Giao trinh thi nghiem Vật Lí Phổ Thông Đhsp TPHCM

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ  TÀI LIỆU HỌC TẬP Học phần THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM VẬT LÝ PHỔ THÔNG Biên soạn Tổ phương pháp dạy học Vật Lý THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH 2017 Thí nghiệm Vật Lí phổ thông 2017 1 MỤC LỤC BÀI MỞ ĐẦU PHÉP ĐO ĐẠI LƯỢNG VẬT LÍ SAI SỐ 4 Phép đo 4 I Kết quả và sai số trong phép đo 4 II 1) Sai số chủ quan, sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên 4 2) Xác định sai số 6 3) Tính sai số và kết quả của phép đo trực tiếp 8 4) Tính sai số và kết quả.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ  TÀI LIỆU HỌC TẬP Học phần: THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM VẬT LÝ PHỔ THÔNG Biên soạn: Tổ phương pháp dạy học Vật Lý THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH -2017 - 2017 Thí nghiệm Vật Lí phổ thơng MỤC LỤC BÀI MỞ ĐẦU: PHÉP ĐO ĐẠI LƯỢNG VẬT LÍ SAI SỐ I II Phép đo Kết sai số phép đo 1) Sai số chủ quan, sai số hệ thống sai số ngẫu nhiên 2) Xác định sai số 3) Tính sai số kết phép đo trực tiếp 4) Tính sai số kết phép đo gián tiếp 11 III Trình bày, xử lý kết đo tính tốn thí nghiệm 14 1) Cách ghi kết đo tính 14 2) Quy tắc làm tròn số 15 3) Trình bày kết đo tính thành bảng 15 4) Trình bày kết dạng vẽ đồ thị 16 Bài 1: XÁC ĐỊNH GIA TỐC CỦA CHUYỂN ĐỘNG THẲNG NHANH DẦN ĐỀU 18 I II Mục đích 18 Chuẩn bị 18 III Thí nghiệm 18 1) Thí nghiệm - Xác định gia tốc vật thiết bị rung điện 18 2) Thí nghiệm - Khảo sát chuyển động rơi tự – xác định gia tốc rơi tự dùng đồng hồ đo thời gian số cổng quang 20 IV Câu hỏi 23 Báo cáo thực hành 24 Bài 2: TĨNH HỌC 27 I Mục đích 27 II Chuẩn bị 27 III Dụng cụ 27 IV Thí nghiệm 28 1) Thí nghiệm - Đo độ cứng lò xo 28 2) Thí nghiệm - Kiểm chứng qui tắc hợp lực đồng qui 28 3) Thí nghiệm - Kiểm chứng qui tắc hợp lực song song chiều 30 4) Thí nghiệm - Kiểm chứng qui tắc mơmen với vật có trục quay cố định 31 5) Thí nghiệm - Kiểm chứng qui tắc mơmen với vật khơng có trục quay trục cố định 31 V Câu hỏi 32 Báo cáo thực hành 33 Bài 3: KIỂM CHỨNG CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN - ĐO HỆ SỐ MA SÁT NGHỈ CỰC ĐẠI VÀ HỆ SỐ MA SÁT TRƯỢT 36 Thí nghiệm Vật Lí phổ thơng I 2017 Thí nghiệm - Kiểm chứng định luật bảo toàn 36 1) Mục đích 36 2) 3) Cơ sở lí thuyết 36 Dụng cụ thí nghiệm 37 4) Tiến hành thí nghiệm 37 II Thí nghiệm - Khảo sát chuyển động thẳng 39 1) 2) Mục đích 39 Cơ sở lý thuyết: 39 3) 4) Dụng cụ 39 Lắp ráp dụng cụ thí nghiệm: 39 5) Tiến hành thí nghiệm 40 III Thí nghiệm - Đo hệ số ma sát nghỉ cực đại hệ số ma sát trượt 40 1) Mục đích 40 2) Cơ sở lý thuyết 40 3) Dụng cụ 41 4) Lắp ráp thí nghiệm 41 5) Tiến hành thí nghiệm 42 IV Câu hỏi 42 Báo cáo thực hành 43 BÀI 4: SỰ NỞ DÀI CỦA THANH KIM LOẠI HIỆN TƯỢNG CĂNG MẶT NGỒI 46 I II Mục đích 46 Chuẩn bị 46 III Thí nghiệm 46 1) Thí nghiệm 1- Xác định hệ số nở dài kim loại 46 2) Thí nghiệm - Hình dạng tự nhiên giọt chất lỏng 48 3) Thí nghiệm - Kiểm nghiệm tồn lực căng mặt 48 4) Thí nghiệm – Xác định suất căng mặt chất lỏng 49 IV Câu hỏi 54 Báo cáo thực hành 55 BÀI 5: DỊNG ĐIỆN KHƠNG ĐỔI MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU R, L, C 58 I Mục đích 58 II Chuẩn bị 58 III Thí nghiệm 58 1) Thí nghiệm - Vẽ đường đặc trưng Vơn – Ampe bóng đèn dây tóc 58 2) Thí nghiệm - Xác định suất điện động điện trở pin điện