bài 1 đo điện trở bằng cầu cân bằng

Một sô đại lượng đặc trưng: - Vận tốc v của sóng là quãng đường mà sóng truyền được sau một đơn vị thời gian.. - Xác định mỗi quan hệ giữa công suất phát xạ toàn phần và nhiệt độ của vật

TRUONG DAI HOC PHENIKAA

KHOA KHOA HOC CO BAN

PHENIKAA O UNIVERSITY

BAI 1 DO DIEN TRO BANG CAU CAN BANG

https://phet colorado.edu/sims/html/circuit-construction-kit-dc-virtual- lab/latest/circuit-construction-kit-dce-virtual-lab_en.html

HÀ NỘI 2022

BAO CAO KET QUA THUC NGHIEM

Bai thi nghiém sé 1

DO DIEN TRO BANG CAU WHEATSTONE

Ho Tên sinh viên NUYÊN BÁ HOÀNG VIỆT Mã số SV:21010883 Lớp: TĐH I

Bai 1 (P2410200E):

DO DIEN TRO BANG CAU WHEATSTONE

https://phet.colorado.edu/sims/html/circuit-construction-kit-de-virtual- lab/latest/circuit-construction-kit-dce-virtual-lab_ en html

I MUC DICH THI NGHIEM

- Biết cách mắc mạch cầu WHEATSTONE

- Ung dung cầu WHEATSTONE để đo các điện trở

IL CO SO LY THUYET

Cau WHEATSTONE gồm 3 dién tro da biét Ro, Ri, Ro, mot dién tro chua biét Rx,

mot nguồn nuôi một chiều và một ampe kế A được nỗi như sơ đỗ hình I

C

LIS

S 1

Hình 1: Sơ đồ cơ bản của mạch cầu Wheatstone

Khi cấp nguồn, dòng điện từ nguồn sẽ phân nhánh vào điện trở Rọ & Rị Ta có thé điều chỉnh các điện trở Ro, Rị và Rạ sao cho không có dòng đi qua điện kế V, lúc đó:

Cường độ I¡ của dòng điện trong nhánh AC bằng cường độ Ia của dòng điện trong nhánh CB Tương tự, cường độ la trong nhanh AD bằng cường độ la trong nhánh DB

Từ phương trình (4), nêu biết Ro và tỷ số Ñz⁄8; thì ta xác định được ®:

Nếu phần ÄÑ;, &› được làm bằng đây kim loại đồng chất thì

Tức là có thê tính tỉ số chiều dài thay cho tỉ số điện trở khi tìm điện trở chưa biết

II DỤNG CỤ CHO THÍ NGHIỆM MÔ PHỎNG

- _ Nguồn điện là pin: 0 -120 V

- _ Dây nỗi có điện trở thay đổi được

- _ Điện trở có giá trị thay đổi từ 0 - 120 Q

- Công tắc K,

- _ Và một số thiết bị sẵn có trong phần mềm (địa chỉ ở đầu bài)

IV TIỀN HÀNH THÍ NGHIỆM

1 Thiết lập các thiết bi

Sử dụng phần mềm mô phỏng, lắp sơ đồ thí nghiệm mạch cầu như Hình 2 Chú ý

cách điều chỉnh giá trị trên các thiết bị như điện trở, hiệu điện thế.

v

Hình 3: sơ đồ mạch cầu Wheatstone

Tiến hành thí nghiệm và xác định kết quả thí nghiệm 1

Điều chỉnh hiệu điện thể của pin: 60V

Điều chỉnh điện trở của Ampe kế và của các dây nối bằng 0 Q

Điều chỉnh điện trở của Rị = 30 O; Rạ = 40 O; Ra = 50 ©,

Điều chỉnh giá trị R¿ với giá trị từ 0 — 120 O theo bảng 1 Sử dụng Vôn kế xác

định hiệu điện thế UAp, Uwụ và ghi chiều dòng điện

Xác định R¿ để mạch cầu cân bằng (Ampe kế chỉ số 0)

Anh chị hãy so sánh kết quả thu được bằng thực nghiệm với kết quả tính toán lý

thuyết

2 Tinh toan ly thuyết để so sánh với kết quả thực nghiệm Giải thích sự sai khác

(nếu có)?

