Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống
1
/ 109 trang
THÔNG TIN TÀI LIỆU
Thông tin cơ bản
Định dạng
Số trang
109
Dung lượng
8,35 MB
Nội dung
lOMoARcPSD|17868023 Thí nghiệm vật lý 403B - 2021-2022 Thí nghiệm vật lý (Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh) Studocu is not sponsored or endorsed by any college or university Downloaded by Quang Anh (quangnguyenanh19@gmail.com) lOMoARcPSD|17868023 BỘ MƠN VẬT LÝ Tài lißu hướng d¿n THÍ NGHIÞM VÀT LÝ -Nhóm: ……… Thứ: ……… Tiết: ……… Thành phố Hồ Chí Minh, 8/2022 Downloaded by Quang Anh (quangnguyenanh19@gmail.com) lOMoARcPSD|17868023 MỤC LỤC CƠ SỞ ĐO LƯỜNG VÀ SAI SỐ ĐỒ THỊ VÀ KHỚP HÀM XÁC ĐỊNH KÍCH THUỚC VÀ KHỐI LƯỢNG 12 Bài 1: Xác định vận tốc truyền âm tỉ số nhiệt dung phân tử chất khí phương 17 pháp sóng âm ống KUNDT Bài 2: Khảo sát tương tác từ dòng điện, nghiệm định luật Ampere lực từ 26 Bài 3: Phân cực ánh sáng 33 Bài 4: Đo điện trở R, độ tự cảm L, điện dung C dao động ký điện tử 37 Bài 5: Khảo sát đặc tính diode transistor 53 Bài 6: Xác định điện tích riêng electron phương pháp Magnetron 70 Bài 7: Nhiễu xạ ánh sáng qua cách tử phẳng – xác định bước sóng ánh sáng đơn sắc 78 Bài 8: Đặc trưng xạ phân cực sóng Decimet - Điều chế biên độ 89 vùng Decimet - Ước lượng số điện mơi vùng sóng Decimet Bài 9: Khảo sát tượng quang điện ngồi, xác định cơng electron 99 1 Downloaded by Quang Anh (quangnguyenanh19@gmail.com) lOMoARcPSD|17868023 Downloaded by Quang Anh (quangnguyenanh19@gmail.com) lOMoARcPSD|17868023 Downloaded by Quang Anh (quangnguyenanh19@gmail.com) lOMoARcPSD|17868023 Downloaded by Quang Anh (quangnguyenanh19@gmail.com) lOMoARcPSD|17868023 Downloaded by Quang Anh (quangnguyenanh19@gmail.com) lOMoARcPSD|17868023 Downloaded by Quang Anh (quangnguyenanh19@gmail.com) lOMoARcPSD|17868023 Downloaded by Quang Anh (quangnguyenanh19@gmail.com) lOMoARcPSD|17868023 Downloaded by Quang Anh (quangnguyenanh19@gmail.com) lOMoARcPSD|17868023 = = 10 ( ⁄ ); Với không gian tự ( chân khơng) : Do nhỏ, bỏ qua thì: = √ = = = ( ⁄ ) = = 10 ( ⁄ ) = √ Mặt khác: v = λ.f với λ: bước sóng, f: tần số Gọi n chiết suất tỉ đối môi trường Chiết suất tỉ đối môi trường nước – chân không: = ướ = = ướ ướ = Do đó, truyền từ mơi trường có chiết suất thấp sang mơi trường có chiết suất cao vận tốc bước sóng giảm n lần Hằng số điện môi ε nước lớn Ngược lại, giả sử số điện môi không khí xấp xỉ Trong trường hợp tần số f, bước sóng sóng điện từ truyền nước ngắn so với bước sóng truyền khơng khí = ướ = ướ = ướ = =√ ướ Hình 3.6 : Sơ đồ thí nghiệm cho phần tính chiết suất điện mơi Anten phát anten lưỡng cực dao động nửa bước sóng: tổng chiều dài anten s 1/2 bước sóng = Anten thu muốn thu phải xảy cộng hưởng ( f nhau) Do đó, xảy cộng hưởng, môi trường nước, = ướ = ướ = ướ = ướ =√ = 2 ướ í = ướ í Trang 19 93 