BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỆN QUANG KIỂM CHỨNG ĐỊNH LUẬT MALUS KHẢO SÁT HIỆN TƯỢNG PHÂN CỰC QUAY (ĐƯỜNG KẾ)

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỆN QUANG HKI 2022 2023 BÀI 8 KIỂM CHỨNG ĐỊNH LUẬT MALUS KHẢO SÁT HIỆN TƯỢNG PHÂN CỰC QUAY (ĐƯỜNG KẾ) Hiện diện Điểm 1 MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM Kiểm chứng định luật Malus Khảo sát góc q.

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỆN - QUANG HKI 2022 - 2023 BÀI 8: KIỂM CHỨNG ĐỊNH LUẬT MALUS - KHẢO SÁT HIỆN TƯỢNG PHÂN CỰC QUAY (ĐƯỜNG KẾ) Hiện diện Điểm MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM Kiểm chứng định luật Malus Khảo sát góc quay R mặt phẳng chấn động ánh sáng phân cực thẳng qua dung dịch quang hoạt để xác định suất triền quang riêng (  ) chất quang hoạt hịa tan BỐ TRÍ, DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM Chú ý: Bài thí nghiệm thực thí nghiệm khảo sát tượng phân cực quay thí nghiệm kiểm chứng định luật Malus bỏ  Các dụng cụ thí nghiệm: Tên dụng cụ Hình ảnh minh họa Cơng dụng Xác định góc quay mặt phẳng chấn động sáng ánh Triền quang kế sáng phân cực thẳng qua chất triền quang Ống đựng dung Đựng dung dịch quang hoạt dịch đường BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỆN - QUANG HKI 2022 - 2023 Bình pha dung dịch đường có Pha dung dịch đường xác định chia vạch cốc thể tích dung dịch đong dung dịch Nguồn điện Cung cấp hiệu điện Cân điện tử Cân khối lượng đường Máy khuếch đại (Khơng có phịng thí điện áp nghiệm) Chuyển ánh sáng từ nguồn sáng thành ánh sáng phân cực thẳng (Nicol phân cực: chuyển ánh sáng Kính phân cực tự nhiên thành ánh sáng phân cực thẳng Nicol phân tích: nhận biết ánh BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỆN - QUANG HKI 2022 - 2023 sáng phân cực thẳng) Cảm biến ánh sáng Phát cường độ sáng Đũa khuấy Khuấy dung dịch đường Đường Chất tan dung dịch đường Hủ nhựa Hủ đựng đường cân  Cấu tạo triền quang kế: ST Tên T Đèn Natri Nicol phân cực P Tấm chắn sáng D Công dụng Tạo nguồn sáng đơn sắc tự nhiên Chuyển ánh sáng tự nhiên từ đèn Natri thành ánh sáng phân cực thẳng Bản nửa sóng chắn nửa thị trường có cạnh thẳng BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỆN - QUANG đứng song song với phương ưu đãi Bộ phận để ống T có chiều dài cho Đặt ống T chứa dung dịch quang hoạt cần khảo sát sẵn Nicol phân tích A gắn liền vào thước trịn có chia độ Thước đo góc có chia độ Kính ngắm L HKI 2022 - 2023 (dung dịch đường) Nhận biết hướng phân cực ánh sáng truyền tới Đo góc xoay nicol phân tích A Quan sát cường độ ánh sáng thị trường qua triền quang kế Núm cưa để quay nicol phân Được dùng để điều chỉnh góc quay nicol phân tích tích A  Thước đo góc triền quang kế: Thước thước trịn khắc thành vạch có giá trị 10 Du xích chia thành 20 vạch có giá trị 1/20 độ Du xích gắn cố định, ta quay mặt phẳng Nicol A thước quay theo Giới hạn du xích 10 gồm 20 vạch, giá trị vạch 1/20 (0,050) n  Như vậy, giá trị vạch du xích 20 (với n số du xích)  Cách đọc thước: Ở vị trí cần đo ta đọc phần chẵn thước phần lẻ ta xem thước du xích vạch trùng với thước ta đọc giá trị Ví dụ: Giá trị góc đo hình