SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HƯNG YÊN
TRƯỜNG THPT DƯƠNG QUẢNG HÀM
---------

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

XỬ LÝ SỐ LIỆU TRONG THỰC HÀNH VẬT LÝ VÀ
PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN THỰC NGHIỆM LUYỆN THI
TRUNG HỌC PHỔ THÔNG QUỐC GIA

Lĩnh vực : Chuyên môn Vật lý - 04
Người thực hiện : NGUYỄN HUY HOÀNG
Chức vụ : Giáo viên môn Vật lý
Đơn vị: Trường THPT Dương Quảng Hàm

Năm học : 2015 – 2016
BẢN CAM KẾT


I. TÁC GIẢ
Họ và tên: NGUYỄN HUY HOÀNG
Ngày sinh: 25 – 03 - 1981
Giáo viên môn Vật Lý
Đơn vị công tác: Trường THPT Dương Quảng Hàm

II. TÊN SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
Đề tài “ xử lý số liệu trong thực hành vật lý và phương pháp giải bài toán
thực nghiệm luyện thi THPT QG”

III. NỘI DUNG CAM KẾT
Tôi xin cam kết sáng kiến kinh nghiệm này là của bản thân tôi viết,

Đơn vị công tác :

Trường THPT Dương Quảng Hàm

Chức vụ :

Giáo viên Tổ Lý – Hoá

Trình độ chuyên môn : Đại học Sư phạm
Bộ môn giang dạy :

Vật lý

PHẦN MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài:
Vật lí là một khoa học thực nghiệm, học vật lí trong trường phổ
thông là học tập gắn liền với thực tiễn thông qua các sự vật, hiện tượng vật lí
trong thế giới tự nhiên để giúp HS hiểu biết các quy luật của nó và cùng
chung sống với thực tiễn đời sống xã hội.
Thí nghiệm thực hành (gọi tắt là thí nghiệm) Vật lí trong trường
Trung học phổ thông (THPT) là một trong những mục đích quan trọng giúp
học sinh (HS) hình thành nên những nét nhân cách con người thông qua
những kĩ năng khoa học và các thao tác tư duy logic vật lí, đồng thời qua đó
giúp HS hiểu sâu sắc hơn các khái niệm, hiện tượng vật lí, giải thích được
các hiện tượng vật lí đơn giản đang xảy ra trong thế giới tự nhiên và xung
quang chúng ta.
Thí nghiệm Vật lí trong trường THPT giúp HS củng cố và khắc sâu
những kiến thức, kĩ năng thu được từ thực tiễn và các bài giảng lí thuyết, gắn
lí thuyết với thực hành, học đi đôi với hành, giúp HS tin tưởng vào các chân
lí khoa học.

tốt nhất cho kỳ thi THPT QG sắp tới.
3. Mục đích nghiên cứu:
- Về lý thuyết: Nêu rõ ý nghĩa, vai trò của thí nghiệm thực hành, cơ
sở vật lý để đo các đại lượng vật lý. Đưa ra các cơ sở toán học để xử lý kết
quả đo các đại lượng vật lý,tính sai số của các phép đo và cách ghi kết quả
đo.
- Về thực nghiệm: Đo đặc, sử lý số liệu trong một số bài thực hành
trong chương trình vật lý THPT. Vận dụng kiến thức được trang bị giải một
số bài toán trong các kỳ thi THPT QG.
4. Phương pháp nghiên cứu:
- Tìm hiểu, phân tích, tổng hợp các tài liệu về thực hành thí nghiệm


cho sinh viên các trường đại học sư phạm, các trường kỹ thuật, tài liệu
hướng dẫn giáo viên giảng dạy các bài thực hành trong chương trình vật lý
THPT.
- Nghiên cứu các câu hỏi về thực hành, vận dụng thực tiễn trong các
đề đề thi tốt nghiệp THPT, thi đại học của Bộ Giáo dục và Đào tạo.
- Tổng hợp kinh nghiệm giảng dạy, kinh nghiệm ôn thi đại học - cao
đẳng của bản thân trong các năm học.
- Từ học hỏi kinh nghiệm của các đồng nghiệp trong các đợt tập
huấn, hội thảo sinh hoạt tổ nhóm chuyên môn.
- Tổng hợp kết quả bài thi đại học các năm môn Vật lí các lớp của học
sinh lớp 12 trường THPT Dương Quảng Hàm.
5. Đối tượng và thời gian nghiên cứu:
- Đề tài được áp dụng với học sinh khối 12 Trường THPT Dương
Quảng Hàm
- Thực hiện đề tài từ năm học 2015 – 2016



