Tài liệu bồi dưỡng học sinh giỏi thực hành thí nghiệm Vật lý THPT

Tài liệu bồi dưỡng HSG THNT Vật lý THPT GVBS: Huỳnh Quốc Lâm - page1 - SỞ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO AN GIANG TRƯỜNG THPT NGUYỄN QUANG DIÊU ( Tài liệu dùng cho bồi dưỡng HSG THTN) GVBS: Huỳnh Quốc Lâm (Lưu hành nội bộ) Năm học 2009 – 2010. Tài liệu bồi dưỡng HSG THNT Vật lý THPT GVBS: Huỳnh Quốc Lâm - page2 - Bài 1: KHẢO SÁT CHUYỂN ðỘNG RƠI TỰ DO. XÁC ðỊNH GIA TỐC RƠI TỰ DO. I. Mục ñích thí nghiệm: - ðo ñược thời gian rơi t của một vật trên những quãng ñường s khác nhau. - Vẽ và khảo sát ñồ thị s ~ t2 . Nhận xét về tính chất của chuyển ñộng rơi tự do. - Xác ñịnh gia tốc rơi tự do II. Cơ sở lý thuyết : - Khi một vật chuyển ñộng nhanh dần ñều không vận tốc ñầu, thì 2 2 1 ats =
khi vật rơi tự do thì ta có 2 2 t sg = ðo ñược s, t ta sẽ tìm ñược gia tốc g ( khoảng từ 9 – 10 m/s2) - ðồ thị s ~ t2 có dạng là một ñường thẳng ñi qua gốc tọa ñộ với hệ số góc là 2 tan a =α III. Dụng cụ thí nghiệm: 1. Giá ñỡ thẳng ñứng( xem như một thước thẳng khoảng 1000mm), có dây rọi. Giá này có ba chân, dùng ñể ñiều chỉnh sự thăng bằng của giá. 2. Trụ sắt non, làm vật rơi tự do. 3. Nam châm ñiện có hộp công tắc dùng ñể giữ và thả cho vật rơi. 4. Cổng quang ñiện E. 5. ðồng hồ ño thời gian hiện số. 6. Thước ba chiều. 7. Hộp ñở vật rơi ( bằng ñất sét, hay bằng cát ) IV. Lắp ráp thí nghiệm : 1.Nam châm ñiện N lắp trên ñỉnh giá ñỡ, ñược nối qua công tắc vào ổ A của ñồng hồ ño thời gian. Ổ A vừa cấp ñiện cho nam châm, vừa nhận tín hiệu từ công tắc chuyển về. Cổng E lắp ở dưới, ñược nối với ổ B. Sử dụng MODE ño A ↔ B, chọn thang ño 9,999s. 2.Quan sát quả dọi, phối hợp ñiều chỉnh các vít ở chân giá ñỡ sao cho quả dọi nằm ñúng tâm lỗ tròn T. Khi vật rơi qua lỗ tròn của cổng quang ñiện E, chúng cùng nằm trên một trục thẳng ñứng. Khăn vải bông ñược ñặt nằm dưới ñể ñỡ vật rơi . 3.Cho nam châm hút giữ vật rơi. Dùng miếng ke áp sát ñáy vật rơi ñể xác ñịnh vị trí ñầu s0 của vật. Ghi giá trị s0 vào bảng 1. 4.Nới lỏng vít và dịch cổng quang ñiện E về phía dưới cách s0 một khoảng s = 50 mm . Nhấn nút RESET trên mặt ñồng hồ ñể ñưa chỉ thị số về giá trị 0000. 5.Ấn nút trên hộp công tắc ñể thả vật rơi, rồi nhả nhanh nút trước khi vật rơi ñến cổng quang ñiện E (*) . Ghi thời gian rơi của vật vào bảng 1. Lặp lại phép ño trên 3 lần ghi vào bảng 1. 6.Nới lỏng vít hãm và dịch cổng quang ñiện E về phía dưới, cách vị trí s0 một khoảng s lần lượt bằng 200mm; 450 mm; 800 mm. ứng với mỗi giá trị của s, thả vật rơi và ghi thời gian t tương ứng vào bảng 1. Lặp lại 3 lần phép ño. Tài liệu bồi dưỡng HSG THNT Vật lý THPT GVBS: Huỳnh Quốc Lâm - page3 - Kết thúc thí nghiệm : Nhấn khoá K , tắt ñiện ñồng hồ ño thời gian hiện số. V. Báo cáo thí nghiệm : - Lập bảng lấy giá trị các lần ño t với các s khác nhau ( cho các giá trị s bất kỳ
