện trở: Khi đo tách riêng linh kiện dụng cụ cần đo khỏi mạch điện - Đối với đồng hồ kim thị: Trước đo cần + hiệu chỉnh vạch số "0" kim thị Đo điện trở *Phƣơng pháp dùng vôn kế ampe kế - Sơ đồ mạch điện: Hình 1.1 + - Công thức tính điện trở: R  _ RX A V Cách _ RX U I A V Cách - Nhận xét: Hình 1.1 + Cách 1: Dùng điện trở cần đo có giá trị nhỏ (cỡ giá trị điện trở ampe kế) + Cách 2: Dùng điện trở cần đo có giá trị lớn (so với điện trở ampe kế) * Phƣơng pháp so sánh Phương pháp sử dụng ta có sẵn _ R0 + A1 điện trở biết giá trị R0 RX * Cách 1: Hình 1.2 A2 Hình 1.2 - Dùng hai ampe kế - Công thức tính điện trở: R X  I1  R0 I2 + * Cách 2: Hình 1.3 - Dùng hai vôn kế; R0 RX V1 V2 _ Hình 1.3 U - Công thức tính điện trở: R X   R U1 - Nhận xét: Phương pháp có sai số ảnh hưởng điện trở vôn kế vào ampe kế Có thể hạn chế ảnh hưởng cách: dùng hai dụng cụ đo giống nhau, thay điện trở R0 biến trở đọc giá trị, sau điều chỉnh biến trở đến dụng cụ đo giá trị * Phƣơng pháp cầu Wheatstone * Dùng cầu Wheatstone cân bằng: Hình 1.4 C - Điều chỉnh giá trị điện trở R2 đến điện kế G số Khi đó, điện trở cần đo có giá trị: R X  R3  R2 R1 R1 E A R2 G - Để phép đo có độ xác cao hơn, ta R3 mắc phối hợp thêm điện trở để tinh chỉnh giá trị đo: Đọc tham khảo tài liệu "Thực hành vật lý đại cương", D Hình 1.4 trang 136 - Phương pháp dùng để đo giá trị điện trở xác định * Dùng cầu Wheatstone không cân bằng: Hình 1.5 B RX - Ban đầu, chọn giá trị điện trở: R1 = R2 = R3 = R = R0 E   U AD  - Khi RX = R + ΔR thì:  R  R  U BD  E 2R  R  E R  R  U AB  U AD  U BD   E 2R  R R  1  R0 E UAB  1    R  2R  U BA  C R1 E A R2 mV B R+ΔR = RX R3   E R   (vì ΔR [...]... 3: Xác định suất điện động và điện trở trong của nguồn điện dùng vôn kế không lý tưởng Cho các dụng cụ: 01 nguồn điện một chiều (có điện trở trong) , 02 vôn kế, 01 hộp điện trở mẫu, các dây nối a) Xác định suất điện động của nguồn bằng một số tối thi u mạch điện chỉ dùng các vôn kế, không dùng hộp điện trở b) Dùng một vôn kế và hộp điện trở mẫu, xây dựng phương án thí nghiệm và các phương trình tuyến... dây vuông góc với các đường cảm ứng từ của từ trường đều, khung dây nằm trong từ trường, hai đầu khung dây nối với điện kế G 11 - Rút nhanh khung dây ra khỏi từ trường, đọc giá trị biện độ góc θ 0 của kim điện kế Từ đó tính được điện tích q đã di chuyển qua khung dây (Xem mục "5 Đo điện lượng") PHẦN 2: PHƢƠNG ÁN THÍ NGHIỆM ĐO ĐIỆN – TỪ 1 Phƣơng pháp sử dụng Vôn kế - Ampe kế Ví dụ 1: Xác định suất điện. .. hai cực không đổi 3 Một nguồn điện một chiều 4 Một máy đo điện cho phép đo được cường độ dòng điện và hiệu điện thế (một chiều, xoay chiều) 5 Các dây nối, các ngắt điện có điện trở không đáng kể 6 Một đồng hồ đo thời gian Hãy lập ba phương án xác định điện dung của một tụ điện Yêu cầu nêu: nguyên tắc lí thuyết của phép đo, cách bố trí thí nghiệm, cách tiến hành thí nghiệm, các công thức tính