người ta phải tiến hành các thí nghiệm thực sự với nó. Cuối cùng, nhờ những


kết quả của các thí nghiệm được tiến hành trên vật gốc tạo cơ sở để đối
chiếu với kết quả thu được từ mô hình, qua đó để có thể kiểm tra tính đúng
đắn của mô hình được xây dựng và chỉ ra giới hạn áp dụng của nó.
2. TÍNH SAI SỐ VÀ XỬ LÍ SỐ LIỆU:
2.1. Định nghĩa phép đo một đại lượng vật lý:
a. Phép đo trực tiếp: Đo một đại lượng vật lí có nghĩa là so sánh nó
với một đại lượng cùng loại mà ta chọn làm đơn vị.
Ví dụ : Dùng thước đo chiều dài, dùng đồng hồ đo thời gian, dùng cân
đo khối lượng, .....
b. Phép đo gián tiếp: Trường hợp giá trị của đại lượng cần đo được
tính từ giá trị của các phép đo trực tiếp khác thông qua biểu thức toán học,
thì phép đo đó là phép đo gián tiếp.
Ví dụ : Đo tốc độ trung bình, đo bước sóng của ánh sáng đơn sắc,...
2.2. Sai số của phép đo:
Khi đo một đại lượng vật lí, dù đo trực tiếp hay gián tiếp, bao giờ ta
cũng mắc phải sai số. Người ta chia thành hai loại sai số như sau:
a. Sai số hệ thống:
Sai số hệ thống xuất hiện do sai sót của dụng cụ đo hoặc do phương
pháp lí thuyết chưa hoàn chỉnh, chưa tính đến các yếu tố ảnh hưởng đến kết
quả đo. Sai số hệ thống thường làm cho kết quả đo lệch về một phía so với
giá trị thực của đại lượng cần đo. Sai số hệ thống có thể loại trừ được bằng
cách kiểm tra, điều chỉnh lại các dụng cụ đo, hoàn chỉnh phương pháp lí
thuyết đo, hoặc đưa vào các số hiệu chỉnh.
b. Sai số ngẫu nhiên:
Sai số ngẫu nhiên sinh ra do nhiều nguyên nhân, ví dụ do hạn chế của
giác quan người làm thí nghiệm, do sự thay đổi ngẫu nhiên không lường
trước được của các yếu tố gây ảnh hưởng đến kết quả đo. Sai số ngẫu nhiên

xác định theo cấp chính xác của dụng cụ.
Ví dụ: Vôn kế có cấp chính xác là 2. Nếu dùng thang đo 200V để đo hiệu
điện thế thì sai số mắc phải là .
Nếu kim chỉ thị vị trí 150 V thì kết quả đo sẽ là:
● Khi đo các đại lượng điện bằng các đồng hồ đo hiện số, cần phải lựa
chọn thang đo thích hợp.
- Nếu các con số hiển thị trên mặt đồng hồ là ổn định (con số cuối cùng bên
phải không bị thay đổi) thì sai số của phép đo có thể lấy giá trị bằng tích của
cấp chính xác và con số hiển thị.
Ví dụ: đồng hồ hiện số có ghi cấp sai số 1.0% rdg (kí hiệu quốc tế cho dụng
cụ đo hiện số), giá trị điện áp hiển thị trên mặt đồng hồ là: U = 218 V
thì có thể lấy sai số dụng cụ là:


