Hướng dẫn và báo cáo thí nghiệm vật lí đại cương 1

Hướng dẫn và báo cáo thí nghiệm vật lí đại cương 1 được sử dụng ở trường ĐH Bách Khoa Hà Nội, tài liệu được sử dụng cho môn vật lí 1 Tên bài: LÀM QUEN VỚI CÁC DỤNG CỤ ĐO ĐỘ DÀI 2. Nhận xét: Bài thí nghiệm này rất cơ bản, nó sẽ giúp các bạn sử dụng thành thạo thước kẹp và thước Panme. Vấn đề chính của bài này lại nằm ở chỗ đa phần các bạn mới chỉ biết đến thước kẻ, bút chì, kéo chứ chả mấy bạn đã được sử dụng các dụng cụ này  khi nhìn thấy dụng cụ thấy sao mà phức tạp thế, các thang đo thì chi chít  choáng  cầm thước đo cũng thấy run vì đọc hướng dẫn rồi mà chả tưởng tượng ra cách làm như thế nào (giống tôi hồi trước thôi)  không có gì mà phải ngại. Ngoài ra khâu xử lý số liệu cũng là một khâu khá imba khiến cho các bạn sinh viên gặp rất nhiều sai sót (imba vì các bạn đã học cách xử lý sai số nhưng 99.99% kiến thức đã bay mất  còn 0.01% thì quá ít nên chả ai để ý  lúng túng khi xử lý số liệu  cách khắc phục: đọc kỹ bài lý thuyết sai số + tham khảo báo cáo mẫu ). 3. Giải quyết: 3.1. Những điều cần biết: Về dụng cụ: Bài thí nghiệm này tất nhiên sẽ phải có thước kẹp và Banme rồi và ngoài ra còn có đối tượng đo đạc là viên bi sắt, khối trụ rỗng hình trụ. Chúng ta sẽ đo gì?  Bi: chắc chắn sẽ là đo đường kính  dùng Banme  Trụ rỗng: đường kính trong, đường kích ngoài, đường cao  dùng thước kẹp  Tóm lại là “Ban Bi Kẹp Trụ”  quá dễ nhớ. Cách sử dụng thước Banme và thước kẹp: Trước khi tìm hiểu cách đo chúng ta phải biết hình dạng dụng cụ như thế nào đã  tham khảo hình vẽ dưới đây: Chỗ kẹp bi   cẩn thận đấy Đo đường kính trong Đo đường kính Thước phụ (trên thước phụ Nút vặn ngoài, chiều cao sẽ ghi độ chính xác) Hình 1. Panme (hàng xịn giá cả phải chăng 1.5 củ Hình 2. Thước kẹp (hàng xịn giá mềm hơn một chút 1 củ  đề  cẩn thận khi sử dụng đấy ) nghị cẩn thận khi sử dụng) Như vậy chăc các bạn đều có cái nhìn tổng quan về dụng cụ này. Qua chú thích các các bạn cũng đã biết trong quá trình đo phải biết đặt các đối tượng đo như thế nào. Tiếp theo là cách đọc kết quả  trong sách hướng dẫn thí nghiệm đã có hướng dẫn chi tiết  nhưng chắc đọc xong nhiều bạn chả hiểu gì vì đơn giản nội dung thì không có gì phức tạp nhưng hình vẽ và từ ngữ quá nhiều khiến chúng ta không biết tập trung vào đâu.