là: 470 + 60/10 = 47,60 CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỆN - QUANG HKI 2022 - 2023 Bước Chỉnh máy: Nhìn vào kính ngắm thấy hai vùng sáng không đều, quay Nicol phân tích A núm vặn hai vùng sáng Ghi nhận giá trị Ro Bước Pha dung dịch quang hoạt - Dùng cân bán tiểu ly cân m = 5g đường (chất quang hoạt cần khảo sát) hịa tan vào thể tích thích hợp để có vừa 100ml dung dịch, nồng độ dung dịch là: C m 100 Sau pha lỗng dần dung dịch để có dung dịch nồng độ khác Lần lượt rút 20ml dung dịch vừa khảo sát thay 20ml nước cất Ta có: C0 = % Vậy C1 = 80/100 C0 = % C2 = 80/100 C1 = 3,2 % C3 = 80/100 C2 = 2,56 % Bước Đổ dung dịch vào ống T (đổ nhẹ, hạn chế bọt khí) Bước Đo góc quay R - Sau đặt ống T lên máy, vặn núm để hai vùng sáng (lần 2) Ghi nhận R ' - Lấy R’ – R0 = R góc quay mặt phẳng chấn động sáng Bước Kết - Tính triền quang suất [] chất quang hoạt định luật Biot: R     l.C với l: chiều dài ống T (cm); C : nồng độ dung dịch BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỆN - QUANG HKI 2022 - 2023 - Vẽ đường đo với chất quang hoạt khảo sát : R = f(C) - Dùng đường biểu diễn để kiểm chứng định luật Biot - Dùng đường thẳng đo để định nồng độ dung dịch cho sẵn chất quang hoạt KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM - Độ chia nhỏ thước chính: -  0, 050  003' Độ chia nhỏ du xích: 20 - Du xích có 20 vạch chia - Chiều dài ống T: l  10cm o Giai đoạn chỉnh máy: hai nửa thị trường sáng lần 1, R0  0, C0  5% R'  o  R o  R  o  Lần Lần Lần Trung bình 3,00 3,05 3,10 3,2 3,25 3,3 3,25 0,05 0,00 0,05 0,033  C m V  m V    C0    C m V V  m 0       (độ.cm2/g) 6,4 6,5 6,6 6,5  0, 01    C0   5%  0,11%   5, 00 100  R l C0 0,033 0,1 0,11%       0, 042  4, 2% 3, 25 10 5% R l C0           4, 2%.6,5  0, 273 Vậy   độ.cm2/g               6,50  0, 273 độ.cm2/g C1  80 C0  4% 100 Lần Lần Lần Trung bình R'  o  R o  R  o  2,45 2,30 2,35 2,65 2,50 2,55 2,567 0,083 0,067 0,017 0,0557   (độ.cm2/g) 6,625 6,250 6,375 6,4167 BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỆN - QUANG  C m V  m V    C1    C m V V  m 1        0, 01    C1   4%  0, 09%   5, 00 100  R l C1 0,0557 0,1 0, 09%       0, 054  5, 4% 2,567 10 4% R l C1      1.    5, 4%.6, 4167  0,3465 Vậy               6, 4167  0,3465  độ.cm2/g C2  80 C1  3, 2% 100 Lần Lần Lần Trung bình      R o  R  o  1,85 1,80 1,85 2,05 2,00 2,05 2,033 0,017 0,033 0,017 0,0223                6, 687  0, 288  độ.cm2/g C3  80 C2  2, 56% 100   R o  R  o  1,45 1,40 1,45 1,65 1,60 1,65 1,633 0,017 0,033 0,017 0,0223     R l C3 0,0223 0,1 0, 06%       0, 047  4, 7% 1, 633 10 2,56% R l C3               6, 712  0, 315  độ.cm2/g (độ.cm2/g)  0, 01    C0   .2,56%  0, 06%   5, 00 100            4, 7%.6, 712  0,315 Vậy 5,74 6,58 6,74 6,687 độ.cm2/g R'  o  C m V  m V    C3    C m V V  m 3  (độ.cm2/g) R l C2 0,0223 0,1 0, 07%       0, 043  4, 3% 2, 033 10 3, 2% R l C2 Vậy     0, 01    C2   .3, 2%  0, 07%   5, 00 100            4,3%.6, 687  0, 288 Lần Lần Lần Trung bình độ.cm2/g R'  o  C m V  m V    C2    C m V V  m 2  HKI 2022 - 2023 độ.cm2/g 6,78 6,58 6,78 6,712 BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỆN - QUANG HKI 2022 - 2023 * Đồ thị khảo sát góc triền quang R nồng độ C dung dịch đường R = f(C) Từ bảng số liệu, ta có đồ thị sau: Nhận xét: Dựa vào đồ thị, ta thấy phụ thuộc góc triền quang R vào nồng độ C(%) tuyến tính, điều có nghĩa hệ số góc đồ thị khơng đổi giá trị suất triền quang [α] dung dịch đường Điều phù hợp với lý thuyết suất triền quang phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng nhiệt độ KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN * Nhận xét: Từ kết thu từ thí nghiệm, ta thấy: Số liệu đo từ thí nghiệm phù hợp với thực tế Cụ thể: Năng suất triền quang dung dịch đường vào khoảng 6,5 độ.cm2/g số liệu thu từ thí nghiệm lần đo với nồng độ dung dịch khác vào khoảng từ 6,471 độ.cm 2/g đến 6,712 độ.cm2/g với sai số trường hợp thấp (từ khoảng 2% đến 5%) Điều chứng tỏ độ xác thí nghiệm mức tốt * Nguyên nhân sai số: Tuy nhiên kết từ thí nghiệm có độ sai lệch so với kết xác số nguyên nhân sau: + Người thực thí nghiệm đọc chưa giá trị góc quay R, R thước đo, du xích (có thể đặt mắt chưa vị trí, …) + Chưa xác định xác vị trí cho nửa thị trường sáng khơng có dung dịch đường có dung dịch đường cảm nhận mắt người làm thí nghiệm chưa tốt + Sai số dụng cụ cân, bình chia độ, thước đo, … + Trong ống đựng dung dịch đường số bọt khí làm cho khó nhìn vùng sáng BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỆN - QUANG HKI 2022 - 2023 + Cân khối lượng đường, đong nước bình chia độ chưa xác + Trong q trình đo góc R, R0; người thực thí nghiệm vơ ý chạm vào núm xoay nicol phân tích làm góc R, R0 bị thay đổi dẫn đến việc đọc sai kết đo + Tiêu cự ống nhắm điều chỉnh sai lệch làm cho người làm thí nghiệm khơng thấy rõ nửa thị trường mà ảnh mờ * Cách khắc phục: + Thực thí nghiệm nhiều lần để giảm sai số + Điều chỉnh tiêu cự kính ngắm để quan sát vùng thị trường rõ + Xoay nút điều chỉnh từ từ thước nhìn thẳng vng góc với thước du xích để đọc số liệu xác TRẢ LỜI CÂU HỎI Nhiệm vụ học tập 1: Từ tài liệu tham khảo (Lương Duyên Bình, 2007), chất triền quang tinh thể rắn, trình bày cơng thức Biot để tính góc triền quang R Nếu chất triền quang tinh thể rắn (thạch anh, NaClO3,…) cơng thức Biot là: R      d Trong đó: d : bề dày tinh thể  : khối lượng riêng tinh thể (g/cm3)    : suất triền quang (chỉ phụ thuộc bước sóng ánh sáng nhiệt độ) R : góc quay mặt phẳng chấn động sáng (độ) Nhiệm vụ học tập 3: Sinh viên quan sát triền quang kế, kết hợp đọc tài liệu thí nghiệm giới thiệu triền quang kế, đối chiếu với sơ đồ khối triền quang kế mục 4.3 xem video tài liệu tham khảo số để hoàn thành yêu cầu sau: Nêu tên công dụng phận đánh số từ đến Hình 8.9 Xác định độ chia nhỏ vành chia độ Xác giá trị vạch du xích Đọc ghi giá trị góc đo ví dụ Hình 8.5 Nêu tên số chất triền quang mà em biết Hãy trình bày đặc điểm tính chất ánh sáng từ đèn Natri qua phận triền quang kế BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỆN - QUANG HKI 2022 - 2023 Nêu tên công dụng phận đánh số từ đến Hình 8.9 (Phần 2) Xác định độ chia nhỏ vành chia độ chính: 10 Xác giá trị vạch du xích: 0,050 = 30’ Đọc ghi giá trị góc đo ví dụ Hình 8.5: Giá trị góc đo 47  1  47, 60 470  12  47, 60 10 20 hay Nêu tên số chất