báo cáo thí nghiệm vật lý

Thiết lập các thiết bi Hình 3: Thiết lập thí nghiệm cau Wheatstone Thiết lập thí nghiệm theo sơ đồ hình 2 và hình 3, điện trở chwa biét Ry và điện trở đã biết RO ví dụ: 100 © được đặ

TRUONG DAI HOC PHENIKAA

O

UNIVERSITY

BAO CAO THI NGHIEM VAT LY

Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Văn Du

Lớp thực hành: Vật lý 2-2-3-23(N02.TH1)

Hà Nội, ngày 1 tháng 7 năm 2024

Bai 1 (P2410200E): DO DIEN TRO BANG CAU WHEATSTONE

I MUC DICH THI NGHIEM

- Nghiên cứu cầu WHEATSTONE

- Ung dung cau WHEATSTONE đề đo các điện trở

II CO SO LY THUYET

Cầu WHEATSTONE gồm 3 dién tro da biét Ro, Ri, Ro, mot dién trở chưa biết R„, một nguồn nuôi một chiều và một ampe kế A được nối như sơ đồ hình I

Abs

Ax (<) rô

a | + _

° | i

Hình 1 Sơ đồ cơ bản của mạch cau Wheatstone

Khi cấp nguồn, dòng điện từ nguồn sẽ phân nhánh vào điện trở Rọ & Rị Ta có thể điều chỉnh các điện trở Ro, Rị và Rạ sao cho không có dòng ổi qua điện kế G, lúc đó: Cường độ 7o của dòng dién trong nhanh AC bằng cường độ /, cua dong điện trong nhánh CH: tương tự, cường độ ïì trong nhánh AD băng cường độ ?; trong nhánh DB

Các điểm C và D 6 cing dién thé (/ = 0), ta co:

Va- Vc=Va- Vpva Vc- VB = Vp- VB (12.1)

và lọ =I,, lì = "5

Chia phương trình (12.3) cho phương trình (12.2), ta có:

Ro

R

R,

RR— =R, =R,

R

(12.4)

1

1

Từ phương trình (12.4), nếu biết Ro và tỷ số z⁄8; thì ta xac dinh duoc Ry

R x

Thước mét

+

Nguồn DC

Hình 2 Sơ đồ thực nghiệm đo điện trở theo nguyên lý mạch cầu Wheatstone

Néu phan R;, R2 duoc lam bang day kim loai đồng chất (Hình 2), điện trở tống của dây trở R được xác định theo công thức:

I R=

° (12.5)

Sử dụng (12.4) và (12.5) ta được:

Và R 7 (12.7)

x 0y

1

Cách tính sai sô của Ñụ Đây là đại lượng đo gián tiếp thông qua việc đo j, /; và biết giá trị ®o Lây logarith hai về phương trình (12.7) ta có

INR, =INRo +Inb -Ink (12.8)

Sau đó lây vi phân 2 về phương trình (12.8), chuyén dau — thành dấu +, ta được

^

Vậy

III DUNG CU THI NGHIEM

+ Cau do day mặt bên

+ Hộp kết nối

+ Điện trở IOhm 2%, 2W

+ Điện trở 2Ohm 2%, 2W

+ Điện trở 5Ohm 2%, 2W

+ Điện trở 47Ohm, IW

+ Điện trở 10Ohm, IW

+ Điện trở 100Ohm, IW

+ Điện trở 150Ohm, IW

+ Điện trở 220Ohm, IW

+ Điện trở 330Ohm, IW

+ Điện trở 680Ohm, IW

+ Nguồn cung cấp 230V: DC: 0-12V, 2A/ AC: 6V, 12V, 5A

+ Đồng hồ vạn năng 3-1/2 số: DCV: 200 mV/2/20/200/1000 V; ACV:

200

mV/2/20/200/750 V

+ Bộ đây kết nối (6 dây/bộ)

IV TIEN HANH THI NGHIEM

1 Thiết lập các thiết bi

Hình 3: Thiết lập thí nghiệm cau Wheatstone

Thiết lập thí nghiệm theo sơ đồ hình 2 và hình 3, điện trở chwa biét Ry và điện trở đã biết

RO (ví dụ: 100 ©) được đặt trên hộp kết nổi Dây màu đỏ ngắn nối với đầu ®;¿ và đầu ra

mau dé cua DC, day mau do dai nối điểm ra biên trái của dây trượt với đầu đỏ DC Tương tự, các dây màu xanh được nối với điện trở so sánh &o, đầu nối màu xanh của đầu tra DC

và đầu bên phải của dây trượt Ở giữa, các đây màu vàng kết nối với Ampe kế G với điểm

giữa hai điện trở và với thanh trượt của cầu đo Sơ đồ hộp kết nối được minh hoạ ở hình 2

bên phải

Chú ý: Không dùng chế độ đo mA đo dòng điện lớn cỡ A đề tránh hiện tượng hỏng Ampe kế cho chân đo dòng mA Khi thiết lập thí nghiệm Ampe kế G phải đặt ở chế độ

