LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM ĐIỆN QUANG

1 2 MỤC LỤC MỤC LỤC 2 Bài 1 ĐO ĐIỆN TRỞ BẰNG CẦU WHEASTONE 2 Bài 2 ĐO SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CỦA NGUỒN ĐIỆN MỘTCHIỀU BẰNG PHƢƠNG PHÁP XUNG ĐỐI 17 Bài 3 XÁC ĐỊNH HẰNG SỐ FARADAY VÀ ĐIỆN TÍCH NGUYÊN TỐ THEO PHƢ.

1 MỤC LỤC MỤC LỤC Bài 1: ĐO ĐIỆN TRỞ BẰNG CẦU WHEASTONE Bài 2: ĐO SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CỦA NGUỒN ĐIỆN MỘTCHIỀU BẰNG PHƢƠNG PHÁP XUNG ĐỐI 17 Bài 3: XÁC ĐỊNH HẰNG SỐ FARADAY VÀ ĐIỆN TÍCH NGUYÊN TỐ THEO PHƢƠNG PHÁP ĐIỆN PHÂN 20 Bài 4: LÀM QUEN VÀ SỬ DỤNG CÁC DỤNG CỤ ĐO ĐIỆN KHẢO SÁT CÁC MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀUVÀ XOAY CHIỀU 26 Bài 5: TIÊU TRẮC 37 Bài 6: KHẢO SÁT GIAO THOA CHO HỆ VÂN TRÒN NEWTON XÁC ĐỊNH BƢỚC SÓNG ÁNH SÁNG 42 Bài 7: CÁCH TỬ 42 Bài 8: TRIỀN QUANG KẾ (Đƣờng kế) 48 Bài 9: ĐO TỪ TRƢỜNG GÂY BỞI MỘT CẶP CUỘN DÂY HEMHOLTZ…… 4854 CÁCH TÍNH ĐIỂM HỌC PHẦN THÍ NGHIỆM ĐIỆN – QUANG Điểm trình (30%) Trung bình cộng TN Điểm thi hết HP (70%) Lí thuyết vấn đáp: 3đ Thực hành: 7đ (Thao tác + Kết quả) BÀI MỞ ĐẦU: XÁC ĐỊNH SAI SỐ CỦA PHÉP ĐO CÁC ĐẠI LƢỢNG VẬT LÝ Thực hành thí nghiệm vật lý phần quan trọng môn học vật lý chƣơng trình học tập học sinh, sinh viên trƣờng đại học, cao đẳng, trung học phổ thơng Mục đích giúp cho học sinh, sinh viên: + Hiểu biết sâu sắc tƣợng, định luật, định lý phần lý thuyết, kết hợp lý thuyết với thực hành + Nắm đƣợc số phƣơng pháp đo, dụng cụ đo (kể máy tính điện tử), biết cách tiến hành phép đo đại lƣợng vật lý Đồng thời biết cách đánh giá độ xác kết đo + Rèn luyện tác phong thực hành khoa học, góp phần xây dựng phƣơng pháp nghiên cứu khoa học cần thiết cho nhà khoa học tƣơng lai Để học tốt phần thí nghiệm thực tập vật lý, trƣớc tiên học sinh, sinh viên phải nắm đƣợc phép đo đại lƣợng vật lý cách xác định sai số phép đo PHÉP ĐO CÁC ĐẠI LƢỢNG VẬT LÝ Mỗi tính chất vật lý đối tƣợng vật chất đƣợc đặc trƣng đại lƣợng vật lý (độ dài, khối lƣợng, nhiệt độ, vận tốc, thời gian,…) Để xác định định tính định lƣợng tính chất vật lý, ngƣời ta phải tiến hành đo đại lƣợng vật lý Phép đo đại lƣợng vật lý phép so sánh với đại lƣợng loại đƣợc qui ƣớc chọn làm đơn vị đo Kết đo đại lƣợng vật lý đƣợc biểu diễn giá trị số kèm theo đơn vị đo tƣơng ứng Ví dụ: độ dài cạnh bàn L=1,002m; khối lƣợng vật M=151,6g; cƣờng độ dòng điện I=0,25A,… Muốn thực phép đo, ngƣời ta phải xây dựng lý thuyết phƣơng pháp đo sử dụng dụng cụ đo (thƣớc milimet, cân kỹ thuật, đồng hồ đo thời gian, nhiệt kế, ampe kế, vôn kế,…) Hiện dùng đơn vị đo đƣợc quy định bảng đơn vị đo lƣờng hợp pháp nƣớc Việt Nam dựa sở hệ đơn vị quốc tế SI bao gồm: Các đơn vị bản: độ dài mét (m), khối lƣợng: kilôgam (kg), thời gian: giây (s), nhiệt độ: Kenvin (K), cƣờng độ dòng điện: Ampe (A), cƣờng độ sáng: candela (cd), góc khối: steradian (sr), lƣợng chất: mole (mol) Các đơn vị dẫn xuất: đơn vị đo vận tốc: mét giây (m/s), cƣờng độ điện trƣờng: vôn mét (V/m),… SAI SỐ CỦA PHÉP ĐO CÁC ĐẠI LƢỢNG VẬT LÝ Độ nhạy độ xác dụng cụ đo bị giới hạn, giác quan ngƣời làm thí nghiệm thiếu nhạy cảm, điều kiện lần đo không thật ổn định, lý thuyết phƣơng pháp đo có tính gần đúng,…Do khơng thể đo xác tuyệt đối giá trị thực đại lƣợng vật lý cần đo, nói cách khác kết đo có sai số Nhƣ tiến hành phép đo, ta phải xác định giá trị đại lƣợng cần đo, mà ta phải xác định sai số kết đo Có nhiều loại sai số gây nguyên nhân khác nhau: + Sai số ngẫu nhiên: loại sai số khiến kết đo có lớn hơn, có nhỏ giá trị thực cần đo Ví dụ: đo thời gian chuyển động vật rơi tự do, ta bấm đồng hồ thời điểm vật bắt đầu rơi thời điểm vật chạm đất, mà thƣờng bấm đồng hồ sớm trể thời điểm Rõ ràng khử đƣợc sai số ngẫu nhiên, nhƣng ta giảm nhỏ giá trị cách thực đo cẩn thận nhiều lần điều kiện xác định giá trị trung bình dựa sở phép tính xác suất thống