Tài liệu thí nghiệm thực hành THPT môn Vật lí Nguyễn Trọng Sửu10957

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TÀI LIỆU THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH TRƯỜNG THPT MƠN VẬT LÍ (Lưu hành nội bộ) HÀ NỘI, THÁNG NĂM 2011 ThuVienDeThi.com Chủ trì biên soạn tài liệu VỤ GIÁO DỤC TRUNG HỌC CHƯƠNG TRÌNH PHÁT TRIỂN GIÁO DỤC TRUNG HỌC Nhóm tác giả biên soạn tài liệu NGUYỄN TRỌNG SỬU (Chủ biên) HỒ TUẤN HÙNG NGUYỄN VĂN KHÁNH TRẦN MINH THI ThuVienDeThi.com LỜI NÓI ĐẦU Nhằm triển khai Đề án phát triển hệ thống trường THPT chuyên giai đoạn 2010 - 2020, với mục tiêu nâng cao chất lượng dạy học trường THPT chuyên phát triển chuyên mơn cho giáo viên mơn chun Vật lí, Bộ Giáo dục Đào tạo tổ chức biên soạn tài liệu “Thí nghiệm thực hành trường THPT mơn Vật lí” Để đáp ứng yêu cầu đổi dạy học tăng cường dạy thí nghiệm thực hành thi chọn học sinh giỏi vật lí THPT, Bộ Giáo dục Đào tạo mời chuyên gia, giảng viên trường đại học tham gia biên soạn Cấu trúc tài liệu gồm có: Phần Những vấn đề chung Phần Một số thí nghiệm thực hành mơn Vật lí THPT Mỗi thực hành biên soạn hướng dẫn cho GV, HS cách chi tiết, có phần câu hỏi mở rộng để khai thác sâu kiến thức, kỹ phát huy tính sáng tạo HS THPT chuyên Phần Tổ chức dạy học thí nghiệm thực hành trường THPT chuyên Mặc dù tài liệu viết công phu, Tiểu ban thẩm định mơn Vật lí đọc góp ý biên tập nội dung khó tránh khỏi cịn có sơ sót định Các tác giả mong nhận góp ý quý thầy cô giáo độc giả sử dụng tài liệu Trân trọng cám ơn Tiểu ban thẩm định bạn đọc CÁC TÁC GIẢ ThuVienDeThi.com Phần thứ NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG A THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH TRONG TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THƠNG Vật lí khoa học thực nghiệm, học vật lí trường phổ thông học tập gắn liền với thực tiễn thơng qua vật, tượng vật lí giới tự nhiên để giúp HS hiểu biết quy luật chung sống với thực tiễn đời sống xã hội Thí nghiệm thực hành (gọi tắt thí nghiệm) Vật lí trường Trung học phổ thơng (THPT) mục đích quan trọng giúp học sinh (HS) hình thành nên nét nhân cách người thông qua kĩ khoa học thao tác tư logic vật lí, đồng thời qua giúp HS hiểu sâu sắc khái niệm, tượng vật lí, giải thích tượng vật lí đơn giản xảy giới tự nhiên xung quang Thí nghiệm Vật lí trường THPT giúp HS củng cố khắc sâu kiến thức, kĩ thu từ thực tiễn giảng lí thuyết, gắn lí thuyết với thực hành, học đơi với hành, giúp HS tin tưởng vào chân líkhoa học Hơn nữa, thí nghiệm Vật lí trường THPT, giúp HS rèn luyện kĩ vận dụng sáng tạo, tự tin đạt kết cao làm thi HSG quốc gia Olympic Vật lí Vì vậy, coi trọng thí nghiệm Vật lí trường THPT, đặc biệt trường THPT Chuyên định hướng lâu dài vững cho mục tiêu đào tạo nhân cách HS để hình thành lực cho HS năm tới mai sau B CHỨC NĂNG CỦA THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH VÀ YÊU CẦU ĐỐI VỚI GIÁO VIÊN KHI DẠY HỌC I CHỨC NĂNG CỦA THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH Theo quan điểm lí luận nhận thức thí nghiệm có chức cụ thể sau đây: Thí nghiệm phương tiện thu nhận tri thức Thí nghiệm phương tiện quan trọng hoạt động nhận thức người, thông qua thí nghiệm người thu nhận tri thức khoa học cần thiết nhằm nâng cao lực thân để tác động cải tạo thực tiễn Trong học tập thí nghiệm phương tiện hoạt động nhận thức học sinh, giúp người học việc tìm kiếm thu nhận kiến thức khoa học cần thiết ThuVienDeThi.com Thí nghiệm phương tiện kiểm tra tính đắn tri thức Trong khoa học phương pháp thực nghiệm coi “hòn thử vàng” tri thức chân Bởi vậy, nói thí nghiệm có chức việc kiểm tra tính đắn tri thức thu nhận Thí nghiệm phương tiện để vận dụng tri thức vào thực tiễn Trong trình vận dụng kiến thức vào thực tiễn, vào việc thiết kế chế tạo thiết bị kĩ thuật, người ta gặp phải khó khăn định tính khái quát trừu tượng tri thức cần vận dụng, tính phức tạp thiết bị kĩ thuật cần chế tạo Trong trường hợp thí nghiệm sử dụng với tư cách phương tiện thử nghiệm cho việc vận dụng tri thức vào thực tiễn Thí nghiệm phận phương pháp nhận thức Thí nghiệm ln đóng vai trị quan trọng phương pháp nhận thức khoa học Chẳng hạn, phương pháp thực nghiệm, thí nghiệm ln có mặt nhiều khâu khác nhau: làm xuất vấn đề nghiên cứu, kiểm tra tính đắn giả thuyết Trong phương pháp mơ hình, thí nghiệm giúp ta thu thập thông tin đối tượng gốc làm sở cho việc xây dựng mơ hình Ngồi ra, mơ hình vật chất điều bắt buộc người ta phải tiến hành thí nghiệm thực với Cuối cùng, nhờ kết thí nghiệm tiến hành vật gốc tạo sở để đối chiếu với kết thu từ mơ hình, qua để kiểm tra tính đắn mơ hình xây dựng giới hạn áp dụng II YÊU CẦU ĐỐI VỚI GIÁO VIÊN KHI HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH Giáo viên hướng dẫn HS thực hành cần đảm bảo yêu cầu sau đây: Soạn bài, chuẩn bị đầy đủ dụng cụ, thiết bị thí nghiệm, mẫu báo cáo thực hành, vật liệu tiêu hao cho thực hành trước hướng dẫn cho HS làm thí nghiệm thực hành Kiểm tra HS củng cố lại sở lí thuyết thực hành, phán đốn tình xảy q trình làm thí nghiệm thực hành Phân nhóm thực hành hợp lí, hướng dẫn cách lắp đặt thí nghiệm, bước tiến hành thí nghiệm, thu thập thơng tin, xử lí kết cách viết báo cáo trình bày thí nghiệm Theo dõi nhóm thực hành, hướng dẫn HS thảo luận, khai thác, xử lí kết thí nghiệm, xử lí tình đề xuất trình thực hành Đánh giá lực thực hành HS đảm bảo khách quan công thông qua theo dõi kết báo cáo thực hành Hướng dẫn HS an tồn, vệ sinh mơi trường, bảo quản thiết bị thí nghiệm ThuVienDeThi.com Phần thứ hai MỘT SỐ BÀI THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH MƠN VẬT LÍ THPT Bài thực hành mở đầu TÍNH SAI SỐ VÀ XỬ LÍ SỐ LIỆU I Mục đích - Rèn luyện kỹ tính giá trị trung bình sai số đại lượng vật lí đo trực tiếp - Vận dụng thành thạo phương pháp tính sai số đại lượng đo gián tiếp - Từ bảng số liệu thực nghiệm, học sinh cần nắm vững phương pháp xử lí số liệu để tính giá trị trung