GV: Trần Thiên Đức - http://ductt111.wordpress.com V2011

Một vấn đề thường gặp phải với các bạn sinh viên là xử lý số liệu báo cáo thí nghiệm Qua quá trình hướng dẫn thí nghiệm tôi thấy các lỗi thường gặp khi xử lý

số liệu chủ yếu liên quan tới vấn đề sai số Hiện nay có rất nhiều bạn lấy rất nhiều

số sau dấu phẩy (chắc là nghĩ lấy càng nhiều càng chính xác thì phải ^^) do đó dẫn đến sai quy tắc làm tròn sai số Để các bạn có thể hiểu được quy tắc làm tròn sai số tôi sẽ tóm tắt những điểm mấu chốt của vấn đề này

PHẦN 1: CÁC LOẠI SAI SỐ

1 Sai số hệ thống: Nhìn cái tên cũng đủ cho ta biết đây là một loại sai số mang

tính chất hệ thống  tức là có quy luật nào đó ví dụ như các lần đo đều thấy lớn hơn giá trị chúng ta dự đoán  nguyên nhân sai số hệ thống thường là rất dễ xác định (tất nhiên là những gì theo quy luật thì thường dễ xác định rồi  sợ nhất là kiểu nghĩ và làm không theo quy luật ) Sai số hệ thống mà mọi người thường gặp nhất trong quá trình thí nghiệm chính là chưa chỉnh “0” các dụng cụ đo Điều này có nghĩa là đôi khi chưa có tín hiệu vào mà kim chỉ thỉ của dụng cụ đo đã ở vị trí khác 0  làm cho giá trị đo được có thể luôn lớn hơn hoặc luôn nhỏ hơn giá trị cần đo Một ví dụ khác là ta xét viên bi rơi trong nước chẳng hạn, nếu bình thường thì nó rơi rất nhanh Nhưng vào một ngày đẹp trời ta thả viên bi lại thấy rơi rất từ

từ  tư duy ngay là có thể do viên bi (bị đứa nào đổi bi) hoặc do nước (nước có vấn đề)  và sau một hồi mày mò tìm hiểu nếm thử vị nước thấy có vị khác khác (vị gì thì các bạn tự tưởng tượng)  chắc chắn nước là nguyên nhân gây sai số

Tóm lại, hãy luôn để ý dụng cụ đo xem đã chỉnh “0” chưa!

2 Sai số ngẫu nhiên: Cái này thì lại ngược lại hoàn toàn so với sai số hệ thống

Nguyên nhân gây ra sai số này thường rất khó đoán chính xác (đến Gia Cát Dự đôi khi cũng phải pó tay) vì nhiều khi nó chỉ là những yếu tố rất nhỏ nhặt như gió, sức cản không khí, điện áp không ổn định, hay đại loại là một cái gì đó bất thường Vậy làm sao để nhận dạng được sai số này Rất đơn giản là nếu làm đúng các bước

mà thấy không đo được kết quả thì tức là đã gặp phải sai số này Vậy làm sao để khắc phục? “Kinh nghiệm” và “quan sát” là hai yếu tố quan trọng nhất để đoán biết được cái gì đã gây ra sai số Để giảm tối đa sai số ngẫu nhiên ta cần tiến hành đo nhiều lần Ví dụ các bạn muốn xét tốc độ rơi của Iphone 4 khi thả từ tầng 10 thư viện Tạ Quang Bửu chẳng hạn Chắc chắn là để có kết quả chính xác các bạn cần chuẩn bị trước khoảng 10 cái để thả (vừa sướng tay vừa chính xác) Vậy vì sao phải thả tới 10 lần  đơn giản là vì điều kiện rơi trong 10 lần chắc chắn khác nhau

GV: Trần Thiên Đức - http://ductt111.wordpress.com V2011

do ảnh hưởng của gió, của lực cản không khí,…  kết quả cuối cùng sẽ phải lấy là giá trị trung bình trong 10 lần đo để có được đánh giá chính xác nhất

3 Sai số dụng cụ: Sai số này nằm ngay tại dụng cụ đo  có thể khắc phục được

sai số này không? 100% là không vì làm gì có cái sản phẩm nào hoàn hảo 100% đâu Tuy nhiên, có thể làm giảm sai số này bằng cách lựa chọn các thiết bị có độ chính xác cao, có xuất sứ từ những nơi có uy tín (ví dụ cùng độ chính xác như nhau

mà một cái ở China và một cái ở Japan thì biết thừa cái nào chuẩn hơn rồi) Rắc rối lớn nhất của sai số dụng cụ là nhiều bạn sinh viên gặp phải là việc tính toán ra sai

số dụng cụ (phần này sẽ trình bày chi tiết trong các phần sau)