ño ñược khoảng thời gian t), lấy khoảng 2 – 3 giá trị của s, mỗi một s ño ba lần t sau ñó lấy trung bình - Nên ñiều chỉnh làm sao cho s0 = 0 mm ( dùng thước ba chiều) Thời gian rơi Lần ño s (m) 1 2 3 t 2t 2 2 t sg i = t s vi 2 = - Vẽ ñồ thị : s ~ t 2 ; v ~ t. - Tìm giá trị trung bình của g và ∆g Biểu biễn kết quả của phép ño : ggg ∆±= =…………………….( ) Số liệu tham khảo : Tham khảo thêm: SGK Vật Lý 10 ( Cơ bản) Tài liệu bồi dưỡng HSG THNT Vật lý THPT GVBS: Huỳnh Quốc Lâm - page4 - Bài 2: ðO HỆ SỐ MA SÁT I. Mục ñích thí nghiệm : - Dùng PP ñộng lực học ñể nghiên cứu lực ma sát tác dụng vào vật chuyển ñộng trên mặt phẳng nghiêng. - ðo hệ số ma sát trượt, so sánh với giá trị thu ñược trong SGK Lý 10 CB ( trang 76, bảng 13.1) II. Cơ sở lý thuyết : - Khi một vật nằm trên mặt phẳng nghiêng với góc α0 nhỏ so với phương nằm ngang. - Khi ta tăng dần ñộ nghiêng của mặt phẳng α ≥ α0 thì vật chuyển ñộng trượt với gia tốc a và µt – gọi là hệ số ma sát trượt : a = g (sin α - µtcos α ) Bằng cách ño a và α ta tìm ñược hệ số ma sát trượt : α αµ cos tan g a t −= Gia tốc a ñược xác ñịnh bằng công thức 2 2 t s a = III. Dụng cụ thí nghiệm : 1. Mặt phẳng nghiêng ( xem như thước dài 1000 mm) có gắn thước ño góc và quả dọi. 2. Nam châm ñiện gắn ở một ñầu Mp nghiêng, có hộp công tắc ñể giữ và thả vật. 3. Giá ñở ñể thay ñổi ñộ cao của mặt phẳng nghiêng nhờ khớp nối. 4. Trụ kim loại. 5. Máy ño thời gian và 2 cổng quang ñiện E. 6. Thước ba chiều. IV. Lắp ráp thí nghiệm : 1. ðặt máng nghiêng có lắp nam châm ñiện N và cổng quang ñiện E lên giá ñỡ. Nam châm ñiện N ñược lắp ở ñầu A của máng nghiêng, nối qua hộp công tắc, và cắm vào ổ A của ñồng hồ ño thời gian nhờ một phích cắm có 5 chân. Nếu ñồng hồ ño thời gian ñược bật ñiện, ổ A sẽ cấp ñiện cho nam châm hoạt ñộng. Cổng quang ñiện E nối vào ổ B của ñồng hồ ño thời gian. 2. Hạ thấp khớp nối ñể giảm góc nghiêng α, sao cho khi ñặt mặt ñáy trụ thép lên máng, trụ không thể tự trượt. ðiều chỉnh thăng bằng cho máng nghiêng nhờ các chân vít của giá ñỡ, sao cho dây rọi song song với mặt phẳng thước ño góc. 3. ðặt mặt ñáy trụ thép lên mặt phẳng nghiêng. Tăng dần góc nghiêng α bằng cách ñẩy từ từ ñầu cao của nó, ñể trụ thép có thể trượt trên thanh ngang của giá ñỡ. Chú ý giữ chắc giá ñỡ. Tài liệu bồi dưỡng HSG THNT Vật lý THPT GVBS: Huỳnh Quốc Lâm - page5 - 4. Khi vật bắt ñầu trượt thì dừng lại, ñọc và ghi giá trị α0 vào bảng 1. 5. ðồng hồ ño thời gian làm việc ở MODE A↔ B, thang ño 9,999s. Nhấn khoá K ñể bật ñiện cho ñồng hồ. 6. Xác ñịnh vị trí ban ñầu s0 của trụ thép : ðặt vật trụ kim loại lên ñầu A của máng nghiêng, sát với nam châm, mặt ñáy tiếp xúc với mặt phẳng nghiêng. Dùng miếng ke áp sát mặt nghiêng, ñẩy ke ñến vị trí chạm vào trụ kim loại, ñể xác ñịnh vị trí ñầu s0 của trụ trên thước ño. Ghi giá trị s0 vào bảng 1. Nới lỏng vít ñể dịch chuyển cổng quang ñiện E ñến vị trí cách s0 một khoảng s = 400mm, rồi vặn chặt vít, cố ñịnh vị trí cổng E trên máng nghiêng. 