1

CHUYÊN ĐỀ
THÍ NGHIỆM VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG 2
Chuyên đề 1: PHÉP ĐO ĐỘ DÀI. THƯỚC KẸP, PANME
I. Mục tiêu
Nắm vững cấu tạo và sử dụng thành thạo một số dụng cụ đo thường gặp:


Cách đọc thước kẹp: Khi hai hàm A và hàm B khít nhau thì vạch 0 của
thước chính trùng với vạch 0 của du xích.
Nếu ta kẹp mẫu đo vào giữa hai
hàm A và hàm B thì chiều dày của mẫu
chính bằng khoảng cách giữa hai vạch 0
của thước chính và du xích.
Giả sử vạch số 0 trên thước chạy
trùng vượt quá vạch thứ m trên thước
chính, và vạch thứ k của thước chạy
trùng với một vạch nào đó trên thước chính thì chiều dày của mẫu sẽ là:
. . . .
k
L m a k m a a
n
δ
= + = +

Hình 2. Cách đọc thước kẹp
Hình 1. Thước kẹp có du xích
3
Ví dụ: Đơn vị độ dài trên thước chính là a = 1mm. Du xích được chia làm
100 vạch, vạch số 0 vượt quá vạch 6 trên thước chính, vạch số 75 trùng với 1
vạch nào đó trên thước chính thì độ dày của mẫu:
( ) ( )
75
6.1 .1
100
6 0,75 6,75
L mm mm

δ
= + = +

3. Cầu kế. Đo độ dày bản mỏng và bán kính của
mặt cầu bằng cầu kế
Cầu kế có độ chính xác cao tới 0,005 ÷
0,001mm chủ yếu được sử dụng để đo độ dày của
bản mỏng và bán kính cong của các mặt cầu.
Cầu kế gồm có 3 chân cố định và một đĩa
tròn gắn chặt với ốc động nằm thẳng đứng giữa 3
chân cố định. Thước thẳng được gắn thẳng đứng
trên giá của ba chân có chia tới nửa mm. Vị trí số
Hình 3. Cấu tạo của một panme
A: Đầu cố định, B: Ốc vi cấp (đầu dịch chuyển)
M: Trống, N: Mũ quay
M
Hình 4. Cách đọc panme
Hình 5. Cầu kế
4
0 của thước được để ở giữa để tiện đo cả bán kính mắt cầu lồi và lõm. Trên đĩa
tròn có khắc các vạch thước vòng (n vạch). Mũ quay để điều chỉnh tiếp xúc làm
nâng cao độ chính xác khi đo.
Độ chính xác của cầu kế:
( )
a
mm
n
δ
=


3
r r r r
= + +

Giá trị của h được đọc trên cầu kế.

III. Thực hành
1.Thước kẹp
- Đo độ dày bản nhựa
- Đo đường kính trong, ngoài, chiều cao hình trụ bị khoét rỗng rồi tính thể
tích hình trụ đó.
Kết quả:
- Độ chính xác của thước kẹp:

δ
=

- Vị trí 0 của thước kẹp: ……
Hình 6. Đo bán kính cong
của mặt cầu
5Vật hình trụ rỗng
Lần TN Độ dày bản nhựa
D (mm) d (mm) h (mm)
1
2

10

10

TB
Sai số:
- Ghi kết quả:
3. Cầu kế
- Đo độ dày bản mỏng: lưỡi dao cạo.
- Đo bán kính trong và ngoài của mặt cầu thủy tinh.
Kết quả:
- Độ chính xác của cầu kế:

δ
=

- Vị trí 0 của cầu kế
6

Mặt cầu thủy tinh
Lần TN
Bản mỏng
d (mm)
h (mm)
1
r
(mm)
2
r
(mm)
3
r

1
m
, khối lượng của đĩa cân
và quang cân bên phải là
2
m
. Khi đặt vật có khối lượng X lên đĩa cân bên trái và
các quả cân có khối lượng M lên đĩa cân bên phải sao cho đòn cân thăng bằng
thì tổng mô men ngoại lực tác dụng lên đòn cân
bằng 0. Ta có:
(
)
(
)
1 1 2 2
m X l g m M l g
+ = +
hay
(
)
(
)
1 1 2 2
m X l m M l
+ = +

Để cho X = M thì điều kiện cần thiết là:
1 2
1 2
m m

, sao cho đòn cân thăng bằng. Khi đó ta có:
8
(
)
(
)
1 1 2 1 2
. .
m B g l m X M g l
+ = + +

