(Sáng kiến kinh nghiệm) chuyên đề hệ thống bài tập thực nghiệm môn vật lí thpt phần điện học

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO LÀO CAI
TRƯỜNG THPT CHUYÊN LÀO CAI

Giáo viên: Nguyễn Việt Dũng

CHUYÊN ĐỀ: HỆ THỐNG BÀI TẬP
THỰC NGHIỆM MƠN VẬT LÍ THPT
PHẦN ĐIỆN HỌC

NĂM: 2019 - 2020


NỘI DUNG
1. Cơ sở thực tiễn và khoa học.
1.1. Cơ sở thực tiễn:
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.
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 thực hành. Các bài
tốn thực hành có mục đích giúp học sinh khơng 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.
Trong q 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 mơn. 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.
Hiện nay, các đề tài về các chuyên đề lý thuyết rất phong phú, từ các đồng
nghiệp, nhưng đề tài viết về vấn đề thực hành vật lý cho học sinh giỏi còn nhiều
hạn chế.
1.2. Cơ sở khoa học:
Bài toán phương án thực hành 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 và tiến hành, xử lí số liệu và báo cáo kết quả. Học sinh cần
phải trình bày cụ thể ra các cách bố trí dụng cụ thí nghiệm, các bước làm thí
2/25


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 tốn có thể có nhiều phương án, mỗi phương
án có thể có các cơng 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.
Đặc biệt lưu ý rằng các dụng cụ vật liệu đã cho có thể sử dụng đúng chức
năng thơng thường của nó, nhưng ngồi ra nó cịn có thể được sử dụng với một
chức năng sáng tạo khác để đạt được yêu cầu của bài toán.
b.Vẽ sơ đồ thí nghiệm với các dụng cụ thiết bị của bài tốn. Nếu gặp bế
tắc khơng 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
dựng công thức đo đại lượng vật lý.
d. Các bước tiến hành thí nghiệm: lắp đặt dụng cụ nào trước, dụng cụ nào
sau, 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.

3/25


Xây dựng các bài thực nghiệm.
1. Bài 1: Xác định suất điện động và điện trở trong của pin
Cho các dụng cụ và linh kiện sau:
- Hai vôn kế khác nhau có điện trở chưa biết R1 và R
- Một điện trở mẫu có giá trị R0 cho trước.
- Một pin điện hóa chưa biết suất điện động và điện trở trong.
- Dây dẫn điện
Yêu cầu:
- Thiết lập công thức tính suất điện động của nguồn điện, có vẽ sơ đồ mạch
điện minh hoạ.
- Nêu phương án đo điện trở trong của nguồn, điện trở R1, R2 của hai vôn
kế. Có vẽ sơ đồ mạch điện minh hoạ.

E, r

GIẢI:
1. Phương án xác định suất điện động:

V1

Mắc theo sơ đồ như hình vẽ:

V2

Đọc số chỉ 2 vơn kế là U1 và U2, suy ra
U1 R1

(1)
U 2 R2

Mắc riêng từng vôn kế theo sơ đồ như
hình vẽ:

E, r

E, r

V1

V2

Số chỉ 2 vơn kế là U1’ và U2’. Áp dụng định luật ôm cho toàn mạch:
E  U1' 

U1'
U'
.r và E  U 2'  2 .r
R1
R2

(2)

E  U1' U 1' R2
U1'U 2' (U1  U 2 )

.
E

suy
ra
(3)
E  U 2' U 2' R1
U 2' U1  U1'U 2

Phương án xác định các điện trở.
Mắc mạch điện theo sơ đồ:
Số chỉ 2 vôn kế là U1" và U 2"
U1'' U 2'' U 2''


(4)
R0 R1 R2

4/25


Thay (1) vào (4) suy ra R1 và R2, kết hợp với phương trình 2 suy ra r.
---------------(-_-)--------------