kê + Sai số dụng cụ: sai số thân dụng cụ, thiết bị đo gây Thiết bị hồn thiện sai số dụng cụ nhỏ, nhƣng nguyên tắc đến chƣa thể khử đƣợc sai số dụng cụ + Sai số hệ thống: sai số làm cho kết đo lớn hơn, nhỏ giá trị thực cần đo Sai số hệ thống thƣờng ngƣời làm thực nghiệm thiếu cẩn thận, dụng cụ đo chƣa đƣợc hiệu chỉnh Sai số hệ thống khử đƣợc, nguyên tắc ngƣời làm thí nghiệm phải tự khắc phục Tóm lại làm thí nghiệm cần biết cách xác định hai loại sai số sai số ngẫu nhiên sai số dụng cụ CÁCH XÁC ĐỊNH SAI SỐ CỦA PHÉP ĐO CÁC ĐẠI LƢỢNG ĐO TRỰC TIẾP Phép đo đại lƣợng đo trực tiếp phép đo mà kết đọc trực tiếp thang đo dụng cụ đo Ví dụ: độ dài đọc thƣớc milimet, nhiệt độ đọc nhiệt kế, thời gian đọc đồng hồ bấm giây số vv… Giả sử đại lƣợng cần đo F có giá trị xác A Nếu đo trực tiếp đại lƣợng n lần điều kiện, ta nhận đƣợc giá trị A1, A2, A3,…, An khác với giá trị A, nghĩa lần đo có sai số Theo lý thuyết phép tính xác suất – thống kê, giá trị A1, A2, A3,…, An đƣợc phân bố hai phía lớn nhỏ giá trị xác A Khi số lần đo n đủ lớn, giá trị trung bình chúng là: A1  A2   A3 n A   Ai n n i 1 Sẽ giá trị gần với giá trị A đƣợc gọi giá trị trung bình đại lƣợng cần đo F, n lớn A gần với giá trị A, n   A  A Giá trị tuyệt đối hiệu số giá trị đo đƣợc A1, A2, A3,…, An giá trị trung bình A gọi sai số tuyết đối đại lƣợng cần đo F lần đo A1  A  A1 A2  A  A2 … An  A  An Giá trị trung bình số học sai số tuyết đối đƣợc gọi sai số tuyệt đối trung bình đại lƣợng F cần đo lần đo, dó sai số ngẫu nhiên (trung bình) phép đo A  A1  A2   An n   Ai n n i 1 Sai số tuyệt đối phép đo A đƣợc xác định tổng sai số tuyệt đối trung bình lần đo A sai số dụng cụ  Adc : A  A   Adc Ý nghĩa sai số tuyệt đối là: cho biết giới hạn khoảng giá trị bao gồm giá trị xác A đại lượng vật lý F cần đo A  A  A  A  A Nhƣ giá trị xác A đại lƣợng F cần đo phải đƣợc viết là: A  A  A Độ xác kết phép đo đại lƣợng F đƣợc đánh giá sai số tƣơng đối đại lƣợng cần đo F Đó tỷ số sai số tuyệt đối A với giá trị trung bình A :  A A Ý nghĩa sai số tương đối là: cho biết độ xác phép đo Sai số tương đối  biểu diễn theo tỷ lệ phần trăm (%) nên giữ lại hai chữ số có nghĩa Giá trị  nhỏ kết phép đo xác Ví dụ: dùng thƣớc cặp có độ xác (tức độ chia nhỏ nhất) 0,1mm để đo lần đƣờng kính D ống kim loại hình trụ, ta đƣợc giá trị đo bảng sau: Lần đo D (mm) 21,5 21,4 21,4 21,6 21,5 Giá trị trung bình D: D 21,5  21,  21,  21,6  21,5  21, 48mm Chú ý: giá trị trung bình phép đo lấy cao bậc so với dụng cụ Sai số tuyệt đối lần đo: Lần đo D (mm) Sai số 21,5 0,02 21,4 0,08 21,4 0,08 21,6 0,12 21,5 0,02 Sai số trung bình đƣờng kính D: 0,02  0,08  0,08  0,12  0,02  0,06mm Thƣớc cặp có độ xác 0.1mm, tức sai số dụng cụ  D dc  0,1mm D  Sai số tuyệt đối phép đo: D  D   D dc  0,06  0,1  0,16mm Kết đo đƣờng kính ống trụ: D  D  D  (21,48  0,16)mm Sai số tƣơng đối phép đo:   D 0,16   0,00745  0,75% D 21, 48 Giá trị xác đƣờng kính nằm khoảng giá trị: 21,32mm  D  21,64mm Các qui tắc làm tròn sai số: Sai số tuyệt đối phép đo không nhỏ sai số dụng cụ Trong ví dụ thƣớc cặp đo đƣợc xác tới 0,1mm, nghĩa số thuộc bậc 0,1mm nhỏ (0,01mm, 0,001mm,…) số khơng chắn chắn, nói cách khác số miền sai số Trong kết đo D  21,48mm số sau dấu phẩy số không chắn, giá trị D  21,48mm sai số đến D  0,16mm   D dc Khi làm tròn: phần bỏ thêm vào phải nhỏ Ví dụ: 0,7328 trịn thành 0,7 phần bỏ 0,0328 < 0,27 phần thêm vào 0,0026  vào 0,0326  giá trị phần gốc 10  0,7328 ; 0,2674 làm trịn thành 10  0, 2674 , khơng thể làm trịn thành 0,3 phần thêm 10  0, 2674 10 Việc bỏ bớt hay thêm vào thực cho số làm trịn phải sai khác so với số trước làm trịn, thường số  bỏ đi, số  thêm vào cho thành 10 Làm tròn số việc thực phép tính Qui tắc làm trịn số lúc thực phép tính lấy số xác (chữ số nghi ngờ có bậc cao nhất) làm sở a Trong phép cộng, trừ: số trước tham gia phép tính