4 Sai số thô đại: Đây là loại sai số do chính chúng ta gây ra trong quá trình đo như

mắt kém nhìn một thành hai Nói chung có kinh nghiệm là mỗi nhóm nên lựa chọn một bạn mắt tinh để quan sát kết quả, một bạn khéo tay để tiến hành thí nghiệm  chuyên môn hóa cao  tránh sai số thô đại Sai số thô đại thường làm kết quả sai lệch khá nhiều so với thực tế nên rất dễ dàng phát hiện và điều chỉnh

Khi biểu diễn kết quả đo thì xuất hiện thêm hai loại sai số nữa là sai số tuyệt đối và sai số tương đối

a Sai số tuyệt đối: theo định nghĩa là bằng tổng số học của sai số tuyệt đối trung

bình của tất cả các lần đo (tất nhiên là phải lựa chọn những kết quả gần sát với thực

tế nhất, những kết quả nào vượt xa là phải phi tang ngay) và sai số của dụng cụ kèm theo  công thức cơ bản sẽ là:

̅̅̅̅ ( ) Các bạn phải cẩn thận để tránh nhầm lần giữa sai số tuyệt đối và sai số tuyệt đối trung bình của các lần đo:

 Các bước tính sai số tuyệt đối trung bình của tất cả các lần đo: (giả sử ta đo đại lượng A 3 lần)

o Bước 1: Lập bảng kết quả (giả sử thu được bảng số liệu sau)

o Bước 2: Tính giá trị trung bình của A:

GV: Trần Thiên Đức - http://ductt111.wordpress.com V2011

̅

o Bước 3: Tính sai số tuyệt đối trong từng lần đo

| ̅ | Như vậy ta có:

| | | | | |

o Bước 4: Tính sai số tuyệt đối trung bình:

̅̅̅̅

o Bước 5: Đào đâu ra nữa mà có bước 5 

 Sai số dụng cụ: Hồi sau sẽ rõ 

b Sai số tương đối: của phép đo đại lượng A là tỷ số giữa sai số tuyệt đối và giá trị trung bình của đại lượng cần đo  tức là:

̅

Hai loại sai số này các bạn cần phải phân biệt rõ bản chất của nó

- Sai số tuyệt đối: chỉ đơn thuần cho các bạn biết giới hạn khoảng giá trị của

phép đo là bao nhiêu tức là cho biết cận trên và cận dưới Ví dụ như đại lượng trung bình a = 10 có sai số tuyệt đối là 1  có nghĩa là giá trị a chỉ có thể nằm trong khoảng từ 9  11  nếu vượt ra ngoài là sai Ví dụ như bạn trai A biết bạn gái B hiện đang có trung bình khoảng 4 vệ tinh và sai số tuyệt

đối là 1 thế nhưng thông tin thu được từ “cò” là có khoảng 10-20 vệ tinh  không tin được rồi  xử lý ngay con “cò” này ^^ (đảm bảo 100% con cò

này đang là đối thủ cạnh tranh trực tiếp của mình)

- Sai số tương đối: là đại lượng đánh giá độ chính xác của phép đo, nó cho ta

biết liệu phép đo này có thực sự chính xác hay không? Giả sử các bạn xác định chiều cao của bạn gái bạn là 120 cm  1 cm, và bạn cũng đo được chiều cao của một cô người mẫu là 180 cm  1 cm Như vậy rõ ràng là sai số tuyệt

GV: Trần Thiên Đức - http://ductt111.wordpress.com V2011

đối của cả hai trường hợp đều như nhau nhưng thực sự chúng ta cũng dễ nhận thấy là phép đo cô người mẫu chính xác hơn nhiều do chiều cao của cô

ta hơn hẳn chiều cao của bạn gái bạn  do you understand????