5/25


2. Bài 2: Xác định độ từ thẩm của sắt
Cho các dụng cụ sau:
+ Một máy biến thế gồm cuộn sơ cấp có n 1 vịng, cuộn thứ cấp có n 2 vịng
(n2 > n1), lõi sắt hình xuyến, tiết diện trịn;
+ Một điện kế xung kích dùng để đo điện lượng chạy qua nó;
+ Một nguồn điện;
+ Các ampe kế, điện trở, thước đo chiều dài;
Hãy nêu một phương án để đo hệ số từ thẩm  của lõi sắt.
Hướng dẫn:
Nối cuộn sơ cấp với nguồn để
I1
dịng qua nó là I1. Sau đó mở K đo điện
E
lượng q qua điện kế G ở cuộn n
Gọi d là đường kính lõi hình

k

A

Sơ đồ đo

thơng qua tiết diện lõi hình xuyến có
n1I 1
nI
S , B   0 . 1 1
d

d

(coi là cảm ứng từ của ống dây dài vô hạn,

G
I2

xuyến. Chu vi hình xuyến là d. Vậy từ
diện tích S bằng  BS  0.

n22

n1

( 0  4.10-7 H/m)

n1
là số vòng trên một đơn vị dài.
d

Cảm ứng từ trong ống dây dài vô hạn là B = 0 . nI (n là số vòng trên một đơn vị dài)
+ Khi cuộn thứ nhất hở từ trường sẽ giảm đi, trong thời gian t từ thông
giảm đi . ở cuộn thứ hai sinh ra suất điện động cảm ứng:
E2  n 2


E n 
� I2  2  2 �
t
R R t

Trong thời gian t dịng điện tích qua điện kế là:
q  I 2 t 
q

n2
 . Toàn bộ điện tích qua cuộn hai là q  q
R

n2
n
nn
q dR
�
  2 �
 1 2 �
0  I1S suy ra  
�
R
R
 dR
n1n2 0 I1S

Biết R, n1, n2, đo d, S, I1, q sẽ tính được .
Chọn dụng cụ: Trong thí nghiệm này, dụng cụ cần phải sưu tầm từ thực tế
đó là máy biến áp, thiết bị này có thể mua tại các cửa hàng điện (nên chọn loại
12V – 3A) hoặc tái sử dụng từ các bộ đổi nguồn hỏng.
---------------(-_-)-------------6/25

3. Bài 3: Xác định mật độ electron trong kim loại
Trong một thí nghiệm xác định mật độ hạt êlectron tự do trong thanh kim
loại, người ta sử dụng các dụng cụ và thiết bị sau:
- Một nam châm vĩnh cửu hình chữ U
- Một nguồn điện một chiều
- Một biến trở
- Một vơn kế có nhiều thang đo
- Một thanh kim loại bằng đồng, mỏng, đồng chất, tiết diện đều hình chữ
nhật
- Thước đo chiều dài
- Cuộn chỉ
- Cân địn (cân khối lượng)
- Dây nối, khố K.
a. Xây dựng các công thức cần sử dụng.
b. Vẽ các sơ đồ thí nghiệm. Nêu các bước tiến hành thí nghiệm.
c. Trình bày cách xây dựng bảng biểu và đồ thị trong xử lý số liệu. Cách
khắc phục sai số.
(Biết khe giữa hai cực từ của nam châm hình chữ U đủ lớn để có thể đưa
các dụng cụ cần thiết vào trong đó).
Hướng dẫn giải:
a. Xây dựng cơng thức.
Để xác định mật độ hạt êlectron tự
do trong thanh đồng chúng ta sẽ sử dụng
r
hiệu ứng Hall với hiệu điện thế Hall trên
I
V
hai bề mặt của thanh theo phương vng
d
góc với đường sức từ trường và dòng

điện. Giả sử cảm ứng từ trong khe giữa
hai cực từ của thanh nam châm là B. Khi đó hiệu điện thế Hall là:

r
B

V

1 IB
(1)
en o d

với: I - cường độ dòng điện.
B - độ lớn cảm ứng từ trong khe.
e - điện tích của điện tử (e =1,6.10-19C).
d - chiều dày của thanh
7/25