7. Lặp lại thí nghiệm 3 lần và ghi các giá trị ño ñược vào bảng 1. Kết thúc thí nghiệm : Tắt ñiện ñồng hồ ño thời gian. V. Báo cáo thí nghiệm : - Lập bảng ño hệ số ma sát α0 = ……………….; α = …………………. s0 = 0 mm ; s = …………………. Lần ño t 2 2 t s a = α αµ cos tan g a t −= ∆µt 1 2 3 Giá trị trung bình - Viết kết quả ño : ttt µµµ ∆±= = ……………………. ( ) Số liệu tham khảo Tham khảo thêm: SGK Vật Lý 10 ( Cơ bản) Tài liệu bồi dưỡng HSG THNT Vật lý THPT GVBS: Huỳnh Quốc Lâm - page6 - Bài 3: ðO HỆ SỐ CĂNG BỀ MẶT CỦA CHẤT LỎNG I. Mục ñích : - Khảo sát hiện tượng căng bề mặt của chất lỏng. - ðo hệ số căng bề mặt. II. Cơ sở lý thuyết: - Mặt thoáng của chất lỏng luôn có lực căng, theo phương tiếp tuyến với mặt thoáng. Những lực căng này làm cho mặt thoáng chất lỏng tại nơi tiếp xúc có xu hướng co lại ñến diện tích nhỏ nhất ( lực căng này cũng là một nguyên nhân giải thích tại sao nhền nhện nước lại có thể ñi trên mặt nước và một vài hiện tượng khác …). Nhìn chung, lực căng này rất nhỏ N<<1N - Có nhiều cách ñể xác ñịnh lực căng bề mặt này. Trong bài này, ta dùng một lực kế nhạy ( loại 0,1 N), treo một chiếc vòng bằng nhôm có tính dính ướt hoàn toàn ñối với chất lỏng cần ño. - Cho chiếc vòng này chạm mặt nước, sau ñó ta kéo từ từ chiếc vòng này lên. Khi ñó, sẽ xuất hiện một lực căng FC của chất lỏng, lực này có cùng phương chiều với trọng lực P của chiếc vòng, hai lực này hướng xuống. Giá trị cực ñại lực F ño ñược trên lực kế sẽ bằng tổng của hai lực ñó : F = FC + P - Giá trị lực căng bề mặt tác dụng lên một ñơn vị dài của chu vi chiếc vòng gọi là hệ số căng bề mặt σ của chất lỏng. - Gọi D, d lần lượt là ñường kính ngoài và ñường kính trong của chiếc vòng. Ta có : )()( dD PF dD FC + − = + = pipi σ ðo F, P, D, d ta sẽ xác ñịnh ñược σ III. Dụng cụ thí nghiệm : 1. Vòng nhôm có tính dính ướt hoàn toàn. 2. Thước kẹp 0 ÷ 150 mm dùng ñể xác ñịnh ñường kính trong, ñường kính ngoài của chiếc vòng. ðộ chia nhỏ nhất của thước kẹp này có thể là 0,1 mm; 0,05 mm; 0,02 mm. 3. Lực kế 0,1N có ñộ chia nhỏ nhất là 0, 001 N 4. Hai cốc nhựa ñựng nước có ống cao su nối với nhau. 5. Giá treo lực kế. Tài liệu bồi dưỡng HSG THNT Vật lý THPT GVBS: Huỳnh Quốc Lâm - page7 - IV. Lắp ráp thí nghiệm : 1. Lấy thước kẹp xác ñịnh ñường kính trong d và ñường kính ngoài D của vòng nhôm. ( xác ñịnh 3 lần) 2. Lau sạch chiếc vòng bằng giấy mềm, móc dây treo vòng vào lực kế 0,1 N. Treo lực kế lên thanh ngang ñể ño trọng lượng P của vòng ( ño khoảng 3 lần giá trị của P) 3. ðổ vào hai cốc nước khoảng 50 – 60% dung tích mỗi cốc. ðể hai cốc ngang bằng nhau, cho mực nước trong hai cốc không chêch lệch nhau nhiều. 