Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống
1
/ 93 trang
THÔNG TIN TÀI LIỆU
Thông tin cơ bản
Định dạng
Số trang
93
Dung lượng
7,83 MB
Nội dung
BÀI MỞ ĐẦU SAI SỐ CỦA PHÉP ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG VẬT LÝ Khi nghiên cứu tượng tự nhiên, Vật lý học người ta thường dùng phương pháp thực nghiệm: tiến hành phép đo đại lượng vật lý đặc trưng cho tượng, xác định mối liên hệ chúng, từ rút quy luật vật lý Để thực phép đo, ta phải có dụng cụ đo Tuy nhiên thực tế, không dụng cụ đo nào, không phép đo cho ta giá trị thực đại lượng cần đo Các kết thu gần Vì vậy? Điều có mâu thuẫn hay khơng với quan niệm cho Vật lý mơn khoa học xác? Để trả lời câu hỏi này, trước hết ta cần làm rõ khái niệm: phép đo đại lượng vật lý gì? Vì có sai lệch giá trị thực đại lượng cần đo kết đo? Từ xác định kết đánh giá độ xác phép đo I PHÉP ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG VẬT LÝ HỆ ĐƠN VỊ SI Phép đo đại lượng vật lý Ta dùng cân để đo khối lượng vật Cái cân dụng cụ đo, phép đo khối lượng vật thực chất phép so sánh khối lượng với khối lượng cân, mẫu vật quy ước có khối lượng đơn vị (1 gam, kilôgam ) bội số nguyên lần đơn vị khối lượng Vậy: Phép đo đại lượng vật lý phép so sánh với đại lượng loại quy ước làm đơn vị để có kết số so với đơn vị đo a) Phép đo trực tiếp : Công cụ để thực việc so sánh nói gọi dụng cụ đo, phép so sánh trực tiếp thông qua dụng cụ đo gọi phép đo trực tiếp Ví dụ : Đo điện trở R Ohm kế b) Phép đo gián tiếp: Trong nhiều trường hợp giá trị đại lượng cần đo suy ta từ giá trị đại lượng đo trực tiếp thông qua biểu thức toán học Nhiều đại lượng vật lý đo trực tiếp chiều dài, khối lượng, thời gian, đại lượng vật lý khác gia tốc, khối lượng riêng, thể tích, khơng có sẵn dụng cụ đo để đo trực tiếp, xác định thơng qua cơng thức liên hệ với đại lượng đo trực tiếp Ví dụ, gia tốc rơi tự g có 2s thể xác định theo công thức g , thông qua hai phép đo trực tiếp phép đo độ dài quãng t đường s thời gian rơi t Phép đo gọi phép đo gián tiếp Hệ đơn vị đo Đơn vị đo giá trị đơn vị tiêu chuẩn đại lượng đo quốc tế quy định mà quốc gia lựa chọn cam kết tuân thủ Trên giới người ta chế tạo đơn vị tiêu chuẩn gọi chuẩn Việc chế tạo, thống lựa chọn chuẩn ngày hoàn thiện với tiến khoa học kỹ thuật Lịch sử phát triển hoàn thiện chuẩn quốc tế năm 1881 Hội nghị Quốc tế Pari Lần ủy ban quốc tế quản lý việc thiết lập đơn vị chuẩn thành lập Trải qua nhiều năm chuẩn quốc tế dần thống ấn định Bắt đầu từ năm 1960, hệ thống đơn vị đo đại lượng vật lý quy định thống áp dụng nhiều nước giới, có Việt Nam, gọi hệ SI (System International; tiếng Pháp: Système International d'unités) Hệ SI quy định đơn vị bản, là: - Đơn vị độ dài : mét (m) - Đơn vị thời gian : giây (s) - Đơn vị khối lượng : kilôgam (kg) - Đơn vị nhiệt độ : kenvin (K) - Đơn vị cường độ dòng điện : ampe (A) - Đơn vị cường độ sáng : canđela (Cd) - Đơn vị lượng chất : mol (mol) Ngoài đơn vị bản, đơn vị khác đơn vị dẫn xuất, suy từ đơn vị kg.m theo cơng thức, ví dụ: đơn vị lực F niutơn (N), định nghĩa: 1N Ngồi s có số đại lượng không thứ nguyên (dimensionless quantity) đại lượng mà khơng có thứ ngun vật lý gán với nó, thu kết việc chia hai đại lượng thứ nguyên (ví dụ : chiết suất) Các bội, ước thập phân đơn vị đo lường thức thuộc hệ đơn vị SI a) Bội, ước thập phân đơn vị đo lường thức thuộc hệ đơn vị SI thiết lập cách ghép tên, ký hiệu tiền tố SI liền vào phía trước tên, ký hiệu đơn vị đo lường này; b) Tên, ký hiệu tiền tố SI thừa số quy đổi quy định Bảng Bảng Tên Quốc tế Việt Nam Ký hiệu Thừa số Bội yotta yôtta Y 000 000 000 000 000 000 000 000 = 1024 zetta zetta Z 000 000 000 000 000 000 000 = 1021 exa exa E 000 000 000 000 000 000 = 1018 peta peta P 000 000 000 000 000 = 1015 tera tera T 000 000 000 000 = 1012 giga giga G 000 000 000 = 109 Tên Ký hiệu Thừa số Quốc tế Việt Nam mega mega M 000 000 = 106 