Báo Cáo Thí Nghiệm Vật Lý Bài Tổng Kết Cuối Kỳ Tnvl.pdf

Vặn các vít V ở đáy hộp chân đế H để điều chỉnh giá đỡ G thẳng đứng sao cho sợi dây treo quả nặng m coi như dây rọi song song với mặt thước thẳng milimét T và đáy của quả nặng m nằm ở vị

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA KHOA HỌC VÀ ỨNG DỤNG

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LÝ

Bài Tổng kết cuối kỳ TNVL

Lớp L20 - Nhóm I

GV hướng dẫn: Trần Thiên Hậu – Nguyễn Xuân Thanh Trâm

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA KHOA HỌC VÀ ỨNG DỤNG

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LÝ

Bài Tổng kết cuối kỳ TNVL

TP.HCM, 1/2022

TÓM TẮT BÁO CÁO

Môn Vật Lý là chương trình chúng ta đã được học từ những năm cấp 3, trong đó những thí nghiệm Vật lý đi kèm với môn học này là những đề tài hay và thú vị mang giá trị nghiên cứu và tính học thuật cao Cùng với

sự yêu thích bộ môn Vật Lý cũng như mong muốn tìm tòi học hỏi là lý

do em viết nên bài báo cáo này.

Thực hành thí nghiệm được yêu cầu giải quyết các thông số và số liệu đo đạc được cùng với những dụng cụ chuyên dụng Để có thể thực hiện tốt các tiêu chí đề ra em cần tìm hiểu về những kiến thức nền tảng, trình tự thực hành thí nghiệm cũng như các thao tác tính toán Song song cũng cần vận dụng những kiến thức đã được các thầy cô giảng dạy để có thể hoàn thành đề tài một cách tốt nhất.

Sau khi thực hiện 8 bài thí nghiệm, em đã có cái nhìn sâu sắc hơn về sự gắn kết giữa lý thuyết và thực tế Cũng góp phần cũng cố kiến thức nền tảng về môn Vật lý đại cương Bên cạnh đó cũng giúp chúng em tìm hiểu và sử dụng tốt, thành thạo những dụng cụ chuyên dụng, nâng cao hiểu biết về sử dụng công nghệ thông tin trong học tập và công việc sau này qua cách làm việc nhóm và dùng word, powerpoint cho phần trình bày sinh động hơn.

LỜI MỞ ĐẦU

Vật lý đại cương A1 nói chung và môn Thí nghiệm vật lý nói riêng, là môn học có tầm quan trọng đối với sinh viên ĐH Bách Khoa TPHCM, những sinh viên các ngành khối khoa học kỹ thuật – công nghệ Do đó, việc dành cho môn học này một khối lượng thời gian nhất định và thực hành là điều tất yếu để giúp cho sinh viên có được

cơ sở vững chắc về các môn KHTN và làm tiền đề để học tốt các môn khác trong chương trình đào tạo

Trong suốt quá trình thực hiện những thí nghiệm nói trên, em đã nhận được rất nhiều sự quan tâm và ủng hộ, giúp đỡ tận tình của thầy cô, anh chị và bạn bè Ngoài ra, em cũng xin gửi lời tri ân chân thành đến cô Trần Thiên Hậu và cô Nguyễn Xuân Thanh Trâm, là giảng viên hướng dẫn cho báo cáo này Nhờ có cô hết lòng chỉ bảo

mà em đã hoàn thành tiểu luận đúng tiến độ và giải quyết tốt những vướng mắc gặp phải Sự hướng dẫn của thầy cô đã là chìa khóa cho mọi hành động của nhóm và phát huy tối đa được mối quan hệ hỗ trợ giữa thầy và trò trong môi trường giáo dục

Lời cuối, xin một lần nữa gửi lời biết ơn sâu sắc đến các cá nhân, các thầy cô đã dành thời gian chỉ dẫn cho chúng em Đây chính là niềm tin, nguồn động lực to lớn để nhóm có thể đạt được kết quả này.