V- Hiệu điện thế Hall
no - Mật độ hạt êlectron tự do trong thanh
Mặt khác ta có thể xác định được cảm ứng từ thông qua việc đo lực từ tác
dụng lên thanh (thanh nằm ngang và vng góc với đường sức từ). Khi cho dòng
I chạy qua thanh, lúc này lực điện từ tác dụng lên thanh chính bằng sự thay đổi
trọng lực để cân thăng bằng bên cánh tay địn khơng treo thanh so với trường
hợp khi khơng có dịng chạy qua.
Lực điện từ tác dụng lên thanh đặt ngang trong từ trường khi có dịng điện I
chạy qua là F =B.I.L
m.g = F => m.g= B.I.L => B 
1 IB

1 m.g

g

m.g
(2)
I.L
m

Từ (1) và (2) ta có V  en d  en L.d � n o  e.L.d . V
o
o

(3)

(Lưu ý: Trong thực nghiệm hiệu điện thế Hall thu được luôn nhỏ hơn so với
lý thuyết nên mật độ êlectron tự do thực tế khoảng n o 

2 g m
.
)
3 e.L.d V

(4)

Do vậy để xác định mật độ hạt êlectron tự do trong thanh đồng chúng ta cần
đo được chiều dài L của thanh nằm trong từ trường, chiều dày d của thanh và
xác định được mối tương quan giữa sự thay đổi khối lượng m (khi có dịng
điện và khi khơng có dịng điện chạy qua) với hiệu điện thế V tương ứng.

b. Sơ đồ thực nghiệm (hình vẽ)

V
d

r
B

r
I

* Thực nghiệm và thu thập số liệu
Bước1: Đo chiều dài L của phần thanh kim loại nằm ngang trong từ trường
và chiều dày d của thanh
Bước 2: Sử dụng sợi chỉ treo thanh kim loại nằm ngang trong từ trường và
vng góc với đường sức từ vào một cánh tay đòn của cân.
Bước 3: Mắc mạch điện như hình vẽ.
Bước 4: Khố K mở, chỉnh cân thăng bằng, ghi lại giá trị của khối lượng.
8/25


Bước 5: Đóng khố K.
- Sử dụng biến trở thay đổi dòng điện chạy qua mạch.
- Chỉnh cân thăng bằng, ghi lại sự thay đổi khối lượng m.
- Ghi lại giá trị trên vôn kế
Bước 6: Lặp lại các bước 4và 5 để thu thập khoảng n bộ số liệu ứng với n vị
trí khác nhau của biến trở.
c. Xây dựng bảng biểu và tính tốn.
* Lập bảng số liệu:

Lần đo
1
.......
n

Chiều dài L
.......
.......
.......

Chiều dày d
.......
.......
.......

L

d

m
.......
.......
.......

V
.......
.......
.......

no

.......
.......
.......
no

n

- Xác định giá trị trung bình của chiều dài đo được L 

�L
i 1

i

với n lần đo

n
n

i
- Xác định giá trị trung bình của chiều dày đo được d  �
với n lần đo
i 1

d

n

- Xác định giá trị noi tương ứng với mỗi cặp giá trị mi và Vi theo công thức
(3) hoặc (4) với L  L ; d  d

n

oi
- Mật độ hạt êlectron trong thanh là giá trị trung bình n  �
i 1
o

n

n

* Sai số có thể mắc phải:
- Thanh khơng nằm ngang và khơng vng góc với đường sức từ trường.
- Đặt thanh sao cho cạnh dọc theo từ trường d nhỏ và dòng qua mạch đủ lớn
sao cho tín hiệu đo được trên vơn kế là lớn
- Sai số do thước đo, cân, ampe kế.
- Sai số do tính tốn.
Chọn dụng cụ: Trong thí nghiệm này, dụng cụ cần phải sưu tầm từ thực tế
đó là thanh kim loại, thanh này có thể sử dụng các thành nhơm hình dạng đặc
mua ở các cửa hàng bán nhơm định hình.
---------------(-_-)--------------

9/25


4. Bài 4: Xác định nhiệt dung riêng, hệ số nhiệt điện trở của kim loại
Trong một thí nghiệm để đo đồng thời nhiệt dung riêng C, hệ số nhiệt điện
trở , điện trở R0 tại 00C của một điện trở kim loại có khối lượng m, người ta sử
dụng các dụng cụ và linh kiện sau:
- Hai hộp điện trở R v , R v đọc được các trị số điện trở;