- Mối quan hệ giữa sai số tuyệt đối và sai số tương đối là: ̅  như vậy chỉ cần biết một trong hai loại sai số và biết giá trị trung bình của đại lượng

A thì chúng ta sẽ xác định được loại sai số còn lại:

PHẦN 2: HAI QUI TẮC XỬ LÝ SAI SỐ TUYỆT ĐỐI VÀ SAI SỐ TƯƠNG ĐỐI Phần này là phần mà các bạn sinh viên dính chưởng nhiều nhất vì một số quan niệm sai lầm sau:

 Quan niệm 1: Càng nhiều số sau dấu phẩy tức là càng chính xác  viết càng nhiều số càng tốt  hi sinh

 Quan niệm 2: Quy tắc làm tròn là cứ lớn hơn hoặc bằng 5 thì làm tròn lên (thường thì đúng nhưng có nhiều trường hợp thì ko áp dụng được)  hi sinh tiếp

 Quan niệm 3: Chép báo cáo ở quán photo là yên tâm nhất  hi sinh tiếp vì các báo cáo ở quán photo không phải là nguồn tài liệu chính thống  sai sót rất nhiều

Tóm lại là chỉ cần nắm được hai qui tắc sau là các bạn có thể kê cao gối mà Zzzz

1 Quy tròn sao cho có tối đa hai chữ số có nghĩa: lỗi này rất nhiều bạn mắc

phải Lý do đơn giản là mọi người chưa hiểu được thế nào là chữ số có nghĩa Theo

định nghĩa chữ số có nghĩa là những chữ số (kể cả chữ số 0) tính từ trái sang phải

kể từ chữ số khác không đầu tiên Đọc xong định nghĩa chắc có nhiều bạn vẫn rất

mơ hồ nên tốt nhất là chúng ta sử dụng ví dụ để minh họa Giả sử sai số tuyệt đối hoặc tương đối của một đại lượng A nào đó nhận một trong các giá trị sau:

0.023: 2 chữ số có nghĩa  chuẩn không cần chỉnh

0.00021: 2 chữ số có nghĩa  chuẩn không cần chỉnh

0.0230: 3 chữ số có nghĩa (mặc dù số thứ 3 bằng 0 nhưng đã viết vào kể từ sau chữ

số khác 0 đầu tiên nên phải tính)  sai nên cần chỉnh

1.23: 3 chữ số có nghĩa  sai nên cần chỉnh

2.0: 2 chữ số có nghĩa  chuẩn không cần chỉnh

2.000: 4 chữ số có nghĩa  sai nên cần chỉnh

1: 1 chữ số có nghĩa  quá chuẩn cần gì phải chỉnh

2 Phần giảm bớt hoặc tăng thêm phải nhỏ hơn 1/10 giá trị gốc: quy tắc này đa

phần mọi người đều không để ý và thường mặc định nếu lớn hơn hoặc bằng 5 thì

GV: Trần Thiên Đức - http://ductt111.wordpress.com V2011

làm tròn lên còn nhỏ hơn 5 thì làm tròn xuống Nhìn chung là phần lớn kết quả áp dụng lập luận trên đều không sai nhưng có một số trường hợp ngoại lệ nếu ta làm theo lập luận trên thì sẽ sai Ta hãy xét ví dụ sau: Giả sử bạn thu được sai số tuyệt đối của một đại lượng A là 0.164 Quan sát đại lượng này ta thấy có 3 chữ số có

nghĩa -> sai qui tắc 1 -> chắc chắn phải “chém” tối thiểu là 1 chú (4) và tối đa là 2 chú (64) Đối với trường hợp “chém” 1 số (4) ta có thể làm tròn thành 0.16 vì phần

mất đi 0.004 <1/10.0,164 = 0.0164 Nhưng nếu chúng ta “chém” hơi quá tay thì đa phần mọi người đều làm tròn thành 0.2 (nhìn thì có vẻ rất hợp lý vì đã đảm bảo quy

tắc 1) Bây giờ chúng ta hãy để ý phần thêm vào để thành 0.2 là0.036 rõ ràng là lớn hơn 1/10 giá trị gốc là 0.0164  sai qui tắc 2 Tóm lại đối với sai số tuyệt đối của một đại lượng A trong ví dụ này ta chỉ được làm tròn tới 2 chữ số có nghĩa