4. ðặt vòng nhôm ( cốc A)vào một cốc sao cho khoảng 50% vòng nhôm nhúng vào trong nước. Cốc còn lại ( cốc B) ñặt sao cho lượng nước trong cốc kia chảy qua ( mực nước trong cốc ñựng vòng nhôm hạ thấp xuống ). Có thể ñặt cốc ñựng vòng nhôm lên cao hơn cốc kia. 5. Chú ý mực nước trong cốc A và giá trị của lực kế. Giá trị cực ñại của lực kế chính là lực F cần tìm ( ghi giá trị của lực F này vào bảng) 6. Lặp lại các bước 3, 4, 5 thêm hai lần nữa. Kết thúc thí nghiệm: lau sạch vòng nhôm, tháo các dụng cụ và vệ sinh nơi thực hành. V. Báo cáo thí nghiệm : Bảng lực căng mặt ngòai của chất lỏng ðộ chia nhỏ nhất của lực kế : 0, 001N Lần ño P (N) F (N) FC = F - P (N) ∆FC (N) 1 2 3 Giá trị trung bình Bảng ño ñường kính của vòng nhôm: ðộ chia nhỏ nhất của thước kẹp : 0, 05 mm Lần ño D (mm) ∆D (mm) d (mm) ∆d (mm) 1 2 3 Giá trị trung bình Giá trị trung bình của hệ số căng mặt ngoài: )( dD FC + = pi σ =……………..……. Tài liệu bồi dưỡng HSG THNT Vật lý THPT GVBS: Huỳnh Quốc Lâm - page8 - Tính sai số của phép ño : 2 minmax σσσ − =∆ =……………… Viết kết quả của phép ño: σσσ ∆±= =……………. Số liệu tham khảo ðộ chia nhỏ nhất của lực kế : 0, 001N Lần ño P (mN) F (mN) FC = F - P (mN) ∆FC (mN) 1 30.00 49.00 19.00 0.17 2 30.00 49.50 19.50 0.33 3 30.00 49.00 19.00 0.17 Giá trị trung bình 30.00 49.17 19.17 0.33 ðộ chia nhỏ nhất của thước kẹp : 0, 05 mm Lần ño D (mm) ∆D (mm) d (mm) ∆d (mm) 1 41.750 0.020 39.00 0.05 2 41.800 0.030 39.10 0.05 3 41.750 0.020 39.05 0.05 Giá trị trung bình 41.770 0.023 39.05 0.05 Giá trị trung bình của hệ số căng mặt ngoài: )( dD FC + = pi σ = 75,50.10-3 N/m Tính sai số của phép ño : 2 minmax σσσ − =∆ = 0,94. 10-3 N/m Viết kết quả của phép ño: σσσ ∆±= = 75,50.10-3 ± 0,94. 10-3 N/m Tham khảo thêm: SGK Vật Lý 10 ( Cơ bản) Tài liệu bồi dưỡng HSG THNT Vật lý THPT GVBS: Huỳnh Quốc Lâm - page9 - Bài 4 : TỔNG HỢP HAI LỰC I. Mục ñích : - Kiểm nghiệm lại quy tắc tổng hợp hai lực ñồng quy và quy tắc tổng hợp hai lực song song cùng chiều. - Rèn luyện kỹ năng sử dụng lực kế. II. Cơ sở lý thuyết: 1. Tổng hợp hai lực ñồng quy : ðể tổng hợp hai lực ñồng quy ta sử dụng quy tắc hình bình hành. Trong thí nghiệm, ta cho hai lực cùng tác dụng vào một ñiểm của vật ( ta tính toán bằng lý thuyết và và kiểm chứng bằng thực nghiệm). Chúng ta sẽ dùng trường hợp ñặc biệt: hai lực hợp nhau một góc 900. 2. Tổng hợp hai lực song song cùng chiều : Hợp lực của hai lực 1P và 2P song song, cùng chiều, tác dụng vào một vật rắn, là một lực P song song, cùng chiều với hai lực, có ñộ lớn bằng tổng ñộ lớn của hai lực ñó. P=P1+P2. ðiểm ñặt của lực R ñược xác ñịnh AG GB l l F F == 1 2 2 1 Trong bài này, ta cho hai lực 1P và 2P cùng tác dụng vào một vật ( thước thẳng) rồi dùng các công thức trên xác ñịnh bằng lý thuyết, sau ñó chúng ta kiểm chứng bằng thực nghiệm. III. Dụng cụ thí nghiệm : 1. Tổng hợp hai lực ñồng quy : - Bảng sắt có chân ñế. - Hai lực kế ống 5N có gắn nam châm vĩnh cữu. - Một vòng dây cao su va dây chỉ. - Một thước ño có ðCNN 1mm. - Một viên phấn ( hay viết lông có thể xóa ñược). - Một thước ño góc. - Các viên nam châm ñể cố ñịnh thước ño góc. 2. Tổng hợp hai lực song song cùng chiều : - Bảng sắt có chân ñế. - Hai ñế nam châm có buộc dây cao su. - Một thước thẳng có ðCNN 1mm. - Một