3 Giải thích chiều dòng điện qua Ampe kế?

4 Trình bày cách xác định giá trị Ampe kế trong trường hợp mạch cầu không cân bằng

bằng tính toán lý thuyết?

Tra lời cầu hỏi

1 Mạch cân bằng khi

3 +) Khi R4 = — thì mạch cầu cân bằng nên dòng điện không đi qua ampe kế

+) Khi R4 > “” thì dòng điện chạy từ M— N vì khi đó R12 > R44 => H2

< [34 > 13> — IA = I3 — II nên dòng điện chạy từ M>N

+) Khi R4< = thi dòng điện chạy từ N > M vi khi đó R12 < R34 => H12

> l34 — l4 > l2 — IA = l4— l2 nên dòng điện chạy từ ÑN >M

4 Khi mạch cầu không cân bằng

B3: So sanh R4 voi = để xác định dòng điện chạy qua ampe kế

B4: Nếu dòng điện chạy từ N > M thi tinh

Xác nhận cua giáo viên hướng dân

BAO CAO KET QUA THUC NGHIEM

Bài thí nghiệm số 2

MO PHONG SONG TREN MOT SOI DAY

NOI DUNG BAO CAO

I MỤC DICH THI NGHIEM

- Mô phỏng sóng ngang trên một sợi dây

- Kiểm nghiệm lại các công thức liên quan đến quá trình truyền sóng

- Mô phỏng sóng dừng

- Khảo sát sự phụ thuộc của tốc độ truyền sóng theo lực căng dây

II CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1 Sóng cơ

Sóng cơ hay sóng đàn hỏi là sự lan truyền của đao động cơ (chuyên động qua lại quanh một vị trí cân bằng) trong không gian và theo thời gian Sóng cơ được chia thành hai loại là sóng đọc và sóng ngang Với sóng ngang, phương dao động của các phần tử môi trường truyền sóng vuông góc với phương truyền sóng (hình I) Ngược lại, với sóng dọc, phương dao động này cùng phương truyền sóng

Hình 1: Sóng điều hoà

Một sô đại lượng đặc trưng:

- Vận tốc v của sóng là quãng đường mà sóng truyền được sau một đơn vị thời gian Vận tốc của sóng phụ thuộc vào môi trường truyền Với sóng ngang truyền trên

sợi dây, v= -/s /r, trong đó, s và r lần lượt là suất căng bề mặt và mật độ khối lượng

của dây

- Biên độ A, chu kì T, và tần số f của sóng tương ứng là biên độ, chu kì, và tần

sô dao động của các phần tử môi trường sóng truyền qua

- Bước sóng À của sóng là quãng đường mà sóng truyền được sau khoảng thời

uy ^ ` v

gian băng một chu kỳ: À = vT = r

2 Sóng cơ điều hòa

Bỏ qua moi ma sat Gia str phan tử môi trường tại O (gốc tọa độ) dao động điều

pha ban đầu (phụ thuộc gốc thời gian)

Để sóng truyền từ O tới M (có tọa độ x) theo chiều dương của trục tọa độ, cần

một khoảng thời gian là = tức là (0, £) = 1 (x,£ + ¬, hay 1 (0,£ — ¬ = u(x,t) Vay, u(x,t) = Acos |ø (t- ¬) + Ø,|] = Acos |2z Œ- 2 + oI (1) Phuong trinh u(x,t) ở trên xác định ly độ của sóng 6 vi trix và ở thời điểm t bat

kỳ, được gọi là phương trình sóng Dễ thấy, (x,£) = u(x,t + T), chứng tỏ sóng là tuần hoàn theo thời gian với chu kì T Tương tự, (x,£) = (x + Â,f), ngụ ý sóng là tuần hoàn theo không gian với chu kì Â Một sóng cơ như vậy gọi là sóng cơ điều hòa