Bỏ vật cần cân ra, giữ nguyên bì và thêm các quả cân vào đĩa cân bên phải
sao cho đòn cân lại thăng bằng. Giả sử tổng khối lượng của các quả cân bây giờ
là
2
M
. Ta lại có:
(
)
(
)
1 1 2 2 2
. .
m B g l m M g l
+ = +

Từ hai biểu thức trên, ta rút ra được:
2 2 2 1
m M m X M
+ = + +

= +
 
 

Xác định giá trị một độ chia bằng cách đặt một quả cân nhỏ khối lượng
m(mg) lên một đĩa cân và xác định giá trị cân bằng mới của kim
(
)
a
. Giá trị a
cũng được tìm với công thức tương tự như trên.
Giá trị một vạch chia:
0
m
a a
−
(mg/độ
chia). Nghịch đảo giá trị một độ chia gọi là
độ nhạy của cân.
III. Thực hành
1. Tính độ nhạy của cân không tải
- Kiểm tra tình trạng của cân và các
quả cân.
- Xác định vị trí 0 thực của cân.
- Tính độ nhạy của cân không tải.
2. Các chú ý khi cân
- Trước khi cân phải hiệu chỉnh lại cân
sao cho cân thăng bằng. Hiệu chỉnh bằng các vít ở chân để cho quả rọi nằm
đúng vị trí giữa.
- Hiệu chỉnh lại các gia trọng ở hai đầu đòn cân để sao cho kim của cân

= −

1
2
3

TB
Sai số
- Vật 2 được tiến hành tương tự. Tính sai số và ghi kết quả. Nhận xét.
10

Chuyên đề 3: NGHIÊN CỨU CÁC ĐỊNH LUẬT NEWTON
I. Mục tiêu
Khảo sát các định luật chuyển động, thấy được mối liên hệ giữa quãng
đường, vận tốc và thời gian, khối lượng, gia tốc và lực tác dụng.
Nghiệm lại sự đúng đắn của định luật II Newton.
II.Tóm tắt lý thuyết
1. Định luật II Newton
Phát biểu: Gia tốc
a


của vật tỉ lên thuận với lực
tác dụng
F

lên vật và tỉ lệ
nghịch với khối lượng m của
vật.


v const
=


Vận tốc chuyển động thẳng đều có trị số bằng:

const
t
S
v ==

( S: quãng đường đi được trong thời gian t)
- Trong trường hợp vật chịu một lực tác dụng không đổi thì vận tốc của
vật là một hàm số của thời gian. Trường hợp này gọi là chuyển động thẳng
biến đổi đều.
Hình 9. Nghiên cứu định luật II Newton
11

( )
0 0
F
v t v at v t
m
= + = +

Nếu như vận tốc ban đầu
0
v 0
=
thì ta có công thức:

+ =
Suy ra:
1
1 2
.
m
a g
m m
=
+

2. Chuyển động trên đệm không khí
Đệm không khí là một hộp kim loại dài, một đầu được bịt kín và một đầu
được nén với bơm nén khí. Trên mặt hộp có những lỗ nhỏ được phân bố đều
nhau để khí nén phụt ra ngoài.
Một xe thí nghiệm được đặt trên mặt hộp để khảo sát chuyển động. Khi
bơm khí nén vào hộp, các luồng khí nén thoát ra từ các lỗ nhỏ, nâng xe trượt
khỏi mặt hộp, tạo ra
một lớp đệm không
khí với ma sát không
đáng kể. Coi như ma
sát giữa xe và mặt
hộp bằng 0.
Cách chỉnh
cho xe nằm thăng
bằng, ma sát bằng 0
(Cần chỉnh trước khi làm thí nghiệm): Đặt xe lên mặt hộp, bơm khí vào. Chỉnh
các vít ở chân sao cho khi buông tay thì xe không bị trôi, cũng không bị sít.
Quãng đường chuyển động của xe được xác định bởi thước T gắn trên giá.
Thời gian chuyển động được xác định nhờ hai cảm biến và hai máy ghi thời

cách đầu hộp kim loại 40cm, cảm biến
2
D
cách cảm
biến
1
D
30cm.
- Nối xe với một quả cân có khối lượng m, phía dưới đặt giá đỡ cách
khoảng 15 – 20 cm (khi xe nằm ở vị trí đầu hộp kim loại).
- Cho bơm hoạt động.
- Thả cho xe chuyển động dưới tác dụng của quả nặng m. Khi quả nặng
chạm vào giá đỡ thì xe không còn lực tác dụng, vì vậy xe lúc này chỉ chuyển
động theo quán tính và giữ nguyên vận tốc.
- Đọc thời gian trên máy đo thời gian. Tính được vận tốc tương ứng của
xe tại các điểm đặt
1
D
và
2
D
:
1
1
s
v
t
∆
=
∆