1

2

- Hai điện trở R1, R2 đã biết trị số;
- Một tụ điện Ct ;
- Một nguồn điện xoay chiều, một nguồn điện một chiều;
- Một ampe kế điện trở nhỏ có thể đo được dịng một chiều và xoay chiều;
- Một điện kế có số khơng ở giữa bảng chia;
- Một đồng hồ (đo thời gian);
- Một nhiệt lượng kế có nhiệt dung riêng C1, khối lượng m1, chứa một lượng
chất lỏng khối lượng m2 có nhiệt dung riêng C2;
- Các dây nối, đảo mạch.
a. Hãy

thiết kế mạch điện để đồng thời đo được các tham số C, , R0 của

điện trở nói trên. Vẽ sơ đồ đo.
b. Xây dựng các cơng thức cần thiết.
c. Nêu trình tự thí nghiệm, cách xây dựng biểu
bảng và vẽ đồ thị, cách khắc phục sai số.
Để đo đồng thời các đại lượng nhiệt dung C, hệ

u
~

số nhiệt điện trở , điện trở R0 trên 1 sơ đồ đo, người
ta dùng điện trở kim loại R để nung nóng chất lỏng
trong nhiệt lượng kế.
Hướng dẫn giải:

1. Sơ đồ đo như hình vẽ.
Trong khi nung nóng điện trở R bởi nguồn xoay
chiều, người ta điều chỉnh mạch cầu cho cân bằng,
tính được giá trị R, đọc giá trị dòng điện trên Ampe
kế.
a. Xây dựng các công thức:

RV

1

A
R1

Ct

R

G
R2

RV

2

E

- Nhiệt lượng tỏa ra trên R: Q1  RI 2 
- Nhiệt lượng đã hấp thụ trong nhiệt lượng kế, nước (kể cả trên điện trở R):
Q 2  (C1m1  C 2 m 2  Cm)(t 2  t1 )

10/25


Q1  Q 2 � C 

�
1 �RI 2 
 (C1m1  C 2 m 2 ) � (1)
�
m�
t 2  t1
�

ở đây,  : thời gian cấp dòng điện xoay chiều qua điện trở R,
I: cường độ dòng điện qua điện trở R,
t1, t2: nhiệt độ ban đầu và nhiệt độ sau khi cấp dòng xoay chiều cho
điện trở R.
- Điện trở kim loại được xác định bởi: R  R 0 (1  t 2 ) (2)
b. Trình tự thí nghiệm và các biểu bảng:
- Cho dịng I qua R trong thời gian , đọc giá trị t
- Điều chỉnh cho cầu cân bằng: R 

R1
R V  R 0 (1  t 2 )
R2
2

- Lập bảng:
t

t2

a

b

1

t2

2

t2

R

2

t2

3

...

c

...

n

d
- Từ bảng trên, vẽ đồ thị: R  R(t 2 )
- Đồ thị này là đường thẳng, ngoại suy được

R

giá trị R0 (Giao của đồ thị R  R(t 2 ) với trục Oy)
tg
 được xác định bởi: tg  R 0 �  
.
R0

Góc  là góc nghiêng của đồ thị và trục Ox.

R0


t2

- Nhiệt dung C được tính trực tiếp từ (1) hoặc có thể thay (2) vào (1) để xác
định nhiệt dung của điện trở kim loại.
- Sai số có thể mắc phải: Sai số do nhiệt dung của dây nối, lắc khấy nước
không đều,...
---------------(-_-)--------------