toán, những... Phƣơng án 2: 01 biến trở; 02 điện trở có giá trị R, 01 biến trở Rx; 01 tụ mẫu có giá trị C; 01 vôn kế; 01 thi t bị quay pha; các dây nối… (Trích đề thi chọn chọn đội tuyển dự thi APhO năm 2005, ngày thi thứ hai) Phƣơng án 1 Đo hằng số điện môi dựa trên nguyên tắc đo điện dung Lấy một tụ điện có điện môi là không khí, đo điện dung C0 của nó Đổ đầy điện môi vào tụ, đo lại điện dung C1 của nó Hằng số điện. .. biến trở - 01 nguồn điện xoay chiều 3 V - 01 micrôampe kế xoay chiều - Ngắt điện, dây nối cần thi t Hãy nêu phương án thí nghiệm để xác định nhiệt độ Curie của mẫu sắt từ và các lưu ý khi tiến hành thí nghiệm để giảm thi u sai số (Trích đề thi chọn đội tuyển dự thi IPhO năm 2009, ngày thi thứ hai) Phƣơng án 1 Xây dựng hệ đo, các bƣớc thực nghiệm và xử lý số liệu * Chế tạo lò nung điện: - Yêu cầu: Tạo... hệ gồm hộp điện trở và tụ điện được mắc song song Tụ điện và điện trở (hộp điện trở) đóng 9V  R C vai trò khuếch đại tín hiệu để chuyển điện tích thành điện áp hiển thị trên dao động ký Xét các trường hợp điện trở R: + Khi điện trở R nhỏ, điện tích từ tấm dưới chủ yếu chạy Hình 2.23 qua điện trở, điện tích tích tụ vào tụ điện không đáng kể Trường hợp này xảy ra khi: R < T  0,25M 8C Do điện trở nhỏ... chuẩn xong điện kế, ta có thể dùng điện kế để đo điện lượng phóng qua điện kế của một tụ điện bất kỳ, bằng cách đo biên độ góc θ, suy ra: q = kθ 6 Đo cảm ứng từ của một từ trƣờng đều * Bài toán: Khung dây gồm N vòng dây, mỗi vòng dây diện tích S, hai đầu của khung dây được nối với điện kế có điện trở R Mặt phẳng khung dây được đặt vuông góc với các đường sức từ của một từ trường đều có cảm ứng từ B Xác... giữa hai bản tụ được lấp đầy bởi lớp chất điện môi đồng tính cần xác định hằng số điện môi  và điện trường đánh thủng Et; - Các dây nối và ngắt điện cần thi t Yêu cầu: 1 Trình bày cách bố trí thí nghiệm và xây dựng các công thức cần thi t 2 Nêu các bước tiến hành thí nghiệm, bảng biểu cần thi t và cách xác định  và Et (Trích đề thi chọn HSGQG năm 2013, ngày thi thứ nhất) Bài 7: Xác định độ nhớt của... mạch điện để xác định suất điện động, điện trở trong của nguồn và điện trở của vôn kế đã dùng (Trích đề thi IPhO 1983 - Rumani) Bài 4: Xác định nhiệt dung riêng C, hệ số nhiệt điện trở α, điện trở R0 tại 0oC của một điện trở kim loại có khối lượng m Cho thêm các dụng cụ và linh kiện sau: - Hai hộp điện trở RV1, RV2 đọc được các trị số điện trở - Hai điện trở R1, R2 đã biết trị số; 33 - Một tụ điện. .. động, điện trở trong của pin Cho các dụng cụ: - 01 pin cần đo suất điện động và điện trở trong; - 02 đồng hồ đo điện vạn năng; - 01 biến trở; - các dây nối Trình bày cơ sở lý thuyết, sơ đồ thí nghiệm, các bước tiến hành thí nghiệm đo suất điện động và điện trở trong của pin Lập bảng số liệu, vẽ dạng đồ thị (nếu có) (Theo Sách giáo khoa Vật lý 11) Phƣơng án 1 Cơ sở lý thuyết R B A - Xét mạch điện kín