3 Sóng dừng

Sóng dừng là hiện tượng giao thoa của hai sóng kết hợp (có cùng tần số và hiệu pha không đổi) truyền ngược chiều nhau, tạo nên sóng tông hợp có biên độ tại mỗi điểm không phụ thuộc thời gian, và xuất hiện các bụng sóng (điểm dao động với biên độ lớn nhất) nằm xen giữa các nút sóng (điểm không dao động)

Xét một sợi dây mảnh, đàn hồi, căng giữa hai điểm O, B với lực căng bằng F (Hình 2) Độ dài dây OB = L Đầu B được giữ cố định và đầu O được kích thích bởi

một dao động điều hòa tần số £ theo phương vuông góc với sợi dây: xạ =Acos(27t) Sóng tới từ đầu O truyền tới điểm M nằm

trên sợi dây, cách B một đoạn y= MB,gâyra *

tại M một dao động

xi = Acos 2m (ft-—), (2) Tương tự, sóng tới từ đầu O gây ra tại đầu B một dao động

Khi tới đầu B, sóng bị phản xạ ngược lại Vì đầu B cô định, nên ta thừa nhận rằng

sóng phản xạ tại B (x,„ ) ngược pha với sóng tới tại B, dé Xp tXog =X_ =0, suy ra:

Xop = —Acos 2m (ƒt — S) (4) Sóng phản xạ từ B cũng gây ra tại M một dao động

L

Xạ = ~Acos 2m |ƒ ( — ®) — *|, (5) Sóng tông hợp tại M có gia tri bang x,, =x), +Xo,,, tire la

xy = 2Asin= 7 cos 2n(ft-<+2 (6)

Rõ ràng, biên độ dao động tông hợp tại M chỉ phụ thuộc toạ độ y mà không phụ thuộc thời gian, nên được gọi là sóng dừng Nếu 2zy = krÀ, với k=0, 1,2, thì biên

độ tại M có giá trị nhỏ nhất, A„„ = 0 khi đó điểm M đứng yên, gọi là nút sóng Tại đây,

sóng tới và sóng phản xạ gây ra hai dao động ngược pha, nên chúng triệt tiêu nhau Nếu 2ny = aan *——— thì biên độ có giá trị lớn nhất, A,,g = 2A, diém M dao động mạnh nhất, gọi là bụng sóng Trong trường hợp này, sóng tới và sóng phản xạ gây ra tại điểm M các dao động cùng pha nên chúng tăng cường nhau

Thực tế, ta không quan sát thấy sóng dừng nếu chiều dài dây là bất kỳ vì sóng được phản xạ không chỉ một lần Khi một sóng phản xạ truyền tới điểm O, nó lại bị phản xạ, tạo ra một “sóng tới” thứ cấp lệch pha với các “sóng tới” khác, kết quả các

“sóng dừng” khử lẫn nhau, trên dây ta sẽ thấy các dao động ion xộn không ôn định, với biên độ nhỏ Chỉ khi chiều dài dây thỏa mãn điều kiện 1, = —, các “sóng tới” từ O, dù

là sóng tạo bởi nguồn kích thích hay sóng tạo ra do phan xa, đều đồng pha Kết quả cho

ta một sóng dừng tông hợp, có biên độ “bụng sóng” lớn hơn nhiều giá trị 2A

II TIỀN HÀNH THÍ NGHIỆM

1 Sóng điều hòa

Rk arr arr ok Sai số - kis

L Tan so Bước Toc dd Toc dd | Sai so tuyệt đối Sai so ty Kết quả

k uyệt đôi k êt quả

we cans (Hz) song(cm) | (cm/s) TB tuyệt đôi iB doi 1

- Với cùng I tần số thì theo sự thay đơi của lực căng dây thì bước sáng và vận tốc thay đơi Ngược lại với cùng một bước sĩng thì khi lực căng dây thay đơi, tốc độ và tần số cùng thay đơi

