Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống
1
/ 69 trang
THÔNG TIN TÀI LIỆU
Thông tin cơ bản
Định dạng
Số trang
69
Dung lượng
2,12 MB
Nội dung
CHƯƠNG I: DAO ĐỘNG CƠ CHỦ ĐỀ ĐẠI CƯƠNG VỀ DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA A LÝ THUYẾT: I Dao động tuần hồn Dao động: chuyển động có giới hạn không gian, lặp lặp lại nhiều lần quanh vị trí cân Dao động tuần hoàn: + Là dao động mà sau khoảng thời gian định vật trở lại vị trí chiều chuyển động cũ (trở lại trạng thái ban đầu) + Chu kì dao động: khoảng thời gian ngắn để trạng thái dao động lặp lại cũ khoảng thời gian vật thực dao động toàn phần T= 2 t = (s) với N số dao động thực thời gian Δt N + Tần số số dao động toàn phần mà vật thực giây đại lượng nghịch đảo chu kì Với : f = 2 N = = (Hz) hay ω = = 2πf (rad/s) T 2 t T II Dao động điều hoà: Định nghĩa: Dao động điều hịa dao động li độ vật hàm cosin (hoặc sin) thời gian 2 2 = Phương trình dao động x = Acos(ωt + φ) (cm) (m) Với T = T = 2f ➢ Các đại lượng đặc trưng dao động điều hoà: Li độ x (m; cm) (toạ độ) vật; cho biết độ lệch chiều lệch vật so với VTCB O Biên độ A > 0(m cm;): (độ lớn li độ cực đại vật); cho biết độ lệch cực đại vật so với VTCB O ▪ Pha ban đầu φ(rad) ): xác định li độ x vào thời điểm ban đầu t0 =0 hay cho biết trạng thái ban đầu vật vào thời điểm ban đầu t0 = Khi đó: x0 = Acosφ Pha dao động (ωt + φ) (rad): xác định li độ x vào thời điểm t hay cho biết trạng thái dao động (vị trí chiều chuyển động) vật thời điểm t ▪ Tần số góc ω (rad/s): cho biết tốc độ biến thiên góc pha Phương trình vận tốc vật dao động điều hịa: Vận tốc: v = dx = x’ v = -ωAcos(ωt+φ) = ωAcos(ωt + φ+ π/2) (cm/s) (m/s) dt Nhận xét: ▪ Vận tốc vật chiều với chiều chuyển động; vật chuyển động theo chiều dương v > ; vật chuyển động ngược chiều dương v < 0; ▪ Vận tốc vật dao động điều hòa biến thiên điều hòa tần số sớm pha so với với li độ ▪ Vận tốc đổi chiều vị trí biên; li độ đổi dấu qua vị trí cân ▪ Ở vị trí biên (xmax = ± A ): Độ lớn vmin =0 ▪ Ở vị trí cân (xmin = ): Độ lớn vmax = ω.A ▪ Quỹ đạo dao động điều hoà đoạn thẳng Phương trình gia tốc vật dao động điều hòa: Gia tốc a = dv = v'= x''; a =-ω2Acos(ωt + φ) =- ω2x hay a =ω2Acos(ωt + φ ± π) (cm/s2) dt (m/s2) Nhận xét: ▪ Gia tốc vật dao động điều hòa biến thiên điều hòa tần số ngược pha với li độ sớm pha π/2 so với vận tốc ▪ Vecto gia tốc hướng VTCB O có độ lớn tỉ lệ với độ lớn li độ ▪ Ở vị trí biên (xmax =±A ), gia tốc có độ lớn cực đại : |amax|=ω2.A ▪ Ở vị trí cân (xmin = ), gia tốc amin = ▪ Khi vật chuyển động từ VTCB biên vật chuyển động chậm dần v.a < hay a v trái dấu ▪ Khi vật chuyển động từ biên VTCB vật chuyển động nhanh dần v.a > hay a v dấu Lực dao động điều hoà : Định nghĩa: hợp lực tất lực tác dụng lên vật dao động điều hòa gọi lực kéo hay lực hồi phục Đặc điểm: - Luôn hướng VTCB O - Có độ lớn tỉ lệ với độ lớn li độ có dấu trái dấu với li độ x Fhp = ma =-mω2x = - k x = - m.ω2A2cos(ωt +φ) (N) Nhận xét: ▪ Lực kéo vật dao động điều hòa biến thiên điều hòa tần số ngược pha với li độ(cùng pha với gia tốc) ▪ Vecto lực kéo đổi chiều vật qua VTCB O có độ lớn tỉ lệ thuận với độ lớn gia tốc ▪ Ở vị trí biên (xmax =±A ) |Fmax |= k|xmax |= mω2.A = kA ▪ Ở vị trí CB O (xmin = ) |Fmin| = k|xmin| =0 Đồ thị dao động điều hòa : - Giả sử vật dao động điều hịa có phương trình là: x = Acos(ωt + φ) - Để đơn giản, ta chọn φ = 0, ta được: x = Acosωt v = x ' = - Aωsinωt = Aωcos(ωt + π/2) a = - ω2x = - ω2Acosωt Một số giá trị đặc biệt x, v, a sau: t T/4 T/2 3T/4 T x A -A A v -ωA ωA a - ω2A ω2A - ω2A Đồ thị dao