11/25


5. Bài 5: Xác định mômen từ của thỏi nam châm (QG2014)

Để xác định mômen từ của một thỏi nam châm (bậc 10Am 2), người ta khảo
sát dao động của thỏi nam châm treo nằm ngang trong từ trường.
Cho các dụng cụ, thiết bị sau:
- Một thỏi nam châm hình trụ bán kính r, dài l , khối lượng m;
- Sợi dây nhẹ đủ dài, mềm, không dãn, không đàn hồi;
- Một đồng hồ vạn năng hiện số;
- Một đồng hồ đo thời gian;
- Một khung dây hình trụ trịn đã biết trục đối xứng hình học vng góc với
thiết diện ngang của khung. Khung gồm nhiều vịng, bán kính trung bình R (R
rất lớn so với l và r);
- Một nguồn điện một chiều 9V;
- Biến trở, đảo mạch, dây nối;
- Các giá đỡ, giá treo để bố trí các dụng cụ thí nghiệm;
- Thước dài, thước kẹp.
Thành phần nằm ngang của từ trường Trái Đất tại nơi làm thí nghiệm có
độ lớn BTĐ ≈ 0,35.104T và phương chiều đã biết.
Yêu cầu:
a) Xây dựng sơ đồ thí nghiệm để xác định mômen từ của thỏi nam châm.
b) Xây dựng cơ sở lí thuyết và các phương trình cần thiết.
c) Dẫn ra biểu thức xác định mômen từ của thỏi nam châm.
d) Nêu nguyên nhân gây sai số.
Hướng dẫn giải:
a) Bố trí thí nghiệm như hình vẽ:
Cố định vị trí đặt khung dây
(thẳng đứng) và vị trí treo nam châm
trên trục của khung dây.
I
R
b) Từ trường tại vị trí treo nam
r

r

r

Nam châm

châm gồm: B  Bd  BTD
r

với Bd ~N&I , có thể viết dưới
r
dạng Bd  A.I

I

trong đó A là hằng số

phụ thuộc vào vị trí, số vịng dây và
bán kính R, I là dịng điện chạy qua khung.
12/25

Giá đỡ


r

r

Chọn phương Bd / /BTD ta có

B  Bd  BTD  A.I  BTD
B

r

r
Phương trình dao động M  Iqt  hay B   Iqt  �  '' I   0
qt

Chu kì do động T  2

I qt
B

từ đó:

1



 2  Bd  BTD   2 Bd  2 BTD
2
T
4 I qt
4 I qt
4 I qt

y(1/T2)

1

T2

Đặt x = I (cường độ dòng điện) và y 

β

ta có y = ax + b
A



trong đó a  42 I , b  42 I BTD
qt
qt

tanβ = a

b

Đồ thị có dạng như hình vẽ bên:
c) Mơ men từ của thỏi nam châm  

42 Iqt
BTD

x=I
b;

các hệ số a và b có thể được xác định bằng phương pháp đồ thị hoặc
phương pháp bình phương tối thiểu.

* Biểu thức mơ men qn tính Iqt
Mơ men qn tính đối với trục ox: I x 

MR 2
. Chú ý Iy=Iz.
2

Chia thành các đĩa mỏng và dùng định lí Huyghen-Steiner tính mơ men
quán tính của đĩa mỏng đối với trục oz và oy
R 2 dm 2
dI z  dI y 
 l dm
4
L
�R 2 l 2 �
Iz  I y  2�
dI y  m �  � I qt
�4 12 �
0

z
y

d
l

d) Nguyên nhân gây sai số
- Tùy theo độ lớn của Iqt. Nếu Iqt lớn,
dao động không rõ rệt  cần hỗ trợ Bd

l

x
O

khung dây (tăng dịng)...
- Từ trường TĐ khơng đồng nhất
trong khu vực đo.
Chọn dụng cụ: Trong thí nghiệm này, dụng cụ cần phải sưu tầm từ thực tế
đó là thanh nam châm, có thể lấy từ trống mực hỏng, hoặc từ mắt đọc CD hỏng.
13/25