V
Làm tròn số ta có V
• Nếu các con số cuối cùng không hiển thị ổn định (nhảy số), thì sai số
của phép đo phải kể thêm sai số ngẫu nhiên trong khi đo.
Ví dụ: khi đọc giá trị hiển thị của điện áp bằng đồng hồ nêu trên, con số
cuối cùng không ổn định (nhảy số): 215 V, 216 V, 217 V, 218 V, 219 V (số
hàng đơn vị không ổn định). Trong trường hợp này lấy giá trị trung bình U =
217 V. Sai số phép đo cần phải kể thêm sai số ngẫu nhiên trong quá trình đo
V. Do vậy:
V
Chú ý:
• Nhiều loại đồng hồ hiện số có độ chính các cao, do đó sai số phép đo
chỉ cần chú ý tới thành phần sai số ngẫu nhiên.
• Trường hợp tổng quát, sai số của phép đo gồm hai thành phần: sai số
ngẫu nhiên với cách tính như trên và sai số hệ thống (do dụng cụ đo)
* Sai số tuyệt đối của phép đo :


Sai số được tính bằng phương pháp vi phân theo một trong hai cách
sau:
Cách 1
Cách này sử dụng thuận tiện khi hàm là một tổng hay một hiệu
(không thể lấy logarit dễ dàng). Cách này gồm các bước sau:
a. Tính vi phân toàn phần của hàm, sau đó gộp các số hạng có chứa vi phân
của cùng một biến số.
b. Lấy giá trị tuyệt đối của các biểu thức đứng trước dấu vi phân d và thay
dấu vi phân d bằng dấu . Ta thu được .
c. Tính sai số tỉ đối (nếu cần).
Ví dụ: Một vật ném xiên góc có độ cao
Trong đó:

Ta có:


= ...
=
Sử dụng quy ước viết kết quả ở IV ta có:
Cách 2
Sử dụng thuận tiện khi hàm là dạng tích, thương, lũy thừa.... Cách
này cho phép tính sai số tỉ đối, gồm các bước:
a. Lấy logarit cơ số e của hàm
b. Tính vi phân toàn phần hàm ln = ln , sau đó gộp các số hạng có chưa vi
phân của cùng một biến số.
c. Lấy giá trị tuyệt đối của biểu thức đứng trước dấu vi phân d và chuyển
dấu d thành ta có =
d. Tính = .
Ví dụ: Gia tốc trọng trường được xác định bằng biểu thức: g =

- Nếu chữ số ở hàng bỏ đi có giá trị thì chữ số bên trái nó vẫn giữ nguyên.
Ví dụ:
- Nếu chữ số ở hàng bỏ đi có giá trị 5 thì chữ số bên trái nó tăng thêm một
đơn vị
Ví dụ:
c) Cách viết kết quả
- Sai số tuyệt đối ∆A và sai số trung bình đều được làm tròn theo quy tắc
trên
- Khi viết kết quả, giá trị trung bình được làm tròn đến chữ số cùng hàng
với chữ số có nghĩa của sai số tuyệt đối.
Ví dụ:
Không thể viết
mà phải viết
hoặc là ta tính
Ta có thể viết

. Nếu sai số lấy đến 1 chữ số có nghĩa thì

Chú ý rằng khi viết kết quả cuối cùng, sai số toàn phần sẽ bằng tổng sai số
ngẫu nhiên và sai số hệ thống:
Ví dụ: Khi dùng thước kẹp để đo đường kính một sợi dây nhỏ, giả sử ta
đo 5 lần, sai số ngẫu nhiên tính được là . Thước kẹp có độ chính xác thì sai
số toàn phần sẽ là .


Nếu sai số ngẫu nhiên nhỏ hơn sai số hệ thống thì ta bỏ qua sai số ngẫu
nhiên đó (vì không thể đo được kết quả chính xác hơn cả cấp chính xác của
dụng cụ đo). Trong trường hợp phép đo chỉ thực hiện một lần thì sai số toàn
phần được lấy chính là sai số hệ thống (do dụng cụ đo).
2.6. Xử lí số liệu và biểu diễn kết quả bằng đồ thị

