(2,0 điểm). Khi đến thăm phòng...

Câu hỏi: (2,0 điểm). Khi đến thăm phòng thí nghiệm của trường Chuyên Tổng hợp, bạn Nam được giáo viên thử sức bằng cách giao cho một số thiết bị bao gồm: một hộp kín có hai cực điện A và B (bên trong hộp có một nguồn điện không đổi có hiệu điện thế U mắc nối tiếp với một điện trở r theo sơ đồ như Hình 3); một vôn kế thông dụng có điện trở R_v; một chiếc điện trở mẫu có giá trị R₁ = 20Ω; một sợi dây dẫn điện MN có điện trở suất lớn, tiết diện thẳng hình tròn với đường kính khoảng gần 1 mm, có chiều dài khoảng chừng 1m, không có vỏ bọc cách điện; các khoá điện và dây nối bằng đồng với điện trở nhỏ không đáng kể và đủ dùng; một bộ đồ dùng để Nam có thể sử dụng nếu thấy cần thiết (gồm bút viết, giấy để ghi chép, thước thẳng dài 30 cm có vạch chia đến mi – li – mét). Nam có nhiệm vụ xác định điện trở suất \(\rho \) của sợi dây dẫn MN nhờ vào các dụng cụ này. Với sự nhanh nhẹn, Nam đã hoàn thành nhiệm vụ được giao.a) Bước 1, Nam mắc chiếc vôn kế vào giữa hai điểm A và B, ghi số chỉ U₀ của vôn kế. Em hãy giúp Nam viết biểu thức tính U theo r, R_v và U₀.b) Bước 2, mắc thêm điện trở R₁ song song với vôn kế, ghi số chỉ U₁ của vôn kế.Bước 3, bỏ R₁, mắc MN song song với vôn kế, ghi số chỉ U₂ của vôn kế.Nam đo được: U₀ = 6,0 V; U₁ = 5,0 V; U₂ = 4,8 V.Đặt R₂ là giá trị điện trở của dây MN. Dễ nhận thấy R₂ < R₁.Hãy tính tỉ số R₂/R₁ theo các số liệu đã đo, từ đó tính giá trị R₂.c) Bước 4, để có đủ các thông số xác định \(\rho \), Nam đo chiều dài và đường kính của dây dẫn MN. Theo em, bạn Nam nên làm như thế nào để đo được đường kính của dây MN với độ chính xác cao?Nếu em đã làm xong cả 3 phần trên thì lời giải cho Câu V đã được hoàn thành và em không phải làm thêm nhiệm vụ này. Còn nếu ở phần b) em không giải ra được giá trị R₂, em vẫn có thể hoàn thành suất xắc được nhiệm vụ mà giáo viên giao cho bằng cách đề xuất một phương án thực nghiệm khác để xác định được điện trở của dây MN. Có nhiều phương án thí nghiệm để làm được điều này, trong số đó có những phương án kém khả thi trên thực tế. Một trong những lí do của việc này là sự chênh lệch lớn giữa giá trị điện trở của vôn kế và các điện trở khác có trong thí nghiệm mà khả năng chính xác của chiếc vôn kế không đủ. Tuy nhiên, có một số phương án khác thì khắc phục được nhược điểm này và có thể cho ta những tính toán đơn giản, thậm chí tốt hơn phương án của Nam. Điều này dựa vào sự thông minh của em. Hãy tìm phương án thí nghiệm đó. Ghi chú: nếu em đề xuất được phương án thí nghiệm khả thi, trình bày rõ ràng, em vẫn đạt được điểm tối đa cho phần b). Trong trường hợp này em nhớ vẽ các sơ đồ mạch điện, ghi chú các đại lượng cần đo và lập công thức tính điện trở của dây dẫn MN theo các đại lượng mà em định đo.

Đáp án

- Hướng dẫn giải

Phương pháp giải:

Giải chi tiết:

a) \(U = {{{U_0}} \over {{R_V}}}\left( {{R_V} + r} \right)\)

b) Bước 2 khi mắc R₁ // V

Ta có : \({R_{td1}} = {{{R_1}{R_V}} \over {{R_1} + {R_V}}};U = {U \over {{R_{td1}}}}\left( {{R_{td1}} + r} \right)\)

Tương tự khi mắc MN // V

\({R_{td2}} = {{{R_2}{R_V}} \over {{R_2} + {R_V}}};{U_0} = {{U.{R_V}} \over {{R_V} + r}}\)

\({U_1} = {{U{{{R_1}.{R_V}} \over {{R_1} + {R_V}}}} \over {{{{R_1}.{R_V}} \over {{R_1} + {R_V}}} + r}} = {{U.{R_1}.{R_V}} \over {{R_1}.{R_V} + r\left( {{R_1} + {R_V}} \right)}}\)

\({U_2} = {{U.{R_2}.{R_V}} \over {{R_2}.{R_V} + r\left( {{R_2} + {R_V}} \right)}}\)

\({{{U_0}} \over {{U_1}}} = {{{R_1}.{R_V} + r{R_1} + r{R_v}} \over {({R_v} + r){R_1}}} = {6 \over 5}\)

\(5({R_1}.{R_V} + r{R_1} + r{R_v}) = 6\left[ {({R_v} + r){R_1}} \right] \to {R_1} = {{5r{R_v}} \over {{R_v} + r}}\)

\({{{U_2}} \over {{U_1}}} = {{{R_2}.{R_V} + r{R_2} + r{R_v}} \over {({R_v} + r){R_2}}} = {6 \over {4,8}} \to {R_2} = {{4r{R_v}} \over {{R_v} + r}}\)

Từ (1) và (2) \( \to {{{R_1}} \over {{R_2}}} = {5 \over 4}\)

c) Để đo đường kính dây Nam cần quấn các vòng dây từ vạch 0 của thước . Quấn các vòng dây liên tiếp nhau. Đường kính dây = chiều dài cuộn dây chia cho số vòng dây. Đề đo chính xác Nam cần quấn các sợi dây càng khít nhau càng tốt và số vòng dây càng nhiều càng tốt ( quấn hết cả sợi dây) và đêm số vòng không được sai.

Câu hỏi trên thuộc đề trắc nghiệm

vào chuyên vật lý trường THPT chuyên KHTN Hà Nội - Năm học 2017 - 2018(có lời giải chi tiết)

↑