đo A cho dòng một chiều DC Chỉ chuyên sang chế độ đo mA khi số chỉ trên Ampe kế trong khoảng cỡ mA

2 Tiến hành thí nghiệm

2.1 Xác định điện trở chưa biết cho từng điện trở R„ị va Ry

+ Bật nguồn DC và điêu chính điệp áp không quá lớn (< 1,ŠV)

+ Dịch chuyển con chạy trên thanh trượt tìm vị trí Ampe kế chỉ 0 Đọc kết quả /),

bb cho Ry vào bảng 12.1 (phân số liệu) Kéo con trượt ra xa vị trí đó, và tìm lại điểm Ampe kế chí không 5 lần

+ Lap lai tuong ty cho Ry va ghi két quả vào bảng 12.2

22 Xác định điện trở mắc nổi tiếp (Ra nỗi tiep Re)

+ Tắt nguồn điện

+ Mắc nỗi tiếp hai điện trở

+ Thực hiện các bước tương tự phân 2.1 và kết quả ghi vào bảng 12.3

2.3 Xúc định điện trở mặc song song (RÑ‹ìi song song Rx2)

+ Tắt nguồn điện

+ Mắc song song hai điện trở

+ Thực hiện các bước tương tự phân 12.1 và kết quả ghi vào bảng 12.4

BANG SO LIEU THI NGHIEM

Bai thi nghiém 1:

DO DIEN TRO BANG CAU WHEATSTONE

Nhom: 2.Lép: Vat Ly 2-TH1-NO2

1 Pham Thi Luong

2 Lê Hoàng Đức Mạnh

3 Lý Thành Đạt

4 Nguyễn Thành Đạt

Họ tên sinh viên:

5 Đỗ Khắc Huy

6 Phạm Văn Đạt

7 Ngô Minh Hoàng

8 Phạm Văn Tuần Kiệt

1 Xác định điện trở chưa biết cho ting dién tré Ry va Ry

+ Thiết lập thí nghiệm như trong hỉnh 2 cho điện trở + và một điện trở Ro đã biết gia tri

và sai sô trong b6 thi nghiém Ghi gia tri va sai s6 Ro vào hàng | cot 2

+ Bật nguồn DC và điều chỉnh điệp áp không quá lớn (< 1,5V)

+ Đặt Ampe kế ở chế độ A/DC

+ Dịch chuyên con chạy trên thanh trượt sao cho số chỉ Ampe kế giảm dần đến 0, chuyên Ampe kê sang chê độ mA tìm vị trí Ampe kê chỉ chính xác 0 Đọc kết quả ?;, /2 cho #¿;

vào bảng 1 cột 2 và 3 Kéo con trượt ra xa vị trí đó, và tìm lại điểm Ampe kế chỉ không 5

x

lân

+ Lặp lại các bước trên cho một điện trở ®o khác trong bộ thí nghiệm và ghi số liệu vào

cột 4 và 5

+ Tính giá trị trung bình Ẩ¿ và sai số của từng phép đo

Bảng 1.1: Két qua do Ru

Lan do

ly (cm) AL b (cm) Al,

Trung binh | = 82,32 AT, = 0,06 L= 17,68 AT, = 0,06 + Tinh Ry, = 47/25 @

+ Tinh AR, = 0,212

+ Vidt két qua: Rar = Rr + 4 R= 47,25 + 0,21 O

Lap lai cac bước thí nghiệm trên cho điện trở Ñ„¿

Bảng 1.2: Két qua do Ru

Lan do

Trung binh |/, = 40,16 Al= 0,09 I, = 59,84 AI; = 0,09

+ Tính R„; =327/81 Q

+ TínhA R,;= 130 Q

+ Viết kết qua: Re = Ry + AR = 327,81 + 1300

2 Xác định điện trớ mắc nối tiép (Ru noi tiép Ry)

Mac Rx nối tiếp với RX2, lặp lại các bước thí nghiệm trên và ghi các giá trị vào bảng 3 Bảng 1.3: Két qua do Ru ndi tiếp R.¿