---------------(-_-)--------------

14/25


6. Bài 6: Xác định điện dung của tụ điện theo 3 cách (QG2003)
Cho các dụng cụ sau:
1. Một hộp điện trở mẫu cho phép tùy chọn điện trở có trị số nguyên từ 10Ω
đến vài MΩ.
Một nguồn điện xoay chiều có tần số f đã biết và có hiệu điện thế hiệu
dụng giữa 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 cơng thức tính tốn, những điều cần chú ý để giảm sai
số của phép đo.
Hướng dẫn giải:
Phương pháp đo điện dung của tụ
Phương án 1: Mắc tụ với nguồn một chiều cho tích điện đầy rồi cho phóng
điện qua điện trở lớn. Đo hiệu điện thế U 0 của nguồn và hiệu điện thế trên tụ
bằng vôn kế, đo t bằng đồng hồ và đọc trị số R của hộp điện trở.
U

t

t

Từ u U 0 .e RC ta tính được C. Nếu chọn u  0 thì C  . Cần chọn R lớn
e
R
(cỡ MΩ) để thời gian phóng điện đủ lớn (cỡ giây).
Phương án 2: Lắp mạch gồm tụ nối tiếp với hộp



điện trở rồi nối với nguồn. Lần lượt đo hiệu điện thế
UR trên điện trở, UC trên tụ (điều chỉnh sao cho hai
hiệu điện thế này gần bằng nhau), sẽ suy ra:
U
UR
RC.2f  R  C 
UC
2f .R.U C

K

C

A

R

15/25


Phương án 3: Dùng máy đo vạn năng (để ở nấc đo cường độ dòng điện)
I

mắc nối tiếp với tụ để đo I qua tụ, tính được: C  2f .U

0

Phương án 4: Mắc sơ đồ như hình bên. Dùng hộp điện trở như một biến trở
điều chỉnh sao cho khi chuyển khóa K giữa hai chốt kim ampe kế đều chỉ như
nhau. Lúc đó, dung kháng của tụ bằng biền trở R (bỏ qua điện trở của dụng cụ
1

đo). Vậy: C  2f .R
---------------(-_-)--------------

16/25

7. Bài 7: Giải hộp đen 1
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
khơng đổi U = 15 V thì hiệu điện thế giữa các cặp chốt 1-2 và
2
2-3 lần lượt là U12 = 6 V và U23 = 9 V. Nếu mắc hai chốt 2 và
3
3 cũng vào hiệu điện thế U trên thì hiệu điện thế giữa các cặp 1
H
chốt 2-1 và 1-3 lần lượt là U21 = 10 V và U13 = 5 V.
Hướng dẫn giải
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 cịn 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.
Cách 1 :
- Khi U13 = 15(V) thì U12 = 6(V) và U23 = 9(V).
R

U

6

2

Ta có : R 1  U12  9  3

3
23

(1)

- Khi U23 = 15(V) thì U21 = 10(V) và U13 = 5(V).
R

U

10

Ta có : R2  U21  5  2
3
13

(2)

Từ (1) và (2) suy ra : R1 là điện trở nhỏ nhất
� R1 = R, R2 = 3R, R3 = 1,5R.
U

R

R

1

13
1

- Khi U12 = 15(V). Ta có : U  R  3R  3
32
2

Mặt khác : U13 + U32 = U12 = 15(V)
17/25

(*)
(**)


Từ (*) và (**) ta có : U13 = 3,75 (V); U32 = 11,25 (V)
Cách 2 :
1

- Khi U13 = 15(V) thì U12 = 6(V) và U23 = 9(V).
R

U

6

2

3
Ta có : R  U12  9  3
1
23

R1

(3)
R3

- Khi U23 = 15(V) thì U21 = 10(V) và U13 = 5(V).

R2
2

3

R

U

10

3
Ta có : R  U21  5  2
2
13

2

(4)
R 3

Từ (1) và (2) suy ra : R2 là điện trở nhỏ nhất
� R2 = R, R1 = 3R, R3 = 2R.
U

R

R

1

13
2
- Khi U12 = 15(V). Ta có : U  R  3R  3
32
1

Mặt khác : U13 + U32 = U12 = 15(V)

1

(***)
(****)

Từ (***) và (****) ta có : U13 = 3,75 (V); U32 = 11,25 (V).
---------------(-_-)--------------