kilo kilô k 000 = 103 hecto hectô h 100 = 102 deca deca da 10 = 101 Ước deci deci d 0,1 = 10-1 centi centi c 0,01 = 10-2 mili mili m 0,001 = 10-3 0,000 001 = 10-6 micro micrô m nano nanô n 0,000 000 001 = 10-9 pico picô p 0,000 000 000 001 = 10-12 femto femtô f 0,000 000 000 000 001 = 10-15 atto attô a 0,000 000 000 000 000 001 = 10-18 zepto zeptô z 0,000 000 000 000 000 000 001 = 10-21 yocto yoctô y 0,000 000 000 000 000 000 000 001 = 10-24 c) Để thiết lập (01) bội ước thập phân đơn vị đo lường thức thuộc hệ đơn vị SI, sử dụng tiền tố SI đơn để kết hợp với đơn vị đo lường Ví dụ: nanơmét: nm 10-9 m (khơng viết: milimicrơmét: mmm) Trong đó: nanơ tên gọi; n ký hiệu 10 -9 thừa số tiền tố Ghi chú: Quy định không áp dụng kết hợp với đơn vị kilôgam Vì lý lịch sử, kilơgam chứa tiền tố kilô gam Các ước bội thập phân kilơgam hình thành sở kết hợp với tiền tố SI gam II SAI SỐ PHÉP ĐO Khi đo đại lượng vật lý, dù đo trực tiếp hay gián tiếp, ta mắc phải sai số Các dụng cụ đo giúp thu nhận kết đo xác tuyệt đối, kể chế tạo tỉ mỉ đến mức Do dụng cụ đo có giới hạn cấp xác Ví dụ thước mm có cấp xác 0.5mm, tiến hành đo khoảng cách hay chiều dài, phải thực so sánh hai vị trí khác (ứng với hai vạch khác thước mm) Do đó, sai số dụng cụ trường hợp đo khoảng cách độ chia nhỏ thước mm, 1mm Sai số tuyệt đối cho dụng cụ đo độ chia nhỏ Tất phép đo thực 01 lần sai số tuyệt đối độ chia nhỏ dụng cụ sử dụng Do tránh khỏi có sai số kết đo, giới hạn môn học chúng tạm phân thành hai loại: Sai số hệ thống Giả sử vật có độ dài thực l = 32,7mm Dùng thước có độ chia nhỏ 1mm để đo l, ta xác định l có giá trị nằm khoảng 32 33mm, cịn phần lẻ khơng thể đọc thước đo Sự sai lệch này, đặc điểm cấu tạo dụng cụ đo gây ra, gọi sai số dụng cụ Sai số dụng cụ tránh khỏi, chí cịn tăng lên điểm ban đầu bị lệch đi, mà ta sơ suất trước đo không hiệu chỉnh lại Kết giá trị đại lượng đo thu lớn hơn, nhỏ giá trị thực Sai lệch nguyên nhân gây gọi sai số hệ thống Sai số hệ thống xuất sai sót dụng cụ đo lý thuyết phương pháp đo chưa hồn chỉnh, chưa tính đến hết yếu tố ảnh hưởng đến kết đo Sai số hệ thống loại trừ cách kiểm tra, điều chỉnh lại dụng cụ, cách hoàn thiện lý thuyết phương pháp đo đưa vào số hiệu chỉnh a) Sai số hệ thống dụng cụ đo chia vạch Cấp xác (CCX) dụng cụ đo chia vạch 1/2 độ chia nhỏ (ĐCNN) dụng cụ chia vạch ∆𝑋ℎ𝑡 =1 độ chia nhỏ b) Sai số hệ thống dụng cụ đo số ∆𝑋ℎ𝑡 = 𝛿% × 𝑋 + 𝑛 𝛼 𝛿% - cấp xác dụng cụ đo số 𝑋 - giá trị đo số (thực tế hiển thị dụng cụ đo) 𝑛 - số tự nhiên (1, 2, 3, …) 𝛼 - độ phân giải c) Sai số hệ thống dụng cụ đo điện kim ∆𝑋ℎ𝑡 = 𝛿% × 𝑋𝑚𝑎𝑥 𝛿% - cấp xác dụng cụ đo số 𝑋𝑚𝑎𝑥 - giá trị cực đại hay thang đo 𝛿%, 𝑛 - thông số thiết bị thường ghi nhận bảng thông số kỹ thuật nhà sản xuất Sai số ngẫu nhiên Lặp lại phép đo thời gian rơi tự vật hai điểm A, B, ta nhận giá trị khác Sự sai lệch khơng có ngun nhân rõ ràng, hạn chế khả giác quan người dẫn đến thao tác đo không chuẩn, điều kiện làm thí nghiệm khơng ổn định, chịu tác động yếu tố ngẫu nhiên bên Sai số gây trường hợp gọi sai số ngẫu nhiên Sai số ngẫu nhiên làm cho kết lệch hai phía (khi lớn hơn, nhỏ hơn) so với giá trị thực đại lượng cần đo Sai số ngẫu nhiên loại trừ hẳn Trong phép đo ta cần phải đánh giá sai số ngẫu nhiên Trong phép đo ta mắc phải sai lầm Sai lầm khác với sai số nói trên, sinh chủ yếu cẩu thả, thiếu cẩn thận người làm thực nghiệm, làm cho kết đo lệch xa giá trị thực đại lượng cần đo Sai lầm loại bỏ cách lặp lại phép đo loại bỏ kết khỏi tập hợp kết đo Giá trị trung bình (Khi đại lượng lý thuyết số) Sai số ngẫu nhiên làm cho kết phép đo trở nên tin cậy Để khắc phục người ta lặp lại phép đo nhiều lần Khi đo n lần đại lượng A, ta nhận giá trị khác nhau: A1, A2, …An Giá trị trung bình chúng: A A1 A2 An n (1) giá trị gần với giá trị thực đại lượng A Cách xác định sai số phép đo a Trị tuyệt đối hiệu số trị trung bình giá trị lần đo