TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT
F 7 G
GIÁO TRÌNH
THỰC TẬP VẬT LÝ ĐẠI
CƯƠNG A1 TRẦN KIM CƯƠNG
2005
Thực tập vật lý đại cương A 1
-
1 -
MỤC LỤC
MỤC LỤC 1 -
BÀI MỞ ĐẦU 3 -
I/ MỤC ĐÍCH ,YÊU CẦU VÀ Ý NGHĨA CỦA THỰC HÀNH VẬT
LÝ.
3 -
II/ LÝ THUYẾT VỀ SAI SỐ. 3 -
III. DỤNG CỤ: 28 -
IV. THỰC HÀNH: 30 -
Trần Kim Cương Khoa Vật lý
Thực tập vật lý đại cương A 1
-
2 -
BÀI 5. ĐO NHIỆT HÓA HƠI CỦA NƯỚC 33 -
I. LÝ THUYẾT: 33 -
II. DỤNG CỤ: 34 -
III. THỰC HÀNH: 34 -
BÀI 6. XÁC ĐỊNH ĐIỆN TRỞ BẰNG CẦU UYSTON 37 -
I/ LÝ THUYẾT 37 -
II/ THỰC HÀNH : 38 -
BÀI 7. ĐỊNH LUẬT OHM CHO MẠCH XOAY CHIỀU - 41 -
I/ LÝ THUYẾT 41 -
II/ THỰC HÀNH : 44 -
BÀI 8. XÁC ĐỊNH HỆ SỐ ĐÀN HỒI CỦA LÒ XO 46 -
I/ LÝ THUYẾT 46 -
II/ THỰC HÀNH - 48 -
BÀI 9. SÓNG DỪNG 50 -
I/ LÝ THUYẾT 50 -
II/ THỰC HÀNH - 52 -
Bài 10. ĐƯỜNG KẾ 54 -
I/ LÝ THUYẾT 55 -
II/ THỰC HÀNH - 56 -
Bài 11. KHẢO SÁT CÁC HIỆN TƯNG GIAO THOA 59 -
I. LÝ THUYẾT: 59 -
III. DỤNG CỤ: 65 -
II.THỰC HÀNH: 67 -
Bài 12. QUANG HÌNH HỌC 72 -
-Làm quen và sử dụng một số dụng cụ máy móc thông thường
tương đối đơn giản, song có vai trò quan trọng và là cơ sở để sau này
tiếp xúc với các máy móc , dụng cụ phức tạp hơn trong nghiên cứu khoa
học.
Biết phương pháp nghiên cứu và làm công tác thực nghiệm ( trình
bày kết quả nghiên cứu , xử lý số liệu , phân tích kết quả thực nghiệm
v.v …) .
Rèn luyện tác phong và những đức tính cần thiết của người làm
công tác thực nghiệm khoa học : nghiêm túc , thận trọng , tỉ mỉ , kiên trì
, khách quan và trung thực.
II/ LÝ THUYẾT VỀ SAI SỐ.
Mỗi đại lượng Vật lý đều có một số các đơn vò đo. Phép đo các đại
lượng gồm hai loại : trực tiếp và gián tiếp . Đại lượng đo trực tiếp là ta
có thể đo đạc , đọc trực tiếp qua dụng cụ, máy móc đo ( như chiều dài ,
thời gian nhiệt độ v.v … ) . Các đại lượng đo gián tiếp được tính thông
qua các đại lượng đo trực tiếp ( ví dụ : vận tốc được xác đònh bằng tỉ số
quãng đường và thời gian đo được ). Khi đo các đại lượng Vật lý phải
Trần Kim Cương Khoa Vật lý
Thực tập vật lý đại cương A 1
-
4 -
thông qua máy móc, dụng cụ và con người , nên kết quả đo được có độ
chính xác phụ thuộc vào phương tiện và con người thực nghiệm. Nói
khác là kết quả đo được có một độ lệch nào đó so với giá trò thực của nó
gọi là sai số. Sai số gồm hai loại sai số ngẫu nhiên và sai số hệ thống.
Sai số hệ thống là sai số của các kết quả đo diễn biến theo một chiều
hướng xác đònh ( ví dụ : dùng quả cân có sai số 1 gam để cân một vật
nào đó thì kết quả bao giờ cũng sai lệch ( lớn hơn hoặc nhỏ hơn) 1
Trần Kim Cương Khoa Vật lý
Thực tập vật lý đại cương A 1
-
5 -
đổi các đại lượng đo và các điều kiện đo ( ví dụ : có thể đo trên nhiều
vật khác nhau cùng làm bằng một chất để xác đònh khối lượng riêng).