cần làm trịn đến chữ số có bậc nhỏ bậc so với bậc chữ số nghi ngờ số xác b Trong phép nhân, chia: số trước tham gia phép tính cần phải làm trịn cho số chữ số có nghĩa cao đơn vị so với số xác c Chữ số nghi ngờ kết cuối phải bậc với chữ số nghi ngờ số xác nhất, phải làm trịn kết đến chữ số + Ví dụ phép cộng, trừ X=127,63+1,598+3,1−61,7102=? Con số xác là: 3,1 (chữ số nghi ngờ 1, có bậc −1) Từ (a) ta làm trịn thực phép tính: X=127,63+1,60+3,1−61,71=71,62 Từ (c) ta ghi kết cuối cùng: X=71,6 + Ví dụ phép nhân, chia Y= 224,612  0,31 25,116 Con số xác là: 0,31 (có hai chữ số có nghĩa chữ số 1, chữ số nghi ngờ 1, có bậc −2) Từ (b) ta làm trịn thực phép tính: Y= 225  0,31 =2,779 25,1 Từ (c) ta ghi kết cuối cùng: 2,78 Các sai số tuyệt đối sai số tương đối quy trịn viết tối đa chữ số có nghĩa Giá trị trung bình đại lượng cần đo phải quy trịn đến chữ số có nghĩa bậc với sai số tuyệt đối trị trung bình viết dạng chuẩn hóa để khơng chứa chữ số “khơng” vô nghĩa đứng đầu số Tất chữ số số có nghĩa kể số 0, trừ số nằm phía bên trái chữ số + Ví dụ: 0,23 có chữ số có nghĩa, 0,1020 có chữ số có nghĩa, 03050 có chữ số có nghĩa Việc giữ lại hay hai chữ số có nghĩa phụ thuộc vào giá trị cụ thể sai số + Ví dụ: x  279,16 ; x  0, 27 (có chữ số có nghĩa) y  0,062 ; z  3257 ; y  0,001 (có chữ số có nghĩa) z  (có chữ số có nghĩa) đƣợc viết: x  x  x   2,7916  0,0027 .102 y  y  y   6,2  0,1 102 z  z  z   3,257  0,006  103 CÁCH XÁC ĐỊNH SAI SỐ DỤNG CỤ + Thông thƣờng, sai số dụng cụ (không kể thiết bị đo điện thiết bị đo số) lấy giá trị độ xác (tức độ chia nhỏ nhất) dụng cụ đo, trừ trƣờng hợp độ chia nhỏ dụng cụ đo co kích thƣớc lớn so với khả phân giải mắt ngƣời làm thí nghiệm lấy độ chia + Đối với đồng hồ đo điện (ampe kế, vôn kế, …) sai số dụng cụ  Adc đƣợc tính theo cơng thức:  Adc   Amax Trong Amax giá trị cực đại thang đo đồng hồ đo điện,  cấp xác đồng hồ đo điện (ghi mặt thang đo) biểu thị sai số tƣơng đối (tính phần trăm) giá trị cực đại Amax đồng hồ đo điện Ví dụ: miliampe kế có cấp độ xác   1,5 thang đo sử dụng có giá trị cực đại I max  100mA , sai số dụng cụ đo giá trị mà đo đƣợc thang đo có giá trị:  I dc  1,5% 100mA  1,5mA Nếu thang đo có 50 vạch chia độ chia nhỏ miliampe kế có giá trị 2mA Khi khơng lấy sai số dụng cụ độ chia nhỏ thang đo miliampe kế (là 2mA) mà phải lấy 1,5mA + Sai số dụng cụ thiết bị đo số đƣợc xác định công thức:  Adc   (%) A  n Trong  cấp xác thang đo, A giá trị đo hiển thị hình,  độ phận giải thang đo, n số nguyên phụ thuộc váo dụng cụ đo đƣợc qui định nhà sản xuất Độ phân giải  phụ thuộc vào thiết bị, ví dụ thiết bị đo digit, độ phân giải Amax 2000 số điểm đo 2000 Ví dụ đồng hồ vơn kế số digit (với n=2) có cấp xác (   1% ) ứng với  thang đo 20V (Umax=19,99V), giá trị hiệu điện đo hình 5,7V Sai số dụng cụ tính nhƣ sau: U max 19,99V   0,01V 2000 2000 Sai số dụng cụ:  U dc   (%)U  n  1%  5,7V   0,01V  0,077V Độ phân giải:   CÁCH XÁC ĐỊNH SAI SỐ ĐỐI VỚI PHÉP ĐO CÁC ĐẠI LƢỢNG GIÁN TIẾP Phép đo gián tiếp Phép đo gián tiếp phép đo mà kết đo đƣợc xác định cách gián tiếp thông qua công thức biểu thị mối quan hệ hàm số đại lƣợng cần đo với đại lƣợng đo trực tiếp khác Ví dụ: vận tốc vật chuyển động thẳng đƣợc xác định gián tiếp qua công thức v  S , t đƣờng S đo trực tiếp thƣớc milimet thời gian chuyển động t đo trực tiếp đồng hồ đo thời gian Cách tính sai số phép đo gián tiếp Giả sử đại lƣợng cần đo F liên quan đến đại lƣợng đo trực tiếp qua hàm số F  f  x, y, z  Khi sai số tuyệt đối phép đo đại lƣợng f xác định theo phép tính vi phân dF  F F F dx  dy  dz x y z Thay dấu vi phân “d” dấu gia số (cũng có nghĩa sai số) “  ” dF  F , dx  x , dy  y , dz  z Vì theo định nghĩa F  nên ta phải viết: F  F F F x  y  z x y z Vì khơng biết rõ chiều thay đổi (tăng hay giảm) giá trị F ta phải chọn giá trị lớn sai số F cách lấy tổng trị