triền quang mà em biết Một số chất triền quang mà em biết: + Chất triền quang chất rắn: thạch anh, NaClO3,… + Chất triền quang chất lỏng: nicotin lỏng, dung dịch rượu, dung dịch đường, … Hãy trình bày đặc điểm tính chất ánh sáng từ đèn Natri qua phận triền quang kế + Ánh sáng vừa phát từ đèn Natri ánh sáng tự nhiên + Ánh sáng từ đèn Natri qua Nicol phân cực P trở thành ánh sáng phân cực thẳng có vector uuur chấn động sáng OP + Ánh sáng phân cực phần qua nửa sóng trở thành ánh sáng phân cực thẳng uuuu r uuur OP ' Phần không qua nửa sóng ánh sáng phân cực thẳng OP 10 BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỆN - QUANG HKI 2022 - 2023 Nhiệm vụ học tập 4: Sinh viên sử dụng dụng cụ cân điện tử ống thủy tinh chia vạch 100ml để hoàn thành yêu cầu sau: Trình bày cách pha để có 100ml dung dịch đường nồng độ 5%; Nếu lấy 20ml từ bình dung dịch 5% thay 20ml nước cất có dung dịch với nồng độ bao nhiêu? Chứng minh công thức sai số C từ cơng thức 8.1 Trình bày cách pha để có 100ml dung dịch đường nồng độ 5%; Nếu lấy 20ml từ bình dung dịch 5% thay 20ml nước cất có dung dịch với nồng độ bao nhiêu? Dùng cân bán tiểu ly cân m = gam đường hòa tan vào thể tích nước thích hợp để có vừa 100ml dung dịch đường Nồng độ dung dịch vừa pha tính theo cơng thức: C m   5% 100 100 Sau pha lỗng dần dung dịch để có dung dịch nồng độ khác Lần lượt rút 20ml dung dịch vừa khảo sát thay 20 ml nước cất Khối lượng đường lại 80 ml dung dịch C0  5% m '  80.C Nếu thêm 20 ml nước cân vào phần 80 ml dung dịch đường 5% dung dịch có nồng độ: C1  m' 80 80  C 5%  4% 100 100 100 Vậy: 80 C1  3, 2% 100 80 C3  C2  2,56% 100 C2  Chứng minh công thức sai số C từ công thức 8.1 Ta có cơng thức 8.1: C m V Lấy loga nepe hai vế: ln C  ln m  ln V Lấy vi phân toàn phần hai vế: dC dm dV   C m V Thay ‘d’ ‘  ’ đổi dấu ‘-’ thành ‘+’ ta công thức sai số C là: 11 BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỆN - QUANG  HKI 2022 - 2023 C  m  V   C m V Mặt khác:   R l.C Lấy loga nepe hai vế: ln     ln R  ln l  ln C Lấy vi phân toàn phần hai vế: d    dR dl dC      R l C Thay ‘d’ ‘  ’ đổi dấu ‘-’ thành ‘+’ ta công thức sai số         là: R l C   R l C Trong đó: Sai số dụng cụ bình chia độ: V  2ml Sai số dụng cụ cân: m  0.01g Sai số dụng cụ thước đo góc đường kế: Rdc  03' Sai số dụng cụ đo chiều dài ống T:  l  0.1cm Nhiệm vụ học tập 5: Trong trình điều chỉnh máy để hai nửa thị trường có vị trí để hai nửa thị trường sáng đều, vị trí cho giá trị góc Ro nhỏ, vị trí cho giá trị góc Ro lớn Sinh viên kiểm tra lại xem vị trí góc có hợp 90o hay khơng? Sinh viên lý giải điều dựa lý thuyết phương ưu tinh thể dị hướng Trong trình điều chỉnh máy có vị trí cho nửa thị trường sáng đều, vị trí cho giá trị góc R0 nhỏ (ứng với trường hợp AA’ trùng với Ox), vị trí cho giá trị góc R lớn (ứng với trường hợp AA’ trùng với Oy) Hai vị trí có góc hợp 90 o ánh sáng phân cực thẳng uuur uuuu r OP , OP ' đối xứng với qua phương ưu đãi, qua nửa sóng vector trục AA’ nicol phân tích trùng với phương ưu đãi hình chiếu vector lên trục AA’  Hai nửa thị trường sáng 12 BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỆN - QUANG HKI 2022 - 2023 