BÀI 5: DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU R, L ,C
3) Thí nghiệm 3 Khảo sát đoạn mạch xoay chiều có R, L ,C nối tiếp
a) Dụng cụ
- Hộp đựng bằng nhựa, - Bảng lắp ráp mạch điện,
- Điện trở, tụ điện (4 cái), tụ điện có vỏ bọc, cuộn dây, cuộn dây quấn trên lõi thép, dây nối,
- Máy phát tần số,
- Đồng hồ đo điện đa năng.
b) Tiến hành thí nghiệm
Khảo sát sự phụ thuộc của dung kháng vào tần số
- Bật công tắc máy phát tần số, nhấn nút “WAVE FORM” chọn dạng sóng hình sin, nhấn nút “RANGE” để màn hình chỉ thị 1 chữ số thập phân (1000.0), vặn núm “ADJUST” ngược chiều kim đồng hồ (giảm) chỉnh đến tần số f1= 20 Hz. Dùng vôn kế thang đo 20 VAC, đo điện áp do máy cung cấp ở chốt đen - đỏ (GND - LO Ω) phần “OUT PUT”, vặn núm chỉnh
điện áp “AMPLITUDE” đến giá trị 3 V (đọc trên đồng hồ đo điện),
- Mắc mạch điện như sơ đồ 4, chọn C= 2F, - Mắc amper kế thang 200 mA đo cường độ hiệu dụng
Thí nghiệm Vật Lí phổ thơng 2017
63 giữa hai đầu C ( giữ U = 3 V),
- Cấp điện cho mạch từ chốt đen - đỏ của máy phát tần số. Ghi các giá trị I1 và U1 vào bảng 4,
- Thay đổi tần số đến giá trị f2= 40 Hz. Ghi các giá trị I2 và U2 vào bảng 4,
- Tính dung kháng Z1c và Z2c của tụ điện, từ đó rút ra kết luận về sự phụ thuộc của dung kháng vào tần số.
Xác định r, L của cuộn dây
- Máy phát tần số vẫn để f1= 20 Hz và điện áp U= 3 V như thí nghiệm trên, - Mắc mạch điện như sơ đồ 5, chọn cuộn dây khơng có lõi,
- Mắc amper kế thang 200 mA đo cường độ hiệu dụng qua cuộn dây và vôn kế thang 20 V đo điện áp hiệu dụng giữa hai đầu cuộn dây,
- Cấp điện cho mạch từ chốt đen - đỏ của máy phát tần số. Ghi các giá trị I1 và U1 vào bảng 5,
- Thay đổi tần số đến giá trị f2= 40 Hz. Ghi các giá trị I2 và U2 vào bảng 5,
- Tính tổng trở Z1d và Z2d của cuộn dây, - Từ hệ phương trình:
Z1d2= r2+ (2πf1L)2 Z2d2= r2+ (2πf2L)2 Tính r, L.
Khảo sát hiện tượng cộng hưởng điện - Mắc mạch điện xoay chiều như sơ đồ 6.
- Chọn R=10 , cuộn dây khơng có lõi (L, r), tụ điện C= 2F.
- Chọn thang đo ampe kế là 200 mA, vôn kế là 20 V,
- Dùng máy phát tần số, chọn mức điện áp 3 V, tần số điều khiển trong khoảng 600 Hz đến 1000 Hz.
- Điều chỉnh tần số từ 600 Hz trở lên, ghi các giá trị f và I tương ứng, đến khi có giá trị cực đại của dịng điện, tức dịng cộng hưởng (Có 1 khoảng giá trị của tần
Thí nghiệm Vật Lí phổ thơng 2017
64 số cho Imax, ta lấy giá trị trung bình của tần số), tiếp tục đến tần số 1000 Hz, ghi vào bảng 6.
- Xác định tổng trở thuần của điện trở và cuộn dây, nghiệm lại biểu thức U = Imax (R+r). Với r là điện trở thuần của cuộn dây đã tính ở phần trên. Nhận xét.
- Tính L=1/(2πf0)2C, so sánh giá trị L này với kết quả đã tính ở thí nghiệm trên. Nhận xét.
- Vẽ đường cong cộng hưởng điện theo bảng số liệu trên lên giấy kẻ ô mm. Câu hỏi
IV.
1. Tại sao khi mắc vôn kế giả sử có điện trở không lớn vào mạch điện trong thí
nghiệm thì cường độ dịng điện trong đoạn mạch lại tăng lên còn hiệu điện thế ở hai đầu đoạn mạch đó lại giảm?
2. Trong mạch điện của thí nghiệm theo sơ đồ 2, nếu biến trở Rx để hở thì số chỉ vơn kế là bao nhiêu? Nó biểu thị giá trị của đại lượng nào trong mạch điện?