định các hệ số a, b, …n. Các hệ số này sẽ được tính khi làm khớp các
phương trình này với đường cong thực nghiệm
Các phương trình này có thể chuyển thành phương trình đường thẳng
bằng cách đổi biến thích hợp (tuyến tính hóa)
3. CÁC BÀI THỰC HÀNH TRONG CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÝ 12BAN CƠ BẢN:
1. Thực hành : Khảo sát thực nghiệm các định luật dao động của con
lắc đơn.
2. Thực hành : Đo vận tốc sóng dừng ngang trên đàn hồi.
3. Thực hành : Khảo sát đoạn mạch điện xoay chiều có R, L, C mắc
nối tiếp.
4. Thực hành : Đo bước sóng ánh sáng bằng phương pháp giao thoa.
Trong khuôn khổ của đề tài tôi xin trình bày về hai thí nghiệm thực hành có
kinh nghiệm dạy nhiều lần trong chương trình vật lý THPT.
II. THỰC NGHIỆM.
Bài thực hành
XÁC ĐỊNH CHU KÌ DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC ĐƠN
VÀ ĐO GIA TỐC TRỌNG TRƯỜNG
I. Mục đích
- Khảo sát ảnh hưởng độ dài của dây treo đối với chu kì dao động của con
lắc đơn.
- Xác định gia tốc trọng trường g tại nơi làm thí nghiệm bằng con lắc
II. Lí thuyết
- Con lắc đơn gồm một vật nặng có kích thước nhỏ, khối lượng m,
được treo ở đầu một sợi dây mềm không dãn có độ dài l và có khối lượng
không đáng kể.
- Với các dao động nhỏ thì con lắc đơn dao động với chu kỳ :


- Trong bài thực hành này ta xác định gia tốc trọng trường g bằng con
lắc đơn theo công thức

•

Đồng hồ đo thời gian hiện số, có hai thang đo 9,999 s và 99,99 s.

•

Thanh ke

2. Lắp đặt thí nghiệm khảo sát sự phụ thuộc của chu kỳ dao động nhỏ
vào chiều dài của con lắc đơn.
Sơ đồ thí nghiệm được trình bày trên hình 1.1
IV. Tiến hành thí nghiệm
* Nối cổng quang điện với cổng A của đồng hồ đếm thời gian hiện số,
sử dụng thang đo ở vị trí 9,999 s. Cắm phích lấy điện của đồng hồ đo thời gian
vào nguồn điện 220V – 50 Hz, bật công-tắc K trên mặt đồng hồ để các chữ số
hiển thị trên cửa sổ Thời gian.
* Sử dụng một viên bi (6) có khối lượng m = 50 g vào đầu dưới của
sợi dây (5). Vặn các vít của đế ba chân, điều chỉnh cho giá đỡ cân bằng
thẳng đứng. Đặt thanh ke (9) áp sát cạnh của giá đỡ tại vị trí (thấp hơn đáy
viên bi) ứng với độ dài L trên thước (3). Quay ròng rọc để thả dần sợi dây
cho tới khi đáy của viên bi vừa tiếp xúc với cạnh ngang của thanh ke. Gọi r
là bán kính viên bi, độ dài l của con lắc đơn là
l=L-r
Dưới đay là bảng kết quả thực hành của một học sinh lớp 12 A8 –


trường THPT Dương Quảng Hàm năm học 2015 – 2016:
* Lần 1 cho con lắc dao động nhỏ với chiều dài l1 = 30 cm.
Sau vài dao động, bấm nút RESET trên mặt đồng hồ đo thời gian hiện
số để xác định chu kỳ dao động nhỏ của con lắc đơn. Ghi 5 giá trị đo được

Chiều dài của con lắc l = 50 cm
Khối lượng của quả nặng m = 50 g


T1
1,416

T2
1,416

T3
1,414

T4
1,418

T5
1,416

Trung bình

Bài thực hành
XÁC ĐỊNH BƯỚC SÓNG ÁNH SÁNG
I. Mục đích
- Quan sát hiện tượng giao thoa của ánh sáng trắng qua khe Y-âng. Hiểu
được hai phương án xác định bước sóng ánh sáng
- Xác định bước sóng của ánh sáng đơn sắc dựa vào hiện tượng giao thoa
của ánh sáng đơn sắc qua khe Y-âng
- Rèn luyện kỹ năng lựa chọn và sử dụng các dụng cụ thí nghiệm để tạo ra
hệ vân giao thoa