động điều hịa đường hình sin ▪ Đồ thị cho thấy sau chu kì dao động tọa độ x, vận tốc v gia tốc a lập lại giá trị cũ CHÚ Ý: Đồ thị v theo x: → Đồ thị có dạng elip (E) Đồ thị a theo x: → Đồ thị có dạng đoạn thẳng Đồ thị a theo v: → Đồ thị có dạng elip (E) Công thức độc lập với thời gian a) Giữa tọa độ vận tốc (v sớm pha x góc π/2) v2 x = A − A = x + v x2 v2 + =1 2 A 2 A 2 v = A − x |v| = A2 − x2 b) Giữa gia tốc vận tốc: v2 a2 v2 a a2 2 2 + = A = + hay v = ω A a2 = ω4A2 - ω2v2 2 A Dao động tự (dao động riêng) + Là dao động hệ xảy tác dụng nội lực + Là dao động có tần số (tần số góc, chu kỳ) phụ thuộc đặc tính hệ khơng phụ thuộc yếu tố bên Mối liên hệ dao động điều hòa chuyển động tròn đều: Xét chất điểm M chuyển động tròn đường tròn tâm O, bán kính A hình vẽ + Tại thời điểm t = : vị trí chất điểm M0, xác định góc φ + Tại thời điểm t : vị trí chất điểm M, xác định góc (ωt + φ) + Hình chiếu M xuống trục xx’ P, có toạ độ x: x = OP = OMcos(ωt + φ) Hay: x = A.cos(ωt + φ) Ta thấy: hình chiếu P chất điểm M dao động điều hoà quanh điểm O Kết luận: a) Khi chất điểm chuyển động (O, A) với tốc độ góc ω, chuyển động hình chiếu chất điểm xuống trục qua tâm O, nằm mặt phẳng quỹ đạo dao động điều hoà b) Ngược lại, dao động điều hồ bất kì, coi hình chiếu chuyển động trịn xuống đường thẳng nằm mặt phẳng quỹ đạo, đường trịn bán kính biên độ A, tốc độ góc ω tần số góc dao động điều hoà c) Biểu diễn dao động điều hoà véctơ quay: Có thể biểu diễn dao động điều hồ có phương trình: x = A.cos(ωt + φ) vectơ quay A A + Gốc vectơ O + Độ dài: | A | ~A + ( A ,Ox ) = φ 10 Độ lệch pha dao động điều hòa: Khái niệm: hiệu số pha dao động Kí hiệu: Δφ = φ2 - φ1 (rad) - Δφ =φ2 - φ1 > Ta nói: đại lượng nhanh ph a(hay sớm pha) đại lượng đại lượng chậm pha (hay trễ pha) so với đại lượng - Δφ =φ2 - φ1 < Ta nói: đại lượng chậm pha (hay trễ pha) đại lượng ngược lại - Δφ = 2kπ Ta nói: đại lượng pha - Δφ =(2k + 1)π Ta nói: đại lượng ngược pha - Δφ =(2k+1) Ta nói: đại lượng vng pha Nhận xét: ▪ V sớm pha x góc π/2; a sớm pha v góc π/2; a ngược pha so với x CHỦ ĐỀ CON LẮC LÒ XO A LÝ THUYẾT Cấu tạo: Con lắc lò xo gồm lị xo có độ cứng k, khối lượng không đáng kể, đầu gắn cố định, đầu gắn với vật nặng khối lượng m đặt theo phương ngang treo thẳng đứng + Con lắc lò xo hệ dao động điều hòa Lực kéo về: Lực gây dao động điều hòa ln ln hướng vị trí cân gọi lực kéo hay lực hồi phục Lực kéo có độ lớn tỉ lệ với li độ lực gây gia tốc cho vật dao động điều hòa Biểu thức đại số lực kéo về: Fkéo = ma = -mω2x = -kx - Lực kéo lắc lị xo khơng phụ thuộc vào khối lưng vật Phương trình dao động : x = A.cos(ωt + φ) Với: ω = Chu kì tần số dao động lắc lò xo: T = m k 2 = 2π f = = k 2 m 2 Năng lượng lắc lò xo a) Động năngcủa vật : Wđ = 1 mv2 = mω2A2sin2(ωt + φ) 2 b) Thế vật: Wt = kx2 = 2 kA cos (ωt+φ) c) Cơ năng: W = Wđ + Wt = W =hằng số k m 1 mA2ω2 = kA2 = Wđ max = Wt max = 2 * Chú ý + cos 2 − cos 2 sin2α= nên biểu thức động sau 2 W W W W hạ bậc là: Wt = − cos(2t + 2) ; Wđ = + cos( 2t + 2) ; Với W = mA2ω2 = 2 2 2 kA - Do cos2α= - Vậy động vật dao động điều hòa biến thiên với tần số góc ω’=2ω, tần số f’=2f chu kì T’= T/2 - Cơ lắc tỉ lệ với bình phương biên độ dao động - Cơ lắc lị xo khơng phụ thuộc vào khối lượng vật - Cơ lắc bảo toàn bỏ qua ma sát - Động vật đạt cực đại vật qua VTCB cực tiểu vị trí biên - Thế vật đạt cực đại vị trí biên cực tiểu vật qua VTCB Lực đàn hồi vật vị trí có li độ x a Tổng quát Fđh(x) = k.