bình sai số đại lượng đo gián tiếp - Nắm vững thành thạo quy tắc làm tròn số viết kết đo đại lượng vật lí II Cơ sở lí thuyết 2.1 Định nghĩa phép tính sai số Các khái niệm a Phép đo trực tiếp: Đo đại lượng vật lí có nghĩa so sánh với đại lượng loại mà ta chọn làm đơn vị b Phép đo gián tiếp: Trường hợp giá trị đại lượng cần đo tính từ giá trị phép đo trực tiếp khác thông qua biểu thức tốn học, phép đo phép đo gián tiếp Phân loại sai số Khi đo đại lượng vật lí, dù đo trực tiếp hay gián tiếp, ta mắc phải sai số Người ta chia thành hai loại sai số sau: a Sai số hệ thống: Sai số hệ thống xuất sai sót dụng cụ đo phương pháp lí thuyết chưa hồn chỉnh, chưa tính đến yếu tố ảnh hưởng đến kết đo Sai số hệ thống thường làm cho kết đo lệch phía so với giá trị thực đại lượng cần đo Sai số hệ thống loại trừ cách kiểm tra, điều chỉnh lại dụng cụ đo, hồn chỉnh phương pháp lí thuyết đo, đưa vào số hiệu chỉnh b Sai số ngẫu nhiên: Sai số ngẫu nhiên sinh nhiều nguyên nhân, ví dụ hạn chế giác quan người làm thí nghiệm, thay đổi ngẫu nhiên không lường trước ThuVienDeThi.com yếu tố gây ảnh hưởng đến kết đo Sai số ngẫu nhiên làm cho kết đo lệch hai phía so với giá trị thực đại lượng cần đo Sai số ngẫu nhiên loại trừ Trong phép đo cần phải đánh giá sai số ngẫu nhiên 2.2 Phương pháp xác định sai số phép đo trực tiếp a) Phương pháp chung xác định giá trị trung bình sai số ngẫu nhiên Giả sử đại lượng cần đo A đo n lần Kết đo A1 , A2 , An n Đại lượng A  A1  A2   An  n A i i 1 n (1) gọi giá trị trung bình đại lượng A n lần đo Số lần đo lớn, giá trị trung bình A gần với giá trị thực A Các đại lượng: A1  A  A1 A2  A  A2 An  A  A n gọi sai số tuyệt đối lần đo riêng lẻ Để đánh giá sai số phép đo đại lượng A, người ta dùng sai số tồn phương trung bình Theo lí thuyết xác n suất, sai số tồn phương trung bình là:    A  i i 1 nn  1 (2) kết đo đại lượng A viết: A  A   (3) Như vậy, giá trị thực đại lượng A với xác suất định nằm khoảng từ A   đến A   , nghĩa là: A -   A  A Khoảng [( A -  ),( A   )] gọi khoảng tin cậy Sai số tồn phương trung bình  dùng với phép đo địi hỏi độ xác cao số lần đo n lớn Nếu đo đại lượng A từ đến 10 lần, ta dùng sai số tuyệt đối trung bình số học A (sai số ngẫu nhiên) định nghĩa sau: n A =  A  i i 1 n (4) Kết đo lúc viết dạng: A = A  A (5) Ngồi sai số tuyệt đối, người ta cịn sử dụng sai số tỉ đối định nghĩa sau: ThuVienDeThi.com = A 100 0 (6) A Kết đo viết sau: A  A   0 (7) Như vậy, cách viết kết phép đo trực tiếp sau: - Tính giá trị trung bình A theo cơng thức (1) - Tính sai số A theo công thức (4) (6) - Kết đo viết (5) (7) Ví dụ: Đo đường kính viên bi lần, ta có kết sau: d1  8,75mm d1  0,00mm d  8,76mm d  0,01mm d  8,74mm d  0,01mm d  8,77 mm d  0,02mm Giá trị trung bình đường kính viên bi là: d = 8,75  8,76  8,74  8,77  8,75mm Sai số tuyệt đối trung bình tính d = Kết quả: 0,00  0,01  0,01  0,02  0,01mm d  8,75  0,01mm b) Cách xác định sai số dụng cụ ● Mỗi dụng cụ có độ xác định