1) Phương án 1: dùng đèn laze bán dẫn
Tìm hiểu kĩ cấu tạo của hệ đồng trục này.
a. Bước 1. Cố định đèn laze và tấm chứa khe Y-âng lên giá đỡ
- Nối đèn vào nguồn điện xoay chiều 220V và điều chỉnh tấm chứa khe Yâng sao cho chùm tia laze phát ra từ đèn chiếu đều vào khe Y-âng kép.
- Đặt màn hứng vân song song và cách tấm chứa khe Y-âng kép khoảng 1m
để làm xuất hiện trên màn hệ vân giao thoa rõ nét.
- Dùng thước đo khoảng cách D1 từ khe Y-âng tới màn và khoảng cách l1
giữa 6 vân sáng hoặc 6 vân tối liên tiếp. Điền các giá trị D 1, l1 vào bảng số
liệu 1.
Tính, ghi vào bảng số liệu khoảng vân và bước sóng ánh sáng laze theo
công thức
b. Bước 2. Lặp lại bước thí nghiệm trên ứng với hai giá trị D lớn hơn D 1
bằng cách dịch chuyển màn hứng vân giao thoa
- Tính , ghi các kết quả thu được vào bảng số liệu 1
Bảng 1: Xác định bước sóng ánh sáng laze


Lần thí
nghiệm

D (mm)

l (mm)

1
2
3
Tính dùng các công thức:
; , trong đó chỉ số k biểu diễn lần đo thứ k, N là số lần đo (lấy N = 3)
- Đưa ra nhận xét

- Đặt kính lọc sắc màu đỏ vào khe L và bật công tắc đèn pin
- Đặt mắt nhìn hệ vân giao thoa qua kính lúp (5) và xoay nhẹ ống quan sát
L2 sao cho các vạch chia trên thước ở màn (4) song song với các vân giao
thoa.
- Dịch chuyển ống L2 ( kéo ra hoặc đẩy vào ) tới khi điểm giữa của tất cả
các vân sáng hoặc tất cả các vân tối trùng với các vạch chia trên thước. Khi
đó khoảng vân i = 0,1mm
- Dùng thước đo khoảng cách D 1 = KM từ khe Y-âng tới màn và ghi vào
bảng số liệu 2
- Xê dịch ống quan sát L2 hai lần để tìm vị trí của màn mà ta cho rằng các
vạch chia trên thước ở màn trùng với điểm giữa của các vân sáng hoặc các
vân tối. Dùng thước đo D2, D3 tương ứng và ghi vào bảng số liệu 2.
Bước 2. Xác định bước sóng của ánh sáng xanh.
- Lặp lại các bước thí nghiệm trên với kính lọc sắc màu xanh
- Các số liệu thí nghiệm xác định bước sóng của ánh sáng đỏ và bước sóng
của ánh sáng xanh đều đưa vào bảng số liệu 2
Lấy a = 0,250mm 0,005mm; i = 0,100mm 0,005mm
Bảng 2: Số liệu thí nghiệm dùng kính giao thoa là một hệ đồng trục
Lần thí
nghiệm
Ứng
với
kính

D1

D2

D3


- Mô tả sự thay đổi của hệ vân sau khi thay đổi D
V. Các vấn đề cần chú ý
1. Chú ý dùng đèn laze bán dẫn
- Không được nhìn trực tiếp vào đèn laze vì dễ hỏng mắt
- Hệ vân giao thoa được quan sát trực tiếp trên màn hình mà không cần phải
quan sát qua thị kính.
2. Chú ý dùng kính giao thoa là một hệ đồng trục, nguồn ánh sáng trắng:
(Đối với phần đọc thêm thuộc phương án 2)
Đèn và ống L1 được gắn khít đồng trục trong ống định hướng L 3 sao cho
dây tóc bóng đèn nằm song song với các khe. Ở thành ống L 3 có khe L nằm
trước đĩa tròn (2) để lắp kính lọc sắc và có vạch đánh dấu vị trí K của hai
khe S1, S2. Ống quan sát L2 lồng khít trong ống định hướng L 3 và có thể dịch
chuyển được dọc theo ống L3 để thay đổi khoảng cách từ hai khe (3) tới màn
(4). Để đảm bảo sự đồng trục trong quá trình làm thí nghiệm, ống định
hướng L3 cần được giữ cố định, điều chỉnh ống L 2 sao cho các vạch chia của
thước trên màn (4) có phương thẳng đứng (mặt phẳng của màn (4) song song
với mặt phẳng của hai khe S1, S2).
- Sai số của kết quả thí nghiệm phụ thuộc rất nhiều vào kĩ năng thí nghiệm,
vào thị lực khi quan sát vân giao thoa. Hãy điều chỉnh sao cho hệ vân to và