V Tra lời câu hỏi

Xác định nguyên nhân của các sai số

Giải thích cách tạo sĩng dừng ở trên

3 Thực tế, do cĩ ma sát, năng lượng sĩng khơng bảo tồn mà một phần của nĩ chuyên hĩa thành nhiệt năng, dẫn tới biên độ sĩng giám dần theo phương truyền sĩng Sĩng

cơ như thế được gọi là sĩng cơ tắt dần Hãy tìm phương trình mơ tả sự giảm của biên

độ sĩng trong trường hợp này

3 Goi A là biên độ sĩng ở thời điểm ban đầu

4; là biên độ sĩng ở thời điểm t

Áp dụng định luật bảo tồn cơ năng ta cĩ phương trình Delta W sau khoảng một thời gian f

W sau — W trước = Á+ Q

® mA1?w°~ mA?w? = Ams + Q

> >mA?w2 +Q-—Fx- 5m A*w? = Ams +Q

® 2mA?w« +Q—Fx— 2mA¡aW? =0

co >mA?w°uNA cos(Wt + @)— sAïw?m +Q=0

Vậy sự giảm của biên độ sĩng là một phương trình bậc 2 ân A

BAO CAO KET QUA THUC NGHIEM

Bài thí nghiệm số 3

CÁC DINH LUAT PHAT XA CUA VAT DEN TUYET DOI

NOI DUNG BAO CAO

I MỤC DICH THI NGHIEM

- Mô tả được đường đặc trưng phô phát xạ của vật đen

- Xác định mỗi quan hệ giữa công suất phát xạ toàn phần và nhiệt độ của vật đen

tuyệt đôi

- Xác định mỗi quan hệ giữa bước sóng cực đại và nhiệt độ của vật đen

II CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1 Vật đen tuyệt đối

Vật đen tuyệt đối là vật có khả năng hấp thụ hoàn toàn tất cả ánh sáng Năng suất hap thụ đơn sắc của vật đen tuyệt đối bằng đơn vị đối với mọi ánh sáng có bước sóng khác

nhau và ở mọi nhiệt độ

Mọi vật đen tuyệt đối đều có cùng năng suất phát xạ đơn sắc Năng suất phát xạ đơn sắc của chúng là một hàm số chỉ của bước sóng và nhiệt độ

- Đường đặc trưng phố phát xạ của vật đen:

Ta đã biết bức xạ phát ra bởi một vật gồm nhiều đơn sắc, năng lượng phát ra ứng với mỗi đơn sắc không bằng nhau và được đặc trưng bởi hệ số chói năng lượng đơn sắc E¿ (hoặc R› hay U;) Đường cong biểu diễn sự biến thiên của E› theo bước sóng ^ được gọi

là đường đặc trưng phô phát xạ của vật Ta xác định được đặc trưng phô phát xạ của vật đen bằng thí nghiệm sau

Bang cach thay doi nhiệt độ T của vật đen, ta vẽ được nhiều đường đặc trưng ứng

với nhiều nhiệt độ khác nhau

Diện tích gạch chéo trên đồ thị tỉ lệ với EAd E;

do đó tỉ lệ với năng lượng bức xạ (gồm các độ dài

sóng ở trong khoảng ^À và À, + dÀ phát ra bởi một đơn

vị diện tích của vật đen A, trong một đơn vị thời gian

Diện tích giới hạn bởi đường đặc trưng và trục

hoành tỉ lệ với năng lượng toàn phần, gồm tất cả các

độ dài sóng từ 0 tới œ©, phát ra bởi một đơn vị diện

tích của bề mặt vật đen trong một đơn vị thời gian,

nghĩa là tỉ lệ với năng suât phát xạ toàn phan R

Ving thay dine

Nhận xét đường đặc trưng trên, ta thấy Ea

Hình 2

(hoặc R¿ hay U2) cực đại ứng với một độ dài sóng 2,

(m)

Các đường đặc trưng thay đổi theo nhiệt độ của vật đen như hình vẽ 2

Nhận xét các đường này ta thấy:

- Nang suất phát xạ toàn phần R tăng rất nhanh theo nhiệt độ T của vật đen

- _ Nhiệt độ của vật đen càng cao thì trị số của Am càng tiên về phía độ dài sóng ngăn