2/ Sai số ngẫu nhiên.
Loại sai số này tuân theo qui luật thống kê đối với các hiện tượng
tự nhiên. Theo lý thuyết xác suất thì các kết quả đo sẽ thăng giáng
xung quanh giá trò thực, và càng gần giá trò thực xác suất càng cao. Sai
số này có thể giảm thiểu được bằng cách đo đại lượng nhiều lần trong
những điều kiện khác nhau, sau đó lấy trung bình các kết quả đo.
3/ Sai số tuyệt đối và sai số tương đối.
Sai số tuyệt đối và sai số tương đối cùng quyết đònh độ chính xác
của phép đo . Kí hiệu sai số tuyệt đối là ∆x, sai số ngẫu nhiên là ∆x
n
,
sai số hệ thống là ∆x
k
thì :
∆x = ∆x
n
+ ∆x
k
-
6 -
Đònh lý 2 :
Sai số tương đối của một tích hay một thương bằng tổng các sai số
tương đối của từng thừa số .
Nếu : x = a.b hoặc x = a/b
Trong đó :
aaa ∆±=
,
bbb ∆±=Thì :
ba
b
b
a
a
x
x
x ∂+∂=
∆
+
∆
=
∆
=∂
Hệ quả :
=∆
=
n
j
j
j
x
x
f
y
1
2Trong nhiều trường hợp , khi không cần độ chính xac cao , người
ta lấy giới hạn trên (cực đại ) của sai số để tính tóan theo công thức đơn
giản hơn :
()
∑
=
∆
∂
∂
=∆
n
j
j
j
x
7.65m . Kết quả được viết dưới dạng :
(
)
aaa
∆
±
=
(đơn vò )
hay :
(
)
%)( aaa
∂
±
=
vòđơnNhư ví dụ trên , ta viết :
a = (7,65
± 0,15)m
hay a = 7,65 m
± 2 %
Chú ý :
* Vì sai số được làm tròn đến một chữ số có nghóa , nên nếu
trong biểu thức tính sai số có số hạng nhỏ hơn 1/10 số hạng khác thì có
thể bỏ qua .
Ví dụ :
∆a = ∆b + ∆c + ∆d
Thực tập vật lý đại cương A 1
-
8 -
suy được một giá trò nào đó không thu được trực tiếp bằng thực nghiệm
.
Thông thường dùng trục hoành biểu diễn đại lượng biến đổi độc
lập , trục tung biểu diễn đại lượng phụ thuộc .
Chọn tỉ lệ xích sao cho đồ thò chiếm toàn bộ khổ giấy (giấy kẻ ô
vuông , kẻ ly hay logarit) .
Biểu diễn cả giá trò đo lẫn giá trò sai số trên đồ thò . Như vậy ứng
với mỗi điểm của đồ thò Vật lý thực nghiệm sẽ là một ô chữ nhật . Ví dụ
biểu hàm y = f(x) thì ứng với mỗi giá trò
xxx
ii
∆
±
=
ta thu được một giá
trò tương ứng
yyyi
i
∆±=
và các cạnh của ô chữ nhật là 2∆x
i
và 2∆y
i
chính là ô sai số .
Đồ thò phải đi qua tất cả các ô sai số (có thể không đi qua tâm của
ô ) sao cho các ô phân bố tương đối đồng đều về hai phía đồ thò . Nếu
i x
x
1
x
2
x
3
x
4
x
5
H.1 Đồ thò thực nghiệm y = f(x) .
Trần Kim Cương Khoa Vật lý
Thực tập vật lý đại cương A 1
-
9 -
III/ TRÌNH TỰ LÀM MỘT BÀI THÍ NGHIỆM.
a/ Chuẩn bò :
Phải đọc kỹ bài thí nghiệm ở nhà trước khi làm thí nghiệm. Nắm
vững nội dung , mục đích và yêu cầu của bài thí nghiệm . Phải có vở
chuẩn bò ghi các bước cần thí nghiêïm, có kẻ sẵn bảng biểu để điền số
liệu.
b/ Thí nghiệm :
Trước khi thí nghiệm phải tìm hiểu dụng cụ thí nghiệm kỹ càng,
hiểu được tính năng, tác dụng , cách sử dụng các dụng cụ, máy móc mới
được tiến hành các thao tác thí nghiệm. Nếu có chỗ nào chưa rõ không
BÀI 1. THƯỚC KẸP – PANME Để đo các vật với độ chính xác từ 1/10 đến 1/100 mm, người ta
dùng thước kẹp hoặc panme, đó là các dụng cụ rất thông dụng trong kỹ
thuật .