gọi sai số tuyệt đối ứng với lần đo đó: Sai số tuyệt đối phép đo độ lệch phép đo khỏi giá trị thực : ∆𝐴 = |𝐴 − 𝑎| đó: A- giá trị thực xác; a - giá trị đo Sai số tỉ đối A phép đo tỉ số sai số tuyệt đối giá trị A (hoặc giá trị trung bình) đại lượng đo, tính phần trăm: A A 100% A Sai số tỉ đối nhỏ phép đo xác Độ lệch lần đo so với giá trị trung bình: A1 A A1 ; A2 A A2 ; A3 A A3 ; (2) Nếu hầu hết độ lệch lần đo so với giá trị trung bình nhỏ, giá trị đo lần đo gần gần giá trị xác Mơt số độ lệch số dương, số độ lệch số âm Nếu sai số tuân theo phân phối ngẫu nhiên, số độ lệch có trị số âm số độ lệch có trị số dương ngang Trong trường hợp môn học này, lấy giá trị tuyệt đối tất độ lệch (2) Sai số tuyệt đối trung bình n lần đo tính theo cơng thức: A A1 A2 An n (3) Giá trị A xác định theo (3) sai số ngẫu nhiên Như vậy, để xác định sai số ngẫu nhiên ta phải đo nhiều lần Trong trường hợp không cho phép thực phép đo nhiều lần (n < 5), người ta khơng tính sai số ngẫu nhiên cách lấy trung bình theo cơng thức (3), mà chọn giá trị cực đại Amax , số giá trị sai số tuyệt đối thu từ (2) Sai số trung bình số đánh giá thơ độ xác phép đo Ưu điểm đơn giản, giúp phát nhanh chóng sai sót q trình thí nghiệm Sai số tồn phương trung bình Sai số tồn phương trung bình phép đo riêng biệt tính theo cơng thức: ∑𝑛 (∆𝑥𝑖 )2 𝜎 = √ 𝑖=1 𝑛−1 Khi số lần đo đủ lớn (n > 10), biểu diễn kết lần đo riêng biệt với sai số toàn phương trung bình: 𝑥 ± 𝜎 Như có nghĩa xác suất khoảng 2/3 kết đo nhận giá trị khoảng [𝑥 − 𝜎; 𝑥 + 𝜎] Sai số tồn phương trung bình phép đo lặp lại n lần tính theo cơng thức: ∑𝑛𝑖=1(∆𝑥𝑖 )2 √ 𝜎̅𝑥 = √𝑛 𝑛 ( 𝑛 − ) 𝜎 Sai số tồn phương trung bình giá trị trung bình tỉ lệ nghịch với bậc hai số lần đo (√𝑛) Rõ ràng tăng độ xác kết đo cách tăng số lần đo n Khi 𝑛 → ∞, 𝜎̅𝑥 → nghĩa 𝑥̅ → 𝑋 Kết luận với sai số ngẫu nhiên Nếu biết 𝜎̅𝑥 , ta biết với xác suất bao nhiêu, giá trị trung bình rơi vào khoảng cho trước giá trị thực X Bảng cho biết khoảng tin cậy, xác suất tin cậy % tương ứng số lần đo Khoảng tin cậy 𝜎̅𝑥 Số lần đo Xác suất tin cậy (%) 𝜎̅𝑥 = 𝜎(±𝜎) 60 76 85 91 93 95 𝜎̅𝑥 = 2𝜎(±2𝜎) 78 92 96 98,5 99,4 99,7 𝜎̅𝑥 = 3𝜎(±3𝜎) 83 96 99,10 99,40 99,92 99,96 Cần phân biệt rõ việc sử dụng sai số toàn phương trung bình lần thực phép đo riêng biệt 𝜎 sai số tồn phương trung bình giá trị 𝜎̅𝑥 Cần tính 𝜎 muốn ý độ xác (hay độ tản mạn) phương pháp đo Còn muốn đánh giá sai số trung bình số học tất kết đo thực hiện, ta tính 𝜎̅𝑥 Ví dụ: Đo đường kính d hình trụ kim loại thước kẹp có độ chia nhỏ 0,1mm Lần đo n=7 ∆𝑑𝑖 0,16 0,04 0,04 0,14 0,06 0,04 0,06 ̅̅̅̅ ∆𝑑 = 0,07714 d (mm) 12,5 12,3 12,3 12,2 12,4 12,3 12,4 ̅ 𝑑 = 12,34 𝑚𝑚 (∆𝑑𝑖 )2 0,0256 0,0016 0,0016 0,0196 0,0036 0,0016 0,0036 ∑(∆𝑑𝑖 )2 = 0,0572 𝑖=1 𝜎=√ ∆𝑥𝑛 = 𝜎̅𝑑 = 0,098 √7 0,0572 = 0,098 ≈ 0,1𝑚𝑚 = 0,037 ≈ 0,04𝑚𝑚 (𝑥á𝑐 𝑠𝑢ấ𝑡 𝑡𝑖𝑛 𝑐ậ𝑦 95%) ∆𝑥ℎ𝑡 = 0,1𝑚𝑚 ∆𝑑 = 0,04 + 0,1 = 0,14𝑚𝑚 𝜀= 0,14 100 = 1,13% 12,34 Kết quả: 𝑑 = 12,34 ± 0,14𝑚𝑚 Để đơn giản hóa việc tính tốn, phạm vi điều kiện thí nghiệm môn học này, áp dụng chung phần tính tốn sau: Sai số tồn phần phép đo tổng sai số ngẫu nhiên sai số dụng cụ (hoặc hệ thống) ̅̅̅̅ + ∆𝑑ℎ𝑡 = 0,077 + 0,1 = 0,177𝑚𝑚 ∆𝑑 = ∆𝑑 Kết quả: 𝑑 = 12,34 ± 0,18𝑚𝑚 b Sai số toàn phần phép đo tổng sai số ngẫu nhiên sai số dụng cụ (hoặc hệ thống): A A A' (4) Trong A’ sai số hệ thống gây dụng cụ, thơng thường lấy độ chia nhỏ dụng cụ Trong số dụng cụ đo có cấu tạo phức tạp, ví dụ đồng hồ đo điện đa số, sai số dụng cụ tính theo cơng thức nhà sản xuất quy định Lưu ý: - Sai số hệ thống lệch điểm ban đầu loại sai số cần phải loại trừ, cách ý hiệu chỉnh xác điểm ban đầu dụng cụ đo trước tiến hành đo - Sai sót: Trong đo, cịn mắc phải sai sót Do lỗi sai sót, kết nhận khác xa giá trị thực Trong trường hợp nghi ngờ có sai sót, cần phải đo lại loại bỏ giá trị sai sót Cách viết kết đo Kết đo đại lượng A không cho dạng số, mà cho dạng khoảng giá trị chắn có chứa giá trị thực