3. Điện áp giữa 2 cực của nguồn điện để hở chính là suất điện động của nguồn, có
thể dùng vơn kế để đo chính xác suất điện động này khơng? Giải thích.
4. Nếu thực hiện đo suất điện động của một pin mới và một pin cũ, thì kết quả nào gần với giá trị thực suất điện động, điên trở của viên pin đó? Giải thích.
Thí nghiệm Vật Lí phổ thông 2017
65
Báo cáo thực hành theo mẫu sau
BÀI 5: DỊNG ĐIỆN KHƠNG ĐỔI MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU
Họ và tên: ................................................................................................................... Lớp: ....................... Nhóm: ......................................
Ngày thực hành: ....................................................... Ngày nộp báo cáo: ....................................................
Mục đích I.
.................................................................................................................................... Cơ sở lí thuyết
II.
Trình bày tóm tắt các nội dung sau:
- Định luật Ohm đối với đoạn mạch chỉ chứa điện trở. Đặc điểm đặc tuyến Vôn- Ampe của điện trở thuần và đặc tuyến Vơn-Ampe của bóng đèn dây tóc.
- Định luật Ohm đối với tồn mạch. Kết quả
III.
1) Thí nghiệm 1 -Vẽ đường đặc trưng Vơn – Ampe của bóng đèn dây tóc
Bảng 1: Sai số U = …, I = … Lần đo U I 1 2 3 4 5 6 7
- Vẽ đường đặc trưng V – A của bóng đèn dây tóc, trên đó biểu diễn cả sai số U
và I, trên giấy kẻ ơ mm.
Thí nghiệm Vật Lí phổ thơng 2017
66 2) Thí nghiệm 2 - Xác định suất điện động và điện trở trong của một pin điện
hóa
Sơ đồ 1 (sử dụng phương án 1 hoặc phương án 2)
Bảng 2:
Kết quả phương án 1
- Vẽ đồ thị hàm số U= f(I) trên giấy có kẻ ơ mm.
- Nhận xét và kết luận: dạng đồ thị, có đúng với biểu thức tốn học khơng?... - Xác định các giá trị U0 và Im bằng đồ thị. Tính các giá trị E, r. Kết quả phương án 2 - Vẽ đồ thị I = f(x) trên giấy có kẻ ơ mm. - Nhận xét và kết luận: dạng đồ thị, có đúng với biểu thức tốn học khơng?... - Xác định các giá trị y0 và xm bằng đồ thị. Tính các giá trị E, r. Sơ đồ 2 (sử dụng phương án 3) Bảng 3: Lần Rx (Ω) U (V) I (A) 1 2 3
Lần lượt sử dụng 2 cặp giá trị (U, I) để giải hệ phương trình, từ đó tính được giá trị E và r.
Giá trị R0=………….; Giá trị RA=
x = Rx () I(10-3A) U(V) y = 1/I (A-1) 100
90 … 10
Thí nghiệm Vật Lí phổ thơng 2017 67 Lần E r ∆E ∆r 1 2 3 TB Kết quả: E E E r r r
3) Thí nghiệm 3 – Khảo sát đoạn mạch xoay chiều có R, L, C nối tiếp
Bảng 4:
Tính: Z1c=… (); Z2c=… () nhờ công thức U/I.
Từ kết quả tính được, kết luận về sự phụ thuộc của dung kháng vào tần số.
Bảng 5 Tần số I(A) U(V) Zd f1 f2 Tính: Z1d =… (); Z2d =… (); nhờ cơng thức U/I, Tính r =… (); L =….(H) Bảng 6: f(Hz) 600 1000 I(mA)
- Khi có cộng hưởng điện tần số f0 , Imax có giá trị bao nhiêu ? Điện áp giữa hai đầu đoạn mạch có giá trị hiệu dụng là bao nhiêu?
- Từ biểu thức U = Imax (R+r), suy ra r =… (). So sánh với kết quả thí nghiệm trên. Nhận xét.
- Tính L=1/(2πf0)2C, so sánh giá trị L này với kết quả ở thí nghiệm trên. Nhận xét.
- Vẽ đường cong cộng hưởng điện theo bảng số liệu trên giấy kẻ ô mm. Chú ý
đường cong cộng hưởng điện là đường cong trơn tru đi sát các điểm biểu diễn các cặp
Tần số I(A) U(V) Zc
f1=… Z1c=…
Thí nghiệm Vật Lí phổ thơng 2017
68
giá trị (f,I) sao cho số điểm nằm phía trên đường cong xấp xỉ bằng số điểm nằm dưới
đường cong. Sai số ∆f= 5 Hz và ∆I tính như phần sai số của đồng hồ đo hiện số.
Trả lời câu hỏi IV.
Thí nghiệm Vật Lí phổ thơng 2017
69