hóa 59 3) Thí nghiệm - Khảo sát đoạn mạch xoay chiều có R, L, C nối tiếp 59 IV Câu hỏi 64 Báo cáo thực hành 65 Thí nghiệm Vật Lí phổ thơng 2017 BÀI 6: TỪ TRỪỜNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ 69 I Thí nghiệm - Xác định thành phần nằm ngang từ trường trái đất 69 1) 2) II Mục đích 69 Cơ sở lý thuyết 69 Thí nghiệm - Hiện tượng tự cảm 70 1) Mục đích 70 2) 3) Chuẩn bị 70 Tiến hành thí nghiệm 71 III Thí nghiệm - Máy phát điện 72 IV Thí nghiệm - Chứng minh định luật Lentz 72 V Thí nghiệm – Quan sát từ phổ……………………………………………………… 73 VI Câu hỏi 74 Báo cáo thực hành 75 Bài 7: CÁC THÍ NGHIỆM QUANG HỌC 77 I Thí nghiệm - Xác định tiêu cự thấu kính hội tụ, thấu kính phân kì 77 1) Mục đích 77 II 2) 3) Dụng cụ 77 Cơ sở lý thuyết 77 4) 5) Tiến hành thí nghiệm 77 Câu hỏi 79 Thí nghiệm - Xác định chiết suất thủy tinh 79 1) Mục đích 79 2) 3) 4) Cơ sở lí thuyết: 79 Tiến hành thí nghiệm 80 Câu hỏi 81 III Thí nghiệm - Xác định chiết suất chất lỏng 81 1) Mục đích: 81 2) Cơ sở lý thuyết 81 3) Tiến hành thí nghiệm 82 IV Thí nghiệm - Quan sát đường tia sáng qua quang cụ 83 1) Mục đích 83 2) Dụng cụ 83 3) Tiến hành thí nghiệm 83 V Thí nghiệm – Xác định bước sóng ánh sáng 83 1) Mục đích 83 2) Dụng cụ 83 3) Tiến hành thí nghiệm 83 Báo cáo thực hành 88 Thí nghiệm Vật Lí phổ thơng 2017 BÀI MỞ ĐẦU: PHÉP ĐO ĐẠI LƯỢNG VẬT LÍ SAI SỐ I Phép đo Là trình so sánh đại lượng với đại lượng khác loại chọn làm đơn vị: A = na Trong A đại lượng đo, a đại lượng chọn làm đơn vị, n tỷ số đại lượng đo đại lượng loại chọn làm đơn vị (thường ghi sẵn thang chia dụng cụ đo) Như vậy, phép đo cần dùng dụng cụ đo ghi sẵn đại lượng chọn làm đơn vị, thí dụ thước dẹt, cân, ampe kế… Nếu dụng cụ đo khơng có phép đo Phép đo gồm hai loại phép đo trực tiếp phép đo gián tiếp  Phép đo trực tiếp kết đo đọc trực tiếp dụng cụ đo Ở đây, độ xác phép đo trực tiếp tương ứng với mức độ xác mà dụng cụ cho phép Ví dụ, đo với thước có độ chia tới 0,01 mm , số đọc phải 15,32 mm đọc 15,3 mm Nếu chữ số cuối phải ghi, thí dụ 17,30 mm  Trong phép đo gián tiếp, đại lượng cần đo xác định gián tiếp thông qua biểu thức toán học,mối liên hệ thể phương trình F = f(x,y,z) Trong F giá trị đại lượng cần tìm phép đo gián tiếp x, y, z giá trị đại lượng đo trực tiếp Ví dụ: - Đo trực tiếp chiều dài thước, đo thể tích chất lỏng bình chứa, đo cường độ dịng điện ampe kế… - Đo gián tiếp R nhờ định luật Ôm: R = U/I… Trong thực tế, kết phép đo gần với mức xác Kết đo ln có sai số, nghĩa có giá trị vây quanh giá trị thực đại lượng cần đo Để hạn chế sai số, cần phải hiểu rõ nguyên nhân gây sai số để khắc phục chúng II Kết sai số phép đo Sai số chủ quan, sai số hệ thống sai số ngẫu nhiên Khi đo đại lượng vật lí, nhiều lý ta khơng đạt độ xác tuyệt đối (ngay đạt độ xác ta khơng thể chứng minh giá trị thực) Độ sai lệch giá trị đo giá trị thực đại lượng cần đo gọi Thí nghiệm Vật Lí phổ thơng 2017 sai số a) Sai số chủ quan - - Sai số chủ quan sai số phạm phải hoàn hảo giác quan, khả phản xạ kỹ năng, kỹ xảo người đo Ví dụ, thời gian phản xạ người ánh sáng thay đổi từ 0,15 s đến 0,225 s, với âm thay đổi từ 0,0828 s đến 0,195 s Thời gian phản xạ khác người, thời điểm, môi trường cụ thể Để hạn chế sai số chủ quan, người đo cần luyện tập thao tác đo thành thạo, tập trung ý cao độ, cẩn thận đo phải có sức khỏe tốt b) Sai số hệ thống Sai số hệ thống sai số gây yếu tố tác động lên kết