Nếu dùng dụng cụ để đo đại lượng vật lí đương nhiên sai số nhận khơng thể vượt q độ xác dụng cụ Nói cách khác, sai số phép đo nhỏ sai số dụng cụ ● Tuy nhiên lí đó, phép đo tiến hành lần độ nhạy dụng cụ đo không cao, kết lần đo riêng lẻ trùng Trong trường hợp đó, ta phải dựa vào độ nhạy dụng cụ để xác định sai số Sai số A thường lấy nửa giá trị độ chia nhỏ dụng cụ ● Khi đo đại lượng điện dụng cụ thị kim, sai số xác định theo cấp xác dụng cụ Ví dụ: Vơn kế có cấp xác Nếu dùng thang đo 200V để đo hiệu điện sai số mắc phải U  0 200  4V ThuVienDeThi.com Nếu kim thị vị trí 150 V kết đo là: U  150  4V ● Khi đo đại lượng điện đồng hồ đo số, cần phải lựa chọn thang đo thích hợp - Nếu số hiển thị mặt đồng hồ ổn định (con số cuối bên phải không bị thay đổi) sai số phép đo lấy giá trị tích cấp xác số hiển thị Ví dụ: đồng hồ số có ghi cấp sai số 1.0% rdg (kí hiệu quốc tế cho dụng cụ đo số), giá trị điện áp hiển thị mặt đồng hồ là: U = 218 V lấy sai số dụng cụ là: ΔU = 0 218 = 2,18 V Làm trịn số ta có U = 218,0 ± 2,2 V - Nếu số cuối không hiển thị ổn định (nhảy số), sai số phép đo phải kể thêm sai số ngẫu nhiên đo Ví dụ: đọc giá trị hiển thị điện áp đồng hồ nêu trên, số cuối 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 lấy giá trị trung bình U = 217 V Sai số phép đo cần phải kể thêm sai số ngẫu nhiên trình đo ΔU n = V Do vậy: U = 217,0 ± 2,2 ± = 217,0 ± 4,2 V Chú ý: - Nhiều loại đồng hồ số có độ cao, sai số phép đo cần ý tới thành phần sai số ngẫu nhiên - Trường hợp tổng quát, sai số phép đo gồm hai thành phần: sai số ngẫu nhiên với cách tính sai số hệ thống (do dụng cụ đo) 2.3 Phương pháp xác định sai số gián tiếp a) Phương pháp chung Giả sử đại lượng cần đo A phụ thuộc vào đại lượng x, y, z theo hàm số A  f ( x, y, z ) Trong x, y, z đại lượng đo trực tiếp có giá trị x = x  x y = y  y z = z  z ThuVienDeThi.com Giá trị trung bình A xác định cách thay giá trị x, y, z vào hàm trên, nghĩa A = f ( x , y , z ) b) Cách xác định cụ thể Sai số A tính phương pháp vi phân theo hai cách sau: Cách Cách sử dụng thuận tiện hàm f ( x, y, z ) tổng hay hiệu (không thể lấy logarit dễ dàng) Cách gồm bước sau: a Tính vi phân toàn phần hàm A  f ( x, y, x) , sau gộp số hạng có chứa vi phân biến số b Lấy giá trị tuyệt đối biểu thức đứng trước dấu vi phân d thay dấu vi phân d dấu  Ta thu A c Tính sai số tỉ đối (nếu cần) Ví dụ: Một vật ném xiên góc  có độ cao h  v0 sin t  gt Trong đó: v0  39,2  0,2m / s   30  10 t  2,0  0,2 s g  9,8m / s 22 Ta có: h  39,2.sin 30  9,8  19,6m dh  v0 sin  dt  v0 cos d  sin  t.dv0  g t.dt  v0 sin   gt .dt  v0 t cos d  sin  t.dv0 h = v sin - gt t  v t.cos   sin  t v0 = 39,2.sin 300  9.8.2 0,2  39,2.2 cos 300 2  sin 300.2 0,2  1,38m 360 Sử dụng quy ước viết kết IV ta có: h  19,6  1,4m Cách Sử dụng thuận tiện hàm f ( x, y, z ) dạng tích, thương, lũy thừa Cách cho phép tính sai số tỉ đối, gồm bước: a Lấy logarit số e hàm A  f ( x, y, z ) b Tính vi phân tồn phần hàm