thanh thép nhỏ dài 35 mm - Một hộp các quả cân có khối lượng bằng nhau. - Ba dây cao su (hoặc hai lò xo và môt dây cao su). P1 P2 P A B G Tài liệu bồi dưỡng HSG THNT Vật lý THPT GVBS: Huỳnh Quốc Lâm - page10 - IV. Lắp ráp thí nghiệm : 1. Tổng hợp hai lực ñồng quy: a. Buộc một ñầu của dây cao su vào ñế của nam châm ñược ñặt gần ñiểm giữa cạnh dưới của bảng sắt, còn ñầu kia của dây cao su ñược thắt vào giữa một dây chỉ bền. Hai ñầu dây chỉ này móc vào hai lực kế ống của ñế nam châm. b. ðặt hai lực kế tạo theo hai phương vuông góc sao cho dây cao su hướng theo phương thẳng ñứng và dãn ra ñến một vị trí nào ñó ( nên chọn sao cho ở vị trí ñó, hai lực kế chỉ một giá trị nhất ñịnh, càng chẵn càng tốt ). c. Dùng bút lông ñánh dấu các vị trí này của dây cao su, và vẽ các vectơ lực theo một tỷ lệ xích chọn trước ( có ba lực : F1, F2 hướng theo hai phương của dây chỉ gắn lực kế; R hướng theo phương dây cao su).. d. Dùng quy tắc hình bình hành xác ñịnh hợp lực R của hai lực F1, F2 . ðo chiều dài l của R và tính giá trị của R theo tỷ lệ xích chọn trước
ghi các giá trị của l và R vào bảng. e. Dùng lực kế xác ñịnh lại giá trị của R bằng thực nghiệm ( gọi là R1) bằng cách kéo lực kế ra ñến vị trí của dây cao sụ ñã ñánh dấu ở bước c. Lặp lại bước này thêm hai lần nữa ñể lấy các giá trị của R2, R3 và ghi vào bảng. f. Tiến hành các bước b, c, d, e thêm một lần nữa. 2. Tổng hợp hai lực song song cùng chiều: a. Treo thanh thép lên hai ñế nam châm ñặt trên bảng sắt nhờ hai dây cao su ( hay lò xo). b. Móc lên thanh thép ở hai ñiểm ñiểm A, B ( AB = 20 cm)lần lượt ba quả cân và hai quả cân ( có thể ñặt các quả cân bất kỳ cũng ñược). ðánh dấu vị trí này của thanh thép. c. Vẽ vị trí của thanh thép và hai lực 1P và 2P do các quả cân tác dụng lên hai ñiểm A, B lên bảng sắt. Áp dụng các công thức của quy tắc hợp lực song song ñể xác ñịnh ñiểm ñặt O của lực tổng hợp ( ño OA = a). Ghi các giá trị P và a vào bảng số liệu. d. Móc 5 quả cân vào một ñiểm nào ñó trên thanh thép sao cho ở vị trí ñó, thanh thép ở vị trí trùng với vị trí ở bước b. ðo và ghi số liệu từ thí nghiệm a1 vào bảng . Lặp lại bước này 1 lần nữa ( a2 )và ghi vào bảng
tính giá trị trung bình. e. So sánh kết quả thí nghiệm với kết quả tính toán và rút ra kết luận. f. Lặp lại các bước từ b
d một lần nữa với AB = 16 cm. Kết thúc thí nghiệm: tháo các thiết bị dụng cụ và vệ sinh tại chỗ thí nghiệm Tài liệu bồi dưỡng HSG THNT Vật lý THPT GVBS: Huỳnh Quốc Lâm - page11 - V. Báo cáo thí nghiệm : Bảng: Tổng hợp hai lực ñồng quy R từ hình vẽ R từ ño ñạt Lần TN F1 (N) F2 (N) Tỷ lệ xích l (mm) R(N) R1 R2 R ∆ R R = R ±∆ R 1 1mm ứng với :….N 2 1mm ứng với :…..N * So sánh và rút ra kết luận: Bảng: Tổng hợp hai lực song song cùng chiều P từ tính toán P từ thí nghiệm OA = a ( mm) TN P1 (N) P2 (N) P (N) OA (mm) P (N) a1 a2 a ∆a a = a ± ∆a 1 2 * So sánh và rút ra kết luận: Tham khảo thêm: SGK Vật Lý 10 ( Nâng cao) Tài