Mục lục

Chương 1: Bài 1 : 9

2 Trình tự thí nghiệm 10

3 Công thức tính và công thức khai triển sai số 12

Chương 3: Bài 3 : 12

1 Mục đích thí nghiệm 12

2 Trình tự thí nghiệm 12

3 Công thức tính và công thức khai triển sai số 14

Chương 4: Bài 5 : 15

1 Mục đích thí nghiệm 15

2 Trình tự thí nghiệm 15

3 Công thức tính và công thức khai triển sai số 19

Chương 5: Bài 6 : 20

1 Mục đích thí nghiệm 20

2 Trình tự thí nghiệm 20

3 Công thức tính và công thức khai triển sai số 25

Chương 6: Bài 7 : 26

1 Mục đích thí nghiệm 26

2 Trình tự thí nghiệm 27

3 Công thức tính và công thức khai triển sai số 31

Chương 7: Bài 8 : 32

1 Mục đích thí nghiệm 32

2 Trình tự thí nghiệm 32

3 Công thức tính và công thức khai triển sai số 34

Chương 8: Bài 9 : 34

1 Mục đích thí nghiệm 34

2 Trình tự thí nghiệm 34

3 Công thức tính và công thức khai triển sai số 37

Chương 9: Kết luận : 39

Danh mục hình ảnh

Hình 2.2: cách điều chỉnh chính xác vị trí gia trọng C…… 11

Hình 3.2.b: máy đo thời gian hiện số 13

Hình 5.2.2.1: sơ đồ mạch điện trên mặt máy 21

Hình 5.2.2.2a: sơ đồ mạch điện……… 22

Hình 5.2.2.2a: máy đo thời gian hiện số…… 22

Hình 7.2.2b: kính hiển vi……… …… 33

Hình 8.2.2: (Hình 1) minh họa phương pháp Silberman…… 35

Hình 8.2.2: (Hình 2) minh họa phương pháp Bessel… …… 35

Hình 8.2.2: (Hình 3) minh họa phương pháp điểm liên kết……….… …… 36

- Xác định khối lượng riêng của các mẫu vật trên, tính sai số tương đối, sai

số tuyệt đối và viết kết quả phép đo

1.3- Công thức tính và công thức khai triển sai số:

- Khối lượng riêng: P= ()

- Sai số tuyệt đối trung bình:

- Sai số tuyệt đối toàn phần: ( = sai số hệ thống + sai số ngẫu nhiên )

Trong bài thí nghiệm này, hai điểm treo (hai lưỡi dao O1, O2) cố định, taphải tìm vị trí gia trọng C (tức thay đổi vị trí khối tâm G, sao cho công thức

(10) được thoả mãn), để con lắc vật lý trở thành con lắc thuận nghịch Cáchlàm như sau:

giữa chúng Trong nhiều trường hợp con lắc được chế tạo sao cho gia trọng C có thể vặn về thật sát quả nặng 4 tức là x0 = 0mm Ghi giá trị x0 vào bảng 1 Đặt con lắc lên giá đỡ theo chiều thuận (chữ "Thuận" xuôi chiều và hướng về phía người làm thí nghiệm), đo thời gian 50 chu kỳ dao động và ghi vào bảng 1, dưới cột 50T1

làm thí nghiệm), và đo thời gian 50 chu kỳ nghịch, ghi kết quả vào bảng

1 dưới cột 50T2

(dùng thước cặp kiểm tra) Đo thời gian 50 chu kỳ thuận và 50 chu kỳ nghịch ứng với vị trí này, ghi kết quả vào bảng 1

50T1 và 50T2, trục hoành dài 80mm, biểu diễn vị trí x của gia trọng C Nối các điểm 50T1 với nhau và các điểm 50T2 với nhau bằng các đoạn thẳng, giao của chúng là điểm gần đúng vị trí x1 của gia trọng C để có T1

= T2 = T

kết quả vào bảng 1

thẳng 50T1 dốc hơn đường thẳng 50T2, có nghĩa là ở bên trái điểm cắt nhau thì 50T2 > 50T1 còn bên phải điểm cắt thì 50T1 > 50T2 Từ kết quảphép đo 5 tại vị trí x1 cho ta rút ra nhận xét cần dịch chuyển gia trọng C

theo hướng nào để thu được kết quả tốt nhất sao cho 50T1 = 50T2 Lưu ý

mỗi lần dịch chuyển chỉ xoay gia trọng C 01 hoặc 02 vòng Lặp lại phép đo 5 cho đến khi sai biệt giữa 50T1 và 50T2 nhỏ hơn 0,05s.