đại lượng A: ( A A) A ( A A) hay A A A (5) Tất chữ số hệ số thập phân, trừ số khơng đứng đầu số (phía bên trái), gọi chữ số có nghĩa Trong kết cuối phép đo, có hai phần: giá trị trung bình sai số (kể sai số tương đối) Thông thường, sai số làm tròn hoạc hai chữ số khác khơng Số chữ số có nghĩa giá trị trung bình xác định cho bậc chữ số có nghĩa cuối giá trị trung bình phải bậc sai số Đối với số nhỏ lớn, người ta biễu diễn chúng dạng lũy thừa 10 Trong trường hợp sai số đại lượng vật lý không rõ, người ta đưa số, ví dụ 𝑙 = 216𝑚, coi sai số nửa đơn vị chữ số cuối cùng: 𝑙 = 216,0 ± 0,5𝑚 Điều thường gặp với đại lượng vật lý cho sẵn : 𝝅 = 𝟑, 𝟏𝟒 ∆𝝅 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟓 ; 𝒈 = 𝟗, 𝟖𝟏𝒎/𝒔𝟐 ∆𝒈 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟓𝒎/𝒔𝟐 Lưu ý: Sai số tuyệt đối phép đo A thu từ phép tính sai số thường viết đến tối đa hai chữ số có nghĩa, cịn giá trị trung bình A viết đến bậc thập phân tương ứng Các chữ số có nghĩa tất chữ số có số, tính từ trái sang phải, kể từ chữ số khác Ví dụ: Phép đo độ dài s cho giá trị trung bình 𝑠̅ = 1,36832 𝑚, với sai số phép đo tính ∆𝑠 = 0,0031 𝑚, kết đo viết, với s lấy chữ số có nghĩa, sau: 𝑠̅ = 1,368 ± 0,003 𝑚 Quy tắc tròn số Trong số kết quả, giữ lại chữ số có nghĩa, cịn chữ số khác làm trịn theo quy tắc : - Chữ số giữ lại cuối không đổi chữ số lớn bỏ nhỏ Chữ số giữ lại cuối tăng lên đơn vị chữ số lớn bỏ lớn Nếu phần bỏ có chữ số chữ số giữ lại cuối giữ nguyên số chẵn tăng lên đơn vị số lẻ Ví dụ : làm trịn đến hai số lẻ số sau 275,163; 3,037; 6,1351; 0,485; 61,035 Sau làm trịn ta có : 275,16; 3,04; 6,14; 0,48; 61,04 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 đối tổng hay hiệu tổng sai số tuyệt đối số hạng F F F 2 F X Y Z X Y Z 2 Khi khơng cần độ xác cao người ta lấy giới hạn (sai số cực đại) dùng : F F F F X Y Z X Y Z b Sai số tỉ đối tích hay thương tổng sai số tỉ đối thừa số F ln F ln F ln F 2 X Y Z F X Y Z 2 Khi khơng cần độ xác cao người ta lấy giới hạn (sai số cực đại) dùng: F ln F ln F ln F X Y Z F X Y Z Ví dụ: Giả sử F=f(X, Y, Z) đại lượng đo gián tiếp, X, Y, Z đại lượng đo trực tiếp - Nếu: F X 2Y 3Z , thì: F X 2Y 3Z - 2 Nếu: F XY Z , thì: F X Y Z 2 F X Y Z c) Nếu công thức vật lý xác định đại lượng đo gián tiếp có chứa số (ví dụ: , e,…) số phải lấy gần đến số lẻ thập phân cho sai số tỉ đối phép lấy gần gây bỏ qua, nghĩa phải nhỏ 1/10 tổng sai số tỉ đối có mặt cơng thức tính Ví dụ: Xác định diện tích vịng trịn thơng qua phép đo trực tiếp đường kính d Biết d=50,6 0,1 mm Ta có S d2 , sai số tỉ đối phép đo S: S d 2 0, 4% S d Trong trường hợp này, phải lấy = 3,142 0, 04% Để giúp đơn giản thí nghiệm sau, sinh viên lấy giá trị 𝝅 = 𝟑, 𝟏𝟒 ∆𝝅 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟓 ; 𝒈 = 𝟗, 𝟖𝟏𝒎/𝒔𝟐 ∆𝒈 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟓𝒎/𝒔𝟐 Nếu công thức xác định đại lượng đo gián tiếp tương đối phức tạp, dụng cụ đo trực tiếp có độ 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 cơng thức (1), (2), (3) III SAI SỐ PHÉP ĐO TRONG BIỂU DIỄN ĐỒ THỊ VẬT LÝ Biểu diễn kết phép đo đồ thị có ưu điểm sau : - Thể trực quan phụ thuộc đại lượng vật lý vào đại lượng vật lý khác Có thể xác định quy luật biến đổi vật lý thông qua phương pháp liệu tương quan hồi quy Có thể xác định giá trị biến số dựa vào giá trị đo cách rời rạc, dựa vào phép biến đổi nội suy ngoại suy Thông thường, phép đo phụ thuộc vào biến, đại lượng biến đổi độc lập biểu diễn trục hoành hệ tọa độ vng góc, cịn đại lượng phụn thuộc thể trục tung Đồ thị phải có tiêu đề, trục phải có ký hiệu đại lượng đơn vị Một số nguyên tắc để thể sai số phép đo biễu diễn đồ thị vật lý sau : - - Phải chọn tỉ lệ xích cho đồ thị chiếm tồn diện tích dành cho đồ thị nhằm quan sát tốt quy luật biến đổi đồ thị Độ lớn đơn vị đại lượng trục nên chọn phù hợp nhằm quan sát sai số điểm đo Thể đầy đủ giá trị trung bình sai số