đo, có giá trị khơng đổi lần đo điều kiện Nó khơng phụ thuộc vào số lần đo gặp phải lặp lặp lại phép đo đại lượng với dụng cụ, phương pháp Sai số thường nguyên nhân: - - Do ảnh hưởng môi trường tới dụng cụ đo đối tượng đo (thí dụ: phần lớn dụng cụ đo thiết kế 20 oC, nhiệt độ môi trường đo tăng giảm ảnh hưởng đến phép đo), va chạm, rung động, luồng khơng khí, ma sát… ảnh hưởng tới phép đo cần phải giảm thiểu chúng Do thiếu sót phương pháp đo, việc dùng công thức gần phép đo gián tiếp (thí dụ: đo điện trở gián tiếp cơng thức R = U/I - có hai cách mắc ampe kế vơn kế cho sai số khác nhau) Chính trình độ hiểu biết lý thuyết kinh nghiệm người đo định đến sai số Do lắp đặt, điều chỉnh dụng cụ đo khơng quy định (thí dụ: cân khối lượng bị nghiêng, thang chia ampe kế vôn kế để lớn đại lượng đo có giá trị nhỏ…) Sai số cố định chủ quan người đo hạn chế phân biệt màu sắc - mắt, nhận biết cường độ sáng mắt, độ nhanh nhạy thần kinh động tác… Do dụng cụ đo thiết kế có sai số cũ nên độ xác - kém… Với dụng cụ đo có ghi rõ sai số cho phép dụng cụ Sai số quy định tiêu chuẩn nhà nước Sai số dụng cụ đo thường nhỏ sai số cho phép thường nhỏ độ chia 2017 Thí nghiệm Vật Lí phổ thông hai vạch liên tiếp mặt thang đo dụng cụ Đối với đa số dụng cụ dùng trường phổ thơng kỹ thuật sai số dụng cụ đo nửa giá trị độ chia Để hạn chế sai số hệ thống, thường áp dụng số biện pháp: loại bỏ nguyên nhân gây sai số trước đo; loại trừ sai số đo; đưa số hiệu chỉnh vào kết đo; đánh giá giới hạn sai số hệ thống khơng loại trừ c) Sai số ngẫu nhiên Sai số ngẫu nhiên sai số yếu tố bất thường, khơng có quy luật tác động Sai số có độ lớn dấu khác lần đo Nó thường gặp phải đo nhiều lần đại lượng phương pháp dụng cụ Sai số sinh nguyên nhân tình cờ biến đổi nhỏ áp suất, nhiệt độ, rung động, có luồng khơng khí, việc sử dụng dụng cụ, việc đọc số liệu, thân đối tượng khơng đồng (thí dụ đường kính sợi dây đồng khơng đồng nhất) Khi đọc kết dụng cụ đo phải vào vật thị (kim, vết sáng…) Có cách đọc: lấy kết vạch thang chia gần vật thị (sai số không nửa giá trị độ chia) lấy kết trung bình cộng hai giá trị nằm kề hai bên vật thị (sai số lớn nửa giá trị độ chia) Sai số đọc sinh thị sai Để giảm sai số cần nhìn vật thị theo phương vng góc với mặt phẳng chứa thang chia, dùng dụng cụ có vật thị sát mặt thang chia Tuy nhiên, với tiến khoa học kỹ thuật nhiều dụng cụ đo hiển thị kết số nên việc đọc số thuận lợi khơng phải mà khơng có sai số Có thể làm giảm sai số cách thực phép đo nhiều lần điều kiện Xác định sai số a) Giá trị gần đúng, sai số tuyệt đối, sai số tương đối Do nguyên nhân nêu nên giá trị đo gần - Sai số tuyệt đối phép đo độ lệch giá trị đo khỏi giá trị thực: x  X  x Trong X giá trị thực (chính xác), x giá trị đo - Sai số tương đối (hay gọi sai số tỉ đối) phép đo sai số xác định thương số   x Tuy nhiên, phép đo giá trị xác X 2017 Thí nghiệm Vật Lí phổ thơng X cịn chưa xác định nên sai số tương đối xác định   x x Nếu tính phần trăm   x 100% Sai số tương đối cho phép đánh giá độ x xác phép đo - Giá trị thực đại lượng cần đo viết dạng X  x  x Biểu thức có nghĩa giá trị thực đại lượng nằm khoảng [x-x, x+x]↔ x  x  X  x  x d) Sai số tổng hợp Nếu coi loại trừ sai số chủ quan phép đo sai số hệ thống sai số ngẫu nhiên Giả sử hai loại sai số khơng phụ thuộc sai số tổng hợp là: x = xh +xn với xh sai số hệ thống, xn sai số ngẫu nhiên - Sai số hệ thống đo