Downloaded by Quang Anh (quangnguyenanh19@gmail.com) lOMoARcPSD|17868023 ướ í: chiều dài anten mơi trường khơng khí : chiều dài anten mơi trường nước II DỤNG CỤ VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐO Dụng cụ đo: Các dụng cụ thí nghiệm gồm có: Máy phát với tần số phát 433.92 MHz, gắn anten lưỡng cực vòng Ổ điện 230 V AC / 12V AC Đồng hồ vạn đo điện áp, đo dịng dạng kim Anten thu có bóng đèn Đế cắm Dây nối Anten thu có diode Khuếch đại AC/DC, 30W Phương pháp đo: Máy phát tần Anten phụ Loa dải rộng Bộ anten lưỡng cực khay nước Hình 3.7: Các dụng cụ thí nghiệm Trang 20 94 Downloaded by Quang Anh (quangnguyenanh19@gmail.com) lOMoARcPSD|17868023 - Khảo sát định tính đặc trưng xạ phân cực sóng điện từ lưỡng cực thu với đèn lưỡng cực thu (có diode) - Kiểm tra ảnh hưởng anten phụ - Kiểm tra truyền tải tín hiệu âm máy phát UHF - Kiểm tra bước sóng ánh sáng có quan hệ với chiết suất mơi trường III TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM Khảo sát định tính đặc trưng x¿ phân cực sóng điện từ a Bằng lưỡng cực thu với đèn Để anten lưỡng cực thu (có đèn) song song với anten phát khoảng cách thích hợp cho đèn sáng rõ Hình 3.8: Khảo sát định tính đặc trưng xạ phân cực sóng điện từ lưỡng cực thu với đèn Sau xoay anten lưỡng cực thu hình theo dõi thay đổi độ sáng bóng đèn Ghi trạng thái bóng đèn (sáng/ tối) vào bảng 3.1 Nhận xét Hình 3.9: Các vị trí lưỡng cực thu b Bằng lưỡng cực thu (có diode) Thực tương tự phần a Trang 21 95 Downloaded by Quang Anh (quangnguyenanh19@gmail.com) lOMoARcPSD|17868023 Hình 3.9: Khảo sát định tính đặc trưng xạ phân cực sóng điện từ lưỡng cực thu với đèn Thay lưỡng cực thu (có đèn) lưỡng cực thu ( có diode) Lắp vơnkế vào lưỡng cực thu (có diode), chọn thang đo 10V DC Đặt lưỡng cực thu (có diode) khoảng cách khoảng … cm so với anten phát, cho kim vôn kế bị lệch khoảng 2V Lặp lại bước thí nghiệm phần a cho lưỡng cực thu ( có diode) Đọc giá trị hiệu điện từ vônkế ghi lại kết vào bảng 3.1 Ành hưởng anten phụ a Để lưỡng cực thu (có diode) song song cách lưỡng cực vịng khoảng -1,7m cho kim vơnkế bị lệch nhiều hình 3.9 Ghi giá trị vơnkế đo khoảng cách từ lưỡng cực vòng đến lưỡng cực thu b Cầm chỗ anten phụ di chuyển song song từ lưỡng cực vịng đến lưỡng cực thu (có diode) Ghi lại giá trị cực đại mà vônkế đạt đo khoảng cách từ lưỡng cực vịng đến anten phụ c Sau đó, tiếp tục di chuyển anten phụ song song xa hai lưỡng cực vịng lưỡng cực thu (có diode) (trong khoảng 0-1m so với lưỡng cực thu) Ghi lại giá trị cực đại mà vônkế đạt đo khoảng cách từ lưỡng cực vòng đến anten phụ d Ghi vào bảng 3.2 Truyền tải tín hiệu âm máy phát UHF Lắp đặt thí nghiệm hình 3.10 Hình 3.10: Sơ đồ bố trí thí nghiệm cho việc truyền tải tín hiệu âm máy phát UHF Trang 22 96 Downloaded by Quang Anh (quangnguyenanh19@gmail.com) lOMoARcPSD|17868023 - Cắm phích điện phát vào nguồn điện 220V a Bật khuếch đại AC/DC : - Chọn mode AC - Vặn nút CAL tận sang trái - Vặn núm offset cho đèn led xanh bật sáng b Bật máy phát tần : - Chọn sóng hàm sin - Chọn hiệu chỉnh máy phát hàm số số khoảng 100Hz đến 10KHz - Vặn nút CAL sang phải loa phát tiếng - Thay đổi tần số máy phát hàm số khoảng 100Hz đến 10KHz Nhận xét âm phát c Đặt vật cản kim loại thiết bị thu phát (chẳng hạn dùng đĩa thép) Nhận xét âm phát Chứng minh bước sóng ánh sáng có quan hệ với chiết suất môi trường ( tỉ lệ nghịch ) Lắp đặt thí nghiệm hình 3.11 Cắm điện cho máy phát Hình 3.11: Sơ đồ bố trí thí nghiệm ước lượng số điện mơi nước vùng sóng dm - Đặt khay chưa có nước cách anten phát khoảng 40cm, di chuyển khay lại gần theo phương song song với anten lưỡng cực vòng đèn vừa sáng đủ Ta thấy đèn gắn với anten dài sáng, đèn gắn với anten nhỏ không sáng - Đổ nước từ từ quan sát đèn anten dài tắt đèn anten ngắn sáng Xác định số điện mơi vùng sóng decimet - Dùng thước đo chiều dài angten phát khơng khí ô í - Đo chiều dài angten thu nước ướ - Xác định số điện môi nước ô ướ í: = ướ = ướ = ướ = ướ chiều dài anten mơi trường khơng khí =√ = 2 ướ í = ướ í : chiều dài anten môi trường nước ***Sau thực hành xong, SV lưu ý nhớ tắt máy, phủ khăn lên dụng cụ thí nghiệm, xếp ghế lại gọn gàng ngắn IV BÀI BÁO CÁO Ghi vào Bảng 3.1 khảo sát định tính đặc trưng x¿ phân cực sóng điện từ Nhận xét giải thích kết đo Trang 23 97 Downloaded by Quang Anh (quangnguyenanh19@gmail.com) lOMoARcPSD|17868023 Vị trí (hình 3.8) Phân cực Đèn (sáng/tối) U(V) 1a 1b 2a 2b 3a 3b Ghi vào Bảng 3.2 khảo sát ảnh hưởng anten phụ Nhận xét giải thích kết đo Khoảng cách Giá trị Vônkế Trường hợp b Trường hợp a Trường hợp c Truyền tải tín hiệu âm máy phát UHF - Nhận xét âm phát thay đổi tần số máy phát hàm số khoảng 100Hz đến 10KHz - Đặt vật cản kim loại thiết bị thu phát (chẳng hạn dùng đĩa thép) Nhận xét âm phát Chứng minh bước sóng ánh sáng có quan hệ với chiết suất mơi trường Nhận xét thí nghiệm tượng đèn sáng/ tắt Xác định số điện mơi vùng sóng decimet - Ghi giá trị chiều dài angten phát khơng khí í - Ghi giá trị chiều dài angten thu nước ướ - Xác định số điện môi nước - So sánh giá trị với giá trị điện môi nước nguyên chất ( | | = 81) - Xác định giá trị bước sóng sóng decimet môi trường nước V CÂU HỎI CHUẨN BỊ Dòng điện bề mặt anten dòng chiều hay xoay chiều? Giải thích Máy phát UHF với tần số phát 433.92 MHz cho bước sóng bao nhiêu? Chiều dài anten lưỡng cực nửa bước sóng theo lý thuyết bao nhiêu? Tại để anten lưỡng cực thu (có đèn) song song với anten phát khoảng cách thích hợp đèn sáng? Khi xoay anten lưỡng cực thu (có đèn) hình 4.11, có lúc đèn khơng sáng? Giải thích Trong trường hợp 1a, 1b, 2a, 2b, 3a, 3b, trường hợp cho phân cực ngang? Giải thích Nếu thay bóng đèn anten