tương ứng vị trí đo III TÍNH TỐN KẾT QUẢ ĐO Dựa vào cặp giá trị I, U tương ứng, giá trị Rp thu bảng 1, thực : Vẽ đặc tuyến vơn-ampe I = f(U) bóng đèn dây tóc; Xác định nhiệt độ T dây tóc đèn Đ nóng sáng hai cực đèn có hiệu điện U 10V dựa theo công thức (3), (7) (8) Dựa vào giá trị I , U , UR , UC đo bảng để xác định : Z R ZC2 tổng trở điện trở R dung kháng ZC điện dung C U I UR I U C I I 2 f Z C 2 f U C với f = 50.0 0.5 Hz tần số lưới điện quốc gia Dựa vào giá trị đo UL,, I r đo mạch RL để xác định : tổng trở Zcd = UL/I cảm kháng Z L Z cd r L hệ số tự cảm Z cd r 2 L 2f với f = 50.0 0.5 Hz tần số lưới điện quốc gia IV CÂU HỎI KIỂM TRA Phát biểu viết biểu thức định luật Ôm dịng điện khơng đổi Tại đặc tuyến vơn-ampe I = f(U) bóng đèn dây tóc khơng phải đường thẳng? Nêu rõ quan hệ tần số, pha biên độ cường độ dòng điện xoay chiều hiệu điện xoay chiều đoạn mạch: - chứa điện trở R; - chứa tụ điện có điện dung C; - chứa cuộn dây dẫn có hệ số tự cảm L Dùng giản đồ vectơ Fresnel, thiết lập quan hệ tần số, pha biên độ cường độ dòng điện xoay chiều hiệu điện xoay chiều mạch RLC khơng phân nhánh Từ suy biểu thức xác định tổng trở mạch RLC Điều kiện để cường độ dòng điện mạch RLC đạt cực đại? Trình bầy cách xác định điện dung C tụ điện hệ số tự cảm L cuộn dây dẫn theo phương pháp vơn-ampe dịng xoay chiều Nói rõ cách xác định sai số tuyệt đối cường độ dòng điện hiệu điện đo trực tiếp đồng hồ đa số Dựa vào công thức tính C L chứng minh biểu thức tính sai số tương đối điện dung C hệ số tự cảm L có dạng: f UC C I f UC L U U Z.U I R R f L f I ( Z R ) C Z I U I Phụ lục: Bảng thông số kỹ thuật đồng h nng DT-9205 Chức Thang đo n Chức 200mV DCV Hiệu điện chiều 2V 20V 200V 1000V 0,5% 0,8% ACV HiƯu ®iƯn xoay chiều 2mA DCA C-ờng độ dòng chiều 0,8% 200mA 1,2% 20A 2% ACA C-êng ®é dßng xoay chiỊu 20K 1% 1,2% 20mA 1% 200mA 1,8% 20A 3% 2,5% 200mV 2V 20V 200V 700 2nF 200 §iƯn trë n 2mA 20mA 2K Thang ®o 20nF 1% 2M 20M 1% 200M 5% 10 C §iƯn dung 200nF 2F 20F HƯỚNG DẪN BÁO CÁO THÍ NGHIỆM BÀI 7: KHẢO SÁT CÁC MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ XOAY CHIỀU Xác nhận Giáo viên hướng dẫn Lớp: Tổ Họ tên: I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM II TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM ( bao gồm dụng cụ đo sai số dụng cụ) III CƠNG THỨC TÍNH VÀ CƠNG THỨC KHAI TRIỂN SAI SỐ IV BẢNG SỐ LIỆU Bảng 1:Đo đặc tuyến volt-ampe dây tóc bóng đèn Volt kế DC Um = V = δU = % n = U(V) ΔU ( V ) Ampe kế DC: Im= mA = .mA δI= % n = = I ( mA ) Δ I (mA ) U(V) 10 Ôm kế : Rm= = δR= % n = Rp = ΔU ( V ) I (mA ) Δ I (mA) Bảng 2: Khảo sát mạch R-C Volt kế AC Um = V = δU = n = I (mA) U (V) UR (V) UC (V) C1 C1 nt C2 C1 // C2 Ampe kế AC: Im= mA = δI= n = Z R ZC C Bảng 3: Khảo sát mạch R-L Ôm kế: Rm= . = δr = n = Điện trở nội r = I (mA) U (V) UR (V) UL (V) Z R ZL L III TÍNH TỐN KẾT QUẢ Vẽ đồ thị volt-ampe dây tóc bóng đèn ( giấy kẻ ly khổ A3 ) Tính giá trị R0, T U = 10V: R0 T 273 Rp t p t p2 R t 1 2 R0 Tính giá trị tụ, hai tụ nối tiếp, hai tụ song song và: C I 2 f Z C 2 f U C Z cd r 2 L 2f Tính sai số : 4𝛽 𝛼 − 4𝛽 𝑅𝑡 ∆𝑇 = [( ) ∆𝑅𝑡 + ( ) ∆𝑅0 ] √𝛼 + 4𝛽 ( − 1) 𝛼 𝑅0 + 4𝛽(𝑅𝑡 − 𝑅0 ) 𝛼 𝑅0 + 4𝛽(𝑅𝑡 − 𝑅0 ) 𝑅0 𝛼 + 2𝛽𝑡𝑝 ∆𝑅0 ∆𝑅𝑝 = +( ) ∆𝑡𝑝 𝑅0 𝑅𝑝 + 𝛼𝑡𝑝 + 𝛽𝑡𝑝2 C U C I f C UC I f L Z cd Z cd rr f L f Z cd r với Z cd U L I Z cd UL I Viết kết phép đo Đối với điện trở 𝑅 = 𝑅0 ± ∆𝑅0 = (Ώ) 𝑇 = 𝑇 ± ∆𝑇 = (oK) Đối với tụ điện C = C C = (F) C1 = C C1 = (F) C2 = C C2 = (F) Đối với cuộn dây r = r r = (Ώ) L = L L = , .