liệu bồi dưỡng HSG THNT Vật lý THPT GVBS: Huỳnh Quốc Lâm - page12 - Bài 5 : XÁC ðỊNH SUẤT ðIỆN ðỘNG VÀ ðIỆN TRỞ TRONG CỦA MỘT PIN ðIỆN HÓA I. Mục ñích : - Áp dụng biểu thức hiệu ñiện thế của ñoạn mạch chứa nguồn ñiện và ñịnh luật Ohm ñối với toàn mạch ñể xác ñịnh suất ñiện ñộng và ñiện trở trong của một pin ñiện hóa. - Sử dụng các ñồng hồ ño ñiện vạn năng ñể ño các ñại lượng trong mạch ñiện ( ño U và I) II. Cơ sở lý thuyết: ðL Ôm cho ñoạn mạch chứa nguồn ñiện: U = E – I(R0 + r). Mặc khác : U = I( R+RA) Suy ra : Với RA, R là ñiện trở của ampe kế và của biến trở. Biến trở dùng ñể ñiều chỉnh ñiện áp và dòng ñiện Trong thí nghiệm ta chọn RO khoảng 20Ω ñể cường ñộ dòng ñiện qua pin không quá 100 mA Ta ño RA bằng cách dùng ñồng hồ vạn năng ở thang ño DC; ño hiệu ñiện thế giữa hai cực của Ampe kế và cường ñộ dòng ñiện qua mạch
RA . Tiến hành ño RO tương tự. Ta xác ñịnh E và r theo hai phương án sau: 1. Phương án 1: a. Thực hiện ño các giá trị U và I tương ứng khi thay ñổi R, ta vẽ ñồ thị mô tả mối quan hệ ñó, tức U = f(I) U = E – I(R0 + r) b. Ta xác ñịnh UO và Im là các ñiểm mà tại ñó ñường kéo dài của ñồ thị U = f(I) cắt trục tung và trục hoành: 2. Phương án 2: a. Từ : ðặt : 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 ñồ thị y = f(x) biểu diễn gián tiếp mối liên hệ giữa I và R. d. Xác ñịnh tọa ñộ của xm và yO là các ñiểm mà ñồ thị trên cắt trục hoành và trục tung V A ξ, r K R0 R 0 A A I I R R R r = = + + + E U I U0 Im 0 0 0 0 ( ) ,0 m I U U U I R r r U I I R r = ⇒ = =  = − + ⇒ ⇒ = ⇒ = = + E E EE 0A I R R R r = + + + E 0 1 1 ( )AR R R rI⇒ = + + +E 1 ( )y x b⇒ = + E 0 1 ; ; Ay x R b R R rI = = = + + y x y0 xm Tài liệu bồi dưỡng HSG THNT Vật lý THPT GVBS: Huỳnh Quốc Lâm - page13 - III. Dụng cụ thí nghiệm : Bộ thí nghiệm “ Dòng ñiện không ñổi” với các dụng dụ sau : - Pin cũ, pin mới cần xác ñịnh. - Biến trở núm xoay ( có giá trị từ 10 - 100Ω). - Hai ñồng hồ ño ñiện ña năng hiện số: dùng làm DCmA và DCV. - ðiện trở bảo vệ RO có giá trị khoảng 820 Ω. Và RA khoảng 5,5 Ω - Bộ dây dẫn. - Khóa ñiện. - Bảng ñiện. IV. Lắp ráp thí nghiệm : Mắc mạch ñiện như hình vẽ : updated Chú ý: - Ampe kế và Volt kế ở trạng thái tắt. - Khóa K ở vị trí tắt. - Biến trở R ở vị trí 100Ω. - Không chuyển ñổi chức năng của thang ño của ñồng hồ khi có dòng ñiện chạy qua nó. - Không dùng nhằm thang ño I mà ño U. - Khi thao tác xong các phép ño, phải tắt các thiết bị. - Khi giá trị của ñồng hồ hiện giá trị âm, phải ñổi chiều của chuôi cắm lại. V. Báo cáo thí nghiệm : Bảng giá trị của phép ño : Giá trị của RO = ………… Ω ; RA =………….. Ω x = R (Ω) I ( mA) U (V) )(1 1−= A I y 100 90 80 70 60 50 40 30 0 0 ( ) 0 m Ay x b R R r r b x y = ⇒ = − = − + + ⇒   = ⇒ = ⇒  E E Tài liệu bồi dưỡng HSG THNT Vật lý THPT GVBS: Huỳnh Quốc Lâm - page14 - ðồ thị U = f(I) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 0 20 40 60 80 I(mmA) U (V ) U * Phương án 1: a. Vẽ ñồ thị U = f (I) với tỷ lệ xích thích hợp. b. Nhận xét và kết luận: c. Xác ñịnh tọa ñộ UO và Im . Từ ñó suy ra giá trị của E và r E = ………………(V); r = ……………….