trực tiếp chủ yếu phụ thuộc vào sai số dụng cụ đo Có thể xác định sai số hệ thống giới hạn đó, gọi sai số hệ thống giới hạn (xhg) Trong phép đo trực tiếp, sai số hệ thống giới hạn nửa vạch chia nhỏ dụng cụ: xhg = a/2 Với dụng cụ có ghi cấp độ xác sai số hệ thống giơí hạn tính theo cơng thức xhg = kA Với k cấp xác dụng cụ A giá trị giới hạn cực đại thang đo Đối với kế, hạn chế người quan sát nên thường quy ước thg = 0,1 s - Sai số ngẫu nhiên giá trị trung bình Để làm giảm sai số ngẫu nhiên, cần phải thực phép đo nhiều lần Giả sử đại lượng cần đo có giá trị thực X, thực đo n lần điều kiện ta thu giá trị x1, x2,…, xn Giá trị trung bình đại lượng đo là: x x1  x2   xn n   xi n n i 1 Giá trị gần với giá trị thực X Độ lệch kết đo lần thứ i với giá trị trung bình là: xi  xi  x Sai số trung bình phép đo: x  x1  x2   xn n   xi n n i1 Sai số toàn phương trung bình phép đo riêng biệt 2017 Thí nghiệm Vật Lí phổ thơng n  ( x ) i i 1  n 1 Giá trị cho biết độ xác phương pháp đo Sai số tồn phương trung bình giá trị trung bình n  (x ) i  i 1 n(n  1) Đối với sai số ngẫu nhiên, n  ,   0, x  X Tính sai số kết phép đo trực tiếp a) Thực đo lần Sai số phép đo trực tiếp lần sai số hệ thống giới hạn xhg Kết viết sau: X  x  xhg Trong x kết đo được; xhg sai số hệ thống giới hạn Ví dụ, dùng nhiệt kế thủy ngân có vạch chia nhỏ 1oC đo nhiệt độ vật 53oC kết là: t = (53,0 ± 0,5) oC  Chú ý: Cách tính sai số đồng hồ đo điện số Nếu Xm giá trị giới hạn thang đo đại lượng X (cường độ dòng điện, hiệu điện thế, điện trở…) độ phân giải thang đo tính bằng:   Xm [đơn vị đo/digit] 2000 Giả sử ∆Xm sai số tuyệt đối Xm Khi đó, sai số tỉ đối Xm bằng:   X m Xm gọi cấp xác thang đo Trường hợp này, sai số tuyệt đối X hiển thị đồng hồ đo điện đa số tính theo cơng thức: X   X  n Trong đó, cấp xác δ số digit n quy định nhà chế tạo thang đo Thí dụ bảng thông số kĩ thuất đồng hồ số DT- 9208A Chức đo DCV Thang đo δ(%) n 200 mV 0,8 15 2V 0,8 10 20 V 0,8 10 200 V 0,8 10 2017 Thí nghiệm Vật Lí phổ thơng Chức đo DCA ACV ACA R Thang đo δ(%) n 1000 V 1,0 20 μA 2,5 10 200 μA 2,5 10 mA 1,5 10 20 mA 1,5 10 200 mA 2,0 10 2A 2,0 10 20A 4,5 20 200 mV 1,2 10 2V 1,2 15 20V 1,2 15 200V 1,2 15 750V/1000V 1,5 15 20 μA 3,0 10 200 μA 3,0 10 mA 2,0 10 20 mA 2,0 10 200 mA 2,0 15 2A 2,0 15 20A 5,0 10 200 Ω 1,2 10 kΩ 1,0 10 20 kΩ 1,0 10 200 kΩ 1,0 10 MΩ 1,0 10 20 MΩ 1,2 20 200 MΩ 2000 MΩ Ví dụ: Nếu chọn thang đo DCA 200 mA đồng hồ số DT-830B đo I = 26,00 mA, ta có: ∆I =2,0%.26,00 + 10.200/2000 = 1,52 mA Nghĩa cường độ dòng điện I đo mằm khoảng giá trị: Thí nghiệm Vật Lí phổ thơng 2017 3) Thí nghiệm - Máy phát điện Trả lời câu hỏi 4) Thí nghiệm - Chứng minh định luật Lentz Ghi nhận kết thí nghiệm làm, giải thích kết luận 5) Thí nghiệm – Từ phổ IV Trả lời câu hỏi 76 2017 Thí nghiệm Vật Lí phổ thơng Bài 7: CÁC THÍ NGHIỆM QUANG HỌC I Thí nghiệm - Xác định tiêu cự thấu kính hội tụ, thấu kính phân kì 1) Mục đích Xác định tiêu cự thấu kính hội tụ thấu kính phân kỳ có dụng cụ 2) Cơ sở lý thuyết Lý thuyết thấu kính hội tụ thấu kính phân kỳ sách giáo khoa vật lí 11 Tiêu cự thấu kính xác định theo cơng thức: f  d d ' Trong d d’ d  d' khoảng cách từ vật ảnh đến thấu kính Vậy, muốn xác định tiêu cự thấu kính phải xác định d d’ Chú ý hai đại lượng đại số 3) Dụng cụ - Một giá quang học dài 720 cm, có gắn thước đo có độ chia nhỏ đến mm Đèn chiếu - Ba thấu kính hội tụ có tiêu cự là: 