|Δℓ| = K|Δℓ0 ±x| ▪ Dấu (+) chiều dương trục tọa độ hướng xuống ▪ Dấu (-) chiều dương trục tọa độ hướng lên ▪ Δℓ0 độ biến dạng lị xo(tính từ vị trí C) đến VTCB O ▪ Δℓ = Δℓ0 ± x độ biến dạng lị xo (tính từ vị trí C đến vị trí có li độ x ▪ x li độ vật (được tính từ VTCB O) b Lực đàn hồi cực đại cực tiểu Fđhmax; Fđhmin Lực đàn hồi cực đại Fđhmax = K(Δl + A) A) * Lực đàn hồi cực đại vật vị trí thấp quỹ đạo(Biên dưới) Lực đàn hồi cực tiểu ▪ Khi A ≥ Δl : Fđhmin =0 * Lực đàn hồi cực tiểu vật vị trí mà lị xo khơng biến dạng Khi Δl = → |x| = Δl ▪ Khi A < Δl : Fđhmin = K(Δl - A) * Đây lực đàn hồi vật vị trí cao quỹ đạo CHÚ Ý: Khi lị xo treo thẳng đứng vị trí cân ta ln có K.Δl0 = m.g ω2 = K g 2 m = T= = 2 = 2 m l k g - Khi lắc lò xo đặt mặt sàn nằm ngang Δl =0 Khi lực đàn hồi (F về)max = kA Vật vị trí biên lực kéo Khi ta có: Fđh(x) = Fkéo = k|x| kéo (Fkéo về)min = kA Vật vị trí cân O - Lực tác dụng lên điểm treo lực đàn hồi Chiều dài lò xo vật vị trí có li độ x lx = ℓ0 + Δl0 ± x - Dấu ( + ) chiều dương trục tọa độ hướng xuống - Dấu ( -) chiều dương trục tọa độ hướng lên - Chiều dài cực đại: lmax = l0 + Δl0 + A l max − l MN (MN : chiều dài quĩ đạo) = 2 = l0 + A - Chiều dài cực tiểu: lmin = l0 + Δl0 - A A = l l max = l − A Chú ý Khi lị xo nằm ngang Δl =0 → max CHỦ ĐỀ 3: CON LẮC ĐƠN A LÝ THUYẾT: Mô tả: Con lắc đơn gồm vật nặng treo vào sợi dây khơng giãn, vật nặng kích thước khơng đáng kể so với chiều dài sợi dây, sợi dây khối lượng không đáng kể so với khối lượng vật nặng Chu kì, tần số tần số góc: T = 2π l ;ω= g g l ;f= l 2 g Nhận xét: Chu kì lắc đơn + tỉ lệ thuận bậc l; tỉ lệ nghịch bậc g + phụ thuộc vào l g; không phụ thuộc biên độ A m + ứng dụng đo gia tốc rơi tự (gia tốc trọng trường g) Phương trình dao động: Điều kiện dao động điều hồ: Bỏ qua ma sát, lực cản α0 Tổng khối lượng hạt tạo thành CHỦ ĐỀ 2: SỰ PHÓNG XẠ + PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH + PHẢN ỨNG NHIỆT HẠCH A LÝ THUYẾT: I SỰ PHÓNG XẠ: Khái niệm: loại phản ứng hạt nhân tự phát tượng hạt nhân khơng bền vững tự phát phân rã, phóng xạ gọi tia phóng xạ biến đổi thành hạt nhân khác Q trình phân rã phóng xạ q trình dẫn đến biến đổi hạt nhân CHÚ Ý: + Tia phóng xạ khơng nhìn thấy có tác dụng lý hố ion hố mơi trường, làm đen kính ảnh, gây phản ứng hố học + Phóng xạ phản ứng hạt nhân tỏa lượng + Quy ước gọi hạt nhân tự phân hủy gọi hạt nhân mẹ, hạt nhân tạo thành sau phân hủy gọi hạt nhân + Hiện tượng phóng xạ hồn tồn nguyên nhân bên hạt nhân gây ra.không phụ thuộc vào yếu tố lý hoá bên ngồi (ngun tử phóng xạ nằm hợp chất khác có nhiệt độ, áp suất khác xảy phóng xạ loại) Phương trình phóng xạ: A A A Z1 Trong đó: + AZ X hạt nhân mẹ; 1 A2 Z2 X → Z22 Y + Z33 Z Y hạt nhân con; A3 Z3 Z tia phóng xạ Các loại phóng xạ: Phóng Bêta: có loại βvà β+ Tên gọi Phóng xạ Alpha (α) Bản chất Là dòng hạt nhân Hêli ( 42 He) β- : dòng electron( −01 e) β+: dịng pơzitron( −01 e) x→ AZ−−42Y + 42 He β-: AZ x→Z+A1Y + −01 e Ví dụ: 146 C→147 N+ −01 e β+: AZ x→Z−A1Y + −01 e Ví dụ: 147 N→126 C+ 01 e A Z Phương trình Rút gọn: AZ x→ AZ−−42Y 222 Vd: 226 88 Ra → 86 Rn + He Rút gọn 226 88 Tốc độ Khả Ion hóa Khả đâm xuyên Trong điện trường Chú ý Ra →222 86 Rn + He Phóng Gamma (γ) Là sóng điện từ có λ ngắn (λ≤10-11m), dịng phơtơn có lượng cao Sau phóng xạ α β xảy q trình chuyển từ trạng thái kích thích trạng thái phát phô tôn v ≈ 2.107 m/s v ≈ 3.108 m/s v= c = 3.108 m/s Mạnh Mạnh yếu tia α + Đi vài cm khơng khí (Smax = 8cm); vài μm vật rắn (Smax = 1mm) + Smax = vài m khơng khí + Xun qua kim loại dày vài mm Yếu tia α β + Đâm xuyên mạnh tia α β Có thể xun qua vài m bêtơng vài cm chì Lệch Lệch nhiều tia alpha Trong chuổi phóng xạ αthường