lưỡng cực thu bóng đèn có cơng suất lớn, liệu đèn có sáng khơng? Giải thích Trong thí nghiệm phần 2, Lắp vônkế vào lưỡng cực thu với diode, chọn thang đo 10V DC Tại không chọn AC? Trình bày dụng cụ nguyên tắc đo Trang 24 98 Downloaded by Quang Anh (quangnguyenanh19@gmail.com) lOMoARcPSD|17868023 Bài thí nghiệm số KHẢO SÁT HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN NGOÀI – XÁC ĐỊNH CƠNG THỐT ELECTRON ooo -Mục tiêu: Sau học xong sinh viên có khả năng: - Về kiến thức: Nêu phương pháp đo bước tiến hành thí nghiệm khảo sát tượng quang điện ngoài, xác định cơng electron - Về kỹ năng: Sử dụng thành thạo dụng cụ đo, tiến hành trình tự thí nghiệm để thu số liệu xác - Về thái độ: Cẩn thận, kiên trì, xác, trung thực, khách quan CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hiện tượng quang điện tượng electron thoát khỏi bề mặt kim loại chiếu sáng chùm ánh sáng có bước sóng thích hợp Để nghiên cứu tượng này, người ta dùng tế bào quang điện chân khơng Cấu tạo gồm bóng thủy tinh hút chân khơng (10-6 - 108 mmHg), bên có hai điện cực: anode A vòng dây kim loại đặt giữa, cathode K lớp chất nhạy quang phủ lên nửa mặt phía bóng thủy tinh (xem hình 9.1) Hình 9.1: Tế bào quang điện 1.1 Thí nghiệm tượng quang điện Nối anode A tế bào quang điện với cực dương cathode K với cực âm nguồn điện khơng đổi qua microampere kế hình 9.2 Hiệu điện UAK anode A cathode K đo volt-kế V thay đổi dễ dàng nhờ biến trở R Khi cathode chưa chiếu sáng khơng có dịng điện mạch Khi chiếu sáng cathode nguồn sáng đơn sắc có bước sóng thích hợp mạch xuất dịng điện gọi dịng quang điện, có 97 Downloaded by Quang Anh (quangnguyenanh19@gmail.com) 99 lOMoARcPSD|17868023 cường độ I đo microampere-kế Ứng với giá trị xác định cường độ ánh sáng chiếu đến cathode, cường độ I tăng dần theo hiệu điện UAK, U AK U0 cường độ I khơng tăng đạt giá trị không đổi Ibh, gọi cường độ dòng quang điện bão hòa Đồ thị I f ø UAK ù biểu diễn phụ thuộc I vào UAK gọi đường đặc trưng volt-ampere tế bào quang điện chân không Cathode K Ánh sáng A kế Anode A V R _ + Hình 9.2: Sơ đồ thí nghiệm với tế bào quang điện Ngồi ra, cường độ dòng quang điện phụ thuộc vào cường độ sáng chùm ánh sáng chiếu tới cathode Đồ thị mơ tả hình 9.3 cho thấy cường độ dòng quang điện bão hòa tăng tỷ lệ thuận với cường độ chùm sáng thích hợp chiếu vào cathode Cường độ dòng quang điện bão hòa: I bh n.e với n số quang electron bứt khỏi cathode chuyển anode đơn vị thời gian I Ibh2 Ibh1 I02 (9.1) Cường độ ánh sáng Cường độ ánh sáng I01 Đồ thị hình 9.3 cho O thấy, đảo hai Uc U0 UAK cực nguồn điện (nghĩa anode Hình 9.3: Đặc tuyến Volt-ampere tế bào quang điện nối với cực âm cathode nối với cực dương nguồn điện) tăng độ lớn hiệu điện UAK cường độ dòng quang điện giảm dần triệt tiêu (I = 0) hiệu điện UAK đạt giá trị Uc Hiệu điện Uc gọi hiệu điện cản 1.2 Giải thích tượng quang điện 98 100 Downloaded by Quang Anh (quangnguyenanh19@gmail.com) lOMoARcPSD|17868023 Sự xuất dịng quang điện mạch giải thích nhờ thuyết lượng tử ánh sáng Einstein Theo thuyết này, ánh sáng cấu tạo vô số photon (lượng tử ánh sáng) Mỗi photon mang lượng xác định bằng: h f h c (9.2) với h = 6,625.10-34J.s số Planck, c = 3.108 m/s vận tốc ánh sáng chân không, tần số bước sóng ánh sáng đơn sắc Như biết, electron tự kim loại muốn khỏi bề mặt kim loại cần phải nhận lượng tối thiểu cơng A kim loại Nếu chiếu ánh sáng thích hợp vào bề mặt kim loại, electron nằm gần sát bề mặt hấp thụ hoàn toàn lượng h f photon để chuyển phần thành cơng A phần cịn lại chuyển thành động ban đầu cực đại vừa thoát khỏi bề mặt kim loại Áp dụng định luật bảo toàn lượng quang electron, ta nhận phương trình Einstein: h f A m v 2max (9.3) m v 2max c , nên h A Thay f , ta suy điều kiện xảy tượng quang điện Vì thấy: h c o A Với chùm ánh sáng thích hợp (o) chiếu vào cathode, ta nhận Khi UAK> tăng số quang electron chuyển động từ cathode K anode A đơn vị thời gian nhiều cường độ I dòng quang điện tăng Khi UAK U0 tồn số quang electron khỏi cathode K đơn vị thời gian bị hút hết anode A, cường độ I dịng quang điện không tăng đạt giá trị bão hịa Ibh Nếu cường độ chùm ánh sáng thích hợp chiếu vào cathode K mạnh số photon đến đập vào cathode K đơn vị thời gian nhiều Do đó, số quang electron khỏi cathode K chuyển động anode 99 Downloaded by Quang Anh (quangnguyenanh19@gmail.com) 101 lOMoARcPSD|17868023 A đơn vị thời gian nhiều, nên cường độ dòng quang điện bão hòa Ibh lớn Rõ ràng UAK = 0, số quang electron có động cực đại đủ lớn bay từ cathode K sang anode A để tạo thành dòng quang điện có cường độ nhỏ Io hình 9.3 Muốn triệt tiêu dòng quang điện (I = 0), ta phải đặt vào hai cực tế bào quang điện hiệu điện cản Uc có giá trị âm cho công cản điện trường anode A cathode K có trị số động cực đại quang electron m.v 2max e.U c (9.4) e = - 1,6.10 -19 C điện tích quang electron So sánh (9.2) với (9.4), ta tìm e.Uc hf A (9.5) Với ánh sáng đơn sắc có tần số f, hiệu điện cản có giá trị tương ứng Uc Từ đó, ta suy giá trị cơng electron A hf e.U c (9.6) Trong thí nghiệm này, ta khảo sát tượng quang điện cách vẽ đường đặc trưng volt-ampere I = f (UAK) tế bào quang điện chân khơng xác định cơng electron A theo công thức (9.6) DỤNG CỤ VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐO 2.1 Dụng cụ thí nghiệm Các dụng cụ thí nghiệm gồm có: a Bộ thí nghiệm vật lý BKO-100PS gồm có: - Nguồn điện chiều ổn áp - 100V - Nguồn xoay chiều 6V-3A cấp điện cho đèn chiếu - Tế bào quang điện chân không - Đèn chiếu Đ có cần gạt để thay đổi cường độ ánh sáng chiếu vào tế bào quang điện - Volt-kế - Microampere-kế 100 102 Downloaded by Quang Anh (quangnguyenanh19@gmail.com) lOMoARcPSD|17868023 