50 mm, 100 mm, 300 mm Một thấu kính phân kỳ có tiêu cự - 70 mm - Màn hứng ảnh 4) Tiến hành thí nghiệm  Xác định tiêu cự thấu kính hội tụ - Chỉnh đèn để đèn phát chùm tia song song trước làm thí nghiệm - Lắp dụng cụ lên giá đỡ quang học theo thứ tự: đèn chiếu sáng, vật AB, thấu kính hội tụ cần tìm tiêu cự, hứng ảnh 77 2017 Thí nghiệm Vật Lí phổ thơng - Bật đèn, dịch chuyển thấu kính hứng ảnh để thu ảnh rõ nét có độ lớn vật khoảng cách d’ từ hứng ảnh tới thấu kính khoảng cách d từ vật đến thấu kính Khi đó, tiêu cự thấu kính có giá trị: f = L/4.Với L khoảng cách vật Đây phương pháp đơn giản để xác định tiêu cự thấu kính hội tụ (phương pháp Silbermann)  Xác định tiêu cự thấu kính phân kỳ - Do đặc điểm thấu kính phân kỳ ln cho ảnh ảo vật thật AB đặt trước thấu kính nên đo trực tiếp khoảng cách d’ từ ảnh ảo đến thấu kính Vì để xác định tiêu cự thấu kính phân kỳ ta ghép đồng trục thấu kính hội tụ thấu kính phân kỳ để tạo vật ảo A1B1 khoảng tiêu cự ,qua thấu kính phân kì cho ảnh thật A2B2 hình vẽ - Lắp dụng cụ lên giá quang học theo thứ tự sau: đèn, vật AB, thấu kính hội - tụ, hứng ảnh Bật đèn, điều chỉnh thấu kính hội tụ hứng ảnh cho thu ảnh A1B1 vật, nhỏ vật, rõ nét Đánh dấu vị trí ảnh A1B1 - - giá quang học (cũng vị trí màn) Đặt thấu kính phân kỳ cần đo tiêu cự vào khoảng thấu kính hội tụ màn, lúc ảnh A1B1 coi vật ảo thấu kính phân kỳ Chú ý cần đặt thấu kính phân kỳ cách ảnh khoảng từ 50mm đến 60mm Dịch chuyển xa thấu kính phân kỳ để thu ảnh thật A2B2 rõ nét Xác định khoảng cách d, d’ thấu kính phân kì, ý d mang giá trị âm Từ tính f theo cơng thức: f  d d ' d  d'  Chú ý 78 2017 Thí nghiệm Vật Lí phổ thơng - - Phải lắp đặt dụng cụ đèn, vật, thấu kính hứng đồng trục ln vng góc với giá quang học Kết thí nghiệm phụ thuộc nhiều vào vào việc tìm vị trí ảnh thật A1B1, A2B2 để đo d, d’ Vì để giảm sai số phép đo, sau dịch chuyển để tìm vị trí cho ảnh rõ nét, ta cần phải xê dịch quanh vị trí vài lần để tìm vị trí cho ảnh rõ nét Đối với thấu kính có dụng cụ xác định tiêu cự thấu kính phân kỳ ta nên chọn: BO1>2f (tức vật đặt cách thấu kính hội tụ khoảng lớn lần tiêu cự nó); O2B1 khoảng 5-6 cm (để ảnh A1B1 nằm khoảng tiêu cự thấu kính phân kỳ cho ảnh thật A2B2 lớn vật hứng ảnh) 5) Câu hỏi II Có thể đặt thấu kính phân kì trước thấu kính hội tụ để đo tiêu cự thấu kính phân kí khơng? Giải thích Nêu sơ lược phương pháp Silbermann đo tiêu cự thấu kính hội tụ Hãy nêu khái niệm vật thật, vật ảo, ảnh thật, ảnh ảo theo quang hình học Thí nghiệm - Xác định chiết suất thủy tinh 1) Mục đích Áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng để xác định chiết suất thủy tinh 2) Cơ sở lí thuyết - Trong thí nghiệm này, ta áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng, tỷ số sin góc tới sin góc khúc xạ quy tỉ số độ dài hai đoạn thẳng để giảm sai số phép đo góc (n) γ I α 79 2017 Thí nghiệm Vật Lí phổ thơng - - Ta sử dụng phương pháp ngắm thẳng hàng theo phương truyền tia sáng Tia tới SI với góc tới α cho tia khúc xạ II’ với góc khúc xạ γ tuân theo định luật khúc xạ Trên phương tia tới ta chọn điểm S phương tia khúc xạ ta chọn điểm S’ cho S S’ nằm đường trịn tâm I Khi đó: sin  n sin  Với sin    n SH S 'H ' ;sin   SI S 'I ' sin  SH (vì SI=S’I’=R)  sin  S ' H ' 3) Tiến hành - Đặt miếng xốp lên mặt bàn đặt tờ giấy trắng có vẽ sẵn vịng trịn bán - kính R hai đường kính vng góc Đặt hai mặt song song lên tờ giấy