tuyệt đối vi phân riêng phần biểu thức trên: F  F F F x  y  z x y z Sai số tương đối xác định theo phép tính vi phân nhƣ sau: + Tính loga nêpe hàm F  f  x, y, z  : ln F  ln f ( x, y, z) +Tính vi phân tồn phần lnF: d  ln F   + Rút gọn biểu thức vi phân toàn phần dF F dF cách gộp vi phân riêng phần chứa F vi phân biến số dx, dy, dz + Lấy tổng giá trị tuyệt đối vi phân riêng phần Thay dấu vi phân “d” dấu gia số “  ”, đồng thời thay x, y, z giá trị trung bình chúng Ví dụ: đo lực ma sát ổ trục theo công thức: f ms  mg h1  h2 h1  h2 Theo qui tắc trên, trƣớc hết ta tính: ln f ms  ln m  ln g  ln(h1  h2 )  ln(h1  h2 ) Sau đó, tính vi phân tồn phần ln f ms df ms dm dg d  h1  h2  d  h1  h2      f ms m g h1  h2 h1  h2 Rút gọn biều thức vi phân trên, ta tìm đƣợc: df ms dm dg  dh1h2  h2 dh1     f ms m g h12  h2 Lấy tổng giá trị tuyệt đối vi phân riêng phần, thay dấu “-” trƣớc dh2 dấu “+”, thay dấu vi phân “d” dấu “  ” thay đại lƣợng đo trực tiếp giá trị trung bình chúng:  f ms m g  h2 h1  h1h2     f ms m g h12  h22 Chú ý: Nếu công thức đại lượng cần đo F tổng hiệu đại lượng đo trực tiếp x y tính giá trị trung bình F sai số tuyệt đối trước F  x  y  F  x  y Sau suy sai số tƣơng đối trung bình:   F F Ngược lại công thức đại lượng cần đo F tích số thương số đại lượng đo trực tiếp x y tính giá trị trung bình F sai số tương đối trước F  x y F   x y F x y   F x y Sau xác định đƣợc sai số tƣơng đối  , ta tính suy sai số tuyệt đối: F   F Vì sai số đƣợc quy trịn giữ lại tối đa hai chữ số có nghĩa, cơng thức tính sai số tƣơng đối, có số hạng lớn gấp 10 lần số hạng khác, ta bỏ qua số hạng nhỏ thứ hai này, với điều kiện tổng tất số hạng bỏ nhỏ nhiều (1/10) so với số hạng lớn giữ lại Nếu công thức tính đại lƣợng cần đo F có chứa đại lƣợng đo trực tiếp không ghi sai số kèm theo chứa số sai số chúng đƣợc xác định nhƣ sau: Sai số tuyệt đối đại lƣợng cho trƣớc lấy đơn vị chữ số cuối Thí dụ: cho D  12.0mm lấy D  0.1mm Đối với số (nhƣ  , G, e, ) lấy giá trị số đến chữ số mà sai số tƣơng đối số nhỏ 1/10 giá trị sai số tƣơng đố khác có cơng thức tính Thí dụ: Thể tích khối trụ tính theo công thức V   R h , biết R   30,2  0,1 mm , chiều cao khối trụ h   50,1  0,1 mm Vì   V  2R h   0,1 0,1          0,0086 V  R h  30, 50,1   0,001 0,0086  0,0003   0,00086  3,142 10 Vậy   0,0086  0,0003  0,0089 Nên phải lấy   3.142 để  Khi V  3,142  30,22  50,1  143476,6606mm3  143476,7mm3 bán kính đáy trụ 10 Và V   V  0,0089 143476,7  1276,94263  1276,9mm3  1300mm3  1,3.103 mm3 Kết V  143,5  1,3 cm3 ,   0,009  0.9% PHƢƠNG PHÁP ĐỒ THỊ BIỂU DIỄN KẾT QUẢ ĐO Phƣơng pháp biễu diễn kết phép đo đồ thị đƣợc ứng dụng nhiều thí nghiệm vật lý Phƣơng pháp cho phép: Thể cách trực quan phụ thuộc hàm số đại lƣợng vật lý vào đại lƣợng vật lý khác Thí dụ: Nghiên cứu phụ thuộc điện trở R dây dẫn vào nhiệt độ t, ta đƣợc số liệu ghi bảng dƣới đây: t(oC) 0.0  0.1 1.1  0.1 1.9  0.1 3.0  0.1 4.0  0.1 R(  ) 20  40  60  80  100  Căn vào bảng số liệu trên, vẽ đồ thị biểu diễn hàm số R  f (t ) nhƣ sau: a Vẽ hệ trục tọa độ vng góc giấy kẻ milimet Chọn tỷ lệ thích hợp trục để vẽ đồ thị đƣợc cân đối, rõ ràng, xác, đồ thị chiếm hết khổ giấy Trên trục tung ghi giá trị R, trục hoành ghi giá trị t kèm theo đơn vị đo b Với cặp giá trị tƣơng ứng R t, vẽ điểm đồ thị Mỗi điểm đánh dấu chữ thập có kích thƣớc ngang giá trị sai số t kích thƣớc đứng giá trị sai số R c Vẽ đƣờng biểu diễn thành đƣờng liên tục (thẳng cong), không gãy khúc sau cho giao điểm chữ thập phân bố hai phía Đƣờng biểu diễn nhƣ đƣờng trung bình điểm đo đƣợc Nội suy giá trị hàm số ứng với giá trị đối số khơng có bảng giá trị Sau vẽ đƣợc đồ thị R  f ( t ) theo số liệu đo đƣợc, ta tìm giá trị Rx ứng với giá trị t x cho trƣớc cách đặt giá trị t x lên trục hoành kẽ đƣờng thẳng song song với trục tung qua điểm t x cắt đồ thị điểm M Tung độ điểm M