7 Cuối cùng, khi đã xác định được vị trí tốt nhất của gia trọng C, ta đo mỗi chiều từ 3 đến 5 lần để lấy kết quả vào bảng 2

vào bảng 1 (Chỉ đo cẩn thận một lần, lấy sai số dụng cụ L = 1mm)

khỏi nguồn ~ 220V

2.3- Công thức tính và công thức khai triển sai số:

- Sai số của phép đo T : +

- Sai số dụng cụ của phép đo: 0,01= 0,0002 (s)

- Sai số ngẫu nhiên của phép đo T : (s)

B) Đo khoảng thời gian chuyển động t và các độ cao h1, h2:

1 Cắm phích lấy điện của máy đo thời gian vào nguồn ~ 220V Nối cảm biến QĐ trên với ổ A và dưới với ổ B trên mặt máy đo thời gian hiện số (Hình 2) Vặn núm "MODE" sang vị trí AB và gạt núm "TIME RANGE"

sang vị trí 9,999 Bấm khoá K: các chữ số hiện thị trên cửa sổ "n = N-1’’ và cửa sổ "TIME".

Bấm núm 3 của bộ điều khiển Đ (đặt trên xà ngang của giá đỡ G) để nhả má phanh hãm bánh xe M : bánh xe M quay và sợi dây cuộn trên trục của nó nhả dần ra Giữ quả nặng m đứng yên ở vị trí thấp nhất B của nó Vặn các vít

V ở đáy hộp chân đế H để điều chỉnh giá đỡ G thẳng đứng sao cho sợi dây treo quả nặng m (coi như dây rọi) song song với mặt thước thẳng milimét T

và đáy của quả nặng m nằm ở vị trí thấp nhất B Dịch chuyển cảm biến quang điện QĐ xuống phía dưới ngay vị trí thấp nhất B của quả nặng m

2 Sau đó lại dịch chuyển cảm biến QĐ để tăng dần độ cao của nó tới vị trí tại đó các chữ số hiện thị trên mặt máy đo thời gian bắt đầu "nhảy" (thay đổi giá trị) thì dừng lại.Vị trí này của cảm biến QĐ trên thước milimét T trùng đúng với vị trí thấp nhất B của đáy quả nặng m ứng với độ cao h0 Đọc và ghi toạ độ ZB của vị trí B trên thước milimét T

3 Quay nhẹ nhàng bánh xe M để sợi dây treo quả nặng m cuốn vào trục quay của bánh xe thành một lớp xít nhau cho tới khi đáy của quả nặng m nằm ở vị trí cao nhất A tuỳ ý chọn trước (có thể chọn trùng với vị trí nằm trong khoảng từ số 5 đến số 10 trên thước milimét T) Bấm núm F của bộ điều khiển Đ để hãm bánh xe đứng yên tại vị trí A Đặt một cạnh của thước êke ép sát vào mặt thước thẳng milimét T và cạnh kia của thước êke chạm sát đáy của quả nặng m để xác định toạ độ ZA của vị trí cao nhất A tại đáy quả nặng m trên thước milimét T Khi đó độ cao của đáy quả nặng m tại vị trí A bằng :

Tính và ghi giá trị của độ cao h1 vào bảng 1 Bấm núm "RESET" trên mặt máy đo thời gian hiện số để các chỉ thị hiện số chuyển về số 0

4 Bấm núm 1 của bộ điều khiển Đ để đồng thời nhả núm phanh F của bánh

xe M và đóng mạch điện của máy đo thời gian hiện số: hệ vật (bánh xe M +

quả nặng m) bắt đầu chuyển động và máy đo thời gian bắt đầu đếm Ngay sau đó, bấm tiếp núm 2 của bộ điều khiển Đ để đóng mạch của cảm biến quang điện QĐ Khi quả nặng m rơi xuống đến vị trí thấp nhất B (trùng với

vị trí cảm biến QĐ) thì máy đo thời gian ngừng đếm Khoảng thời gian chuyển động t của hệ vật ta xét trên đoạn đường từ A đến B có độ dài h1 =

ZA - ZB sẽ hiện thị trên cửa sổ "THỜI GIAN" Tiếp tục theo dõi chuyển động đi lên của quả nặng m đến khi nó đạt tới vị trí C có độ cao cực đại thì bấm núm F của bộ điều khiển Đ để hãm bánh xe M Dùng thước êke để xác định toạ độ ZC của vị trí C trên thước thẳng milimét T tương tự như đối với

vị trí A đã nói ở trên Khi đó độ cao của đáy quả nặng m tại vị trí C có giá trị bằng:

Ghi giá trị của khoảng thời gian chuyển động t của hệ vật và giá trị của độ cao h2 vào bảng 1 Bấm núm "RESET" trên mặt máy đo thời gian MC-963