cho cạnh song song trùng với đường kính hình trịn - - Ghim thẳng đứng kim thứ tâm I vòng tròn Ghim thẳng đứng kim thứ điểm I’ sát với cạnh khối thủy tinh Đặt mắt ngang với mặt bàn ngắm kim thứ cho che khuất kim thứ ảnh kim thứ Lấy khối thủy tinh kim thứ ra, dùng thước kẻ tia tới qua kim thứ I, cắt vòng tròn S nối dài tia khúc xạ II’ cắt vòng tròn S’ Hạ đường vng góc SH S’H’ xuống đường kính vng góc cịn lại vịng trịn 80 2017 Thí nghiệm Vật Lí phổ thơng - Dùng thước mm đo lập tỉ số SH/S’H’ Lặp lại thí nghiệm lần, lần thay đổi vị trí kim thứ 4) Câu hỏi - Giải thích cách xác định tia tới tia khúc xạ thí nghiệm Đề xuất phương pháp đo chiết suất thủy tinh mơi trường suốt (lỏng rắn) với sai số phép đo chấp nhận III Thí nghiệm - Xác định chiết suất chất lỏng (nước) 1) Mục đích Xác định chiết suất nước nhờ định luật khúc xạ ánh sáng phương pháp đơn giản 2) Cơ sở lý thuyết - - Khi ánh sáng truyền từ khơng khí vào nước có chiết suất n, theo định luật khúc xạ ánh sáng ta có: sini = nsinr (i góc tới, r góc khúc xạ) Từ n = sini/sinr Nhìn vào hình vẽ ta có: n - ˆ ) S ' M / IM S ' M sin( S ' IM S 'M   n ˆ ) I ' M / IM I ' M I 'M sin( I ' IM Như vậy, muốn xác định chiết suất nước ta cần đo hai đoạn thẳng S’M I’M thước mm thay vào công thức 81 Thí nghiệm Vật Lí phổ thơng 2017 3) Tiến hành thí nghiệm - - - Ta dùng cốc thủy tinh hình trụ, thành mỏng, tích khoảng 500 ml, đường kính khoảng 80 mm Dùng băng dính đen rộng 50 mm bao quanh thành ngồi cốc cho hai mép băng dính tạo khe hẹp rộng mm, dọc theo đường sinh cốc ánh sáng qua (đã làm sẵn) Đổ nước vào khoảng 1/5 cốc, đặt lên tờ giấy trắng bàn nằm ngang Đặt đèn bàn cách cốc nước khoảng 10 cm ( không cần khe đèn) Vẽ đường viền chu vi đáy cốc lên tờ giấy Xoay cốc nước cho khe hẹp thành cốc hướng phía đèn Điều chỉnh vị trí đèn cho có tia sáng trùng với đường kính IM cốc nước Để thay đổi góc tới i, ta di chuyển đèn đến vị trí mới, phía trước, cho nhìn trực tiếp vào cốc nước ta thấy có hai vết sáng thành cốc đối diện với khe hẹp, tia thẳng mặt nước, tia bị khúc xạ nước tạo thành Đánh dấu vị trí hai vết sáng đường viền chu vi đáy cốc giấy nhờ ê-ke ba chiều, ta có hai điểm S’ I’ Tiếp theo di chuyển đèn đến vị trí khác, ngược phía lúc trước, tìm thêm cặp điểm S’, I’ khác Bỏ cốc nước đèn chiếu khỏi tờ giấy, dùng thước chia độ dài đến mm để đo đoạn S’M , I’M Thay vào cơng thức n = S’M/I’M để tính chiết suất n - Lặp lại thí nghiệm lần kết xác  Chú ý: Mỗi di chuyển đèn, ta nhìn thấy vết sáng thành cốc Để đánh dấu điểm S’ I’ xác, ta phải di chuyển đèn qua lại cho vết sáng thành cốc nhỏ nhất, dùng ê-ke ba chiều để chiếu thẳng đứng vết sáng lên tờ giấy 82 Thí nghiệm Vật Lí phổ thơng IV 2017 Thí nghiệm - Quan sát đường tia sáng qua quang cụ 1) Mục đích Quan sát đường tia sáng qua thấu kính, lăng kính lăng kính phản xạ tồn phần 2) Dụng cụ - Bảng từ Nguồn sáng có gắn ba khe hẹp Thấu kính hai mặt lồi, thấu kính hai mặt lõm, lăng kính 3) Tiến hành thí nghiệm - Gắn nguồn sáng có khe hẹp lên bảng từ - V Gắn thấu kính hai mặt lồi lên bảng từ, quan sát đường chùm tia sáng song song phát từ khe hẹp qua thấu kính Lần lượt thay thấu kính hai mặt lồi quang cụ khác lặp lại thí nghiệm Thí nghiệm 5: Xác định bước sóng ánh sáng - 1) Mục đích Quan sát tượng giao thoa ánh sáng qua khe Y-âng, Xác định bước sóng ánh sáng đơn sắc dựa vào tượng giao thoa ánh sáng đơn sắc qua khe Y-âng, 2) Cơ sở lí