rõ tới khi điểm giữa của tất cả các vân sáng hoặc tất cả các vân tối trùng với
các vạch chia trên thước. Khi đó khoảng vân i = 0,1mm thì hãy đo khoảng
cách D
IV. HỆ THỐNG BÀI TẬP SỬ LÝ SỐ LIỆU THỰC HÀNH VÀ
PHƯƠNG PHÁP GIẢI.
Bài toán 1 : XÁC ĐỊNH GIÁ TRỊ CỦA ĐẠI LƯỢNG VẬT LÝ SỬ
DỤNG PHÉP ĐO TRỰC TIẾP.
Bài 1 : Đo chiều dài của con lắc đơn bằng thước thẳng:
Đề bài: Dùng thước thẳng có giới hạn đo 60 cm, độ chia nhỏ nhất 1


0,01 mm để đo 4 lần đường kính D của một ống trụ kim loại, ta được giá trị
ghi trong bảng đo dưới đây:
Lần đo

D (mm)

1
2
3
4
Trung bình

8,76
8,74
8,75
8,77

∆Di
( mm)

Hãy viết kết quả của phép đo trên.
Lời giải:
* Giá trị trung bình của đường kính viên bi là:
=
* Sai số tuyệt đối trung bình tính được là
=
* Sai số dụng cụ bằng 1 độ chia nhỏ nhất : ΔD’ = 0,01 (mm)

* Sai số của phép đo :

Lần đo
Chu kỳ ( s)

1
1,435

2
1,428

Hãy viết kết quả của phép đo trên.

3
1,427

4
1,421

5
1,412


Lời giải:
* Giá trị trung bình của chu kỳ trong 5 lần đo

* Sai số tuyệt đối trong mỗi lần đo:

0,013 (s)
* Sai số tuyệt đối trung bình của n lần được coi là sai số ngẫu nhiên:

* Ở thang đo 9,999, sai số dụng cụ: ΔT’ = 0,001 (s)

định các đại lượng nhờ phép đo gián tiếp. Vậy ta cần xử lý số liệu của phép
đo như thế nào ? Dưới đây là cách giải quyết vấn đề đó.
Bài toán 2 : XÁC ĐỊNH GIÁ TRỊ CỦA ĐẠI LƯỢNG VẬT LÝ SỬ
DỤNG PHÉP ĐO GIÁN TIẾP.
Bài 1 : Xác định gia tốc rơi tự do qua khảo sát dao động nhỏ của con lắc
đơn:
Đề bài : Trong bài toán thực hành của chương trình vât lý 12 , bằng
cách sử dụng con lắc đơn để đo gia tốc rơi tự do là ( ∆g là sai số tuyệt đối
trong phép đo ) . Bằng cách đo trực tiếp thì xác định được chu kỳ và chiều
dài của con lắc đơn là T = 1,7951 ± 0,0001 (s) ; l = 0,8 ± 0,0002 ( m) . Gia
tốc rơi tự do có giá trị là :
A. 9,801
± 0,0035 (m/s2)
2
(m/s )
B. 9,801 ± 0,0003 (m/s2)
Lời giải :
* Biểu thức liên hệ :
Chu kỳ của con lắc đơn là :
* Giá trị trung bình :
* Xác định sai số:

C. 9,801 ± 0,0023
D. 9,801 ± 0,0004 (m/s2)