cho biết giá trị điện trở Rx Muốn xác định sai số R điện trở ta lấy giá trị t kẻ hai đƣờng bao qua hai điểm t t cắt đồ thị hai điểm Từ hai điểm kẻ hai đƣờng thẳng song song với trục hoành cắt trục tung hai điểm R R o Thí dụ đồ đồ thị t  C ta tìm đƣợc R  120 46 + Lưu ý: trình làm chọn vàng làm hết bậc 1, bậc với vạch vàng Bƣớc 3: Đọc ghi vị trí góc lệch  kính ngắm vòng tròn giác kế Bƣớc 4: Tƣơng tự cho quang phổ bậc bên trái (chú ý quay cách tử chiều kim đồng hồ) Đọc vị trí ’ kính ngắm vạch vàng (hay vàng 2) chọn + Lý thuyết: Ta có  - ’ = 2D công thức (2) trở thành: sin (   ' ) = k  n (3) Cho biết:  vàng = 5790 A0  vàng = 5769 A0   ' Với k =  n = sin ( ) Suy ra: n1  sin(   ' ) (4) k.  Với k =  n2  sin( |    ' | )  Lƣu ý: Khi dùng ảnh nhiễu xạ bậc bậc để xác định n, kết không sai vạch Nếu đo lại  Sai số n Từ công thức n1  sin(   ' )  dn d  - ’  - ’ Suy ra: = + cotan ( ) d( ) n 4  Suy ra: n  - ’  (   ') = + cotan ( ) n  Có thể lấy  = A0 Sai số ( - ’) gồm sai số lúc ngắm sai số lúc đọc  Đối với ảnh bậc ta lấy ( - ’) = phút  Đối với ảnh bậc ta lấy ( - ’) = phút (vì ảnh mờ hơn) b) Dùng ảnh nhiễu xạ bậc bậc xác định bƣớc sóng vài đơn sác  Trong TN ta đo bƣớc sóng xanh đọt chuối chàm đậm   ' sin(| |) n.k   ' Dùng ảnh nhiễu xạ bậc (k = 1) :   sin(| |) n1 Từ (3) ta có cơng thức tính bƣớc sóng:   Dùng ảnh nhiễu xạ bậc (k = 2):     ' sin( ) n2 Muốn xác định bƣớc sóng ánh sáng cần tìm, ta đo giá trị  ’ ứng với sáng 47  Sai số  Từ công thức   sin(   ' ) n  - ’  - ’ d dn Suy ra: = + cotan ( ) d( ) 4  n  - ’  n (   ') Suy ra: = + cotan ( )  n Sai số ( - ’) gồm sai số lúc ngắm sai số lúc đọc  Đối với ảnh bậc ta lấy ( - ’) = phút  Đối với ảnh bậc ta lấy ( - ’) = phút (vì ảnh mờ hơn) V TRÌNH BÀY KẾT QUẢ (xem báo cáo kết quả) VI MỘT SỐ VẤN ĐỀ SV CẦN CHUẨN BỊ TRƢỚC Câu 1: Trình bày cấu tạo cách tử? Phân loại? Câu 2: Em hiểu góc lệch cực tiểu? Câu 3: Vì góc lệch cực tiểu, quang phổ đổi chiều? Câu 4: Mô tả quang phổ mà em quan sát đƣợc? Câu 5: Các vạch màu mà quan sát đƣợc tƣợng gì? Viết cơng thức vị trí? Câu 6: Nêu thang bƣớc sóng ánh sáng khả kiến? VII CÂU HỎI TRẢ LỜI TRONG BÀI BÁO CÁO : Nêu cấu tạo cách tử? So sánh đặc điểm quang phổ cách tử lăng kính với nguồn đèn thủy ngân dùng thí nghiệm Những vạch màu mà em quan sát đƣợc dựa tƣợng nảo? Em chứng minh điều Gọi Dm góc lệch cực tiểu, ta có: i = io= Dm D 2.sin m = k  n 2 48 Bài 8: TRIỀN QUANG KẾ (Đƣờng kế) I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM  Khảo sát góc quay R mặt phẳng chấn động ánh sáng phân cực thẳng ánh sáng qua dung dịch quang hoạt  Dùng góc quay R để xác định suất triền quang riêng () chất quang hoạt hòa tan xác định nồng độ dung dịch quang hoạt II TRIỀN QUANG KẾ LAURENT Điều chỉnh triền quang kế bán ảnh Laurent gồm có, kể theo phƣơng truyền ánh sáng:  Một nguồn sáng đơn sắc, đèn Natri  Một Nicol phân cực P  Một chắn sáng tròn hở mà giƣã bị chắn nửa sóng D có cạnh thẳng đứng song song phƣơng ƣu đãi (Thí dụ : Ox)  Một ống T có chiều dài cho sẵn đựng dung dich quang hoạt cần khảo sát (dung dịch đƣờng)  Một Nicol phân tích A gắn liền vào thƣớc trịn có chia độ  Một kính nhắm L Cách sử dụng du xích thƣớc trịn chia độ:  Thƣớc thƣớc trịn đƣợc khắc thành vạch có giá trị 10 49  Du xích đƣợc chia thành 20 vạch có giá trị độ 20  Cách đọc thước:  Du xích gắn cố định, ta quay mặt phẳng Nicol A thƣớc quay theo  Giới hạn du xích 1o, gồm 20 vạch, giá trị vạch 1/20 (tức 0,050)  Ở vị trí cần đo ta đọc phần chẳn thƣớc phần lẻ ta xem thƣớc du xích vạch trùng với thƣớc ta đọc giá trị Ví dụ: số Vậy giá trị góc đo đƣợc là: 470 + 1/10 = 47,60 hay 470 + 12 1/20 = 47,60 III CƠ SỞ LÝ THUYẾT - Ánh sáng từ đèn Natri qua Nicol phân cực P trở thành ánh sáng phân cực thẳng có vecto chấn động sáng OP - Ánh sáng phân cực phần qua nửa sóng E trở thành ánh sáng phân cực thẳng OP’ Phân khơng qua