ln A = ln f ( x, y, z ) , sau gộp số hạng có chưa vi phân biến số 10 ThuVienDeThi.com c Lấy giá trị tuyệt đối biểu thức đứng trước dấu vi phân d chuyển dấu d thành  ta có  = A A d Tính A = A  Ví dụ: Gia tốc trọng trường xác định biểu thức: g = 4 l T2 đây: l  500  1mm T  1,45  0,05s g = 9,78  0,20m / s Khi đó: ln g = ln (  l ) – ln( T ) dg dg d (4 l ) d (T ) dT d (4 ) 4 dl = = -2   2 2 4 l T 4 l g g T 4 l  g l T  l 2T  =  g = g   2  l T T  g  l Bài tập rèn luyện Hãy tính cơng thức sai số tuyệt đối sai số tương đối đại lượng đo gián tiếp sau: v0  v0  v0 at với t  t  t S  v0t  a  a  a  m  m  m  h  h  h mv E  mgh  với  v  v  v  g  constant 2.4 Cách viết kết a) Các chữ số có nghĩa Tất chữ số từ trái sang phải, kể từ số khác khơng chữ số có nghĩa Ví dụ: 0,014030 có chữ số có nghĩa b) Quy tắc làm tròn số - Nếu chữ số hàng bỏ có giá trị  chữ số bên trái giữ ngun Ví dụ: 0,0731  0,07 11 ThuVienDeThi.com - Nếu chữ số hàng bỏ có giá trị  chữ số bên trái tăng thêm đơn vị Ví dụ: 2,83745  2,84 c) Cách viết kết - Sai số tuyệt đối  A sai số trung bình làm trịn theo quy tắc - Khi viết kết quả, giá trị trung bình làm tròn đến chữ số hàng với chữ số có nghĩa sai số tuyệt đối Ví dụ: Khơng thể viết m  2,83745  0,0731g mà phải viết m  2,84  0,07 g  0,07  .100%  2,464  2,464%  2,84  ta tính    Ta viết m  (2,84  2,5.2,84%) g Nếu sai số lấy đến chữ số có nghĩa m  (2,84  0, 07) g Chú ý viết kết cuối cùng, sai số toàn phần tổng sai số ngẫu nhiên sai số hệ thống: TP   NN   HT Ví dụ: Khi dùng thước kẹp để đo đường kính sợi dây nhỏ, giả sử ta đo lần, sai số ngẫu nhiên tính d  0,05mm Thước kẹp có độ xác   0,02mm sai số tồn phần TP  0,05  0,02  0,07mm Nếu sai số ngẫu nhiên nhỏ sai số hệ thống ta bỏ qua sai số ngẫu nhiên (vì khơng thể đo kết xác cấp xác dụng cụ đo) Trong trường hợp phép đo thực lần sai số tồn phần lấy sai số hệ thống (do dụng cụ đo) 2.5 Xử lí số liệu biểu diễn kết đồ thị Trong nhiều trường hợp kết thí nghiệm biểu diễn đồ thị thuận lợi, đồ thị cho thấy phụ thuộc đại lượng y vào đại lượng x Phương pháp đồ thị thuận tiện để lấy trung bình kết đo Giả sử phép đo trực tiếp, ta xác định cặp giá trị x y sau:  x1  x1  x2  x2  xn  xn     y1  y1  y2  y2  yn  yn 12 ThuVienDeThi.com Muốn biểu diễn hàm y  f (x) đồ thị, ta làm sau: a Trên giấy kẻ ô, ta dựng hệ tọa độ decac vuông góc Trên trục hoành đặt giá trị x, trục tung đặt giá trị y tương ứng Chọn tỉ lệ xích hợp lí để đồ thị chốn đủ trang giấy b Dựng dấu chữ thập hình chữ nhật có tâm điểm A1 ( x1 , y1 ) , A2 ( x2 , y2 ) An ( xn , yn ) có cạnh tương ứng 2x1 ,2y1 , 2xn ,2yn  Dựng đường bao sai số chứa hình chữ nhật dấu chữ thập c Đường biểu diễn y  f (x) đường y cong trơn đường bao sai số vẽ cho qua hầu hết hình chữ nhật điểm A1 , A2 An nằm + ++ y + + phân bố hai phía đường cong (hình + 1) x d Nếu có điểm tách xa khỏi đường x Hình Dựng đồ thị cong phải kiểm tra lại giá trị thực nghiệm Nếu nhận giá trị cũ phải đo thêm điểm lân cận để phát điểm