Trung binh | 1, = 36,96 AT, = 0,05 L = 63,04 |AL = 0,05

+ Tính R,, = 375,44 Q

+ Tinh AR, = 0,89 Q

+ Viết kết quả: R„ = R„ + AR„= 375,44 + 0,89 Q

Công thức tính điện trở tương đương mạch nối tiếp: R„ = » R,= 375,06 Q

Nhận xét : Nhìn chung, kết quả của phép đo điện trở mắc noi tiếp trên thực nghiệm khá gần SO với lý thuyết Nhưng đề đảm bảo, ta vẫn cần chú ý tới các yếu tô sai số và điêu kiện thực tế để kết quả đo lường chính xác và đáng tin cậy

3 Xác định điện trở mắc song song (R„¡ song song R,¿)

Mac Rx song song với RX2, lặp lại các bước thí nghiệm trên và ghi các giá trị vào bảng 4 Bảng 1.4: Két qua do Ru song song Ry

j Ry = 220 = 0,059

Lan do

Trung bình | 1; = 84,26 Al, ~o05 ly =15,74 Al, Loos

+ Tinh R,, =41,1 9

+ Tinh AR, = 0,16 Q

+ Viet két qua: Ry =R,, + AR,=41,1 £0,160

Công thức tính điện trở tương đương mạch song song

i

+t _yl_

Rs DR 413

Nhận xét: Nhìn chung, kết quả của phép đo điện trở mac song song trên thực nghiệm khá gần

so voi ly thuyết Nhung dé dam bao, ta van cần chú ý tới các yếu tô sai số và điều kiện thực tế

đề kết quả đo lường chính xác và đáng tin cậy

Lưu ý: Bảng kết quả thực nghiệm phải được xác nhận của giáo viên hướng dần thí nghiệm, nó phải được ghỉ rõ ràng, không tẩy xoá (có thê ghỉ nháp trước, khi nào thấy kết qua hop lý, chắc chắn, mới ghi vào bảng)

Xác nhận của giáo viên hướng dân

Bài 3: ĐO ĐIỆN TÍCH RIÊNG CỦA ĐIỆN TỬ

I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM

- Khảo sát chuyên động của elecfron trong điện trường và từ trường

- Xác định điện tích riêng của clectron ( tỉ số e/m)

IL CO SO LY THUYET

Nếu một electron có khối lượng 7m; và điện tích e được gia tốc trong hiệu điện thé U, thi động năng của nó dat được:

lel = 5 mov? (10.1)

Trong do v la van toc cua electron

Trong từ trường, có cảm ứng từ B , luc Lorentz tac dụng lên electron voi van tốc v la:

Từ trường đều được tạo ra bằng cuộn Helmholtz Electron sẽ chuyên động theo đường xoắn ốc dọc theo đường sức từ Nhưng trong tường hợp đặc biệt y vuông góc với B thì nó

sẽ chuyên động trên đường tròn bán kính z

Khi đó, lực hướng tâm chính là lực Lorentz, và ta thu được

e

v=, Br (10.3)

Két hop (10.1) va (10.3), ta suy ra duoc dién tich riéng cua electron

6e 2U

m ` [Br}

Đối với các cuộn Helmholtz, với mỗi cuộn có ø vòng dây, thì từ trường đều ở trung tâm giữa

hai cuộn là:

3

Ayr T

B=(Š} tụ.n 5 (10.5)

Trong đó # là bán kính cuộn dây, 7 là cường độ dòng điện chạy qua các cuộn, và /o= 4 _7 + = kas " " `

10 am 4 hang so từ, R = 0,2 m, n= 154 vong

Từ (10.4) và (10.5) ta suy ra

mẹ „4Š y= ry? (10.6)

(=) -Hạ-.) 32(uạn R)

Hay

e 32 r

ILL DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM

+ Ông phát chùm điện tử hẹp

+ Cuộn dây helmholtz tạo từ trường (one pa1r)

+ Buỗng quan sát điện tử

+ Nguồn cung cấp ôn định: DC: 0-12V, 0,5, 0-650V, 500mA/AC: 6,3V, 2A

+ Nguồn cung cấp đa năng: DC: 0-18V, 0-5A/ AC: 2/4/6/8/10/12/15V, 5A +

Đồng hé van nang 3-1/2 s6: DCV: 200 mV/2/20/200/1000 V; ACV: 200

mV/2/20/200/750 V

+ Bộ dây kết nổi (13 dây/bộ)

IV TIỀN HÀNH THÍ NGHIỆM

Hình 10.1: Thiết lập thí nghiệm xác định điện tích riêng của electron

+ Thiết lập thí nghiệm như hình 10.1 Nối dây điện như trong hình 10.2 và hình 10.3 Hai

cuộn dây được đặt đôi diện nhau như cách sắp xếp Helmholtz Vì dòng điện ở hai cuộn phải như nhau nên ta nên mắc nối tiếp chúng với nhau Dòng điện không được vượt quá SA

Hình 10.2: Sơ đồ các cuộn Helmholtz Hình 10.3: Sơ đồ ống phóng chùm ehẹp Tiến hành thí nghiệm