(Ω) * Phương án 2: a. Tính các giá trị tương ứng của x và y. b. Vẽ ñồ thị y = f(x) với tỷ lệ xích thích hợp. c. Nhận xét và kết luận d. Xác ñịnh tọa ñộ xm và yO. Từ ñó suy ra giá trị của E và r. E = ………………(V); r = ……………….(Ω) Số liệu tham khảo : Từ ñồ thị U = f(I), ta tìm ñược các giá trị : I = 0  U0 = E = 1,58 V. U = 0  Im = 76 mA Suy ra : r = 0,49 Ω E = 1,58 V Giá trị của RO = 20,3 Ω ; RA = 1,6 Ω x = R (Ω) I ( mA) U (V) )(1 1−= A I y 100 12,8 1,31 78,1 90 14,0 1,28 71,4 80 15,4 1,25 64,9 70 17,1 1,22 58,5 60 19,1 1,17 52,4 50 21,8 1,12 45,9 40 25,3 1,04 39,5 30 30,2 0,94 33,1 20 37,2 0,80 29,9 10 48,8 0,56 20,5 ðồ thị y = f(x) 0 20 40 60 80 100 0 50 100 150 x (Ohm) y (1 /A ) y Tài liệu bồi dưỡng HSG THNT Vật lý THPT GVBS: Huỳnh Quốc Lâm - page15 - ▲ Phần phụ thêm: Ngoài ra, ñể xác ñịnh Sðð và ñiện trở trong ta còn một cách nữa ñó là phương án 3: Mắc mạch ñiện như hình vẽ: - Ta ño các cặp giá trị U và I tương ứng bằng cách thay ñổi biến trở R. - Giải hệ phương trình Tham khảo thêm: SGK Vật Lý 11 ( Cơ bản)    −= −= 22 11 rIEU rIEU Tài liệu bồi dưỡng HSG THNT Vật lý THPT GVBS: Huỳnh Quốc Lâm - page16 - Bài 6 : KHẢO SÁT ðẶC TÍNH CHỈNH LƯU CỦA DIODE BÁN DẪN VÀ ðẶC TÍNH KHUẾCH ðẠI CỦA TRANSISTOR I. Mục ñích : - Khảo sát ñặc tính chỉnh lưu của Diode. Vẽ ñặc tuyến V – A của Diode. - Khảo sát ñặc tính khuếch ñại của Transistor bằng một mạch ñiện ñơn giản và xác ñịnh hệ số khuếch ñại của mạch transistor II. Cơ sở lý thuyết: 1. Diode bán dẫn : Diode là một linh kiện bán dẫn ñược cấu tạo bởi hai lớp bán dẫn p, n
hình thành lớp chuyển tiếp p – n. ðiện cực nối với miền p gọi là Anốt A; ñiện cực nối với miền n gọi là Katôt K. Ký hiệu: Do tác dụng của lớp chuyển tiếp p – n nên Diode có ñặc tính chỉnh lưu dòng ñiện, tức là cho dòng ñiện chạy qua nó theo một chiều thuận từ p sang n. Trong thí nghiệm ta khảo sát ñặc tính này bằng cách dùng ñồng hồ ño ñiện ña năng. Bằng cách ño dòng ñiện phân cực thuận Ith , dòng ñiện phân cực ngược Ing , và hiệu ñiện thế. 2. Transistor : Transistor cũng là một linh kiên bán dẫn nhưng có hai lớp chuyển tiếp p – n. Cấu tạo của Transistor : Transistor npn Transistor pnp Cực E gọi là cực phát ( Emister); cực B gọi là cực gốc ( Base); cực C gọi là cực góp ( colector). Trong bài ta khảo sát transistor npn bằng cách dùng các ñồng hồ ño ñiện ña năng ño các giá trị của dòng ñiện trong ba cực E, B, C và tìm hệ số khuếch ñại transisitor dựa vào biểu thức: Tài liệu bồi dưỡng HSG THNT Vật lý THPT GVBS: Huỳnh Quốc Lâm - page17 - B C I I =β Tham khảo thêm về nguyên tắc hoạt ñộng của transistor và Diode trong SGK lý 11 ( CB và NC), trong SGK công nghệ 12. III. Dụng cụ thí nghiệm : 1. Khảo sát ñặc tính chỉnh lưu của Diode bán dẫn: Bộ dụng cụ thí nghiệm dòng ñiện không ñổi, gồm các dụng cụ cần thiết