Nhiệm vụ học tập 6: sinh viên tiến hành thí nghiệm hồn thành u cầu sau: Trình bày mục tiêu hoạt động học tập Để xác định suất triền quang   dung dịch đường nồng 5%, sinh viên cần đo đại lượng nào? Gợi ý: Dựa vào công thức Biot Trình bày cách bố trí dụng cụ thí nghiệm ghi rõ vai trò dụng cụ bố trí Lưu ý: Chụp hình minh họa bố trí thí nghiệm Trình bày ngắn gọn bước tiến hành thí nghiệm Tiến hành thí nghiệm đo đại lượng cần đo kẻ bảng số liệu giá trị cần đo đạc tính sai số phép đo Lưu ý: sinh viên lấy số liệu lần cho đại lượng cần đo Cho 20ml nước cất vào 80ml nước đường 5%, thực lại bước để đo suất triền quang dung dịch có nồng độ mới, thực lần để có bảng số liệu   nồng độ dung dịch khác Trình bày kết bảng số liệu, vẽ đồ thị khảo sát góc triền quang R nồng độ C dung dịch đường R = f(C), nhận xét đồ thị vẽ Trình bày mục tiêu hoạt động học tập Khảo sát góc quay R mặt phẳng chấn động ánh sáng phân cực thẳng qua dung dịch quang hoạt để xác định suất triền quang riêng (  ) chất quang hoạt hòa tan Để xác định suất triền quang   dung dịch đường nồng 5%, sinh viên cần đo đại lượng nào? Gợi ý: Dựa vào công thức Biot Để xách định suất triền quang dung dịch đường cần đo đại lượng góc, chiều dài ống T nồng độ dung dịch đường 13 BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỆN - QUANG HKI 2022 - 2023 Trình bày cách bố trí dụng cụ thí nghiệm ghi rõ vai trị dụng cụ bố trí Lưu ý: Chụp hình minh họa bố trí thí nghiệm (Phần 2) Trình bày ngắn gọn bước tiến hành thí nghiệm (Phần 3) Tiến hành thí nghiệm đo đại lượng cần đo kẻ bảng số liệu giá trị cần đo đạc tính sai số phép đo Lưu ý: sinh viên lấy số liệu lần cho đại lượng cần đo (Phần 4) Cho 20ml nước cất vào 80ml nước đường 5%, thực lại bước để đo suất triền quang dung dịch có nồng độ mới, thực lần để có bảng số liệu   nồng độ dung dịch khác (Phần 4) Trình bày kết bảng số liệu, vẽ đồ thị khảo sát góc triền quang R nồng độ C dung dịch đường R = f(C), nhận xét đồ thị vẽ (Phần 4) TÀI LIỆU THAM KHẢO  Tổ Vật lý Đại cương (HKI 2019 – 2020) Tài liệu Thí nghiệm Điện – Quang Khoa Vật lý, Trường Đại học Sư phạm TP Hồ Chí Minh  Tổ Vật lý Đại cương (2020) Thí nghiệm Vật lý Đại cương Khoa Vật lý, Trường Đại học Sư phạm TP Hồ Chí Minh  Tổ Vật lý Đại cương (2020) Tài liệu bổ trợ - Học phần thực hành Vật lý Đại cương Khoa Vật lý, Trường Đại học Sư phạm TP Hồ Chí Minh  Nguyễn Trần Trác (chủ biên) (2005) Giáo trình Quang học NXB ĐH Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh, tr.144-207 14 ... có phịng thí điện áp nghiệm) Chuyển ánh sáng từ nguồn sáng thành ánh sáng phân cực thẳng (Nicol phân cực: chuyển ánh sáng Kính phân cực tự nhiên thành ánh sáng phân cực thẳng Nicol phân tích:... quay mặt phẳng chấn động sáng Bước Kết - Tính triền quang suất [] chất quang hoạt định luật Biot: R     l.C với l: chiều dài ống T (cm); C : nồng độ dung dịch BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỆN - QUANG. .. đo với chất quang hoạt khảo sát : R = f(C) - Dùng đường biểu diễn để kiểm chứng định luật Biot - Dùng đường thẳng đo để định nồng độ dung dịch cho sẵn chất quang hoạt KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM - Độ