* Chú ý: Sai số tương đối của hằng số thì không đóng góp vào sai số của của đại

lượng đo  tóm lại cứ thấy hằng số thì don’t care ngay

Hi vọng các bạn đã nắm được hai quy tắc quan trọng trong phần 2 Sau đây tôi sẽ trình bày về qui tắc tương xứng giữa giá trị trung bình và sai số tuyệt đối khi viết kết quả

PHẦN 3: QUY TẮC TƯƠNG XỨNG GIỮA GIÁ TRỊ TRUNG BÌNH VÀ SAI

SỐ TUYỆT ĐỐI Rất nhiều các bạn xử lý sai số tuyệt đối và sai số tương đối rất chuẩn nhưng đến khi viết kết quả cuối cùng thì lại vi phạm qui tắc tương xứng  cầm được vàng rùi lại để vàng rơi  cứ tưởng tốt rồi mà vẫn bị trả lại Vấn đề chính là sự tương xứng trong kết quả Nội dung của qui tắc tương xứng này vô cùng đơn giản (chắc

vì đơn giản nên chả ai để ý  viết kết quả toàn sai)

- Phẩy tương xứng: sai số tuyệt đối lấy bao nhiêu số sau dấu phẩy thì giá trị trung

bình cũng phải lấy bấy nhiêu số sau dấu phẩy

- Mũ tương xứng: nếu giá trị trung bình có dạng A.10 mũ n thì sai số tương đối cũng phải để ở dạng B.10 mũ n Không thể có chuyện bên này mũ n mà bên kia lại

là mũ m

Chú ý: Phẩy tương xứng và mũ tương xứng phải thỏa mãn đồng thời vì đôi khi

phẩy thì tương xứng nhưng mũ không tương xứng  kết quả sai

Sau đây là ví dụ minh họa những lỗi liên quan tới qui tắc này mà các bạn thường gặp phải! Click and See!

CÁC LỖI KHI VIẾT KẾT QUẢ

GV: Trần Thiên Đức - http://ductt111.wordpress.com V2011

GTTB  SSTĐ Nhận xét

CHỈNH SỬA Giá trị trung bình  Sai số tuyệt đối 1482.5  10.6 Cân đối nhưng Sai qui tắc

1

1483

 11

4,78.10-8  6,67.10-11 Sai qui tắc 1 – không cân

đối 10 8 và 1011 -> qui đổi

0.06421  0.00310 Cân đối – sai qui tắc 1 0.0642  0.0031

PHẦN 4: THIẾT LẬP CÔNG THỨC TÍNH SAI SỐ

Có một loại câu hỏi thường xuyên xuất hiện ở các bài thí nghiệm là “Thiết lập các công thức tính sai số của một đại lượng nào đó?” Về cơ bản đây thuần

túy chỉ là vấn đề liên quan tới toán học, do đó nếu các bạn có kiến thức cơ bản về toán học (vi phân, đạo hàm) thì giải quyết vấn đề này cực kỳ nhẹ nhàng êm ái Tuy nhiên, nhiều bạn ngại tính hoặc học thuộc mà không hiểu bản chất nên khi gặp một đại lượng bất kì thì “tịt ngòi” luôn Do đó, tôi sẽ trình bày ngắn gọn để các bạn hiểu và áp dụng thành thạo các phương pháp thiết lập sai số của phép đo gián tiếp