I/ NGUYÊN TẮC
1/ Thước kẹp
* Cấu tạo :
Gồm hai ngàm A, B ( H.1) . Ngàm A gắn liền với thước L
1
( thước
thường) chia vạch tới mm, có đánh số theo cm. Ngàm B gắn với thước
động L
2
có thể dòch chuyển theo L
1
và tiếp xúc với ngàm A. Trên L
1
phía sau có một rãnh trượt. Thanh trượt nằm trên rãnh gắn với L
2
để
đònh vò cho L
1
và L
2
luôn luôn song song với nhau.
b
1a
b
a
=
−
−=∂
Đại lượng ∂ đặc trưng cho thước động của thước kẹp gọi là độ
chính xác của thước kẹp , nó là độ dài ngắn nhất mà thước kẹp có thể
đo được .
Ví dụ :
Thước kẹp 1/50 mm được làm như sau : Lấy a = 50 mm trên thước
thường L
1
chia thành b = 50 khoảng . Trên thước động L
2
lấy (a – 1 ) =
50 – 1 = 49 mm chia thành b = 50 khoảng . Như vậy mỗi khoảng trên
thước động ngắn hơn trên thước thường là : 1/b = 1/50 mm .
Tương tự như vậy đối với các thước kẹp 1/10 ,1/20 và 1/100 mm .
* Cách đo và đọc kết quả .
Muốn đo vật . nới lỏng ốc C và D để L
2
có thể dòch chuyển trên L
1
. Đưa vật cần đo vào giữa hai ngàm A,B . Khi hai ngàm tiếp xúc vật ,
dùng ốc D khóa lại và ốc E để dòch chuyển nhỏ cho hai ngàm vừa tiếp
xúc vật đo (chỉ vặn vừa đủ ốc E , nếu không sẽ làm hỏng vật hoặc ốc vi
cấp ) . Khóa chặt ốc D và đọc kết quả trên thước. Muốn lấy vật ra hãy
khoảng chia trên L
1
một đoạn n∂ đúng bằng phần lẻ của chiều dài l cần
đo.
Thường thì trên thước động L
2
không đánh số thứ tự n của các vạch
chia mà ghi tích n∂ . Do đó có thể đọc ngay phần lẻ nhỏ hơn mm của
vật cần đo.
Tóm lại cách đọc kết quả là :
+Phần nguyên đọc trên L
1
(lấy vạch gần nhất về phía trái số 0 của
L
2
).
+Phần lẻ (thập phân) đọc trên L
2
(vạch trùng với vạch bất kỳ trên
L
1
).
Trần Kim Cương Khoa Vật lý
Thực tập vật lý đại cương A 1
-
12 -
2/ Panme :
Panme là dụng cụ đo kích thước các vật với độ chính xác cao (từ
1/100 đến 1/500 mm).
* Cấu tạo :
một đoạn h (mm) dọc theo trục G, h gọi là bước của vít vi cấp . Thước
vòng L
2
trên mép của trống C được chia thành q khoảng . Vậy khi quay
trống C một khoảng , vít vi cấp tònh tiến được một đoạn d :
(mm)
q
h
d =
d đặc trưng cho panme gọi là độ chính xác của panme. Nó thường được
ghi trên hàm U hoặc trục G.
Trần Kim Cương Khoa Vật lý
Thực tập vật lý đại cương A 1
-
13 -
* Cách đo và đọc kết quả :
Khi đo , mở ốc H, xoay trống C ngược chiều kim đồng hồ để mở
rộng khoảng trống A – B . Đưa vật cần đo vào giữa A – B, quay trống
C theo chiều kim đồng hồ, khi tới độ chặt nhất đònh (hàm A và B đã sát
khít vật), ốc E sẽ trượt trên lò xo lực hãm răng trượt và B sẽ không dòch
chuyển nữa (khi đó nghe có tiếng trượt bi hãm “tạch, tạch”). Khóa ốc H
và đọc kết quả trên thước.
Phần nguyên mm (hoặc nửa mm) đọc trên L
1
, vạch bên trái gần
mép trống nhất (vạch trên hoặc dưới đường kẻ dọc).
Phần thập phân đọc trên L
2
(vạch trùng với đường kẻ dọc của L
1
-Hình trụ tròn .
-Hình trụ rỗng .