kì dị e Dự đốn phương trình đường cong tn theo phương trình đó: - Phương trình đường thẳng y = ax + b - Phương trình đường bậc - Phương trình đa thức - Dạng y = eax, y = abx - Dạng y = a/xn - Dạng y = lnx Việc thiết lập phương trình đường cong thực cách xác định hệ số a, b, …n Các hệ số tính làm khớp phương trình với đường cong thực nghiệm Các phương trình chuyển thành phương trình đường thẳng cách đổi biến thích hợp (tuyến tính hóa) 13 ThuVienDeThi.com Chú ý: Ngồi hệ trục có tỉ lệ xích chia đều, người ta cịn dùng hệ trục có trục chia đều, trục khác có thang chia theo logarit để biểu diễn hàm mũ, hàm logarit (y = lnx; y  a x …) III Nội dung thực hành Tính sai số đại lượng đo gián tiếp Hãy tính sai số đại lượng đo gián tiếp sau: a, p  p0 e  gh RT với p0  p0  p0 T  T  T g ,  , R số h  h  h  b, p  p1   V1   với p1  p1  p1 V  V1  V1  V1 V  V  V c,    số c1m1  c2 m2  t1     c2  c2 t m với m  m  m t1  t1  t1 m1  m1  m1 t  t  t ; c1 số m2  m2  m2      ; c2 số Xử lí số liệu tính tốn đại lượng đo gián tiếp Đặt vấn đề Để xác định lực hướng tâm, người ta bố trí thí nghiệm việc sử dụng số dụng cụ sau: - 01 động điện dùng nguồn điện 220 V xoay chiều - 01 máng nằm ngang nhẵn, gắn vng góc với ฀ m trục thẳng đứng (trục quay) Do trục quay liên kết với F động nên máng nằm ngang quay tròn xung quanh r trục thẳng đứng - 01 xe lăn máng, có khối lượng m nối với trục quay môt sợi dây mềm, nhẹ, không dãn Khi H×nh máng quay xung quanh trục thẳng đứng, xe lăn chuyển động làm căng sợi dây với máng quay quanh trục 14 ThuVienDeThi.com - 01 cổng quang học để đo vận tốc góc máng - 01 giá đỡ có gắn lực kế lị xo, sợi dây mềm rịng rọc có khối lượng nhỏ không đáng kể - 01 hộp gia trọng để gắn lên xe - 01 cân để xác định khối lượng xe gia trọng - 01 thước đo chiều dài có độ chia tới mm để đo khoảng cách xe tới trục quay Khi xe máng quay xung quanh trục thẳng đứng, ta đo r,  từ tính lực hướng tâm: F  m r đại lượng m, r,  đại lượng đo trực tiếp với lần đo bảng thống kê sau: Chú ý: Cổng quang máy đếm tần số đo chu kì dùng tế bào quang điện Mỗi lần máng ngang qua cổng quang đếm lần Khi sử dụng núm gạt cổng quang chọn chế độ đếm thích hợp để đo chu kì T (xem cách sử dụng thí nghiệm thí nghiệm 7) Bảng thống kê đại lượng đo trực tiếp Lần đo m (g) (Khối lượng xe gia trọng) f (vg/s) (tần số đo số vòng quay/s) r (cm) (khoảng cách từ xe tới trục) 199 201 198 200 199 2600 2604 2597 2596 2603 35,5 36,0 35,8 36,4 35,9 F (N) F  m r Yêu cầu: a Hãy tính giá trị trung bình sai số đại lượng đo trực tiếp m, r,  lần đo b Hãy thiết lập cơng thức tính giá trị trung bình sai số đại lượng đo gián tiếp F (từ công thức xác định lực hướng tâm) c Hãy tính giá trị trung bình lần đo sai số trung bình lực hướng tâm Yêu cầu dùng quy tắc làm tròn số phép tính kết cuối đại lượng F 15 ThuVienDeThi.com e Hãy tính sai số tương đối đại lượng F Câu hỏi mở rộng Dùng lực kế để liên kết xe với trục quay, người ta đo kiểm nghiệm lực hướng