(H) Bài XÁC ĐỊNH CHIẾT SUẤT CỦA BẢN THUỶ TINH BẰNG KÍNH HIỂN VI DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM Kính hiển vi có vật kính x4, x10, x40, x100 thị kính x10, x16; xác 0,002mm; Thước Panme 25mm, xác 0,01mm; Bản thuỷ tinh có chiết suất cần đo I CƠ SỞ LÝ THUYẾT Xét chùm sáng hẹp HSA xuất phát từ điểm S nằm mặt thuỷ tinh phẳng (Hình 1): tia SH truyền thẳng qua ngồi khơng khí theo phương HI vng góc với mặt tia SA ló khỏi theo phương AB sau bị khúc xạ điểm A Nếu nhìn từ xuống, ta thấy điểm S nằm giao điểm S1 đường kéo dài hai tia ló AB HI Điểm S1 ảnh ảo điểm S nhìn qua thuỷ tinh phẳng Khoảng cách từ điểm S đến mặt thuỷ tinh d = SH độ dày thực thuỷ tinh, khoảng cách từ ảnh ảo S1 đến mặt thuỷ tinh d1 = S1H gọi độ dày biểu kiến thuỷ tinh Dựa vào tam giác vuông S1AH SAH hình 1, ta viết hệ thức : B N I AH tg AS H tg NAB tg i (1) i S1 H A H AH (2) tg ASH tg N AS tg r r SH S1 (n) Vì chùm sáng HAS hẹp nên điểm H, A nằm gần N' góc i, r nhỏ Do coi gần : S sin i tg i , sin r tg r (3) Hình Chia (1) cho (2) ý đến (3), ta nhận : sin i d SH (4) d1 S1 H sin r Mặt khác, áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng tia sáng SAB truyền qua thuỷ tinh điểm A nằm mặt bản, ta có cơng thức : sin i (5) n sin r với n chiết suất thuỷ tinh ( n > ) So sánh (4) với (5), ta dễ dàng tìm n d d1 (6) Hệ thức (6) chứng tỏ độ dày thực d thuỷ tinh lớn gấp n lần độ dày biểu kiến d1 Trong thí nghiệm này, ta xác định chiết suất n thuỷ tinh cách dùng thước panme đo độ dày thực d thuỷ tinh dùng kính hiển vi đo độ dày biểu kiến d1 II TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM Đo độ dày thực thuỷ tinh thước Panme (Xem cách sử dụng thước Panme 5) d = 0,5.k + 0,01m (mm) với k tổng số vạch đường chuẩn khơng tính vạch 0; đường chuẩn trùng với vạch thứ m thước tròn Thực lần phép đo độ dày thực d thủy tinh vị trí khác Đọc ghi giá trị độ dày thực d lần đo vào bảng Đo độ dày biểu kiến thuỷ tinh kính hiển vi a Kính hiển vi (Hình 3) dụng cụ quang học dùng quan sát ảnh phóng đại vật nhỏ Cấu tạo gồm có: thị kính lắp đầu ống ngắm 2, ổ quay mang vật kính lắp đầu ống ngắm 2, kẹp dùng giữ mẫu vật cần quan sát đặt mâm đỡ 6, vít dùng điều chỉnh hệ kính tụ quang 7, phía hệ kính tụ quang có gương phản xạ ánh sáng 9, núm xoay 13 dùng điều chỉnh thô núm xoay 14 dùng điều chỉnh tinh độ tiêu tụ ống ngắm để thu ảnh sắc nét mẫu vật, vòng đai 12 dùng hãm núm xoay 13 14, vòng đai 15 dùng giữ chặt núm xoay 13 Toàn kính hiển vi lắp thân 10 chân đế 11 - Lau mặt thuỷ tinh thấm cồn giấy thấm mềm Dùng bút kim (với mực khơng xố) kẻ vạch dọc mặt vạch ngang mặt vị trí để tạo thành vạch chữ thập (hoặc dấu nhân ), cạnh dài khoảng 2mm - Đặt thuỷ tinh lên mâm đỡ (mặt có vạch ngang phía trên) giữ kẹp Đặt mắt nhìn từ bên ngồi vặn núm xoay 13 để dịch chuyển vật kính xuống gần sát mặt thuỷ tinh Vặn trượt ngang trượt dọc bàn xa mặt mâm đỡ để điều chỉnh cho vạch chữ thập nằm đối diện phía vật kính vị trí thẳng đứng b Đo độ dày biểu kiến d1 thuỷ tinh : - Đặt mắt quan sát qua thị kính Điều chỉnh hệ kính tụ quang gương phản xạ cho toàn thị trường thị kính có độ sáng đồng Vặn từ từ núm xoay 13 để nâng cao dần ống ngắm lên nhìn thấy rõ ảnh vạch ngang Hình nằm mặt thuỷ tinh Vặn từ từ núm xoay 14 để tinh chỉnh cho ảnh vạch ngang sắc nét Đọc ghi vị trí đầu thước trịn ứng với vạch l0 nằm đối diện vạch chuẩn tam giác khắc thân kính hiển vi - Đặt mắt quan sát qua thị kính Vặn tiếp núm xoay 14 ngược chiều quay kim đồng hồ để nâng dần ống ngắm lên cao hơn, đồng thời đếm số vòng quay N thước tròn (đúng số lần mà vạch số thước tròn ngang qua vạch chuẩn tam giác nhìn thấy rõ ảnh sắc nét vạch dọc nằm mặt thuỷ tinh Đọc ghi vị trí cuối thước tròn ứng với số vòng quay N thước trịn vạch l nằm đối diện vạch chuẩn tam giác Độ dày biểu kiến thuỷ tinh đo độ dịch chuyển tịnh tiến theo phương thẳng đứng ống ngắm xác định công thức : Nếu l ≥ l0 : mm (10) d1 0,2.N 0,001.(l l ) Nếu l < l0 : - d1 0, 2.N 0,001.