+ Nếu các cực từ được sắp xép chính xác, ta sẽ thấy một quỹ đạo phát sáng cong được nhìn thấy trong bóng tối Bằng cách thay đổi từ trường (dòng điện) và vận tốc của các electron (điện áp gia tốc), bán kính quỹ đạo có thể được điều chỉnh, sao cho trùng với bán kính được xác định bởi đường phát sáng Khi chùm elecfron trùng với đường phát sáng, chỉ một nửa vòng tròn có thể quan sát được Bán kính của đường tròn là 2, 3, 4, hoặc 5cm

+ Mô tá chỉ tiết về ông phát chùm electron hẹp trong tài liệu hướng dẫn vận hành

+ Nếu đường có dạng xoắn ốc, phải điều chỉnh đề loại bỏ bằng cách xoay ông phát chùm hẹp

quanh trục dọc của nó

+ Ghi số ligu vao bang 10.1.

BANG SO LIEU THI NGHIEM

Bài thí nghiệm số 10

ĐO ĐIỆN TÍCH RIÊNG CỦA ĐIỆN TỬ Nhóm:2_ Lớp: Vật Lý 2-THI-NO2

Họ tên sinh viên: 1 Phạm Thị Lương

2 Lê Hoàng Đức Mạnh

3 Ly Thanh Dat

4 Nguyén Thanh Dat

5 Đỗ Khắc Huy

6 Ngô Minh Hoàng

7 Phạm Văn Đạt

8 Phạm Văn Tuần Kiệt

Xác định điện tích riêng của electron ( ti s6 e/m)

Tính cảm ứng từ trong cuộn dây Hemholz bằng công thức (10.5)

Ay I B=(—)? (=) Ho po.n = R

Tính điện tích riêng của điện tử bằng công thức (10.6)

0 Bảng 10.1

U(V) | IA) e/mo L(A) e/mo L(A) e/mo L(A) e/mo

140 295 |1678101| 195 |1,707.10%} 1,50 |1622101[ 1.24 11,520.10"

160 306 |1,782.10"} 2,08 |1/7144101| 162 |1,590190"|} 1,32 |1,532.19"

180 320 11,833.10") 2.15 |1805101| 1,70 |1624401"[ 144 | 1,449.10"

200 352 1,683.19") 230 |1753101[ 1.77) |1,665.490"} 1.51 | 1,464.19"

220 3,65 |1,722.19"| 2.42 |1/741101| 189 |1606101[ 159 |1452101

240 3,80 1,734.10) 2/51 |1766101[ 198 |1,596101 167 | 1,436.19"

260 396 |1,729.10"| 2/65 |1716101| 2/07 | 1,582.10} 173 |1450101

Giá trị trung bình của điện tích riêng:

eo 1,738.10" 1,743.10" 1,612.10" 1,472.10"

Mo

Sai số tuyệt đối:

0,06.10" 0,036.10" 0,01.10" 0,048.10" 0,029.10" 0,029.10" 0,022.10" 0,06.10"" e@ 0,095.10" 0,062.10" 0,012.10" 0,023.10"

Mo 0.055.101 0,01.10" 0,053.10" 8.10°

0,016.10" 2.108 6.10° 0,02.10""

4.107 0,023.10" 0,016.10" 0,036.10" 9.10° 0,027.10" 0,03.10"" 0,022.10"

Đồ thị sự phụ thuộc U vào /^2 với r=0,02 m

18.00

15.68 16.00

14.00

12.00

10.00

8.00

6.00

4.00

2.00

0.00

120 140 160 180 200 220 240 260 280

+ Nhận xét đồ thị : đồ thị tạo bởi thực nghiệm gần như là l đường thắng biêu diễn sự phụ

thuộc của U vao I’ Điều đó cho thấy kết quả thực nghiệm cho ra kết quá gần đúng với trên lí

thuyết Do có nhiều yếu tô tác động đến việc thực hành và các loại sai số dẫn đến việc kết

quả không hoàn toàn chính xác

VL NHÂN XÉT CHUNG VE BAI THI NGHIEM

- Kết qua thi nghiém có sự chênh lệch trong, mỗi lần đo đạc Sai số trong quá trình tính toán

đo đạc do có thê là do thiệt bị thị nghiệm, do môi trường thí nghiệm hoặc thậm chí là do quá trinh ghi chép sô liệu có sự nhâm lân

- Đề xuất cải thiện bài thí nghiệm:

+Sử dụng thiết bị đo chính xác hơn

+Làm mới phương pháp để giảm bớt sai sót

+Ðo đạc nhiều lần

Xác nhận của giáo viên hướng dẫn thí nghiệm