tâm tác dụng lên xe lăn, máng quay Hãy tìm hiểu kĩ tính dụng cụ để đưa cách bố trí lực kế cho phép đọc độ lớn lực hướng tâm lực kế, mà sai số phép đo nhỏ Hãy vẽ sơ đồ bố trí thí nghiệm giải thích Gợi ý: Trước làm tốn này, nên tìm hiểu kĩ dụng cụ cho, đặc biệt công dụng cách sử dụng cổng quang nêu thí nghiệm IV Báo cáo thực hành THỰC HÀNH TÍNH SAI SỐ VÀ XỬ LÍ SỐ LIỆU Họ tên: Lớp: Nhóm: Ngày làm thực hành: Viết báo cáo theo nội dung sau: Mục đích ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… Tóm tắt lí thuyết a Giá trị trung bình sai số đại lượng đo trực tiếp b Các phương pháp tính giá trị trung bình sai số đại lượng đo gián tiếp c Quy tắc làm tròn số liệu d Cách tính sai số tương đối Trình bày nội dung 3.1 Bài tốn tính sai số đại lượng đo gián tiếp: Tính sai số ba đại lượng đo gián tiếp p  p0 e  gh RT  V , p  p1   ,   c1 m1  c m2  t1     c 2  c t m V  16 ThuVienDeThi.com Chú ý: Thực theo phương pháp tính sai số đại lượng đo gián tiếp Sau rút ưu, nhược điểm phương pháp 3.2 Bài tốn xử lí số liệu tính tốn đại lượng đo gián tiếp Bảng thống kê đại lượng đo trực tiếp Lần đo m (g) (khối lượng xe gia trọng) f (vg/s) (tần số đo số vòng quay/s) r (cm) (khoảng cách từ xe tới trục) 199 201 198 200 199 2600 2604 2597 2596 2603 35,5 36,0 35,8 36,4 35,9 F (N) F  m r - Tính giá trị trung bình sai số đại lượng đo trực tiếp: , m, r ,  , m, r từ số liệu bảng Tính giá trị trung bình sai số lực hướng tâm F + Biểu thức giá trị trung bình: F ฀ + Biểu thức sai số đại lượng đo gián tiếp: F  ฀ Sai số tương đối   F ฀ F Viết kết F  F  F  ฀ (chú ý quy tắc làm tròn số) Nhận xét kết Trả lời câu hỏi mở rộng Dùng lực kế để liên kết xe với trục quay, người ta đo kiểm nghiệm lực hướng tâm tác dụng lên xe lăn, máng quay 17 ThuVienDeThi.com Bài thực hành số KHẢO SÁT CHUYỂN ĐỘNG VÀ XÁC ĐỊNH GIA TỐC RƠI TỰ DO I Mục đích - Đo thời gian rơi t vật quãng đường s khác - Vẽ khảo sát đồ thị s  t2, rút tính chất chuyển động rơi tự - Xác định gia tốc rơi tự II Cơ sở lí thuyết Theo định nghĩa, rơi tự rơi tác dụng trọng lực Các vật khác rơi tự rơi nhanh Thực tế, thí nghiệm rơi tiến hành khơng khí nên gần rơi tự Thả vật (trụ thép, viên bi…) từ độ cao s mặt đất, vật rơi nhanh theo phương thẳng đứng (phương song song với dây dọi) Trong trường hợp ảnh hưởng khơng khí khơng đáng kể, vật chuyển động tác dụng trọng lực, nên coi vật rơi tự Khi vật có vận tốc ban đầu 0, chuyển động thẳng nhanh dần với gia tốc a, quãng đường s sau khoảng thời gian t (tính từ lúc vật bắt đầu chuyển động) xác định công thức: s at Đồ thị biểu diễn quan hệ s t2 có dạng đường thẳng qua gốc tọa độ có hệ số góc: tan   a III Dụng cụ lắp đặt Dụng cụ Giá đỡ thẳng đứng, có dây dọi mặt sau Mặt bên giá có kẻ vạch dùng để làm thước đo Giá gắn đế chân có vít điều chỉnh thăng Nam châm điện gắn đầu giá để giữ vật sắt non Hộp công tắc, đầu chân nối với ổ A đồng hồ đo thời gian số đầu nối với nam châm điện 18 ThuVienDeThi.com Cổng quang điện, gắn giá