Các kết quả đo được lập thành bảng mẫu sau :
Khối hộp chữ nhật Hình trụ tròn Hình trụ rỗng
a(mm) b(mm) c(mm) d(mm) h(mm) D(mm) d(mm) h(mm)
1
2
Trần Kim Cương Khoa Vật lý
Thực tập vật lý đại cương A 1
-
14 -
.
.
.
T.Bình
Sai số
* Dùng panme đo đường kính các viên bi rồi xác đònh thể tích .
Lập bảng tương tự như trên rồi tính toán.
* Các biểu thức xác đònh thể tích.
-Khối hộp : V = a.b.c
với : a, b, c là chiều dài các cạnh.
-Khối trụ :
.h.d
4
1
V
1. Mỗi khoảng trên thước động của thước kẹp 2/100mmcó độ dài
bao nhiêu ?
2. Tại sao hai phía của ngàm A và Bcó hình dạng khác nhau?( tác
dụng của chúng )
3. Nêu tác dụng của các ốc C vàD (nếu có)trên thước kẹp)
4. Đối với panmer 1/100mm,khi trống C quay một vòng thì vít vi
cấpB tònh tiến được một khoảng bao nhiêu?
5. Ý nghóa của các số ghi(0 – 25mm)hay (25 –50mm)trên
panmer?
Trần Kim Cương Khoa Vật lý
Thực tập vật lý đại cương A 1
-
15 -
6. Tại sao phải hiệu chỉnh số 0 của thước kẹp và panmer? Trần Kim Cương Khoa Vật lý
Thực tập vật lý đại cương A 1
-
16 -
BÀI 2. CÂN CHÍNH XÁC
Có mã H là quả cân nhỏ đặt trên móc I phía trên đòn cân .Nhờ núm K
và cần N ta có thể dòch chuyểncon mã trên đòn cân A để thay đổi tải
trọng mỗi bên đóa cân. Ốc Pđể mổ cửa kính khi cho vật vào đóa cân. Ốc
Q để điều chỉnh cân thăng bằng. Vò trí thăng bằng của cân xác đònh
bằng bọt nước .
Có hai phương pháp cân chính là cân đơn và cân lặp
Trần Kim Cương Khoa Vật lý
Thực tập vật lý đại cương A 1
-
17 -
b.Phép cân đơn
1. Xác đònh số 0 của cân:
Khi cho cân làm việc (nới hạ ốc 0 ngược chiều kim đồng hồ )ở chế
độ không tải,dưới tác dụng của momen trọng lực của các tay đòn cân
,sau môt số dao động cân sẻ thăng bằng và kim E sẽ dừng ở vò trí a
o
nào
đó trên bảng chia vạch G.Vò trí a
o
có được gọi là vò trí số 0 thực của
cân. Bỏ qua các sai số dươi mức độ chímh xác của cân ta có thể coi vò
trí a
o
ứng với sự bằng nhau của các momen trọng lực cạc cánh tay đòn
của cân.
Song vì cân dao động khá lâu nên để xác đònh a
o
một cách nhanh
chóng có thể coi gần đúng :
2
∑
=
∑
=
N
trái)(bêna
N
phải)(bêna
2
1
a
N
1i
i
N
1i
i
0
(1)
2.Xác đònh độ nhạy của cân
Khi cân vật ta phải thay đổi các quả cân để cân cân bằng ở vò trí
a
o
. Song thực tế điều này khó thực hiềnma cân có thể lệch đi một vài
vạch. Khi đó ta cần biết khối lượng bên náylơn hay nho ûhơn bên kia
bao nhiêu . Để kim lệch khỏi vò trí cân bằng một độ chia ta cần biết
phải đặt vào một bên đóa cân khối lượng bao nhiêu . Giá trò đó gọi là độ
nhạy(độ chính xác thực tế )của cân.
Gọi m là khối lượng đặt lên một đóa cân ,a
)
0m1
aaymm
−
±
=
(3)
(dấu cộng ứng với kim lệch về bên phải a
o
,dấu trừ ứng với kim
lệch về bên trái a
o
).
Phép cân trong môi trường không khí nên có ảnh hưởng của lực
đẩy Archimède. Trong biểu thức (3) không kể đế lực đẩy nàynên mới
chỉ là khối lượng biểu kiến. Để có khối lượng thực của vật ta phải hiệu
chỉnh.
Gọi :m
o
là khối lượng thực của vật.
V là thể tích của vật.
D là khối lượng riêng của vật.