18/25

R 1

R 2

3

8. Bài 8: Giải hộp đen 2
Cho hai hộp đen, mỗi hộp có hai đầu ra. Trong mỗi hộp chứa 3 phần tử: 1
điện trở thuần, 1 nguồn điện một chiều có điện trở trong rất nhỏ, 1 điơt. 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 khơng 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 giấy vẽ đồ thị.
Nhiện vụ:
1. Vẽ sơ đồ mạch điện trong mỗi hộp.
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 cịn lại các phần tử được
mắc khơng 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 giải
Gọi hộp có các phần tử mắc song song là hộp A, còn lại là hộp B.
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 khơng là hộp B và sơ đồ mắc các phần tử như
hình vẽ bên, và hộp còn lại là các phần tử mắc
19/25

(Hộp B)


phân nhánh
(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 khơng cho dịng chạy qua (thực hiện các

(Hộp A)

phương án loại trừ để tìm ra sơ đồ này)
* 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 k  . 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 chuyển từ tuyến tính
sang gần thẳng đứng ứng với trạng thái đi-ốt mở. Khi đó số chỉ của von kế là U 1
= E + Um( ≈ 2,1 V). Từ đó suy ra E ≈ 1,5 V và Um ≈ 0,55 V.3.
Vẫn mắc đồng hồ ở chế độ đo dịng để biết được

V

trong hộp A có đi-ốt ngăn dịng thì mắc nối tiếp hai
hộp với nhau theo sơ đồ như hình vẽ bên: lần đầu hai
hộp mắc nối tiếp, lần sau đảo đầu một hộp( coi là

A

mắc xung đối). Nếu trong cả hai lần Ampe kế đều chỉ

dòng khác khơng chứng tỏ trong hộp B có dịng là mắc không phân nhánh và điốt mắc thuận theo sơ đồ đã chỉ ra, hộp A
khơng có dịng là phân nhánh.
Lưu ý: Học sinh có thể làm theo các

A

phương án khác, chẳng hạn dùng đồng hồ để ở chế độ đo thế mắc vào 2 đầu hộp
A( phải đảo đầu 2 lần) đều thấy chỉ 0 (V). Khi đó vẽ 6 sơ đồ khả thi và loại trừ
chỉ còn một khả năng duy nhất là sơ đồ đã vẽ ở trên mới cho vôn kế chỉ 0 (V).
20/25


---------------(-_-)--------------

21/25


9. Bài 9: Xác định điện tích nguyên tố
Thành lập phương án xác định giá trị điện tích nguyên tố với các dụng cụ
sau:
+ Một ít dây đồng và dây điện trở bằng mayso.
+ Một đồng hồ vạn năng.
+ Một acquy xe máy đã đổ dư axit và nạp điện đầy. ( có thể lấy ra một ít
axit
để dùng).
+ Một bơm tiêm ( loại 5 cm3 có chia độ đến 0,1 cm3).

+ Một số điện trở.
+ Một vài chiếc pin khô đã hỏng ( dùng làm nguồn vật liệu cho thí nghiệm).
+ Đồng hồ bấm giây, nhiệt kế, thước milimet, cốc đong.
Gợi ý:
Bài toán này liên quan đến hiện tượng điện và nhiệt.
Quan trọng nhất là cho ống tiêm để làm gì (hãy nghĩ ra cách sử dụng nó
như là một bình điện phân và đo được thể tích khí thoát ra khi điện phân). Kết
quả. Với kiến thức về điện phân đã học trong sách giáo khoa Vật lí 11 cơ bản thì
đọc giả có thể dễ dàng xác định được giá trị của điện tích nguyên tố theo cơng
thức:
e

q
ItRT

2n 2 pVN A

Từ đó thiết kế phương án thí nghiệm để tính e.
Chọn dụng cụ: Trong thí nghiệm này, dụng cụ cần phải sưu tầm từ thực tế
đó là dây mai so, có thể mua ở các cửa hàng điện.
---------------(-_-)--------------

22/25


10. Bài 10: Xác định hằng số điện môi của chất lỏng.
Hãy đề xuất một phương án xác định hằng số điện môi của chất lỏng với
các dụng cụ sau đây:
+ Một máy phát cao tần có tần số khơng đổi 1 MHz mà điện áp ra có thể
điều chỉnh được.