di chuyển Mặt bên có cửa sổ suốt để xác định vị trí cổng thước giá Đồng hồ đo thời gian số Vật sắt non hình trụ Giá hứng vật rơi Ke vuông chiều để đo vị trí vật Lắp đặt Sơ đồ lắp đặt trình bày hình 1.1 Nam châm điện lắp đỉnh giá thí nghiệm Nguồn điện cấp cho nam châm nối qua hộp công tắc tiếp đến ổ A đồng hồ đo thời gian Cổng quang điện E lắp phía di chuyển (khi di chuyển cần nới lỏng ốc hãm phía sau), dây điện cổng nối với ổ B đồng hồ đo thời gian Điều chỉnh chân đế, cho dọi nằm đồng tâm lỗ trịn phía sau giá - Bật cơng tắc nguồn đồng hồ, lắp nam châm có từ tính Lúc đặt vật Hình 1.1 Bộ thí nghiệm đo gia tốc rơi tự khảo sát nam châm vật bị hút dính chặt vào nam châm Bấm công tắc, nam châm bị ngắt điện, vật nhả rơi xuống 19 ThuVienDeThi.com Đồng hồ phải đếm thời gian bấm công tắc cho vật rơi Khi vật rơi qua cổng quang đồng hồ phải ngừng đếm Tuy nhiên đồng hồ không ngừng đếm trường hợp sau: + Nếu cơng tắc kép khơng có hỗ trợ mạch sửa dạng xung mạch điện tử, thao tác bấm khơng nhanh (tức nhả tay muộn vật qua cổng quang) làm đồng hồ chạy không ngừng + Vật qua cổng quang không chắn tia sáng, giá khơng thẳng đứng hay nam châm bị lệch tâm + Cổng quang bị cố, với trường hợp ta kiểm tra cách lấy bàn tay chắn cổng quang mà đồng hồ đếm nguyên nhân cổng quang Nếu đồng hồ ngừng đếm lí do vật không chắn chùm hồng ngoại Vật rơi theo phương thẳng đứng, vào giá hứng cắm thẳng đứng vào bột dẻo giá Khi vật không rơi thẳng đứng, sai số tăng lên Vì vật rơi khơng khí nên phải chọn vị trí cổng quang thích hợp để giảm sai số IV Tiến hành thí nghiệm a Xác định vị trí ban đầu vật thước ke chiều Để lựa chọn vạch thích hợp định, ta điều chỉnh vị trí nam châm (nới lỏng tai hồng dịch chuyển) b Chọn quãng đường khảo sát S1 (ví dụ 20 mm) Nhấn nút Reset đồng hồ để đưa số 0,000 Nhấn nút hộp công tắc để vật rơi, nhả nhanh tay trước vật rơi qua cổng E Đọc thời gian vật rơi đồng hồ ghi vào bảng số liệu 1.1 Lặp lại thí nghiệm số lần để xác định giá trị trung bình đại lượng đo sai số c Tiếp tục chọn quãng đường S2, S3,… thực thí nghiệm tương tự đọc thời gian tương ứng, ghi vào bảng số liệu 1.1 d Sau tiến hành thí nghiệm xong, tắt cơng tắc điện đồng hồ phía sau (nút đỏ có ghi ON, OFF) - Từ bảng số liệu tính tốn giá trị đại lượng đặc trưng cho chuyển động rơi tự 20 ThuVienDeThi.com ... cho HS làm thí nghiệm thực hành Kiểm tra HS củng cố lại sở lí thuyết thực hành, phán đốn tình xảy q trình làm thí nghiệm thực hành Phân nhóm thực hành hợp lí, hướng dẫn cách lắp đặt thí nghiệm, ... chức biên soạn tài liệu ? ?Thí nghiệm thực hành trường THPT mơn Vật lí? ?? Để đáp ứng yêu cầu đổi dạy học tăng cường dạy thí nghiệm thực hành thi chọn học sinh giỏi vật lí THPT, Bộ Giáo dục Đào tạo... BÀI THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH MƠN VẬT LÍ THPT Bài thực hành mở đầu TÍNH SAI SỐ VÀ XỬ LÍ SỐ LIỆU I Mục đích - Rèn luyện kỹ tính giá trị trung bình sai số đại lượng vật lí đo trực tiếp - Vận dụng thành