1
v

2
v

1
v

2
v

1
v

2
v

1
2

13

…
5
TB

Sai số

b.

và rút ra kết luận.
Kết quả:
a.
1 2
D D
= 30
m =… m =… m =… m =…
Lần
TN
1
v

2
v

1
v

2
v

1
v

2
v

1
v


để nó tăng lên
1
K
gọi là nhiệt dung riêng
của chất đó.
Đối với chất rắn, khi nhiệt độ được
truyền cho vật thì nhiệt độ của vật sẽ tăng
lên cho đến khi vật rắn bắt đầu nóng chảy.
Nếu tiếp tục truyền nhiệt lượng thì nhiệt độ
của vật không tăng nữa mà nhiệt lượng được
truyền đó có tác dụng phá vỡ mạng tinh thể
của vật rắn, làm cho vật rắn bắt đầu chuyển sang thể lỏng.
Nhiệt nóng chảy của một chất là nhiệt lượng cần cung cấp cho một đơn vị
khối lượng chất ấy nóng chảy hoàn toàn ở nhiệt độ nóng chảy. Đơn vị: J/kg.
2. Xác định nhiệt nóng chảy của nước đá
Để xác định nhiệt nóng chảy của nước đá, ta lấy một khối nước đá có khối
lượng
1
m
, có nhiệt độ
0
1
0
T C
=
cho vào khối nước lã có khối lượng
2
m
, nhiệt độ
là

4,186 / .
C kJ kg K
=

λ
: Nhiệt nóng chảy của nước đá
*
C
: Nhiệt dung riêng của nhiệt lượng kế và que khuấy
Với nhiệt lượng kế của phòng thí nghiệm, ta có thể coi nhiệt lượng kế và
que khuấy là tương đương với 20g nước ở nhiệt độ của nước ban đầu. Khi đó:
( ) ( )
2
2 1
1
*
m m
C T T C T T
m
λ
+
= − + −
(2)
với
* 20
m g
=

Nếu trong trường hợp không tính đến sự đóng
góp của nhiệt lượng kế và que khuấy thì phương

- Chú ý khối lượng lớn nhất mà cân có thể cân được.
- Không được để rây nước vào cân.
- Khi tắt cân, nhấn vào nút ON/OFF cho đến khi xuất hiện chữ OFF.
3. Xác định nhiệt nóng chảy của nước đá
- Cân nhiệt lượng kế (không có nắp).Ghi giá trị khối lượng m của nhiệt
lượng kế. Phép đo lặp lại 3 lần.
Hình 13. Thiết bị xác định
nhiệt nóng chảy
Nhiệt lượng kế
Bình nhiệt
lượng kế
Que khu
ấy

Đá
16

- Đổ khoảng 150 – 200 ml nước vào bình nhiệt lượng kế (1/2 bình). Cân
khối lượng
2
m m
+
. Lặp lại 3 lần.
- Đậy nắp nhiệt lượng kế lại, cắm nhiệt kế vào. Dùng que khuấy để khuấy
đều trong khoảng 2 đến 3 phút. Ghi lại nhiệt độ ban đầu của nước:
2
T
. Lặp lại 3
lần, mỗi lần cách nhau 30s.
- Mở nắp nhiệt lượng kế, cho khoảng 50g đá ở nhiệt độ T vào.

+

2
m

1 2
m m m
+ +

1
m

Lần 1
Lần 2
Lần 3
TB
Sai số
- Xác định nhiệt độ:
Lần TN
1
T

2
T

T
1
2
3


vuông góc với dây dẫn. Từ thông
sinh ra do sự biến thiên của H
t
làm xuất hiện trong dây dẫn dòng điện cảm ứng i
’
có
tác dụng chống lại sự biến thiên của từ trường
H
t
. Mặt khác H
t
từ hóa dây theo phương
ngang làm xuất hiện độ từ thẩm theo phương
ngang
µ
t
. Khi ta đưa từ trường ngoài H
ext
một
chiều song song với trục của dây dẫn thì từ
trường này sẽ làm thay đổi quá trình từ hoá
theo phương ngang