nửa sóng ánh sáng phân cực thẳng OP - Gọi Gọi AA’ vết thiết diện Nicol phân tích A, Om Om’ hình chiếu OP OP’ lên mặt phẳng Nicol A Theo định luật Malus, cƣờng độ sáng nửa thị trƣờng lần lƣợt bằng: I1  k.Om  I  k.Om' - Muốn cho hai vùng có cƣờng độ sáng ta phải quay Nicol để phƣơng AA’ trùng với Ox Oy - Xét hai hình ta thấy hai trƣờng hợp ta có Om2 = Om’2  I1 = I2 hai vùng có cƣờng độ sáng - Theo hai hình AA’ trùng với Ox độ sáng hai vùng nhỏ AA’ trùng với Oy Trong trƣờng hợp thứ độ sáng hai vùng xảy gần vùng bán ảnh - Trong cách thứ hai độ sáng hai vùng xảy gần vùng sáng tỏ 50 - Mắt ta nhận xét đƣợc độ biến thiên độ sáng rõ ta vùng gần ảnh Vì lẽ ta ln tìm cách thực trƣờng hợp thứ nên triền quang kế có tên triền quang kế bán ảnh + Giai đoạn chỉnh máy: - Bỏ ống T, nhìn vào thị trƣờng ta thấy hai nửa thị trƣờng có độ sáng khác - Quay Nicol A để nửa thị trƣờng có độ sáng  Giải thích: - Với vị trí Nicol A nửa thị trƣờng hình chiếu OP OP’ lên phƣơng OA - Vì Om Om’ hai nửa thị trƣờng có độ sáng khác - Quay Nicol A để trùng hai phƣơng ƣu đãi (Ox) Om = Om’ nên hai nửa thị trƣờng có độ sáng + Giai đoạn đo: - Đặt ống T chứa đầy dung dịch triền quang (dung dịch đƣờng) - Ánh sáng phân cực thẳng OP OP’ sau qua ống T quay góc R thành OQ OQ’ Hình chiếu OQ OQ’ lên Nicol A Om Om’ Mà Om Om’ nên nửa thị trƣờng có độ sáng khác - Quay Nicol A chiều góc R để Om = Om’ hai nửa thị trƣờng lại có độ sáng nhƣ - Đọc góc quay Nicol A, góc quay R mặt phẳng chấn động IV THỰC HÀNH Bƣớc 1: 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 Bƣớc 2: Pha dung dịch quang hoạt: 51  Dùng cân bán tiểu ly cân m = gram đƣờng (chất quang hoạt cần khảo sát) hòa 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 lƣợt rút 20ml dung dịch vừa khảo sát thay 20 ml nƣớc cất Ta có: C0 = % Vậy C1 = 80 / 100 C0 = % C2 = 80 / 100 C1 = 3.2 % C3 = 80 / 100 C2 = 2.56 % Bƣớc Đổ dung dịch vào ống T (đổ nhẹ, hạn chế bọt khí) Bƣớc Đo góc quay R  Sau đặt ống T lên máy, vặn núm để hai vùng sáng (lần 2)  Lấy R’ – Ro = R góc quay mặt phẳng chấn động sáng Chú ý: Góc quay R thƣờng nhỏ 100 Bƣớc Kết quả:  Tính triền quang suất [ ] chất quang hoạt định luật Biot R  [ ].l.C với l : chiều dài ống T (tính cm)  Vẽ đƣờng đo với chất quang hoạt khảo sát : R = f(C) với C: nồng độ dung dịch  Dùng đƣờng biểu diễn để kiểm chứng định luật Biot  Dùng đƣờng thẳng đo để định nồng độ dung dịch cho sẵn chất quang hoạt V CÂU HỎI TRẢ LỜI TRONG BÀI BÁO CÁO : Giải thích đƣờng R = f(C) Trong q trình làm thí nghiệm cần ý điều để hạn chế sai số? Khi hai nửa thị trƣờng quan sát đƣợc “sáng đều”? 52 Bài 9: ĐO TỪ TRƢỜNG GÂY BỞI MỘT CẶP CUỘN DÂY HEMHOLTZ I Lý thuyết Dùng định luật Biot-Savart ta tính đƣợc cảm ứng từ trƣờng B khoảng cách s trục cuộn dây tròn, phẳng, dẹt 0nI R2 B = (1) (R2 + s2)3/2 n: số vòng cuộn dây 320 vòng I (A): dòng điện chạy cuộn dây  = 4 10-7 (H/m): độ từ thẩm chân không R (m): bán kính cuộn dây Nếu hai cuộn dây nhƣ nhau, nối tiếp với nhau, đƣọc xếp đặt song song đồng trục (cặp cuộn dây Helmholtz ) từ trƣờng cộng lại với Gọi khoảng cách hai cuộn dây L cảm ứng từ B khoảng cách s trục tính từ điểm hai cuộn dây là:          nIR  1   B= 3     2 2          L L     R   s      R   s      2  2            (2) Từ (2) thấy cảm ứng từ hai cuộn dây hầu nhƣ không đổi (đều) L = R từ trƣờng trải dài khắp miền - R < s < + R 2 II Dụng cụ Trong thí nghiệm ta sử dụng số dụng cụ sau: 53 Z A U V 1,8 A A 6A 0 -20 V Z 10 0% 12 V 52 35 555 06 Hình Nguồn chiều ổn áp Hình Máy đo cảm ứng từ - Nguồn chiều ổn áp để cấp điện cho cuộn dây Helmholtz (H1, H2)) (xem H.2), (3) núm điều chỉnh liên tục lối ra, (4) lỗ cắm dây để lấy điện - Đồng hồ đo điện vạn dùng làm Ampe kế, đo cƣờng độ dòng điện I chạy cuộn dây Helmholtz - Đầu dò từ trƣờng (xem H.3) thân đầu dò có ổ nhiều lổ để cắm cáp với đầu dò với máy đo cảm ứng từ (Teslameter) - Máy đo cảm ứng từ (Teslameter) (xem H.4) (1) ổ có nhiều lỗ để cắm cáp nối với đầu dò từ trƣờng (Lưu ý cắm vị trí cáp) (2) chuyển mạch để đo từ trƣờng dòng chiều (-) hay xoay chiều () (3) chuyển mạch thang đo 20, 200, 2000 militesla (mT) (4) ngõ điện (5) hiển thị số đo cảm ứng từ (6) nút Set chọn mốc từ trƣờng trƣớc đo “0” III Lắp đặt dụng cụ tiến hành thí nghiệm 54 Hình Lắp đặt dụng cụ Bƣớc 1- Lắp đặt dụng cụ nhƣ hình Bƣớc 2- Đối với Teslameter đặt chuyển mạch (3) vị trí 20 , chuyển mạch (2) vị trí () Tiến hành điều chỉnh zero cho máy đo cách nhấn nút (6) sang vị trí SET (5) xuất hai số zero (xem H.4) ( 0.0  sai số máy đo 0.05) Bƣớc 3- Bật công tắc nguồn nuôi chiều ổn áp Từ từ vặn núm điều chỉnh lối ampe kế tối đa 1A Bƣớc 4- Đặt hai cuộn dây Helmholtz cách L = 2R (R = 6.8 cm) Dịch chuyển đầu que dò dọc theo trục hai cuộn dây 10 mm một, từ phải qua trái điểm cách điểm hai cuộn dây (khoảng chừng 15 cm) Mỗi lần dịch chuyển đọc ghi giá trị cảm ứng từ B Bƣớc 5- Thay đổi khoảng cách hai cuộn dây L = R, L = R Mỗi lần nhƣ lặp lại phép đo nhƣ mục (dịch chuyển mm) Lưu ý: bắt đầu đo ta phải Set chọn từ trường điểm bắt đầu đo không 55 Bƣớc 6- Ghi tất số liệu đo đƣợc vào bảng sau: H1 L (cm) L=2R L=R R L= H2 s (cm) B(mT) s (cm) B(mT) s (cm) B(mT) Bƣớc 7- Vẽ ba đƣờng biểu diễn B = f(s) ứng với ba trƣờng hợp L lên đồ thị Bƣớc 8- Nhận xét từ trƣờng gây hai cuộn dây Helmholtz ba trƣờng hợp Bƣớc 9- So sánh giá trị B đo đƣợc s = với giá trị B tính từ công thức (L = R) B = 0 n I * trƣờng hợp (L = R) 2R (5/4)3/2 IV CÂU HỎI TRẢ LỜI TRONG BÀI BÁO CÁO Ý nghĩa định luật Biot-Savart Trình bày sai số phép đo 56 NHỮNG LƢU Ý CẦN NHỚ KHI LÀM THÍ NGHIỆM Bài 1: Cầu Wheaston Mắc mạch giống nhƣ sơ đồ thí nghiệm Số dây cần thiết 5-8 dây Chọn dây chạy C cho dây Luôn để chạy C thẳng đứng vị trí Chọn Ro: Thƣờng từ -200 (do điện trở phịng TN có khoảng này) Sai số Ro nằm dƣới núm vặn Sai số thƣớc đo 1mm Lƣu ý Mắc mạch sai chỗ giao Ro, Rx G Cách đọc số liệu: sau xác định xong Ro để cầu cân bằng, sinh viên xê dịch chạy quay vị trí 50cm để lấy giá trị l3, l4 Mắc điện trở song song hay bị sai, mạch mắc song song có điểm chung đầu Bài 2: Đo suất điện động nguồn phƣơng pháp xung đối Chọn giá trị E nguồn khoảng 3-7(V) đo đƣợc Và vạch Chỉ số Chọn chốt cắm E nguồn chốt +, chốt Có 10 lỗ cắm nên chọn lỗ để quan sát kim điện kế G Chọn dây cắm vào lỗ cho (đầu dây to) Nếu đo L1 làm mạch giá trị luôn, tránh làm làm lại nhiều lần, thời gian số liệu lại sai Bài 3: Điện phân Bình điện phân có cực âm cực dƣơng cực âm nối với nhau, Đồng hồ đa làm Ampe kế có dây cắm vào COM, 10A Nguồn dùng nguồn chiều DC Cân m1 cực dƣơng trƣớc lắp mạch Nhƣ sai sai số giai đoạn lắp rắp, điều chỉnh mạch cho 1A, nên m khơng cịn Nên sinh viên phải để mạch ổn định 1A vài giây ngắt mạch Đem cực dƣơng rửa, sấy cân Quên bấm thời gian Quên rửa dƣới nƣớc Vì cực dƣơng nhúng dd CuSO4 không rửa mà sấy ln lớp dd CuSO4 khơ khối lƣợng m tính ln CuSO4 khơ Mỗi lần cân nhớ RESET lại cân số 57 Khi có thay đổi số I cần chỉnh khơng I có thay đổi kết bị sai Bài Mạch RLC 1.Đối với mạch bóng đèn dây tóc: + Khi đo điện trở đồng hồ đa năng, sinh viên chọn chốt COM  + Mạch U,V: sinh viên đừng nối nhiều dây Nối trực tiếp vào A, V, bóng đèn khơng cần thơng qua bảng + Nếu bóng đèn khơng sáng kiểm tra xem V, A mắc chƣa + Chọn thang A, V cho DC, COM Chọn thang đồng hồ sai, không phân biệt AC, DC, khu vực V kế, A kế, COM Mạch bóng đèn mạch DC, RL, RC mạch AC DC Kiểm tra lại Mạch lỏng dây, chốt cắm Khi đọc số liệu đồng hồ đa Dùng nút nhấn HOLD (H) để giữ kết mà có thời gian ghi vào tập Bài Tiêu trắc Trong PP tự chuẩn TKHT TKPK dùng đến gƣơng phẳng để phản xạ ảnh mặt phẳng S Chú ý Ảnh nhịe (các chấm trịn khơng rõ nét) Cầm, đọc thƣớc sai Tính từ mép đến mép thƣớc Hệ thống TK, , gƣơng phải đồng trục Trong PP điểm