kèm theo phóng xạ β khơng tồn đồng thời hai loại β Cịn có tồn hai loại hạt A Z x→ Z−A1Y + −01 e+ 00 v nơtrinô A Z x→ Z+A1Y + −01 e+ 00 v phản nơtrinơ Định luật phóng xạ: a) Đặc tính q trình phóng xạ: - Có chất trình biến đổi hạt nhân - Có tính tự phát khơng điều khiển được, khơng chịu tác động bên ngồi - Là q trình ngẫu nhiên, thời điểm phân hủy khơng xác định b) Định luật phóng xạ: Chu kì bán rã: khoảng thờ i gian đẻ 1/2 số hạt nhân nguyên tử biến đổi thành hạt nhân khác T = ln 0,693 = λ: Hằng số phóng xạ (s-1) Khơng bị lệch Khơng làm thay đổi hạt nhân Định luật phóng xạ: Số hạt nha n (khói lượ ng) phóng xạ giảm theo qui luật hàm số mũ Từ định luật phóng xạ,ta suy hệ thức tương ứng sau: Gọi No, mo số nguyên tử khối lượng ban đầu chất phóng xạ; N, m số nguyên tử khối lượng chất thời điểm t, ta có: Số hạt (N) Khối lượng (m) Trong trình phân rã, số Trong trình phân rã, khối hạt nhân phóng xạ giảm theo lượng hạt nhân phóng xạ giảm thời gian tuân theo định luật theo thời gian tuân theo định hàm số mũ luật hàm số mũ N= N0 t T = N e −t m= m0 t T = m e −t N0: số hạt nhân phóng xạ m0: khối lượng phóng xạ thời điểm ban đầu thời điểm ban đầu N(t): số hạt nhân phóng xạ m(t): khối lượng phóng xạ cịn cịn lại sau thời gian t lại sau thời gian t Trong đó: gọi số phóng xạ đặc trưng cho loại chất phóng xạ Phóng xạ nhân tạo (ỨNG DỤNG):người ta thường dùng hạt nhỏ (thường nơtron) bắn vào hạt nhân để tạo hạt nhân phóng xạ ngun tố bình thường Sơ đồ phản ứng thông thường AZ X + 10 n→ A +1Z X A +1 A A +1 A A +1 Z X đồng vị phóng xạ Z X Z X trộn vào Z X với tỉ lệ định ZX phát tia phóng xạ, dùng làm nguyên tử đánh dấu,giúp người khảo sát vận chuyển, phân bố, tồn nguyên tử X Phương pháp nguyên tử đánh dấu dùng nhiều y học, sinh học, 14 14 C dùng để định tuổi thực vật chết , nên người ta thường nói C đồng hồ trái đất II PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH Phản ứng phân hạch a) Phản ứng phân hạch phản ứng hạt nhân nặng vỡ thành hai hạt nha n có só khói trung bình (kèm theo vài nơtron phát ra) b) Phản ứng phân hạch kích thích: Muốn xảy phản ứng phân hạch với hạt nhân X, ta phải truyền cho lượng tối thiểu (gọi lượng kích hoạt); Phương pháp dễ cho X hấp thụ nơtron, chuyển sang trạng thái kích thích X* khơng bền vững xảy phân hạch 139 95 Ví dụ : 10 n+ 235 92 U→ 54 Xe + 38 Sr +20 n + 200eV Năng lượng phân hạch Phản ứng phân hạch phản ứng tỏa lượng, lượng gọi lượng phân hạch (phần lớn lượng giải phóng phân hạch động mảnh) Phản ứng phân hạch dây chuyền: Giả sử lần phân hạch có k nơtron giải phóng đến kích thích hạt nhân 235 92 U tạo nên phân hạch Sau n pha n hạch liên tiếp, số nơtron giải phóng kn kích thích kn phân hạch ▪ Khi k ≥ phản ứng dây chuyền tự trì ▪ Khi k < phản ứng dây chuyền tắt nhanh Vậy, để phản ứng phân hạch dây chuyền tự trì (k ≥ 1) khối lượng chất phân hạch phải đạt giá trị tối thiểu gọi khối lượng tới hạn (Ví dụ với 235U, khối lượng tới hạn khoảng 15 kg ) Phản ứng phân hạch có điều khiển Phản ứng phân hạch dây chuyền có điều khiển (k = ) thực lò phản ứng hạt nhân Năng lượng tỏa từ lò phản ứng không đổi theo thời gian III PHẢN ỨNG NHIỆT HẠCH Cơ chế phản ứng nhiệt hạch : a) Phản ứng nhiệt hạch phản ứng hay nhiều hạt nhân nhẹ tổng hợp lại thành hạt nhân nặng b) Điều kiện thực hiện: để có phản ứng nhiệt hạch xảy ra: ▪ Nhiệt độ cao khoảng 50 triệu độ đến100 triệu độ ▪ Mật độ hạt nhân (n) plasma phải đủ lớn ▪ Thời gian trì trạng thái plasma nhiệt độ cao 100 triệu độ s 14 15 n. = (10 10 ) cm Năng lượng nhiệt hạch: + Phản ứng nhiệt hạch phản ứng toả lượng + Người ta quan tâm đến phản ứng : 12 H+ 12 H→ 42 He ; 1 H+ 13 H→ 42 He H+ 13 H→ 42 He + n + 17,6 MeV + Tính theo phản ứng phản ứng nhiệt hạch toả lượng phản ứ ng pha n hạch, tính theo khối lượng nhiên liệu phản ứng nhiệt hạch toả lượng nhiều phản ứng phân hạch + Năng lượng nhiệt hạch nguồn gốc lượng hầu hết Năng lượng nhiệt hạch Trái Đất : + Người ta tạo phản ứng nhiệt hạch Trái Đất thử bom H nghiên cứu tạo phản ứng nhiệt hạch có điều khiển khơng gây nhiễm (sạch ) + Năng lượng nhiệt hạch Trái Đất có ưu điểm: không gây ô nhiễm (sạch) nguyên liệu dồi nguồn lượng kỷ 21 CHỦ ĐỀ: THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM SOẠN BỔ SUNG DỰA TRÊN TÀI LIỆU CỦA THẦY TRẦN QUỐC LÂM (XIN MẠN PHÉP THẦY LÂM)-Vật lí khoa học thực nghiệm, học vật lí trường phổ thơng học tập gắn liền với thực tiễn thông qua vật, tượng vật lí giới tự nhiên để giúp HS hiểu biết quy luật chung sống với thực tiễn đời sống xã hội Thí nghiệm Vật lí trường THPT giúp HS củng cố khắc sâu kiến thức, kĩ thu từ thực tiễn giảng lí thuyết, gắn lí thuyết với thực hành, học đôi với hành, giúp HS tin tưởng vào chân líkhoa học Hơn nữa, thí nghiệm Vật lí trường THPT, giúp HS rèn luyện kĩ vận dụng sáng tạo, tự tin đạt kết cao làm thi quốc gia Chủ đề chia làm ba phần: PHẦN A: DỤNG CỤ ĐO - HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG- TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM PHẦN B: SAI SỐ PHÉP ĐO PHẦN C: MỘT SỐ BÀI THÍ NGHIỆM LỚP 12 PHẦN D: BÀI TẬP TỰ LUYỆN A DỤNG CỤ ĐO - TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM DỤNG CỤ ĐO: Hình 1: Đồng hồ đo thời gian số Hình 2: Thước kẹp Hình 3: Đồng hồ vạn dùng kim thị số – Kim thị – Vít điều chỉnh điểm tĩnh – Đầu đo điện áp xoay chiều – Đầu đo dương (+), P (Bán dẫn dương) ADJ) – Đầu đo chung (Com), N (Bán dẫn âm) đo – Vỏ trước chiều 15A Hình 4: Đồng hồ vạn hiển thị – Mặt thị – Mặt kính – Vỏ sau 10 – Nút điều chỉnh 0Ω (0Ω 11 – Chuyển mạch chọn thang 12 – Đầu đo dòng điện xoay Bảng liệt kê số dụng cụ đo trực tiếp số thông số thường gặp đề thi Bảng TT Dụng cụ Thông số đo trực tiếp Cái đại lượng thường gặp Đồng hồ Thời gian Chu kỳ Biên độ, độ giãn lị xo; chiều dài lắc đơn, bước sóng sóng cơ, Thước Đo chiều dài khoảng vân, khoảng cách hai khe đến màn… Cân Khối lượng Khối lượng vật CLLX Lực kế Lực Lực đàn hồi, lực kéo lị xo Vơn kế Hiệu điện U đoạn mạch Ampe kế Cường độ dòng Đồng hồ đa Điện áp, cường độ dòng điện; điện trở; điện dung I mạch nối tiếp Ví dụ: Để đo chu kỳ dao động lắc lò xo ta cần dùng dụng cụ A Thước B Đồng hồ bấm giây C Lực kế D Cân Phân tích: Câu hỏi dùng từ “chỉ cần” nên dụng cụ phải đo trực tiếp chu kỳ dĩ nhiên biết Đồng hồ Trên ví dụ minh họa cho đề thi đại học mà cho câu ngon ăn quá! Thường gặp câu hỏi chọn dụng cụ dụng cụ để đo gián tiếp thơng số Tức là, để đo thông số A cần phải đo thông số x, y, z… vào công thức liên hệ A x, y, z… để tính A Để trả lời loại câu hỏi cần phải biết: Dụng cụ đo thông số x, y, z… Công thức liên hệ A x, y, z… Bảng liệt kê số thông số đo gián tiếp thường gặp đề thi Bảng TT Bộ dụng cụ đo Thông số đo gián tiếp Công thức liên hệ Đồng hồ, thước Gia tốc trọng trường T = 2 l 42l g= g T m 4 m k= k T2 mg mg l = k= k l F / x kx F= k= F / A kA T = 2 Đồng hồ, cân Hoặc: Lực kế thước Hoặc: Thước đồng hồ Thước máy phát tần số Thước Vôn kế, Ampe kế Công suất … … Đo độ cứng lị xo Tốc độ truyền sóng v =λf sợi dây D Bước sóng ánh sáng = i= đơn sắc a D P= IUR II TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM: Các bước tiến hành thí nghiệm: Dạng đề thi tuyển sinh đại học năm 2014 nên xác