thuyết 83 2017 Thí nghiệm Vật Lí phổ thơng - Khi hai sóng ánh sáng đơn sắc phát từ hai nguồn kết hợp giao có tượng giao thoa Khoảng vân i   D ,  bước sóng ánh a sáng đơn sắc, D khoảng cách từ khe Y-âng đến quan sát a khoảng cách hai khe Nếu đo i, D a bước sóng ánh sáng đơn sắc xác định theo công thức   - ia ; D Nếu dùng ánh sáng trắng, ta quan sát thấy vân sáng vân sáng trắng, hai bên dải màu cầu vồng, tím bên trong, đỏ bên D S S a S M (Sơ đồ thí nghiệm giao thoa khe Y-âng) (Hệ vân giao thoa màn) 3) Dụng cụ:  Phương án 1: dùng đèn laze bán dẫn (thực hành theo phương án này) Gồm phận sau: đèn la-ze bán dẫn V- DC, chứa khe Y-âng có khoảng cách a khác nhau: a = 0,10 mm; 0,15 mm; 0,20 mm , hứng hệ vân giao thoa có thước đo bên đến cm, giá đỡ có thước đo kéo trượt để thay đổi khoảng cách D từ 50 cm đến 100 cm 84 2017 Thí nghiệm Vật Lí phổ thơng Phương án 2: Sử dụng kính giao thoa hệ đồng trục, nguồn ánh sáng trắng (phần đọc thêm) Kính giao thoa hệ đồng trục gồm phận sau: - Nguồn sáng: Đèn pin 3V – 1,5W (1); - Ống hình trụ L1 chứa khe gồm: + Đĩa trịn (2) có khe hẹp S dọc theo đường kính đĩa gắn cố định đầu ống; + Đĩa tròn (3) nằm đầu ống, có hai khe S1, S2 rộng mm, song song 10 với khe S, cách 0,25 mm Đĩa (3) gắn vào mặt phẳng thấu kính hội tụ có tiêu cự khoảng cách từ đĩa (2) tới đĩa (3); - Ống quan sát hình trụ L2 có đường kính đường kính ống L1, gồm: + Kính lúp (5) nằm đầu ống, đóng vai trị thị kính; + Màn hứng vân giao thoa (4) đĩa suốt, có thước chia đến mm 10 để đo khoảng vân, nằm gần tiêu diện kính lúp Vị trí hứng vân đánh dấu vạch M bên ống L2 Đèn ống L1 gắn khít đồng trục ống định hướng L3 cho dây tóc bóng đèn nằm song song với khe Ở thành ống L3 có khe L nằm trước đĩa trịn (2) để lắp kính lọc sắc có vạch đánh dấu vị trí K hai khe S1, S2 Ống quan sát L2 lồng khít ống định hướng L3 dịch chuyển dọc theo ống L3 để thay đổi khoảng cách từ hai khe (3) tới (4); - Kính lọc sắc màu đỏ kính lọc sắc màu xanh; - Thước chia đến milimet 4) Tiến hành thí nghiệm  Phương án 1: dùng đèn laze bán dẫn - Cố định đèn laze chứa khe Y-âng lên giá đỡ, - Nối đèn vào nguồn điện chiều V điều chỉnh chứa khe Y-âng cho chùm tia laze phát từ đèn chiếu vào khe Y-âng kép, a= 0,15 mm, - Đặt hứng vân song song cách chứa khe Y-âng kép khoảng D = m, chỉnh để làm xuất hệ vân giao thoa rõ nét nhất, - Đo khoảng cách D1 từ khe Y-âng tới khoảng cách l1 vân sáng vân tối liên tiếp Điền giá trị D1, l1 vào bảng số liệu 1, 85 2017 Thí nghiệm Vật Lí phổ thơng - Tính khoảng vân i1  l1 ia bước sóng ánh sáng laze theo công thức   , ghi vào D bảng số liệu - Lặp lại bước thí nghiệm ứng với hai giá trị D2, D3 nhỏ D1 cách dịch chuyển thước trượt gắn hứng vân giao thoa, - Tính  ,  , ghi kết thu vào bảng số liệu Bảng 1: Lần thí nghiệm l (mm) D (mm) l i  ( mm)  ia ( mm) D Tính  ,  dùng công thức: N  1  2    N N  k ;   k N  , số k biểu diễn lần đo thứ k, N số lần đo (lấy N = 3)      - Đưa nhận xét  Phương án 2: Sử dụng kính giao thoa hệ đồng trục, nguồn ánh sáng trắng - - - Xác định bước sóng ánh sáng đơn sắc đỏ Đặt kính lọc sắc màu đỏ vào khe L bật cơng tắc đèn pin; Đặt mắt nhìn hệ vân giao thoa qua kính lúp (5) xoay nhẹ ống quan sát L2 cho vạch chia thước (4) song song với vân giao thoa; Dịch chuyển ống L2 ( kéo đẩy vào ) tới điểm tất vân sáng tất vân tối trùng với vạch chia thước Khi khoảng vân i = 0,1mm; Dùng thước đo khoảng cách D1 = KM