+ Một vơn kế có thang chia độ đều.
+ Một số tụ điện mẫu trong đó có tụ điện mà điện dung thay đổi được.
+ Một hộp đựng mẫu đo (là một hộp có hai điện cực phẳng song song đặt
gần nhau)
+ Chất lỏng cần đo hằng số điện môi
+ Bộ dây, đầu kết nối dây cần thiết.
(chú ý làm thế nào để việc đo được chính xác)
Hướng dẫn giải:
- Nguyên tắc đo hằng số điện môi dựa trên sự so sánh điện dung của tụ
điện khơng khí với điện dung của tụ có chứa chất lỏng thơng qua chỉ thị của kim
điện kế.
- Để chế tạo một máy đo hằng số điện mơi có thể nghĩ đến sơ đồ cầu không
cân bằng với các nhánh là tụ điện.
Cầu gồm 4 tụ Cd giống nhau có điện dung tương đối lớn( C d >> C0, C1).
Để giảm điện dung ký sinh ( do có chốt nối A, B) ta dùng tụ bù C 3 có điện dung
nhỏ.



Vì Cd >> C0, C1 nên UAC thay đổi rất ít
khi mắc thêm tụ cần đo vào 2 chốt A, B, dòng

Cd11

qua điện kế rất nhỏ có thể bỏ qua. Do đó

1

U0
;U DA  U AB  U 0

2
Cd'
U
C
 '
 U DA  0 (1  x ' )
Cd  C x
2
2Cd

U DC 
U DA
U AB

Cd2

C

V

D

Cd3

U
U AC  U DC  U DA � 0' C x
4Cd

C3

23/25

Cd4
A

B


Như vậy hiệu điện thế hai đầu vôn kế tỷ lệ với điện dung cần đo, thỏa mãn
yêu cầu bài toán
- Cách làm: Đầu tiên mắc hộp đựng mẫu đo (chưa có chất lỏng) vào mạch
điện và điều chỉnh cho kim vơn kế chỉ số 1- đó là hằng số điện mơi của khơng
khí. Sau đó đổ chất lỏng vào, kin của von kế chỉ số nào thì đó chính là giá trị
điện mơi của chất lỏng đó.
Chú ý:
+ “cầu đo” là một bộ phận rất quan trọng trong nhiều thiết bị đo các đại
lượng vật lý như đo điện trở, điện dung, độ tự cảm, suất điện động (Xem “ cầu
đo xoay chiều” (Đề thi HSG quốc gia năm 2002))
+ Người ta đã chế tạo được các bộ cảm biến có thể phát hiện được những
sự thay đổi rất nhỏ của các đại lượng vật lý, biến đổi, chuyển đổi các biến đổi
này thành các tín hiệu thích hợp, đủ lớn để quan sát, đo đạc.
Chọn dụng cụ: Trong thí nghiệm này, dụng cụ cần phải sưu tầm từ thực tế
đó là các tấm phẳng làm bản cực, có thể sử dụng các mặt của tấm nhôm hộp hợp
kim.

24/25


11. Bài 11: Một số bài thí nghiệm khác có thể xây dựng.
Trong khuôn khổ bài viết này, chúng tôi khơng có điều kiện để trình bày hết

tất cả các phương án có thể xây dựng. Trên cơ sở tương tự các bài đã xây dựng,
chúng tôi xin phép kể thêm tên một số bài thí nghiệm thực hành phần điện học
có thể xây dựng như:
+ Giải các loại hộp đen xoay chiều.
+ Giải các loại hộp đen phi tuyến.
+ Xác định tốc độ dịch chuyển của electron trong kim loại.
+ Xác định các thông số của pin quang điện.
+ Xác định số vòng máy biến áp dân dụng (đề ĐH 2014).
+ Xác định điện dung tụ điện bằng cầu cân bằng điện trở - tụ điện.
+ Xác định vùng cấm bán dẫn bằng phương pháp đo hệ số nhiệt điện trở.
+ Thí nghiệm kiểm nghiệm định luật Cu lơng.
+ Xác định từ trường trái đất.
...

25/25