để các chỉ thị hiện số chuyển về số 0

5 Bấm núm 3 của bộ điều khiển Đ để hạ quả nặng m xuống vị trí B thấp

nhất Thực hiện lặp lại 5 lần các động tác (3) và (4) Lưu ý: vị trí cao nhất

A chỉ xác định 1 lần, khi lặp lại thí nghiệm ta cần đưa vật về vị trí A như

cũ Đọc và ghi vào bảng 1 giá trị của khoảng thời gian chuyển động t của hệ

vật và giá trị các độ cao tương ứng h1, h2 trong mỗi lần đo

3.3- Công thức tính và công thức khai triển sai số:

Giá trị lực ma sát ổ trục f và moment quán tính trục đặc I ms

 Công thức tính lực ma sát: =

 Công thức tính momen quán tính trụ đặc: =

Trong công thức tính I , vì số hạng g nên có thể coi gần đúng :

I.2

Sai số tỉ đối:

Sai số phép đo m:+ (kg)

Sai số phép đo h1: ∆ = + (m)

 Ống thuỷ tinh cao 95cm, khắc độ mm/vạch;

 Hai đầu cảm biến;

 Nam châm nhỏ dùng lấy các viên bi ra khỏi chất lỏng;

 Phễu định hướng dùng thả các viên bi;

 Dầu nhờn có hệ số nhớt cần đo;

 Các viên bi thép;

 Nhiệt kế, chính xác 1oC;

 Thiết bị hiện số đo thời gian rơi của viên bi, chính xác 0,001s;

 Cân cân kỹ thuật 0 ÷ 200g, chính xác 0,02g;

 Thước panme 0 ÷ 25mm, chính xác 0,01mm;

 Thước kẹp 0 ÷ 150mm, chính xác 0,02mm;

 Bình đo tỷ trọng loại 50 hoặc100ml

 Trình tự thí nghiệm:

1 Đo đường kính d của viên bi bằng thước Panme

1.1 Giới thiệu cách sử dụng thước Panme

Panme là dụng cụ đo độ dài chính xác tới 0,01mm Cấu tạo của nó gồm: mộtcán thước hình chữ U mang thân vít 1 và đầu tựa cố định 2; Dọc theo thânvít 1 người ta khắc một thước kép có độ chia cách nhau 0,50mm nằm so lenhau ở hai bên đường chuẩn ngang: nửa trên của thước kép là các vạchnguyên của mm ( N = 0, 1, 2, 3, 25mm), nửa dưới của thước kép là cácvạch bán nguyên của mm (N’ = 0.5, 1.5, 2.5, 3.5 mm) Một thước tròn 3dạng ống trụ, bên trong gắn trục vít 4 có ren chính xác, bước ren 0.5mm,được vặn vào thân vít 1 nhờ hệ thống ren chính xác này Khi thước tròn 3quay một vòng, trục vít 4 sẽ tịnh tiến 0.5mm Theo chu vi thước tròn, người

ta chia 50 độ chia bằng nhau, như vậy khi xoay thước tròn dịch chuyển 1 độchia so với đường vạch chuẩn ngang, trục vít 4 tịnh tiến một khoảng bằng: Δ=0.5mm.150=0.01 mm

Độ chính xác của bước ren, độ phẳng và nhẵn của các mặt đầu trục vít 4 và

đầu tựa cố định 2, là những yếu tố quyết định độ chính xác của Panme Để

tránh làm hỏng hệ thống ren, người ta thiết kế thêm một trục quay trượt 5 gắn vào đuôi thước tròn 3: Khi vặn ra, ta quay cán thước tròn 3, khi vặn vào ta quay trục trượt 5, đến khi trục vít 4 chạm vật đo sẽ phát

Trưòng hợp không trùng, hãy nhờ cán bộ hướng dẫn chỉnh lại, hoặc ghi lại độ lệch “0” để sau thêm bớt Nếu vạch “0” nằm dưới đường chuẩn n vạch thì kết quả đo phải trừ đi 0,01n (mm) và ngược lại

Để đo đường kính d của viên bi, ta đặt viên bi tựa vào đầu cố định 2, rồi vặn

từ từ đầu 5 để trục vít 4 tiến vào tiếp xúc với viên bi cho tới khi nghe thấytiếng "tách tách" thì ngừng lại, gạt nhẹ cần 6 sang phía trái để hãm trục vít 4

♣ Nếu mép thước tròn nằm sát bên phải vạch N của dãy vạch nguyên (nằmphía trên đường chuẩn) của thước kép, còn đường chuẩn trùng với vạch thứ

m của thước tròn, thì đường kính viên bi là : d = N + 0,01.m (mm)