(l 200 l0 ) mm (11) Thực lần phép đo độ dày biểu kiến d1 thuỷ tinh Đọc ghi giá trị độ dày biểu kiến d1 lần đo vào bảng III CÂU HỎI KIỂM TRA Phát biểu viết biểu thức định luật khúc xạ ánh sáng Vẽ hình minh hoạ Giải thích hình vẽ tạo ảnh điểm sáng nhìn qua thuỷ tinh có hai mặt song song Nêu rõ tính chất ảnh Định nghĩa độ dày biểu kiến thuỷ tinh Tìm hệ thức chiết suất thuỷ tinh với độ dày thực độ dày biểu kiến Mơ tả cấu tạo thước Panme cách dùng thước Panme đo độ dày thực thuỷ tinh Mô tả cấu tạo kính hiển vi cách dùng kính hiển vi đo độ dày biểu kiến thuỷ tinh HƯỚNG DẪN BÁO CÁO THÍ NGHIỆM BÀI 8: XÁC ĐỊNH CHIẾT SUẤT CỦA BẢN THUỶ TINH BẰNG KÍNH HIỂN VI Xác nhận Giáo viên hướng dẫn Lớp: Tổ Họ tên: I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM II TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM ( bao gồm dụng cụ đo sai số dụng cụ) III CƠNG THỨC TÍNH VÀ CÔNG THỨC KHAI TRIỂN SAI SỐ IV BẢNG SỐ LIỆU Bảng Lần đo - Độ xác thước Panme: 0,01mm - Độ xác thước trịn kính hiển vi: 0,002mm Độ dài biểu kiến d1 (mm) Độ dài thực d (mm) N l0 l d1 Δd1 k m d TB V TÍNH TỐN KẾT QUẢ n Tính giá trị : Tính sai số : n n d d1 d d d1 d1 Sai số phép đo d: d = (d)dc + d = + (mm) Sai số phép đo d1 : d1 = (d1)dc + d1 = + (mm) Viết kết phép đo n n n Δd BÀI Đo tiêu cự thấu kính hội tụ thấu kính phân kì Đ AA O1 M B G T Hình 12.1a Hình Bộ thiết bị thí nghiệm “Đo tiêu cự thấu kính hội tụ phân kỳ kính phân kì” I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM Khảo sát tạo ảnh vật qua thấu kính hội tụ.Đo tiêu cự thấu kính hội tụ Khảo sát tạo ảnh vật qua hệ thấu kính gồm thấu kính phân kì thấu kính hội tụ Đo tiêu cự thấu kính phân kì II DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM - băng quang học dài 1000mm, xác 1mm - thấu kính hội tụ O1 - thấu kính phân kì O2 - đèn chiếu sáng Đ loại 6V-8W III - nguồn điện 6V-3A - vật AB có dạng hình số nằm lỗ tròn nhựa (H.1) - ảnh M kích thước 70x100mm CƠ SỞ LÍ THUYẾT Tiêu cự f thấu kính liên hệ với khoảng cách d d/ tính từ quang tâm thấu kính đến vật AB đến ảnh A/B/ vật theo công thức: 1 = + / (12.1) f d d Từ suy ra: f= d d/ (12.2) d + d/ Các công thức (12.1) (12.2) có tính chất đối xứng d d/, tức hốn vị d d/ dạng công thức không thay đổi Trong thí nghiệm ta xác định tiêu cự thấu kính hội tụ O thấu kính phân kì O2 nhờ sử dụng băng quang học IV GIỚI THIỆU DỤNG CỤ ĐO Băng quang học (H.2) máng ngang G có gắn thước thẳng milimét T dùng xác định vị trí vật AB, thấu kính O1 (hoặc O2) ảnh M đặt đế trượt 1, 2, 3, Một đèn chiếu sáng Đ đặt đầu máng G Có thể dịch chuyển đế trượt 1, 2, 3, máng G để làm thay đổi vị trí vật, thấu kính ảnh băng quang học Chú ý: Phải đặt thấu kính cho trục chúng vng góc với vật AB ảnh M, đồng thời trùng với đường thẳng qua tâm đèn chiếu sáng Đ V TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM Đo tiêu cự thấu kính hội tụ Quang tâm thấu kính nói chung khơng trùng với tâm điểm (tức điểm giữa) thấu kính nên khơng thể xác định vị trí quang tâm Vì khó đo xác khoảng cách d d / để xác định tiêu cự f thấu kính theo cơng thức (12.2) Muốn khắc phục điều này, ta làm sau : - Phương án thứ nhất: Phương pháp Silberman: (hình 2) L a) d d/ M A B F/1 B/ B F’ F B’ F1 O1 (I) a F / A’ A/ d1 d1 b) A LO A B O1 F1 (II) B F/1 A1 Hình Hình Hình 12.3 a) Đặt vật AB gần sát đèn Đ vạch 10cm điều chỉnh cho toàn mặt vật AB chiếu sáng Đặt vật AB (H.2) M cách khoảng nhỏ 4f đặt thấu kính hội tụ b) Dịch chuyển thấu kính hội tụ O1 ảnh M cho thấu kính cách vật AB ảnh M thu ảnh thật rõ nét ảnh M Khi ảnh có độ lớn vật (Di chuyển thấu kính đoạn cm di chuyển M hai đoạn cm ảnh gần rỏ ta di chuyển mm để lấy xác) Ghi giá trị khoảng cách L0 vật AB ảnh M vào bảng thực hành c) Thực lại lần động tác (b) Trong trường hợp này, tiêu cự f1 thấu kính hội tụ O1 xác định theo công thức: L f1 (12.3) - Phương án thứ hai: Phương pháp Bessel: (hình 3) a) Đặt ảnh M cách vật AB khoảng thích hợp L f1 băng quang học (trong thí nghiệm này, nên chọn L= 4,5f1 , L= 4,7f1, L= 4,9f1) b) Dịch chuyển thấu kính hội tụ O1 từ sát vật AB xa dần tới vị trí (I) ta thu ảnh thật rõ nét A/B/ lớn vật AB ảnh M (H.3a) Ghi tọa độ x1 thấu kính O1 vị trí (I) vào bảng thực hành 12.1 c) Dịch tiếp thấu kính O1 xa vật AB tới vị trí (II) để lại thu ảnh thật rõ nét A1B1 nhỏ vật AB ảnh M (H 3b) Ghi tọa độ x2 thấu kính O1 vị trí (II) vào bảng thực hành d) Thực lại lần động tác (b) (c) Trong điều kiện trên, khoảng dịch chuyển a thấu kính O1 từ vị trí (I) đến vị trí (II) bằng: a = x2 – x1 (12.4) tiêu cự f1 thấu kính hội tụ O1 xác định theo công thức: L2 a (12.5) f1 L Đo tiêu cự thấu kính phân kì: Phương pháp điểm liên kết: (hình 4) d1/ d1 d2 d2/ A B O1 F1 O2 F2 B1 B2 F/2 A1 A2 Hình Thấu kính phân kì cho ảnh thật vật ảo Vì muốn đo tiêu cự f2 thấu kính phân kì O2, ta phải ghép với thấu kính hội tụ O1 thành hệ thấu kính đồng trục cho ảnh thật A1B1 vật AB cho thấu kính hội tụ O1 nằm phía sau khoảng tiêu cự f2 thấu kính phân kì O2 (H 4) để ảnh A1B1 trở thành vật ảo thấu kính O2 theo thứ tự sau: a) Giữ nguyên vị trí vật AB thấu kính hội tụ O1 vị trí (II) cho ảnh thật rõ nét A1B1 nhỏ AB ảnh M hình 12.3b Đặt thấu kính phân kì O2 đế trượt nằm phía sau thấu kính hội tụ O1 đồng trục với O1, cách ảnh M khoảng d2 = O2B1 < f2 (trong thí nghiệm này, nên chọn d2 = 50mm,55mm,60mmm) b) Dịch dần ảnh M xa thấu kính phân kì O2 tới vị trí M/ để thu ảnh rõ nét A2B2 nằm cách thấu kính O2 khoảng d2/ hình 12.4 Thực lần động tác Ghi giá trị khoảng cách d2/ lần đo ứng với giá trị chọn d vào bảng thực hành 12.2 Tính tiêu cự f2 thấu kính phân kì O2 theo cơng thức: d d/ (12.6) f2 = 2 / d2 + d2 d2 < (A1B1 vật ảo), d2/ > ( A2/ B2/ ảnh thật) f2 < (thấu kính O2 phân kì) Hướng dẫn báo cáo thí nghiệm Đo tiêu cự thấu kính hội tụ thấu kính phân kì I Mục đích thí nghiệm II Bảng số liệu Bảng thực hành : Đo tiêu cự thấu kính hội tụ Lần đo L0 Phương án thứ f Δf L Phương án thứ hai a f Δf TB Bảng thực hành : Đo tiêu cự thấu kính phân kỳ phương pháp điểm liên kết: d’2 f Lần đo d2 TB III Tính tốn kết Xác định lực ma sát ổ trục Fms moment quán tính trụ đặc I L d d/ L2 a f1 Tính giá trị: f1 f2 = 2 / 4 L d2 + d2 Tính sai số : PA : f1dc L0 dc f1dc f 1g Lg L2g a g2 2a g Ldc a dc Lg Lg a g2 f dc 1 1 d dc ' d 2' dc ' ' d2 d2 d2 d2 d2 d2 f2 g Sai số phép đo f1: f1 = (f1)dc + f = + (mm) Sai số phép đo f1: f1 = (f1)dc + f = + (mm) Δf Sai số phép đo f2: f2 = (f2)dc + f = + (mm) IV Viết kết phép đo PA : f1 f1 f1 (mm) PA : f1 f1 f1 (mm) PK : f f f (mm) VI Câu hỏi tập Viết cơng thức thấu kính nói rõ qui ước dấu đại lượng có cơng thức Trình bày phương pháp đo tiêu cự thấu kính hội tụ thí nghiệm Vẽ hình minh hoạ tạo ảnh vật AB theo phương án chọn Trình bày phương pháp đo tiêu cự thấu kính phân kì thí nghiệm Vẽ hình minh hoạ tạo ảnh vật AB theo phương án chọn Chứng minh khoảng cách L vật sáng AB ảnh thật cho thấu kính hội tụ có tiêu cự f1 giữ khơng đổi : - L = 4f1 : có vị trí thấu kính hội tụ khoảng cách L cho ảnh rõ nét vật ảnh M - L > 4f1 : có hai vị trí thấu kính nằm khoảng cách L cho ảnh thật rõ nét ảnh M Sai số tỉ đối phép đo tiêu cự thấu kính hội tụ tính theo cơng thức : a L (L 2a) a f L a a L a khoảng cách từ vật thật đến thấu kính hội tụ L khoảng cách từ vật thật đến ảnh thật Dựa vào cơng thức phép tính đạo hàm, chứng minh phép đo tiêu cự thấu kính hội tụ có sai số nhỏ thấu kính nằm cách vật ảnh thật Có thể thực phép đo tiêu cự thấu kính phân kì theo phương án đặt thấu kính trước thấu kính hội tụ (tạo thành hệ thấu kính đồng trục) khơng ? Vẽ hình minh hoạ tạo ảnh vật AB theo phương án f ... đúng: M1 - mg.L1. (2) Phương trình chuyển động quay lắc quanh trục qua O1 có dạng: 1 Với (3) d 2 gia tốc góc, I1 mơmen qn tính lắc trục quay qua O1 dt Kết hợp (3) với (2) thay 12 mg... số độ lệch có trị số dương ngang Trong trường hợp môn học này, lấy giá trị tuyệt đối tất độ lệch (2) Sai số tuyệt đối trung bình n lần đo tính theo cơng thức: A A1 A2 An n (3) Giá... trung bình theo cơng thức (3), mà chọn giá trị cực đại Amax , số giá trị sai số tuyệt đối thu từ (2) Sai số trung bình số đánh giá thơ độ xác phép đo Ưu điểm đơn giản, giúp phát nhanh chóng sai