b Các kính lọc sắc c Miếng nhựa che ánh sáng chiếu vào tế bào quang điện d Bộ dây dẫn dùng nối mạch điện (9 dây) 2.2 Phương pháp đo 2.2.1 Xác định số quang electron bứt khỏi mặt kim loại Mắc mạch điện hình vẽ 9.4 Thay đổi hiệu điện UAK > hai điểm P Q (chỉ volt-kế) để thay đổi cường độ dòng quang điện I (chỉ microampere-kế) Từ số liệu thu được, vẽ đồ thị I f ø UAK ù Xác định số quang electron bứt khỏi mặt kim loại chuyển anode đơn vị thời gian theo công thức (9.1) + K A Q - _ _ V + A P Hình 9.4: Sơ đồ mạch điện xác + định số quang electron 2.2.2 Xác định cơng electron A Q _ _ Mắc mạch điện hình V vẽ 9.5 Chiếu vào cathode tế + bào quang điện chùm xạ có K bước sóng, thay đổi hiệu điện A + UAK < hai điểm P Q để P thay đổi cường độ dịng quang Hình 9.5: Sơ đồ mạch điện + điện I Vẽ đồ thị I f ø UAK ù để xác định cơng electron xác định hiệu điện cản Uc I(A) Giao điểm đường tiếp tuyến Io với đoạn ab (đoạn thẳng đồ thị) phía cuối đồ thị trục hồnh UAK xác định giá trị hiệu điện cản Uc ánh b a sáng có bước sóng Xác định O U (V) Uc cơng electron A theo cơng AK thức (9.6) Hình 9.6: Đồ thị cách xác định hiệu điện cản Uc TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM 3.1 Chuẩn bị thí nghiệm 101 Downloaded by Quang Anh (quangnguyenanh19@gmail.com) 103 lOMoARcPSD|17868023 BKO-100PS a Chưa cắm phích lấy điện MC-959 vào nguồn điện xoay chiều 220V b Mắc mạch điện theo sơ đồ mạch điện hình 9.4 c Đặt núm chuyển thang đo volt-kế vị trí 100V microampere-kế vị trí 100 A d Đặt núm xoay UAK biến trở PQ vị trí e Kiểm tra xem đèn chiếu Đ cách tế bào quang điện AK từ - 8cm nối với nguồn điện xoay chiều 6V-3A f Các công tắc K K1 đặt vị trí ngắt điện g Mời giáo viên tới kiểm tra mạch điện mặt máy BKO-100PS cắm phích lấy điện vào nguồn điện xoay chiều 220V h Bấm công tắc K K1 mặt máy: đèn LED đèn chiếu Đ phát sáng báo hiệu máy sẵn sàng hoạt động 3.2 Xác định số quang electron bứt khỏi mặt kim loại a Đặt cần gạt đèn chiếu Đ vị trí (tùy ý) Vặn từ từ núm xoay UAK để số volt-kế tăng dần từ - 80V, lần tăng khoảng - 4V (Nếu số cường độ I dòng quang điện tương ứng microampere-kế tăng chậm ta thay đổi khoảng tăng lớn hơn) Đọc ghi số cường độ I Sau đó, vặn núm xoay UAK trở vị trí b Quay cần gạt đèn chiếu Đ sang vị trí để tăng cường độ sáng ánh sáng chiếu vào tế bào quang điện Lặp lại động tác phần a Sau đó, vặn núm xoay UAK trở vị trí Tắt đèn chiếu Đ 3.3 Xác định cơng electron A a Dùng miếng nhựa che ánh sáng chiếu vào tế bào quang điện AK Mắc mạch điện theo sơ đồ hình 9.5 b Vặn núm chuyển thang đo volt-kế sang vị trí 1V microampere-kế sang vị trí A Nếu kim microampere-kế khơng vị trí số thang đo phải thực động tác "qui 0" cách vặn từ từ núm "0" phía bên trái để đưa kim thị số thang đo Gạt cần gạt đèn chiếu Đ vị trí đèn sáng yếu Chú ý: Giữ nguyên vị trí nút