V, ρ là thể tích và khối lượng riêng của các quả cân.
e là khối lượng riêng của không khí nơi làm thí nghiệm .
g là gia tốc trọng trường.
F
1
, F
0
0
001
Tại vò trí cân bằng a
o
(coi như hai cánh tay đòn dài bằng nhau ), ta
có F
1
= F
2,
tức là :
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−=
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−=
e
1gm
D
e
-
19 -
m
o
= m
1
+ (1/D –1/ ρ ) m
1
e ± y( a
m
– a
o
)
(5)
Hay:
m
o
= m
+ (1/D –1/ ρ ) m
1
e
(5’)
Nếu D ≈ ρ thì (5) lại trở về (3).
4. Phương pháp cân lặp
Đặt lên đóa cân trái một quả cân khối lượng M( lớn hơn khối lượng
vật cần cần cân) làm bì. Đặt lên đóa phải các quả cân nhỏcó khối lượng
tổng cộng m
1
để kim cân bằng ở vò trí a
= (m
2
+ m )gl
2
Hay:
Ml
1
= (m
2
+m) l
2
(7)
Từ (6) và (7) suy ra:
m= m
1
– m
2
(8)
Nếu hiệu chỉnh sức đẩy Archimède thì thay giá trò m ở (8) vào (5’)
ta được khối lượng thực của vật.
Phương pháp cân này cho phép cân nhanh và chính xác khối lượng
của vật vì lọai trừ được sai số của hai nửa đòn cân không hoàn toàn dài
bằng nhau.
II/ THỰC HÀNH
- Kiểm tra sự thăng bằng bọt nước hay dây rọi. Điều chỉnh thăng
bằng nhờ các ốc Q.
Câu hỏi chuẩn bò
1/ Tại sao phải đều chỉnh cân thăng bằng trước khi thực hiện các
phép cân ?
2/ Tại sao phải xác đònh vò trí số 0 ban đầu a
0
của cân ?.
3/ Độ nhạy của cân là gì ? Ý nghóa thực tiễn của nó ?.
4/ Ưu điểm của phương pháp cân lặp so với cân đơn ?.
5/ Tại sao phải hiệu chỉnh khối lượng vật khi cân ? Khi nào thì
không phải hiệu chỉnh khối lượng vật cân ?.
6/ Tại sao khi cân vật phải đóng kính và phải dùng kẹp gắp các quả
cân ?
Trần Kim Cương Khoa Vật lý
Thực tập vật lý đại cương A 1
-
21 -
như nó chòu tác dụng của đồng thời nhiều lực sao cho tổng hợp lực đó
chính bằng lực tác dụng lên vật (phương , chiều , độ lớn ) theo nguyên
lý cộng vecto .
∑
=
−
n
1i
i
FF
r
s
r
(1)
Dấu
−
s
chỉ rằng phương trình (1) có tính thuận nghòch .
Nếu một vật nằm cân bằng thì tổng hợp các lực tác dụng lên vật
phải bằng không :
0F
i
i
≡
∑
r
(2)
Như thế có nghóa hình chiếu của lực tổng hợp lên một phương bất
kỳ luôn bằng không :
F ≡ 0
H.1
Xung quanh trục o của nó (h.2) . Tại hai điểm A và B thẳng hàng
với o có treo hai vật khối lượng m1 và m2 dưới tác dụng trọng lực sẽ có
hai lực tác dụng lên hai điểm A và B của bánh xe :
Trần Kim Cương Khoa Vật lý
Thực tập vật lý đại cương A 1
-
23 -
P
1
= m
1
g ; P
2
= m
2
g (3)
Đặt AO = r
1
; BO = r
2
Chứng tỏ rằng bánh xe cân bằng khi :
P
- 3 lực kế đóa quay .
- 12 gia trọng , mỗi gia trọng 50g .
- 3 đế từ tính .
- 1 đòn bẫy cân bằng .
- 2 thanh giắn bánh xe .
- 2 bánh xe lớn .
- 2 bánh xe nhỏ.
- 2 thanh móc gia trọng kim loại .
- 1 chốt móc dây nhựa.
- 1 cuộn dây nối.
IV/ THỰC HÀNH :
1/ đặt hai lực kế lên bảng từ và bố trí như (H.3) . Trần Kim Cương Khoa Vật lý
Thực tập vật lý đại cương A 1
-
24 -
,
60
o
)
Từ bản đo rút ra kết luận ?
2/Bố trí thí nghiệm như (H.4) H.4
Trần Kim Cương Khoa Vật lý
Copyright: Tài liệu đại học ©