Dinh luật Stephan-Boltzmann: Năng

suất phát xạ toàn phần của vật đen tuyệt đối tỉ

lệ thuận với lũy thừa bậc bốn của nhiệt độ tuyệt

đổi của vật đó:

trong đó o duoc goi la hang s6 Stephan-Boltzmann, 06 =5,6703.10“°W /m”K°

3 Định luật Wien

Nhìn trên hình 6-3 ta thấy rằng mỗi đường đặc trưng phô phát xạ của vật đen tuyệt

đối ở một nhiệt độ T nhất định đều có một cực đại ứng với một giá trị xác định của bước sóng được ký hiệu là ^ và khi nhiệt độ tăng thì bước sóng À,„ giảm Đối với vật đen

tuyệt đôi thì những bức xạ có bước sóng lân cận giá trị của À „là bức xạ mang nhiều năng lượng nhất Nghiên cứu mối quan hệ định lượng giữa bước sóng À, và nhiệt độ T của vật đen tuyệt đối, năm 1817 Wien đã tìm ra định luật mang tên ông

Định luật Wien: Đối với vật đen tuyệt đối, bước sóng cua chùm bức xạ đơn sắc mang nhiéu ndng luong nhat tỷ lệ nghịch với nhiệt độ tuyệt đối của vật đó

b = 2,898.10? m.K va duoc goi la hang s6 Wien

II Kết quả thực nghiệm

- Bang số liệu thực nghiệm

Nhiệt Năng suất Bước sóng Tần số

độ phát xạ toàn của bức xạ cực của bức xạ cực

6 6000 7,35*10^7 0,483 621118012.4

IV.Nhận xét:

Mô tả đường đặc trưng của phô phát:

Đường đặc trưng của phố phát xạ không phái đường thăng mà là đường cong có đinh(điểm cực đại) nằm ở vùng ánh sáng nhìn thấy

- Công suất phát xạ toàn phần 2,33*10^7; bước sóng cực đại 0,644um; nhiệt độ ở mức

4500K, bức xạ phân bồ nhiều ở vùng ánh sáng đỏ

- Công suất phát xạ toàn phần 3,01#10^7 ; bước sóng cực đại 0,604um; nhiệt độ ở mức

4800K, bức xạ phân bố ở giữa vùng ánh sáng xanh và ánh sang đỏ

- Công suất phát xạ toàn phần 3,84#10^7 ; bước sóng cực đại 0,568um; nhiệt độ ở mức

5100K, bức xạ phân bồ nhiều ở vùng xanh

- Công suất phát xạ toàn phần 4,82*10°7 ; bước sóng cực đại 0,537um; nhiệt độ ở mức

5400K, bức xạ phân bô nhiều ở vùng xanh

- Công suất phát xạ toàn phần 3,99*10^7; bước sóng cực đại 0,508um; nhiệt độ ở mức

5700K, bức xạ phân bồ nhiều ở vùng xanh và vùng xanh dương

Từ đó ta thấy:

Nhiệt độ càng tăng thì bước sóng cực đại mà vật đen hấp thụ cảng giảm

Nhiệt độ càng giám thì bước sóng cực đại mà vật đen hấp thụ càng tăng

Nhiệt độ càng giám thì công suất phát xạ toàn phần càng giảm

Nhiệt độ càng tăng thì công suất phát xạ toàn phần càng tang

V, Câu hỏi

1 Mô tả sự phân bố của bức xạ điện từ phát ra từ mặt trời (phát ra ở những bước sóng nào? có phải đều là ánh sáng nhìn thấy không? có nhiều ánh sáng lam hơn ánh sáng đỏ hơn?

Khi lan truyền, sóng điện từ mang theo năng lượng, động lượng và thông tin Sóng điện từ với bước sóng nằm trong khoảng 400 nm và 700 nm có thể được quan sát bằng mắt người

và gọi là ánh sáng

+ Người ta gọi bức xạ nhiệt với bước sóng từ 0,002 — 0,4 là bức xạ cực tím Bức xạ này không thấy được, nghĩa là mắt thường không nhận biết Bức xạ với bước sóng từ 0,4 —