liên kết tự chuẩn TKPK phải dùng phấn đánh dấu vị trí S1 giá Bài 6: Vân trịn Newton Đặt nguồn sáng khơng (vân không đều), chổ sáng, chỗ tối Chỉnh máy tùm lum Không thấy đƣợc vân Dây chữ thập khơng trùng đƣờng kính vân, lệch lên, lệch xuống Đọc sai thƣớc + du xích Khơng ƣớc lƣợng đƣợc bƣớc sóng màu dẫn đến vùng tử ngoại, hồng ngoại… Bài Cách tử Nhìn khơng đƣợc dây chữ thập (chữ X) – lỗi phổ biến Đọc sai thƣớc, du xích 58 Xác định sai bậc quang phổ không xuất phát từ vân sáng trắng Muốn xác định bậc hay bậc cần rê kính ngắm từ vân trung tâm thấy màu tím trƣớc tới màu đỏ bậc quang phổ Xác định sai góc anpha trái, phải (do không xuất phát từ vân sáng trắng) Dây chữ thập chƣa trùng vạch màu góc lệch cực tiểu Xác định sai màu (Vd: vàng xanh đọt chuối, Chàm tím) Dùng sai cơng thức cho quang phổ bậc 1, Thế k =1, cho bậc quang phổ Bài 8: Đƣờng kế Pha sai đƣờng (lố 100ml, cân không 5g) Nhiều bạn đổ nƣớc vào ống 100ml đổ đƣờng vào Nhƣ nồng độ dd đƣờng không 5% Mỗi lần lấy dd để đo, phân biệt rõ đâu dd đƣờng, đâu lọ nƣớc cất, tranh nhầm Chƣa chỉnh núm cƣa để rõ nét theo mắt, núm nằm cổ kính ngắm Vẽ bờ bao sai số sai Đơn vị tính suất triền quang sai Đơn vị tính R sai Xác định sai độ chia nhỏ du xích Khơng phân biệt đƣợc khái niêm nửa thị trƣờng sáng Để nhiều bọt khí ống T dẫn đến khơng quan sát xác đƣợc nửa thị trƣờng 59 BẢNG KIỂM KÊ DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM Bài 1: ĐO ĐIỆN TRỞ BẰNG MẠCH CẦU WHEASTONE + 02 điện trở Rx, Rx’ + 01 nguồn DC (pin) E = 1.5V + 01 điện kế + 01 điện trở mẫu R0 + 01 điện trở R dài 1m + 05 dây dài 0.5m + 02 dây 1m + 01 dây dài 0.3m + 01 dây chạy C Bài 2: ĐO SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CỦA NGUỒN ĐIỆN MỘTCHIỀU BẰNG PHƢƠNG PHÁP XUNG ĐỐI + 01 nguồn Ex + 01 pin mẫu E0 + 01 điện kế G + 01 nguồn DC (3V-7V) + 01 bảng dây điện trở dài 11m + 01 dây chạy C + 01 dây dài 1m + 01 dây dài 0.5m + 01 dây dài 0.3m Bài 3: XÁC ĐỊNH HẰNG SỐ FARADAY VÀ ĐIỆN TÍCH NGUYÊN TỐ THEO PHƢƠNG PHÁP ĐIỆN PHÂN + 01 nguồn điện chiều + 01 cân + 01 đồng hồ bấm thời gian + 01 ampe kế + 01 bình điện phân Cu SO4 + 01 dƣơng cực + 05 dây dài 0.5m + 01 máy sấy + 01 đồng hồ đa Bài 4: LÀM QUEN VÀ SỬ DỤNG CÁC DỤNG CỤ ĐO ĐIỆN KHẢO SÁT CÁC MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ XOAY CHIỀU + 02 đồng hồ đo điện số + Bóng đèn dây tóc 12V-3W + Điện trở R = 220 + 02 mẫu tụ điện C  20F + 01 mẫu cuộn cảm Lx + 01 bảng lắp ráp mạch điện + Nguồn điện đa 12V-3A/AC-DC + 02 dây dài 1m + 04 dây dài 0.5m Bài 5: TIÊU TRẮC + 01 nguồn sáng + 01 vật chữ L + Các giá mang thấu kính, gƣơng, + 01 thấu kính hội tụ + 01 thấu kính phân kỳ + Thƣớc dài 60 Bài 6: KHẢO SÁT GIAO THOA CHO HỆ VÂN TRÕN NEWTON XÁC ĐỊNH BƢỚC SÓNG ÁNH SÁNG + 01 đèn pin + 01 nguồn đèn LED đơn sắc + 01 máy giao thoa Newton Bài 7: CÁCH TỬ NHIỄU XẠ + 01 đèn thủy ngân + 01 nguồn điện + 01 cách tử + 01 giác kế + 01 đèn pin Bài 8: TRIỀN QUANG KẾ (Đƣờng kế) + 01 kính ngắm + 01 nguồn điện + 01 đèn Na + 01 ống chữ T đựng dung dịch + 01 ống đong 100ml + 01 ống đong 50ml + Bịch 5g đƣờng Bài 9: ĐO TỪ TRƢỜNG BẰNG MỘT CẶP CUỘN DÂY HELMHOLTZ + 01 nguồn chiều + 01 đầu dò từ trƣờng + 01 máy số đo từ trƣờng + 01 giá dài 1m + 04 dây dài 0.5m + 01 dây cắm đầu dò từ trƣờng ... ló song song với quang trục - Tia tới song song với quang trục ló qua thấu kính qua tiêu điểm ảnh F’ - Tia qua quang tâm O truyền thẳng Thấu kính phân kỳ:  Tia tới song song quang trục qua thấu... đồng, mắt theo dõi di chuyển quang phổ quang phổ dừng lại di chuyển ngƣợc chiều Cụ thể: quang phổ di chuyển tử phải qua trái sau đổi chiều từ trái qua phải + Tại vị trí quang phổ dừng, buông tay... , t đƣờng S đo trực tiếp thƣớc milimet thời gian chuyển động t đo trực tiếp đồng hồ đo thời gian Cách tính sai số phép đo gián tiếp Giả sử đại lƣợng cần đo F li? ?n quan đến đại lƣợng đo trực tiếp