suất lại năm thấp Thầy nêu bước để thực thí nghiệm Bước 1: Bố trí thí nghiệm Bước 2: Đo đại lượng trực tiếp (Thường tiến hành tối thiểu lần đo cho đại lượng) Bước 3: Tính giá trị trung bình sai số Bước 4: Biểu diễn kết Để làm dạng tập em cần nắm dạng 1: dụng cụ đo công thức liên hệ đại lượng cần đo gián tiếp đại lượng đo trực tiếp Ví dụ: Dụng cụ thí nghiệm gồm: Máy phát tần số; Nguồn điện; sợi dây đàn hồi; thước dài Để đo tốc độ sóng truyền sợi dây người ta tiến hành bước sau a Đo khoảng cách hai nút liên tiếp lần b Nối đầu dây với máy phát tần, cố định đầu lại c Bật nguồn nối với máy phát tần chọn tần số 100Hz d Tính giá trị trung bình sai số tốc độ truyền sóng e Tính giá trị trung bình sai số bước sóng Sắp xếp thứ tự A a, b, c, d, e B b, c, a, d, e C b, c, a, e, d D e, d, c, b, a Phân tích: B1: Bố trí thí nghiệm ứng với b, c B2: Đo đại lượng trực tiếp ứng với a B3: Tính giá trị trung bình sai số ứng với e, d → Vậy chọn đáp án C B SAI SỐ PHÉP ĐO CỦA CÁC ĐẠI LƯỢNG VẬT LÝ VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU: I MỤC ĐÍCH: Hiểu định nghĩa phép đo đại lượng vật lí Phân biệt phép đo trực tiếp phép đo gián tiếp Nắm khái niệm sai số phép đo đại lượng vật lí cách xác định sai số phép đo: a Hiểu sai số phép đo đại lượng vật lí b Phân biệt hai loại sai số : sai số ngẫu nhiên, sai số hệ thống c Biết cách xác định sai số dụng cụ, sai số ngẫu nhiên d Tính sai số phép đo trực tiếp e Tính sai số phép đo gián tiếp f Biết cách viết kết phép đo, với số chữ số có nghĩa cần thiết II CÁC KHÁI NIỆM- PHÂN LOẠI SAI SỐ: Các khái niệm: a) Phép đo trực tiếp: Đo đại lượng vật lí có nghĩa so sánh với đại lượng loại mà ta chọn làm đơn vị b) Phép đo gián tiếp: Trường hợp giá trị đại lượng cần đo tính từ giá trị phép đo trực tiếp khác thơng qua biểu thức tốn học, phép đo phép đo gián tiếp Nguyên nhân sai số: Kết đo đại lượng giá trị trung bình cộng trừ với độ lệch định có kết xác tuyệt đối Để có giá trị trung bình hiển nhiên em phải thực đo nhiều lần nhiều lần xác ngun nhân sai số gì? Có nguyên nhân mà bạn cần biết, này: a) Sai số hệ thống:(Sai số dụng cụ đo) - Sai số hệ thống xuất sai sót dụng cụ đo phương pháp lí thuyết chưa hồn chỉnh, chưa tính đến yếu tố ảnh hưởng đến kết đo Sai số hệ thống thường làm cho kết đo lệch phía so với giá trị thực đại lượng cần đo Sai số hệ thống loại trừ cách kiểm tra, điều chỉnh lại dụng cụ đo, hồn chỉnh phương pháp lí thuyết đo, đưa vào số hiệu chỉnh Quy ước: - Sai số dụng cụ ΔADC lấy 0,5 độ chia nhỏ dụng cụ - Khi đo đại lượng điện dụng cụ thị kim, sai số xác định theo cấp xác dụng cụ o Ví dụ 1: Đồng hồ bấm dây có độ chia nhỏ 0,01s ΔAdc = 0,01s 0,005s Thước có độ chia nhỏ 1mm ΔADC = 1mm 0,5mm o Ví dụ 2: Vơn kế có cấp xác 2% Nếu dùng thang đo 200V để đo hiệu điện sai số mắc phải ΔU = 200.200 = 4V Nếu kim thị vị trí 150 V kết đo là: U =150± 4V - Khi đo đại lượng điện đồng hồ đo số, cần phải lựa chọn thang đo thích hợp Nếu số hiển thị mặt đồng hồ ổn định (con số cuối bên phải không bị thay đổi) sai số phép đo lấy giá trị tích cấp xác số hiển thị o Ví dụ: đồng hồ số có ghi cấp sai số 1.0% rdg (kí hiệu quốc tế cho dụng cụ đo số), giá trị điện áp hiển thị mặt đồng hồ là: U = 218 V lấy sai số dụng cụ là: ΔU = 1%.218 = 2,18 V Làm tròn số ta có U = 218,0 ± 2,2(V) - Nếu số cuối không hiển thị ổn định (nhảy số), sai số phép đo phải kể thêm sai số ngẫu nhiên đo o Ví dụ: đọc giá trị hiển thị điện áp đồng hồ nêu trên, số cuối không ổn định (nhảy số): 215 V, 216 V, 217 V, 218 V, 219 V (số hàng đơn vị không ổn định) Trong trường hợp lấy giá trị