i=I
o
e
i
ω
t


đổi theo tần số. Nhưng đối với các vật liệu từ mềm có độ từ thẩm rất lớn (
µ
∼ 10
4
)
,
độ từ thẩm thay đổi mạnh theo từ trường và tần số, kéo theo sự thay đổi mạnh tổng
trở Z khi từ trường và tần số thay đổi.
b) Ảnh hưởng của độ dày thấm sâu bề mặt lên hiệu ứng tổng trở khổng lồ
Mặt khác hiệu ứng GMI còn liên hệ đến hiệu ứng bề mặt (đại lượng đặc
trưng cho hiệu ứng bề mặt là độ thấm sâu -
δ
). Ở tần số cao, độ thấm sâu
δ
nhỏ,
dòng điện chỉ phân bố trên một lớp rất mỏng ở bề mặt dây dẫn có nghĩa là dòng
điện bị cản trở mạnh (tổng trở lớn) và ngược lại.
III. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động cảm biến đo dòng GMI
Cảm biến đo dòng GMI
gồm hai phần: cảm biến GMI
được chế tạo từ vật liệu vô
định hình nền Co và xuyến hở
với mục đích tập trung từ
trường tại khe, cảm biến được
ghép vào khe này.
Nguyên lý hoạt động
của cảm biến đo dòng GMI là
khi cho dòng điện chạy qua
xuyến sẽ sinh ra từ trường
chạy trong xuyến và được tập


Hình 16 Sơ đồ thiết bị nguội nhanh đơn trục
Hình 16 mô tả sơ đồ thiết bị công nghệ nguội nhanh: Kim loại được nung
chảy trong nồi nung bằng dòng điện cảm ứng cao tần, sau đó áp suất khí Ar sẽ đẩy
kim loại nóng chảy qua vòi phun (gắn liền với nồi nung) lên một môi trường làm
lạnh. Môi trường làm lạnh thường là một hoặc hai trống đồng làm bằng đồng đỏ
quay nhanh. Khi tia kim loại lỏng ra khỏi vòi phun, gặp bề mặt trống đồng, bị dàn
mỏng, mất nhiệt nhanh chóng, đông cứng tức thời (trong thời gian 1/1000 giây) và
văng ra dưới dạng băng mỏng (25-30µm) liên tục. Vì quá trình đông cứng xảy ra
trước quá trình kết tinh nên các băng mỏng đó chính là các băng hợp kim vô định
hình.
V. Ứng dụng của vật liệu có hiệu ứng GMI
Kể từ khi được phát hiện các vật liệu có hiệu ứng GMI được quan tâm

nghiên cứu và đưa vào ứng dụng trong khoa học kỹ thuật cũng như trong đời 20

sống. Và đã đạt được một số thành tựu quan trọng như: trong kỹ thuật điều kiển ô
tô trong việc dò tìm khuyết tật.
Mặt khác vật liệu có hiệu ứng GMI có độ nhạy cao còn được sử dụng trong
chế tạo cảm biến đo từ trường, cảm biến nhạy từ trường.


1. Tài liệu, giáo trình chính
[1]. Nguyễn Tú Anh, Vũ Như Ngọc, Vũ Ngọc Hồng, Nguyễn Thế Khôi, Nguyễn
Trọng Hải, Lê Hương Quỳnh, Thực hành Vật lý đại cương, NXB Giáo dục, 2000.
[2]. Nguyễn Hoàng Nghị, Phí Hoà Bình, Nguyễn Văn Dũng, Nguyễn Hữu Hoàng,
Nguyễn Thị Hồng Tâm, “Cảm biến đo dòng bằng hiệu ứng GMI”, Báo cáo hội
nghị vật lý toàn quốc lần thứ VI, Hà Nội 23-25.11.2005.
[3].
Nguyễn Duy Thắng, Thực hành Vật lý đại cương, NXB Giáo dục, 2000.
2. Sách tham khảo
[4]. Lương Duyên Bình, Vật lý đại cương (tập 1, 2, 3), NXB Giáo Dục, 2004.
[5]. Lê Thị Thanh Bình, Nguyễn Ngọc Long, Thực hành Vật lý đại cương (Tập 1,
2, 3), NXB Đại học Quốc Gia, 2000.
[6]. N.H. Nghi, N.M. Hong, T.Q.Vinh, N.V.Dung, P. M. Hong, (2003) Physica B B
327 253-256.