♣ Nếu mép thước tròn nằm sát bên phải vạch N’ của dãy vạch bán nguyên(nằm phía dưới đường chuẩn) của thước kép, còn đường chuẩn trùng vớivạch thứ m của thước tròn, thì đường kính viên bi là : d = N’ + 0,01.m = N +0,5 + 0,01.m (mm)

Trong đó N là vạch nguyên (dãy trên) nằm kề sát bên trái vạch N’

♣ Hay dùng công thức d = 0,5.k + 0,01.m (mm) (với k là tổng số vạch hiện

ra cả trên và dưới đường chuẩn không tính vạch 0; đường chuẩn trùng vớivạch thứ m của thước tròn)

1.2 Dùng Panme, thực hiện 5 lần phép đo đường kính d của viên bi

2 Đo khoảng thời gian chuyển động τ của viên bi rơi trong chất lỏng 2.1 Lắp đặt và điều chỉnh thăng bằng

Vặn các chân vít ở mặt đáy của hộp chân đế 8 (Hình 3) để điều chỉnh saocho ống thuỷ tinh 2 đựng chất lỏng hướng thẳng đứng Giữ nguyên vị trí củacác đầu cảm biến 4 và 5 nằm phía cuối ống cách nhau khoảng 30cm.Cắm phích lấy điện của bộ thiết bị vật lý (Hình 5) vào ổ điện ~ 220V Bấmkhoá K trên mặt máy: đèn LED phát sáng và các chữ số hiện thị trong cáccửa sổ "TIME" và "N" trên mặt máy

♣ Điều chỉnh độ nhạy của cảm biến 5 (nằm ở dưới) bằng cách xoay thật từ

từ núm xoay 7, theo chiều kim đồng hồ về bên phải cho tới khi các chữ sốhiện thị trên cửa sổ "TIME" bắt đầu đổi trạng thái (từ đứng yên chuyển sangnhảy số hoặc ngược lại) thì dừng, rồi vặn trả lại về bên trái một chút (khoảng1/3- 1/2 độ chia của nó) Cần làm đi làm lại vài ba lần để tìm thấy chính xác

vị trí ngưỡng M của núm (7) tại đó bộ đếm lật trạng thái, để có thể đặt nóđúng vị trí bên trái sát điểm M, đủ nhạy để khi viên bi đi qua cảm biến 5, bộđếm phải lật Có thể kiểm tra lại vị trí này bằng cách chạm nhẹ viên bi vàomặt của cảm biến 5 sát thành ống: nếu các chữ số hiện thị trên cửa sổ

"TIME" thay đổi trạng thái thì cảm biến 5 đã được điều chỉnh đủ nhạy đểhoạt động

Thực hiện động tác tương tự đối với núm xoay 6 để điều chỉnh độ nhạy củacảm biến 4 (phía trên)

Cuối cùng bấm nút "RESET" để đưa các chữ số hiện thị trên các cửa sổ đềutrở về “0”, hệ thống sẵn sàng đo Lưu ý rằng, ta chỉ có thể điều chỉnhngưỡng lật trạng thái cho một cảm biến khi cảm biến kia nằm ở trướcngưỡng lật (bên trái điểm M)

Trong trường hợp không muốn dùng cảm biến, bộ đo thời gian có thể dùngnhư một đồng hố bấm dây điện tử với độ chính xác 10-3 s, nút bấm bố tríngay trên nắp hộp máy Khi đó các núm điều chỉnh (6), (7) phải vặn về tậncùng trái

2.3 Đo thời gian rơi của viên bi

Thả nhẹ viên bi qua phễu định tâm để nó rơi thẳng đứng dọc theo trục củaống thuỷ tinh đựng chất lỏng Khi viên bi đi qua tiết diện ngang của cảmbiến 4 hoặc 5, nó sẽ làm xuất hiện một xung điện có tác dụng khởi độnghoặc dừng bộ đếm thời gian hiện số Khoảng thời gian rơi τ của viên bi trênkhoảng cách L giữa hai cảm biến 4 và 5 hiện thị trên cửa sổ TIME Thực hiện 10 lần động tác này với cùng một viên bi đã chọn Đọc và ghi giátrị của τ hiện thị trong cửa sổ "TIME" ứng với mỗi lần đo vào bảng 1 (Bên trái của cửa sổ "TIME" còn có cửa sổ hiện thị "N" để theo dõi số lầnhoạt động của các cảm biến 4 và 5: mỗi lần viên bi đi qua một cảm biến, chữ

số hiện thị trong cửa sổ "N" lại tăng thêm một đơn vị)