sau: - ðồng hồ ño ñiện ña năng hiện số : 2 cái. - Diode chỉnh lưu: 1 cái. - Nguồn ñiện U ( AC/DC). - Biến trở núm xoay ( loại 10 - 100Ω) - ðiện trở bảo vệ R0 = 820 Ω. - Bảng mạch ñiện. - Các dây dẫn và khóa K. 2. Khảo sát ñặc tính khuếch ñại của Transistor: Bộ dụng cụ thí nghiệm dòng ñiện không ñổi, gồm các dụng cụ cần thiết sau: - ðồng hồ ño ñiện ña năng hiện số : 2 cái. - Transistor lưỡng cực : 1 cái. - Nguồn ñiện U ( AC/DC). - Biến trở núm xoay ( loại 10 - 100Ω) - ðiện trở bảo vệ RC = 820 Ω. - ðiện trở bảo vệ RB = 300 kΩ. - Bảng mạch ñiện. Các dây dẫn và khóa K IV. Lắp ráp thí nghiệm : 1. Khảo sát ñặc tính chỉnh lưu của Diode bán dẫn: Lắp mạch theo hình vẽ: Trong thí nghiệm này, khi tiến hành ño dòng ñiện phân cực nghịch, ta chỉ cần ñổi chiều của dòng ñiện ở nguồn là ñược.  Lưu ý: - Ampe kế A ở vị trí DCA 20m ( ño dòng ñiện thuận); DCA 200µ ( ño dòng ñiện nghịch). - Vôn kế V ở vị trí DCV 20. Tài liệu bồi dưỡng HSG THNT Vật lý THPT GVBS: Huỳnh Quốc Lâm - page18 - - Nguồn ñiện U ở vị trí 6V DC - Khi mắc mạch xong, khóa K phải ở vị trí mở Sau khi mắc mạch ñiện như sơ ñồ, cần kiểm tra lại mạch ñiện và các thang ño. Sau ñó, ñóng khóa K và ghi trị của hiệu ñiện ñế và cường ñộ dòng ñiện qua diode khi thay ñổi giá trị của biến trở vào bảng ( nên lấy khoảng 5 – 7 số liệu). Kết thúc thí nghiệm: gạt công tắc, tắt các ñồng hồ ño ñiện, sau ñó mới tháo các dụng cụ và vệ sinh nơi thực hành. 2. Khảo sát ñặc tính khuếch ñại của Transistor: Lắp mạch theo hình vẽ:  Lưu ý: - Khóa K ở vị trí OFF. - Nguồn AC 6V. - Ampe kế A1 ở vị trí DCA 200µ; Ampe kế A2 ở vị trí DCA 20 (hay 200)m. - Các giá trị của ñiện trở có thể không giống như hình vẽ. Sau khi mắc mạch ñiện như sơ ñồ, cần kiểm tra lại mạch ñiện và các thang ño. Sau ñó, ñóng khóa K và ñiều chỉnh biến trở sao cho ampe kế A1 chỉ giá trị IB lớn nhất. Ghi giá trị của IB và IC tương ứng vào bảng Lặp lại hai lần thí nghiệm và ghi các giá trị vào bảng. Kết thúc thí nghiệm: gạt công tắc, tắt các ñồng hồ ño ñiện, sau ñó mới tháo các dụng cụ và vệ sinh nơi thực hành. V. Báo cáo thí nghiệm : 1. Khảo sát ñặc tính chỉnh lưu của Diode bán dẫn : Diode phân cực thuận Diode phân cực nghịch U (V) Ith (mA) U (V) Ing (µA) - Vẽ ñồ thị I = f(U) cho trường hợp phân cực thuận. - Nhận xét và kết luận : 2. Khảo sát ñặc tính khuếch ñại của Transistor : Tài liệu bồi dưỡng HSG THNT Vật lý THPT GVBS: Huỳnh Quốc Lâm - page19 - Với RC = 820 Ω.( hay 680 Ω) Lần TN 1 2 3 IB ( µA) IC ( mA) B C I I =β - Tính giá trị trung bình của hệ số khuếch ñại: β = ……………. Và (∆β)max = ……………. β = β ± (∆β)max = ………………. - Vẽ ñồ thị IC = f( IB). Số liệu tham khảo Khảo sát ñặc tính chỉnh lưu của Diode : Khảo sát ñặc tính khuếch ñại của Transistor : IB (µA) 20,1 17,9 15,7 13,5 11,3 IC (mA) 5,57 4,96 4,37 3,74 3,12 β=IC/IB 277 277 278 278 276 Giá trị trung bình của hệ số khuếch ñại : β = 277,20 Và (∆β)max = 1,20 Tài liệu bồi dưỡng HSG THNT Vật lý THPT GVB