trung bình U = 217 V Sai số phép đo cần phải kể thêm sai số ngẫu nhiên trình đo ΔUn = 2V Do vậy: U = 217,0 ± 2,2 ± = 217,0 ± 4,2(V) Chú ý: - Nhiều loại đồng hồ số có độ cao, sai số phép đo cần ý tới thành phần sai số ngẫu nhiên - Trường hợp tổng quát, sai số phép đo gồm hai thành phần: sai số ngẫu nhiên với cách tính sai số hệ thống (do dụng cụ đo) b) Sai số ngẫu nhiên: Sai số ngẫu nhiên sinh nhiều nguyên nhân, ví dụ hạn chế giác quan người làm thí nghiệm, thay đổi ngẫu nhiên không lường trước yếu tố gây ảnh hưởng đến kết đo Sai số ngẫu nhiên làm cho kết đo lệch hai phía so với giá trị thực đại lượng cần đo Ví dụ: nhiệt độ, ánh sáng Sai số ngẫu nhiên loại trừ Sai số ngẫu nhiên làm cho kết đo lệch hai phía so với giá trị thực đại lượng cần đo Trong phép đo đại lượng ta cần phải đánh giá sai số ngẫu nhiên Để đánh giá sai số ngẫu nhiên ta cần quan tâm đến loại sai số: Sai số tuyệt đối ΔA Sai số tương đối εA % với A đại lượng cần đo phép đo trực tiếp phép đo gián tiếp sau đây: III PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SAI SỐ: Phép đo trực tiếp: - Gọi đại lượng cần đo A - Thực n lần đo với kết đo đượclà : A1, A2, A3, An(Tối thiểu lần đo) Giá trị trung bình A : A= A + A + + A n n (1) Sai số tuyệt đối lần đo riêng lẻ: A A = A − A A = A − A A + A + A n Sai số tuyệt đối trung bình A : A = n A n = A − A n Sai số tuyệt đối ΔA: ΔA = A +ΔADC Sai số tương đối εA %: εA = A % A (2) (3) → Kết phép đo: A = A ΔA A = A εA (5) Như vậy, cách viết kết phép đo trực tiếp sau: - Tính giá trị trung bình A theo cơng thức (1) - Tính sai số ΔA εA % theo công thức (2) (3) → Kết đo viết (4) (5) o Ví dụ 1: Đo đường kính viên bi lần, ta có kết sau: d1 = 8,75mm Δd1 = 0,00mm d2 = 8,76mm Δd2 = -0,01mm d3 = 8,74mm Δd3 = 0,01mm d4 = 8,77mm Δd4 = -0,02mm Giá trị trung bình đường kính viên bi là: d= 8,75 + 8,76 + 8,74 + 8,77 =8,75mm Sai số tuyệt đối trung bình tính Δd = 0,00 + 0,01 + 0,01 + 0,02 = 0,01mm Kết quả: d = 8,75±0,01mm o Ví dụ 2: Đùng đồng hồ bấm giây có thang chia nhỏ 0,01s để đo chu kỳ (T) dao động lắc Kết lần đo thời gian dao động toàn phần sau: 3,00s; 3,20s; 3,00s; 3,20s; 3,00s (Thường lập bảng ) Lần đo T (s) 3,00 3,20 3,00 3,20 3,00 Kết T ? Hướng dẫn lần đo có giá trị khác 3x3,00 + 2x3,20 = 3,08 s T1 = 3,00 − 3,08 = 0,08s 3xT1 + 2xT2 Δ =T1 = 0,096s T = T2 = 3,20 − 3,08 = 0,12s Sai số tuyệt đối: ΔT = T + Tdc = 0,096s + 0,01s = 0,106s 0,11s T= Kết quả: T = 3,08 ± 0,11s * Lỗi thí sinh hay mắc phải quên cộng sai số dụng cụ ΔTdc Vấn đề phát sinh: thường người ta ko đo dao động toàn phần để xác định chu kỳ thời gian chu kỳ ngắn Để tăng độ xác phép đo người ta đo lần cỡ 10 dao động toàn phần từ tính chu kỳ dao động Vấn đề sai số tính ta? Mục sau giúp bạn giải tình Phép đo gián tiếp: o Cụ thể: Ta đo trực tiếp độ cứng lò xo, gia tốc trường, bước song… mà phải tính thơng qua đo đại lượng trung gian x, y, z.(Bảng 2) Chủ yếu gặp trường hợp đại lượng cần đo gián tiếp có dạng: A= xmyn với m, n, Zk k >0 A đại lượng cần đo lại không đo trực tiếp (xem bảng 2) Các đại lượng x, y, z đại lượng đo trực tiếp CỤ THỂ: Để tính sai số tuyệt đối tương đối phép đo A, em làm theo bước sau: Bước 1: Tính kết phép đo x, y, z phần 1: Phép đo trực tiếp: x x = x x = x x , voi : x = x y y = y y = y y , voi : y = y z z = z z = z z , voi : z = z Nghĩa phải có tới bảng số liệu ứng với đại lượng x, y, z Nếu làm trắc nghiệm riêng làm bước hết n phút rùi, thầy khỏi cần nói thêm bước 2, em em xác định đánh lụi làm thêm bước người ta nộp tiu Các em yên tâm, cho loại tập đề cho sẵn kết x = x ±Δx = x ±εx ; y = y ±Δy = y ± εy ; z = z ±Δz = z ±εz Bước 2: xmy n zk + Tính sai số tương đối εA: A = A = m x + n y + k z = m x + n y + k z A x y z + Sai số tuyệt đối ΔA: ΔA = εA A Bước 3: Kết quả: A = A ±ΔA A = A ± εA + Tính giá trị trung bình A : A = o Ví dụ 1: Đo tốc độ truyền sóng sợi dây đàn hồi cách bố trí thí nghiệm cho có sóng dừng sợi dây Tần số sóng hiển thị máy phát tần f = 1000Hz ± 1Hz Đo khoảng cách nút sóng liên tiếp cho kết quả: d = 20cm ± 0,1cm Kết đo vận tốc v ? Hướng dẫn Bước sóng λ = d = 20cm ± 0,1cm v = f = 20000 cm/s v f = + = 0,6% v f Δv = εv v = 120 cm/s εv = Kết quả: v = 20.000 ± 120 (cm/s) v = 20.000 cm/s ± 0,6% Trường hợp đại lượng A = L , với n > n Đây trường hợp đề cập “vấn đề phát sinh” mục 3.1 Để tính sai số tương đối A ta làm sau: - Tính L = L ±ΔL = L ± εL với εx = L L L - Khi đó: A = εA = A = εL = L n A L Một số phép đo tương ứng với trường hợp này: - Dùng đồng hồ bấm giây đo chu kỳ dao động lắc Thường người ta đo thời gian t n dao động toàn phần suy T = t/n T= t t T εT = = n T t - Dùng thước đo bước sóng sóng dừng sợi dây đàn hồi: Người ta thường đo chiều dài L n bước sóng suy λ = L/n = ελ = = L n L - Dùng thước đo khoảng vân giao thoa: Người ta thường đo bề rộng L n khoảng vân suy i = L/n Chứ khoảng vân giao thoa cỡ vài mm có mà đo mắt à? (Vốn dĩ phải đo thước) i= L i εi = = L n i L Đu du ân đờ sờ ten? o Ví dụ 2: Dùng thí nghiệm giao thoa khe Young để đo bước sóng xạ đơn sắc Khoảng cách hai khe sáng S1S2 nhà sản xuất cho sẵn a = 2mm ± 1% Kết đo khoảng cách từ quan sát đến mặt phẳng chưa hai khe D = 2m ± 3% Đo khoảng cách 20 vân sáng liên tiếp L = 9,5mm ± 2% Kết đo bước sóng λ = ? Hướng dẫn Khoảng cách 20 vân sáng liên tiếp 19 khoảng vân (cái mà khơng để ý coi tiêu): L = 19i i = L/19 ▪ Giá trị trung bình i: i = L 9,5 = 0,5 μm Có tính giá trị bước = 19 19 sóng trung bình Bước sóng trung bình: = a.i 2.0,5 = = 0,5μm D a Sai số tương đối bước sóng: ελ= = a + i D a L D + = + + = εa + εL + i D L D a εD = 6% với i L = εi = εL i L Sai số tuyệt đối bước sóng: Δλ = ελ = 6%.0,5= 0,03μm Kết quả: λ = 0,5µm ± 6% λ = 0,5µm ± 0,03 µm IV SỐ CHỨ SỐ CĨ NGHĨA: Định nghĩa: Chữ số có nghĩa chữ số (kể chữ số 0) tính từ trái sang phải kể từ chữ số khác không Mặc dù định nghĩa có nghĩa, khơng có nghĩa bạn đọc xong định nghĩa hiểu số chữ số có nghĩa??? Tốt kiên nhẫn đọc tiếp ví dụ minh họa Giả sử sai số tuyệt đối tương đối đại lượng A nhận giá trị sau: + 0,97: chữ số khác không tô màu đỏ in đậm + gạch chân: → có chữ số có nghĩa + 0,0097: chữ số khác không tô màu đỏ in đậm + gạch chân → có chữ số có nghĩa + 2,015: chữ số khác không tô màu đỏ in đậm + gạch chân → có chữ số có nghĩa (phải tính chữ số đằng sau) + 0,0669: chữ số khác không tô màu đỏ in đậm + gạch chân → có chữ số có nghĩa (chữ số lặp lại phải tính) + 9,0609: chữ số khác không tô màu đỏ in đậm + gạch chân → có chữ số có nghĩa Vậy xác định số chữ số có nghĩa đừng quan tâm dấu phẩy “,” Trong định nghĩa không liên quan đến dấy phẩy ... dài l1 + l2 có chu kỳ T3, lắc đơn chiều dài l1 - l2 (l1>l2) có chu kỳ T4 Ta có: T32 = T12 + T22 T42 = T12 − T22 Tỉ số số dao động, chu kì tần số chiều dài: Trong thời gian lắc có chiều dài l1... cos(ωt + φ2) dao động tổng hợp là: x = x1 + x2 = Acos(ωt + φ) Biên độ dao động tổng hợp A = A 12 + A 12 + 2A A cos(2 − 1 ) Pha ban đầu dao động tổng hợp tanφ = A sin 1 + A sin 2 A cos... tần sồ, biên độ lệch pha 120 0 đôi e1 =e0 cosωt (V); e2 = e0 cos(ωt - 2 4 ) (V); e3 = e0 cos(ωt ) 3 b) Cấu tạo: - Stato gồm cuộn dây giống gắn cố định vòng tròn lệch 120 0 - Rôto nam châm NS quay