từ khe Y-âng tới ghi vào bảng số liệu 2; Xê dịch ống quan sát L2 hai lần để tìm vị trí mà ta cho vạch chia thước trùng với điểm vân sáng vân tối Dùng thước đo D2, D3 tương ứng ghi vào bảng số liệu Xác định bước sóng ánh sáng đơn sắc xanh Lặp lại bước thí nghiệm với kính lọc sắc màu xanh 86 2017 Thí nghiệm Vật Lí phổ thơng - Các số liệu thí nghiệm xác định bước sóng ánh sáng đỏ bước sóng ánh sáng xanh đưa vào bảng số liệu 2; Lấy a = (0,250  0,005) mm; i = (0,100  0,005) mm Bảng : Lần thí nghiệm D1 (mm) D2 (mm) D3 (mm) D D (mm) (mm)  ia D (mm)  (mm)      (mm) Kính lọc sắc đỏ Kính lọc sắc xanh - Tính D, D,  ,  theo công thức: N D k D  k N D ; Trong Dk giá trị lần đo thứ k; N số lần thí nghiệm (thực thí nghiệm lần cho loại kính lọc sắc)  - - ia  i a D   ;       ; thay    ; D  D D a D   i Quan sát hệ vân giao thoa với ánh sáng trắng Bỏ kính lọc sắc khỏi khe L; Đặt mắt nhìn hệ vân giao thoa qua kính lúp (5) Mô tả hệ vân giao thoa quan sát giải thích kết quan sát 5) Câu hỏi Nếu thay đổi D, hệ vân giao thoa thay đổi nào? Nếu làm thí nghiệm mơi trường có chiết suất n >1 hiệu quang lộ, khoảng vân, vị trí vân sáng, vị trí vân tối thay đổi nào? Đo bước sóng theo phương án 1, sai số phạm phải bước q trình thí nghiệm, nêu cách khắc phục - 87 2017 Thí nghiệm Vật Lí phổ thơng Báo cáo thực hành theo mẫu sau BÀI 7: CÁC THÍ NGHIỆM QUANG HỌC Họ tên: Lớp: Nhóm: Ngày thực hành: Ngày nộp báo cáo: I II Mục đích Cơ sở lí thuyết Trình bày tóm tắt nội dung sau: - Định luật khúc xạ ánh sáng - Phương pháp Silbermann đo tiêu cự thấu kính hội tụ - III Các trường hợp tạo ảnh thấu kính Kết thí nghiệm 1) Thí nghiệm - Xác định tiêu cự thấu kính hội tụ , thấu kính phân kì  Tiêu cự thấu kính hội tụ Lần đo L = d+d’ f = L/4 ∆f TB Kềt quả: f  f  f  Tiêu cự thấu kính phân kì Lần đo d (cm) d’ (cm) f = dd’/(d+d’) ∆f TB Kết quả: f  f  f 88 2017 Thí nghiệm Vật Lí phổ thơng 2) Thí nghiệm - Xác định chiết suất thủy tinh Lần đo SH (mm) S’H’ (mm) n = SH/S’H’ ∆n TB n  n  n Kết quả: (Nộp kèm theo báo cáo tờ giấy vẽ vòng tròn đường tia sáng) 3) Thí nghiệm - Xác định chiết suất chất lỏng (nước) Lần đo S’M (mm) I’M (mm) n n1  n2  n3  n  nmin n  max  n  n  n n Kết quả: (Nộp kèm theo báo cáo tờ giấy vẽ vòng tròn đường tia sáng) 4) Thí nghiệm - Quan sát đường tia sáng qua thấu kính, lăng kính, lăng kính phản xạ tồn phần, mặt song song Vẽ lại nêu nhận xét đường chùm tia sáng song song qua quang cụ: thấu kính lồi, thấu kính lõm, hai mặt song song, lăng kính, lăng kính phản xạ tồn phần 5) Thí nghiệm – Xác định bước sóng ánh sáng đơn sắc Bảng số liệu thí nghiệm giao thoa ánh sáng Lần thí nghiệm D (mm) l (mm) l i  ( mm)  ia ( mm) D - Tính  ,  dùng cơng thức: 89 2017 Thí nghiệm Vật Lí phổ thơng N  1  2    N N  k ;   k N  , số k biểu diễn lần đo thứ k, N số lần đo - IV Kết quả:      Trả lời câu hỏi 90 ... gấp khúc qua hình chữ nhật (khơng thi? ??t phải qua điểm, số điểm nằm xấp xỉ số điểm nằm đồ thị) 16 2017 Thí nghiệm Vật Lí phổ thơng 17 2017 Thí nghiệm Vật Lí phổ thơng Bài 1: XÁC ĐỊNH GIA TỐC... động chấm cách Nếu vật chuyển động nhanh dần 18 2017 Thí nghiệm Vật Lí phổ thông chấm thưa dần Nếu vật chuyển động chậm dần cách chấm mau dần - Giá đỡ, máng nghiêng - Xe lăn Vật nặng Biến áp dùng... 2017 Thí nghiệm Vật Lí phổ thơng  Tính: g  g1  g   g ; g  g1  g   g5  Gia tốc rơi tự do: g  g  g IV Trả lời câu hỏi 26 2017 Thí nghiệm Vật Lí phổ thơng Bài 2: