(SKKN 2022) vận dụng các kiến thức cơ bản về sai số nhằm nâng cao kĩ năng giải bài toán thí nghiệm thực hành môn vật lí cho học sinh THPT

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓA TRƯỜNG THPT TĨNH GIA SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM VẬN DỤNG CÁC KIẾN THỨC CƠ BẢN VỀ SAI SỐ NHẰM NÂNG CAO KĨ NĂNG GIẢI BÀI TỐN THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH MƠN VẬT LÍ CHO HỌC SINH TRUNG HỌC PHỔ THƠNG Người thực hiện: Lê Đăng Hồ Chức vụ: Giáo viên SKKN thuộc lĩnh vực (mơn): Vật lí THANH HĨA, NĂM 2022 MỤC LỤC TT 10 11 12 13 14 NỘI DUNG Mở đầu 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Mục đích nghiên cứu 1.3 Đối tượng nghiên cứu 1.4 Phương pháp nghiên cứu Nội dung sáng kiến kinh nghiệm 2.1 Cơ sở lý luận sáng kiến kinh nghiệm 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm 2.3 Các sáng kiến kinh nghiệm giải pháp sử dụng để giải vấn đề 2.4 Hiệu sáng kiến kinh nghiệm hoạt động giáo dục, với thân, đồng nghiệp nhà trường Kết luận, kiến nghị 3.1 Kết luận 3.2 Kiến nghị Tài liệu tham khảo TRANG 1 1 2 9 18 18 18 19 21 MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài Là giáo viên quan tâm đến kết học tập học sinh Vì ln chăn trở để tìm giải pháp trau dồi chuyên môn nghiệp vụ cho kĩ trình độ ngày nâng cao để đáp ứng tốt điều kiện xã hội yêu cầu Vật lí môn khoa học thực nghiệm nên trường học em cần trang bị kiến thức thí nghiệm thực hành, kiến thức để xử lí số liệu thực hành, đề thi bắt gặp tốn xử lí số liệu thực hành, tính sai số phép đo Nhưng thực tế thấy điều kiện nhiều trường phổ thơng cịn thiếu thốn dụng cụ thí nghiệm nên nhiều thí nghiệm em khơng có điều kiện làm, đề thi số lượng câu hỏi liên quan đến xử lí số liệu thực hành khơng nhiều nên nhiều giáo viên cịn chưa trọng dạy cho em đầy đủ phương pháp để làm tốn xử lí số liệu thực hành vậy, nên gặp toán đề thi em thường có tâm lí e ngại, bỏ qua làm đối phó cách lúng túng dẫn đến kết không ý, dù tập khơng phải khó Nhằm cung cấp cho em có kiến thức tảng kĩ tính tốn, xử lí số liệu thí nghiệm thực hành mơn vật lí trường THPT tơi mạnh dạn đưa đề tài: Vận dụng kiến thức sai số nhằm nâng cao kĩ giải tốn thí nghiệm thực hành mơn vật lí cho học sinh THPT 1.2 Mục đích nghiên cứu - Vận dụng kiến thức sai số phép đo đại lượng vật lí SGK 10 để tính sai số, xử lí số liệu tốn thực hành thí nghiệm vật lí - Biết vận dụng bước thực hành thí nghiệm mơn vật lí 1.3 Đối tượng nghiên cứu - Các khái niệm sai số phép đo đại lượng vật lí - Các cơng thức tính sai số phép đo đại lượng vật lí - Các bước thực hành thí nghiệm vật lí Xử lí số liệu biểu diễn kết đồ thị 1.4 Phương pháp nghiên cứu - Sưu tầm nghiên cứu loại tài liệu phục vụ cho việc soạn thảo - Thực nghiệm giảng dạy NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 2.1 Cơ sở lí luận 2.1.1 Các chữ số có nghĩa quy tắc làm trịn số 2.1.1.1 Các chữ số có nghĩa Tất chữ số từ trái sang phải, kể từ số khác không chữ số có nghĩa Với số 0,57 → có chữ số có nghĩa; Với số 0,0087 có chữ số có nghĩa; Với số 5,018 → có chữ số có nghĩa (tính chữ số đằng sau); Với số 0,014030 → có chữ số có nghĩa (tính chữ số đằng sau); Qui tắc xác định số có nghĩa: a Tất chữ số không số “0” phép đo số có nghĩa Các số 23,4; 0,243; 615; 100 → có số có nghĩa; b Những số “0” xuất số không số “0” số có nghĩa Các số 2004; 40,67; 1,503 → có số có nghĩa; c Những số “0” xuất trước tất số không số “0” khơng có nghĩa Các số 0,0062; 0,32; 0,000094 → có số có nghĩa; d Những số “0” cuối số bên phải dấu phảy thập phân số có nghĩa Các số 43,00; 1,010; 8,000 → có số có nghĩa; e Những số luỹ thừa thập phân số phần ngun tính vào số có nghĩa Số 1064 = 1,064 103 → có số có nghĩa; Chú ý: Số liệu 2,4 g có số có nghĩa qui mg phải viết 2,4.103 mg (2 số có nghĩa) Khơng viết 2400 mg (4 số có nghĩa) 2.1.1.2 Quy tắc làm tròn số - Nếu chữ số hàng bỏ có giá trị < chữ số bên trái giữ nguyên Chẳng hạn: 0,0832 → 0,08 - Nếu chữ số hàng bỗ có giá trị > chữ số bên trái tăng thêm đơn vị Chẳng hạn: 3,83545 → 3,84 2.1.2 Đo lường vật lí *Đo trực tiếp Phép đo đại lượng vật lí so sánh trực tiếp với đại lượng loại quy ước làm đơn vị đo * Đo gián tiếp Phép xác định đại lượng vật lí thơng qua cơng thức liên hệ với đại lượng đo trực tiếp gọi phép đo gián tiếp 2.1.3 Đơn vị đo Thực đại lượng vật lí phải có đơn vị đo riêng có số đại lượng vật lí khơng thể đo trực tiếp, đại lượng vật lí liên hệ với qua cơng thức, định luật vật lí, nên người ta chọn số đơn vị đo trực tiếp mang tính phổ biến thông dụng làm đơn vị để xây dựng đơn vị đo đạc đại lượng vật lí khác Đơn vị dẫn xuất đơn vị suy từ đơn vị qua cơng thức định luật định lý Vì nước dùng đơn vị đo khác gây khó khăn cho việc trao đổi thơng tin khoa học nên từ năm 1960, nhà khoa học thống sử dụng hệ thống đơn vị đo lường bản, viết tắt SI Đây hệ thống đơn vị đo lường quốc tế hợp pháp đa số nước giới (Xem bảng) Đơn vị đo hệ SI Đại lượng Đơn vị Ký hiệu Độ dài L (Length) Mét m Thời gian t (Time) Giây s Khối lượng M (Mass) Kilogam kg Nhiệt độ T Độ kelvin K Cường độ dòng điện I Ampe A Đơn vị lượng chất Mol mol Cường độ sáng cadela cd Để biểu diễn đơn vị dẫn xuất thông qua đơn vị người ta dùng công thức chung gọi cơng thức thứ ngun có dạng sau: [ X ] = [ M ] p [ L] q [ T ] r (1) p, q, r số nguyên; [X] ký hiệu thứ nguyên đại lượng vật Đại lượng Đơn vị Thứ nguyên Ký hiệu (Tên Biểu thức gọi) Vận tốc m/s m/s [ V ] = [ L ] [ T ] −1 Lực N(Newton) kg.m/s2 [ F ] = [ M ] [ L ] [ T ] −2 Năng lượng J (Jole) kg.m/s2 [ E ] = [ M ] [ L ] [ T ] −2 Công thức thứ nguyên dùng để kiểm tra xác công thức 2.1.4 Sai số phép đo đại lượng vật lí 2.1.4.1 Sai số phép đo * Sai số dụng cụ: Do công cụ đo có độ xác giới hạn, gây sai số dụng cụ * Sai số ngẫu nhiên: ngun nhân khơng kiểm sốt được, chẳng hạn thao tác người đo khơng chuẩn, điều kiện làm thí nghiệm không ổn định * Sai số hệ thống: Sai số hạn chế dụng cụ đo cộng với sơ suất người đo 2.1.4.2 Cách xác định sai số phép đo trực tiếp a Giá trị trung bình Khi đo n lần đại lượng A, ta nhận giá trị khác nhau: A 1, A2, An Trung bình số học đại lượng đo giá trị gần giá trị thực A: A = A1 + A + + A n n Số lần đo n lớn, giá trị A (2) tiến gần đến giá trị thực A b Sai sổ ngẫu nhiên Sai số tuyệt đối lần đo trị tuyệt đối hiệu số: ∆A n = A n − A (3) với k= 1, 2, 3,n Sai số tuyệt đối trung bình n lần coi sai số ngẫu nhiên ∆A = ∆A1 + ∆A + + ∆A n n (4) Trong trường hợp không cho phép thực phép đo nhiều lần (n < 5) người ta không lấy sai số ngẫu nhiên cách lấy trung bình (4), mà chọn giá trị cực đại số giá trị sai số tuyệt đối thu làm sai số ngẫu nhiên c Sai số dụng cụ đo Đối với loại dụng cụ đo chọn, có độ xác định, ta xác định sai số tuyệt đối gây dụng cụ ΔA’ theo cấp xác dụng cụ đo Thơng thường, sai số dụng cụ lấy nửa độ chia nhỏ dụng cụ đo Chẳng hạn: Dùng thước đo chiều dài có độ chia nhỏ mm ΔA’ = 0,5mm ΔA’ = lmm Trong số dụng cụ đo có cấu tạo phức tạp, ví dụ đồng hồ đo điện đa số, sai số dụng cụ tính theo công thức nhà sản xuất quy định Chẳng hạn: Vơn kế có cấp xác Nếu dùng thang đo 200V để đo hiệu điện sai số mắc phải ΔU' = 2%.200 = 4V Nếu kim thị vị trí 150 V kết đo là: u = (l 50 ± 4) V 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 khơng bị thay đổi) sai số phép đo lấy giá trị tích cấp xác số hiển thị Chẳng hạn, 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 = 358 V lấy sai số dụng cụ là: ∆U ' = 1%.358 = 3, 458 ≈ 3, 6V Kết đo: U = ( 358, ± 3, ) V Nếu số cuối không hiển thị ổn định (nhảy số), sai số phép đo phải kể thêm sai số ngẫu nhiên đo.Chẳng hạn, đọc giá trị hiến thị điện áp đồng hồ nêu trên, số cuối không ổn định (nhảy số): 355 V, 356 V, 357 V, 358 V, 359 V (số hàng đơn vị không ổn định) Trong trường hợp lấy giá trị trung bình U ∆U n = = Do vậy: u = 357,0 ± 3,6 ±2 = 357,0 +5,6 V Chú ý:  Nhiều loại đồng hồ số có độ xác cao, sai số phép đo cần ý tới thành phần sai số ngẫu nhiên d Sai số phép đo Sai số phép đo (ΔA) tổng sai số ngẫu nhiên ( ∆A ) sai số dụng cụ (ΔA’): ∆A = ∆A + ∆A ' Sai số tỉ đối ε A : εA = ∆A A (5) % (6) Sai số tỉ đối nhỏ pháp đo xác Chú ý: Cịn có sai số hệ thống lệch điểm ban đầu Để loại trừ sai số phải hiệu chỉnh xác điểm khơng ban đầu cho dụng cụ đo trước tiến hành đo Trong đo, mắc phải sai sót Do lỗi sai sót, kết nhận khác xa giá trị thực Trong trường hợp nghi ngờ có sai sót, cần đo lại loại bỏ giá trị sai sót e Cách viết kết đo Kết đo đại lượng A không cho dạng số, mà cho dạng khoảng giá trị, mà chắn giá trị thực A nằm khoảng này: A = A ± ∆A A = A ± ε A (6) 2.1.4.3 Cách xác định sai số phép đo gián tiếp Để xác định sai số phép đo gián tiếp, ta vận dụng quy tắc sau đây: a Sai số tuyệt đổi tổng hay hiệu, tổng sai số tuyệt đối số hạng b Sai số tỉ đối tích hay thương, tổng sai số tỉ đổi thừa số Giả sử F đại lượng đo gián tiếp, X, Y, Z đại lượng đo trực tiếp Nếu F = X + Y −Z ΔF = ΔX + ΔY + ΔZ Nếu F = X.Y/Z ε F = ε X + ε Y + ε Z Chú ý: Nếu công thức vật lí xác định đại lượng đo gián tiếp có chứa số (ví dụ: π, ) số phải lấy gần đến số lẻ thập phân cho sai so tỉ đối phép lấy gần gây bỏ qua, nghĩa phải nhỏ giá trị 1/10 số hạng sai số tỉ đối đứng bên cạnh Trong trường hợp công thức xác định đại lượng đo gián tiếp tương đối phức tạp, dụng cụ đo trực tiếp có độ chỉnh xác tương đối cao, sai số phép đo chủ yếu gây yếu tố ngẫu nhiên, người ta thường bỏ qua sai số dụng cụ Đại lượng đo gián tiếp tính cho lần đo, sau lấy trung bình tính sai số ngẫu nhiên trung bình biểu thức (2), (3), (4) ❖Ta chủ yếu gặp trường hợp đo đại lượng gián tiếp Xm Yn F= Zk với m, n, k >0 Bước 1.Tính: X = X ± ∆X = X ± ε X với εX = ∆X X Y = Y ± ∆Y = Y ± ε Y với ε Y = ∆Y Y Z = Z + ∆Z = Z ± ε Z với ε Z = ∆Z Z Thường đề trắc nghiệm cho sẵn kết quả: X = X ± ∆X = X ± ε X Y = Y ± ∆Y = Y ± ε Y ; Z = Z ± ∆Z = Z ± ε Z m Bước Tính giá trị trung bình: F= X Y Z n k Tính sai số tương đối ε F : εF = ∆F F =m ∆X X +n ∆Y Y +k ∆Z Z = mε X + nε Y + kε Z Sai số tuyệt đối: ∆F = ε F F Bước Kết quả: F = F ± ∆F F = F ± ε F 2.1.5 Thực hành thí nghiệm vật lí a Trình tự thí nghiệm Bước 1: Bố trí thí nghiệm Bước 2: Đo đại lượng trực tiếp (Thường tiến hành tối thiểu lần đo cho đại lượng) Bước 3: Tính giá trị trung bình sai số Bước 4: Biểu diễn kết b Trình tự thực phép đo liên quan đến dụng cụ đo điện điện tử Bước 1: Điều chỉnh dụng cụ đo đến thang đo phù hợp Bước 2: Lắp dây liên kết (bộ phận liên kết) với dụng cụ đo Bước 3: Ấn nút ON OFF để bật nguồn cho dụng cụ hoạt động Bước 4: Lắp dây liên kết (bộ phận liên kết) nối dụng cụ đo nối với đối tượng cần đo Bước 5: Chờ cho ổn định, đọc trị số dụng cụ đo Bước 6: Kết thúc thao tác đo, nhấn nút ON OFF để tắt nguồn dụng cụ c 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 cách rõ nét 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 ynhư sau:  x1 ± ∆x1   y1 ± ∆y1  x ± ∆x  x n ± ∆x n    y ± ∆y  y n ± ∆y n Muốn biểu diễn hàm y = f (x) đồ thị, ta làm sau: Bước Trên giấy kẻ ô, ta dựng hệ tọa độ Đêcac vng góc.Trên trục hồnh đặt giá trị x, trục tung đặt giá trị y tương ứng Chọn tỉ lệ xích hợp lí để đồ thị choán đủ trang giấy Bước Dựng dấu chữ thập hình chữ nhật có tâm điểm A 1(x1;y)1; A2(x2;y2) …… An(xn; yn) có cạnh tương ứng (2Δx1,2Δy1), ,(2Axn,2Δyn ) Dựng đường bao sai số chứa hình chữ nhật dấu chữ thập Bước Đường biểu diễn y = f (x) đường cong trơn đường A1, A2……An, nằm phân bố hai phía đường cong (xem hình bên).  Bước Nêú có điểm tách xa khỏi đường 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 Bước 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) 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 đế biếu diên hàm mũ, hàm logarit (y = lnx; y = ax ) 2.2 Thực trạng vấn đề - Như trình bày phần thực trạng em học sinh nắm vững lí thuyết kĩ làm thực hành - Việc xử lí số liệu thực hành nhiều hạn chế - Trong đề thi tập thí nghiệm thực hành, tập tính sai số phép đo đại lượng vật lí thường xuyên gặp, đa phần em lúng túng việc giải tập 2.3 Một số biện pháp Hệ thống tập ví dụ để rèn luyện kĩ xử lí số liệu thao tác thực hành cho em học sinh: 2.3.1 Dạng xác định số chữ số có nghĩa Ví du (CĐ − 2014) Theo quy ước, số 12,10 có chữ số có nghĩa? A B.4 C.2 D Hướng dẫn Số 12,10 → có số có nghĩa → Chọn B 2.3.2 Dạng tốn xác đinh sai số phép đo trực tiếp Ví du ( Thi KSCL lớp 12 trường THPT Tĩnh Gia 1-2020) Mơt học sinh dùng đồng hồ bấm giây có thang chia nhỏ 0,0ls để đo chu kỳ dao động (T) lắc Kết lần đo thời gian dao động toàn phần sau: 3,00s; 3,20s; 3,00s; 3,20s; 3,00s Lần đo t(s) 3,00 3,20 3,00 3,20 3,00 Lấy sai số dụng cụ đo độ chia nhỏ Chu kì dao động lắc A T = (3,08 ± 0,11)s B T = (3,08 ± 0,10)s C T = (3,09 ± 0,10)s D T = (3,09 ± 0,1 l)s Hướng dẫn Giá trị trung bình: T = 3x3, 00 + 2x3, 20 = 3, 08 ( s ) Sai số ngẫu nhiên: ∆ 3x∆T1 + 2x∆T2  T1 = 3, 00 − 3, 08 = 0, 08s ⇒ ∆T = = 0, 096s   ∆T2 = 3, 20 − 3, 08 = 0,12s Sai số phép đo: ∆T = ∆T + ∆T ' = 0, 096s + 0, 01s = 0,106s ≈ 0,11s Kết quả: T = 3,08 ± 0,11s →Chọn A * Lỗi thí sinh hay mắc phải quên cộng sai số dụng cụ ΔT' ! Chú ý: Nếu tất lần đo giá trị sai số ngẫu nhiên sai số phép đo lấy sai số dụng cụ đo Ví du (CĐ − 2014) Dùng thước có chia độ đến milimet đo lần khoảng cách d hai điểm A B cho giá trị 1,345 m Lấy sai số dụng cụ độ chia nhỏ Kết đo viết A d = (1345±2) mm C d = (1345 ± 3) mm B d= (1,345 ± 0,001) m D d = (1,345 ± 0,0005) m Hướng dẫn 10 Giá trị trung bình: d = 1,345m Sai số ngẫu nhiên: ∆d = Sai số phép đo: ∆d = ∆d + ∆d ' = +1 mm = 0,001m Kết quả: T = (1,345 ± 0,001) m → Chọn B Chú ý: Sai số phép đo ΔA thu từ phép tỉnh sai số thường viết đến tối đa chữ số có nghĩa, cịn trị trung bình A viết đến bậc thập phân Ví du Phép đo độ dài quãng đường s cho ta giá trị trung bình 1,36832 m, với sai số phép đo tính 0,0031 m, kết đo viết, với Δs lấy chữ số có nghĩa, sau: s = 1,36832m  ⇒ s = ( 1,368 ± 0, 003) m  ∆ x = 0, 0031m   2.3.3 Dạng toán xác đinh sai số phép đo gián tiếp Ví dụ 5.( Đề chọn đội tuyển HSG - Lam Sơn- 2020) Một học sinh đo gia tốc trọng trường vị trí địa lý nơi trường đặt địa điểm thực nghiệm theo công thức g = 4π 2l Trong thí T2 nghiệm học sinh dùng lắc đơn có độ dài l = (500 ± 1) mm đo chu kỳ T = (1,45 ± 0,05) s Hãy tính giá trị gia tốc trọng trường g = ( g ± ∆g ) Hướng dẫn + Biểu thức g = 4π l T2 2 + Loga số e vế: ln g = ln ( 4π ) + ln l − ln T 1 2 + Vi phân vế: g dg = 4π d ( 4π ) + l dl − T dT ∆g ∆l 2∆T + Sai số: g = l + T  ∆l 2∆T ⇒ ∆g = g  + T  l  ÷  + Tính g = 9,388 m/s2 + Sai số: ∆g = 0,666 m/s2 11 + Kết viết: g = 9,388 ± 0,666 (m/s2) Nhận xét: Áp dụng cách tính sai số theo nguyên tắc sai số tỉ đối tích hay thương, tổng sai số tỉ đổi thừa số Ví du Mơt học sinh bố trí thí nghiệm để đo tốc độ truyền sóng sợi dây đàn hồi dài Tần số máy phát f = 1000Hz ± 1Hz Đo khoảng cách nút sóng liên tiếp cho kết quả: d = 20cm ± 0,1 cm Kết đo vận tốc v A v = (20.000 ± 140) cm/s B v = 20.000 cm/s ± 0,6% C v = 20.000 cm/s ± 0,7% D v = (25.000 ± 120) cm/s Hướng dẫn *Kiến thức liên quan:  Khoảng cách n nút sóng liên tiếp d = ( n − 1) λ / Bước sóng: λ = v ⇒ v = λf f *Theo số liệu tốn: Bước sóng: λ = d = 20cm + 0,1cm v = λ.f = 20000 ( cm / s ) εV = ∆v ∆λ ∆f = + = 0, 6% ⇒ ∆v = ε v v = 120 ( cm / s ) v λ f Kết quả: v = 20.000 ± 120 (cm/s) v = 20.000 cm/s ± 0,6% → Chọn B Chú ý: 1) Dùng đồng hồ bấm giây đo chu kỳ dao động lắc Đo thời gian t n dao động toàn phần (t = nT) t = t ± ∆t = t ± ε % ⇒ T = t t ∆t t = ± = ± ε% n n n n 2) Dùng thước đo bước sóng sóng dừng sợi dây đàn hồi Đo chiều dài L n nút sóng liên tiếp ( L = ( n − 1) λ / ) : L = L ± ∆L = L ± ε % 3) Dùng thước đo khoảng vân giao thoa.Đo bề rộng L n khoảng vân (L = ni) L = L ± ∆L = L ± ε % ⇒ L = L L ∆L L = ± = ± ε0 % n n n n 12 Ví du Mơt học sinh dùng thí nghiệm giao thoa khe Young để đo bước sóng xạ đơn sắc Khoảng cách hai khe a = 2mm ± 1%, khoảng cách từ quan sát đến mặt phẳng chưa hai khe D = 2m ± 3% độ rộng 20 vân sáng liên tiếp L = 9,5mm + 2% Chọn kết đo sóng λ là: A λ = 0,5μm ± 6% B λ = 0,5μm ± 0,04μm C λ = 0,5μm + 0,04μm D λ = 0,5μm ± 5% Hướng dẫn Khoảng cách 20 vân sáng liên tiếp 19 khoảng vân L = 19i Khoảng vân: i = 9,5 + 2% = 0,5mm + 2% 19 Bước sóng trung bình: λ = 2.0,5 = = 0,5µm D Sao số bước sóng: ελ = ∆λ = ε A + εi + ε D = 1% + 2% + 3% = 6% λ ∆λ = ελ λ = 6%.0,5 = 0, 03µm Kết quả: λ = 0,5μm + 6% λ = 0,5μm ± 0,03 mm → Chọn A Ví dụ ( Đề thi chọn HSG dự thi cấp tỉnh trường Hậu Lộc 2- 2020): Tiến hành thí nghiệm đo tốc độ truyền âm khơng khí, học sinh đo bước sóng sóng âm 75,0 ± 1,0 cm, tần số dao động âm 440 ± 10 Hz Tìm tốc độ truyền âm nơi làm thí nghiệm Hướng dẫn λ = v.T ⇒ v = λ = λ f T v = λ f = 0,75.440 = 330 m δv = δλ + δf = ∆λ ∆f 10 + = + = 0.036 λ f 75 440 ∆v = δv.v = 0.036.330 ≈ 11,99 (m/s) v = 330 ± 12 (m/s) Ví dụ ( Đề thi KSCL lần trường THPT Tĩnh gia 1-2020): Khi đo gia tốc trọng trường cách sử dụng lắc đơn, người ta đo chiều dài lắc chu kì dao động 13 4π l lắc tính gia tốc trọng trường theo cơng thức g = Sai số phép đo xác định T theo công thức ( bỏ qua sai số số 4π2 ) ∆g ∆l ∆T ∆g ∆l ∆T A g = l − T ∆g ∆l ∆T ∆g ∆l ∆T B g = l + T C g = l + T D g = l − T Hướng dẫn Áp dụng cơng thức tính sai số phép đo gián tiếp ta có: g = ∆g ∆l 4π l T2 ∆T Suy ra: g = l + T Chọn đáp án B 2.3.4 Dạng tốn trình tự thí nghiệm Ví du 10 Dung cụ thí nghiệm gồm: Máy phát tần số; Nguồn điện; sợi dây đàn hồi; thước dài Để đo tốc độ sóng truyền sợi dây người ta tiến hành bước sau: a Đo khoảng cách hai nút liên tiếp lần b Nối đầu dây với máy phát tần, cố định đầu lại c Bật nguồn nối với máy phát tần chọn tần số 100 Hz d Tính giá trị trung bình sai số tốc độ truyền sóng e Tính giá trị trung bình sai số bước sóng Trình tự thí nghiệm là: A a, b, c, d, e B b, c, a, d, e C b, c, a, e, d D e, d, c, b, a Hướng dẫn Bước 1: Bố trí thí nghiệm ứng với b, c Bước 2: Đo đại lượng trực tiếp ứng với a Bước 3: Tính giá trị trung bình sai số ứng với e, d => Chọn C Ví du 11 (ĐH − 2014) Các thao tác sử dụng đồng hồ đa số (hình vẽ) để đo điện áp xoay chiều cỡ 120 V gồm: a Nhấn nút ON OFF để bật nguồn đồng hồ 14 b Cho hai đầu đo hai dây đo tiếp xúc với hai đầu đoạn mạch cần đo điện áp.  c Vặn đầu đánh dấu núm xoay tói chấm có ghi 200, vùng ACV d Cắm hai đầu nối hai dây đo vào hai ổ COM V Ω e Chờ cho chữ số ổn định, đọc trị số điện áp g Kết thúc thao tác đo, nhấn nút ON OFF để tắt nguồn đồng hồ Thứ tự thao tác A a, b, d, c, e, g B c, d, a, b, e, g C d, a, b, c, e, g D d, b, a, c, e, g Hướng dẫn Bước : Vặn đầu đánh dấu núm xoay tới chấm có ghi 200, vùng ACV Bước 2: cắm hai đầu nối hai dây đo vào hai ổ COM V Ω Bước : Nhấn nút ON OFF để bật nguồn đồng hồ Bước 4: Cho hai đầu đo cùa hai dây đo tiếp xúc với hai đầu đoạn mạch cần đo điện áp Bước 5: Chờ cho chữ số ổn định, đọc trị số điện áp Bước 6: Kết thúc thao tác đo, nhấn nút ON OFF để tắt nguồn đồng hồ → Chọn B 2.3.5 Dạng tốn đọc đồ thị Ví dụ 12 (QG− 2015) Một học sinh xác định điện dung tụ điện cách đặt điện áp u = U0cosωt (U0 không đổi, ω = 314 rad/s) vào hai đầu đoạn mạch gồm tụ điện có điện dung C mắc nối tiếp với biến trở R Biết 2 = + U U 02 U 02 ω2 C R đó, điện áp u hai đầu R đo đồng hồ đo điện đa số Dựa vào kết thực nghiệm đo hình vẽ, học sinh tính giá trị C A 1,95 10−3F B 5,20.10−6F C 5,20 10−3 F D 1,95 10−6 F Hướng dẫn Hê thức liên viết lại:  1  = 1 + 2 ÷( 1) U U0  ω C R  15 Thay hai điểm có tọa độ (1,00.10−6; 0,0055) (2,00.10−6; 0,0095) vào hệ thức I ta được:  0, 0055 =   0, 0095 =     10−6 1, 00.10 −6 ÷ 1 + 2 1+  314 C  0, 0055 3142 C2 ⇒ C = 1,95.10 −6 ( F ) ⇒ = 0, 0095 2.10−6  −6  1+ 2,00.10 ÷ 1 + 314C2 U 02  314C  U 02 Nhận xét: Từ phương pháp xử lí số liệu biểu diễn đồ thị mà đọc kết đồ thị từ giải kết toán yêu cầu BÀI TẬP TỰ LUYỆN Câu l Kết sai số tuyệt đối phép đo 0,0609 số chữ số có nghĩa A B C D Câu Kết sai số tuyệt đối phép đo 0,2001 số chữ số có nghĩa A B C D Câu Kết sai số tuyệt đối phép đo 1,02 số chữ số có nghĩa A B C D Câu Để đo công suất tiêu thụ trung bình đoạn mạch có điện trở thuần, ta cần dùng dụng cụ đo A Ampe kế B Vôn kế C Ampe kế Vôn kế D Áp kế Câu Để đo gia tốc trọng trường dựa vào dao động lắc đơn, ta cần dùng dụng cụ đo A đồng hồ B đồng hồ thước C cân thước D thước Câu Để đo gia tốc trọng trường trung bình vị trí (không yêu cầu xác định sai số), người ta dùng dụng cụ gồm lắc đơn; giá treo; thước đo chiều dài; đồng hồ bấm giây Người ta phải thực bước: a.Treo lắc lên giá nơi cần xác định gia tốc trọng trường g b Dùng đồng hồ bấm dây để đo thời gian dao động tồn phần để tính chu kỳ T, lặp lại phép đo lần c Kích thích cho vật dao động nhỏ d Dùng thước đo lần chiều dài l dây treo từ điểm treo tới tâm vật e Sử dụng công thức g = 4π l T để tính gia tốc trọng trường trung bình vị trí 16 f Tính giá trị trung bình l T Sắp xếp theo thứ tự bước trên: A a, b, c, d, e, f B a, d, c, b, f, e C a, c, b, d, e, f D a, c, d, b, f, e Câu Để đo công suất tiêu thụ trung bình điện trở mạch mắc nối tiếp (chưa lắp sẵn) gồm điện trở R, cuộn dây cảm tụ điện, người ta dùng thêm bảng mạch ; nguồn điện xoay chiều ; ampe kế ; vôn kế thực bước sau a nối nguồn điện với bảng mạch b lắp điện trờ, cuộn dây, tụ điện mắc nối tiếp bảng mạch c bật công tắc nguồn d mắc ampe kế nối tiếp với đoạn mạch e lắp vôn kế song song hai đầu điện trờ f đọc giá trị vôn kế ampe kế g tính cơng suất tiêu thụ trung bình Sắp xếp theo thứ tự bước A a, c, b, d, e, f, g B a, c, f, b, d, e, g C b, d, e, f, a, c, g D b, d, e, a, c, f, g Câu Môt học sinh dùng đồng hồ bấm giây để đo chu kỳ dao động điều hòa T vật cách đo thời gian dao động Ba lần đo cho kết thời gian dao động 2,00s; 2,05s; 2,00s ; 2,05s; 2,05s Thang chia nhỏ đồng hồ 0,0 ls Kết phép đo chu kỳ biểu diễn A T = 2,025 ± 0,024 (s) B T = 2,030 ± 0,024 (s) C T = 2,025 ±0,024 (s) D T = 2,030 ± 0,034 (s) Câu Môt học sinh làm thí nghiệm đo chu kỳ dao động lắc đơn Dùng đồng hồ bấm giây đo lần thời gian 10 dao động toàn phần 15,45s; 15,10s; 15,86s; 15,25s; 15,50s Bỏqua sai số dụng cụ Kết chu kỳ dao động A 15,43 (s) ± 0,21% B 1,54 (s) ± 1,34% C 15,43 00 ± 1,34% D 1,54 00 ± 0,21% Câu 10 Mốt học sinh làm thí nghiệm đo gia tốc trọng trường dựa vào dao động lắc đơn Dùng đồng hồ bấm giây đo thời gian 10 đao động tồn phần tính kết t = 20,102 ± 0,269 (s) Dùng thước đo chiều dài dây treo tính kết L = ± 17 0,001(m) Lấy π2 = 10 bỏ qua sai số số pi (π) Kết gia tốc trọng trường nơi đặt lắc đơn A 9,899 (m/s2) ± 0,142 (m/s2) B 9,988 (m/s2) + 0,144 (m/s2) C 9,899 (m/s2) ± 0,275 (m/s2) D 9,988 (m/s2) + 0,277 (m/s2) Câu 11 Môt học sinh dùng cân đồng hồ bấm giây để đo độ cứng lò xo Dùng cân để cân vật nặng cho kết khối lượng m = 100g ± 2% Gắn vật vào lị xo kích thích cho lắc dao động dùng đồng hồ bấm giây đo thời gian t dao động, kết t = 2s + 1% Bỏ qua sai số số pi (π) Sai số tương đối phép đo độ cứng lò xo A 4% B 2% C 3% D 1% Câu 12 Để đo tốc độ truyền sóng v sợi dây đàn hồi AB, người ta nối đầu A vào nguồn dao động có tần số f = 100 (Hz) ± 0,02% Đầu B gắn cố định Người ta đo khoảng cách hai điểm dây gần không dao động với kết d = 0,02 (m) ± 0,82% Tốc độ truyền sóng sợi dây AB A v = 2(m/s) + 0,84% B v = 4(m/s) ± 0,016% C v = 4(m/s) ± 0,84% D v = 2(m/s) ± 0,016% Câu 13 ( QG-2018): Để xác định điện trở r nguồn điện, học sinh mắc mạch điện hình bên (H1) Đóng khóa K điều chỉnh chạy C, kết đo mô tả đồ thị biểu diễn phụ thuộc số U vôn kế V vào số I ampe kế A hình bên (H2) Điện trở vơn kế V lớn Biết R0 = 13 Ω Giá trị trung bình r xác định thí nghiệm A 2,5 Ω B 3,0 Ω C 2,0 Ω D 1,5 Ω Câu 14 Môt học sinh làm thí nghiệm đo bước sóng nguồn sáng thí nghiệm khe Young Khoảng cách hai khe sáng 1,00 ± 0,05 (mm) Khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến đo 2000 ± 1,54 (mm); khoảng cách 10 vân sáng liên tiếp đo 10,80 ± 0,14 (mm) Kết bước sóng A 0,60μm ± 6,37% B 0,54μm ± 6,22% C 0,54μm ± 6,37% D 0,6μm ± 6,22% Câu 15 Môt học sinh làm thí nghiệm đo bước sóng nguồn sáng thí nghiệm khe Young Khoảng cách hai khe sáng 1,00 ± 0,05 (mm) Khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai 18 khe đến đo 2000 ± 1,54 (mm); khoảng cách 10 vân sáng liên tiêp đo 10,80 ± 0,14 (mm) Kết bước sóng A 0,600μm ± 0,038μm B 0,540μm ± 0,034μm C 0,540μm ± 0,038μm D 0,600μm ± 0,034μm 2.4 Hiệu sáng kiến kinh nghiệm Qua trình giảng dạy nhận thấy em cung cấp đủ kiến thức lí thuyết rèn luyện kĩ thực hành xử lí số liệu, rèn luyện cách tính sai số thực hành chương trình phổ thơng, tập liện quan đến số liệu thực hành mơn vật lí đơn giản, em hoàn toàn tự tin đạt kết tốt lần kiểm tra Trong năm làm SKKN này, thực với lớp thực nghiệm 12A5 lớp đối chứng 12A4, hai lớp có đầu vào tương đương xét kĩ 12A4 nhỉnh chút Với kiểm tra nội dung kết lớp 12A5 cao hơn, đặc biệt em cảm thấy thích thú với tập liên quan đến thí nghiệm thực hành, tính sai số phép đo đại lượng vật lí Đó tiền đề để em học tập tốt năm Kết kiểm tra: 19 Lớp sĩ số 12A4 12A5 ≤5 5≤→≤7 7 năm 2021) Đề thi TNPT môn Vật lý – Bộ Giáo duc & Đào tạo – Các năm ( từ năm 2010 đến năm 2021) Tài liệu Bồi dưỡng – Ôn luyện thi đại học Vật lý – Vũ Đình Hồng Tham khảo số tài liệu mạng internet 22 ... tốn, xử lí số liệu thí nghiệm thực hành mơn vật lí trường THPT tơi mạnh dạn đưa đề tài: Vận dụng kiến thức sai số nhằm nâng cao kĩ giải tốn thí nghiệm thực hành mơn vật lí cho học sinh THPT 1.2... nghiên cứu - Vận dụng kiến thức sai số phép đo đại lượng vật lí SGK 10 để tính sai số, xử lí số liệu tốn thực hành thí nghiệm vật lí - Biết vận dụng bước thực hành thí nghiệm mơn vật lí 1.3 Đối... Đối tượng nghiên cứu - Các khái niệm sai số phép đo đại lượng vật lí - Các cơng thức tính sai số phép đo đại lượng vật lí - Các bước thực hành thí nghiệm vật lí Xử lí số liệu biểu diễn kết đồ