Vậy tại sao lại gọi là phép đo gián tiếp? Quá đơn giản vì nó không phải là phép đo trực tiếp? Đùa vậy thôi, chứ điều này bắt nguồn từ thực tế, có những thứ

mà các bạn không thể đo trực tiếp được mà phải thông qua đại lượng gián tiếp nào

đó Hoặc có thể ví dụ một cách hình tượng thế này, bạn trai Bách Khoa A rất có cảm tình với bạn gái Bách Khoa B, nhưng khổ nỗi anh chàng này tính tình thì hiền

lành nhút nhát nên chẳng dám này nọ trực tiếp mà phải nhờ “cò” Các thông tin có được liên quan tới bạn gái B đều thông qua “cò” nên chắc sẽ có sai số (đấy là chưa

kể trường hợp nhờ nhầm “cò” cũng đang để ý cô bạn gái B kia  sai lệch về thông

tin là khá lớn) Vậy thì để đánh giá mức độ chính xác của thông tin ta phải “tính sai số” thôi

GV: Trần Thiên Đức - http://ductt111.wordpress.com V2011 Đến đây sẽ xuất hiện hai khái niệm sai số tuyệt đối và sai số tương đối

Sau đây, tôi sẽ trình bày phần chính của bài này Chúng ta thông thường sẽ sử dụng các cách sau

1 Phương pháp 1: Vi phân riêng

Ưu điểm: đây là phương pháp thường dùng khi đại lượng F có dạng là một tổng hoặc hiệu của các đại lượng đo trực tiếp x và y

Cơ sở lý thuyết: dựa vào công thức vi phân riêng phần: Ở

đây ta chỉ xét hàm đơn giản F = F(x,y), có những bài toán mà xuất hiện nhiều đại lượng thêm vào như z, g, h thì các bạn cứ bổ sung thêm vào công thức trên thôi

Phương pháp này sẽ giúp ta tính sai số tuyệt đối trước  sai số tương đối

- Bước 3: Áp dụng mối liên hệ để tìm sai số tương đối

2 Phương pháp 2: Logarit hóa

Ưu điểm: đây là phương pháp thường dùng khi đại lượng F có dạng là một tích hoặc thương của các đại lượng đo trực tiếp x và y  nếu có cả tổng (hiệu) – tích

(thương) thì ta vẫn nên sử dụng phương pháp này

Cơ sở lý thuyết: dựa vào quá trình ln hóa hai vế và vi phân toàn phần ( )

GV: Trần Thiên Đức - http://ductt111.wordpress.com V2011

- Bước 3: Rút gọn vế phải và góp các thành phần dx và dy lại  thu được dạng

( ) ( )

- Bước 4: thay d  Δ, F  ̅, x  ̅, y  ̅,…  sai số tương đối có dạng:

̅ | ( ̅ ̅)| | ( ̅ ̅)|

 Sai số tuyệt đối

3 Chú ý:

- Sai số tuyệt đối và sai số tương đối luôn dương

- Sai số tuyệt đối của một đại lượng cho trước phải cùng bậc và bằng 1 đơn vị

VD: B = 19.99 mT  sai số tuyệt đối 0.01 mT, thước L = 500 mm  sai số

tuyệt đối 1 mm

- Sai số tuyệt đối và sai số tương đối không được quá 2 chữ số có nghĩa

- Hằng số không đóng góp vào sai số của đại lượng cần đo  không quan tâm đến hằng số khi thiết lập công thức tính sai số của phép đo gián tiếp  nếu công thức tính sai số tương đối hoặc tuyệt đối mà lại thấy xuất hiện các đại lượng là hằng số thì có nghĩa các bạn đã thiết lập sai

Ví dụ minh họa: Xét hàm

 thương, hiệu  phương pháp 2 có lợi hơn

(nhận xét a, b >0, a – b > 0 vì ở đây ta quan tâm đến độ lớn của đại lượng F)

1 Sai số dụng cụ:

- Thước kẻ: chính là độ chia nhỏ nhất

- Banme: chính là độ chính xác của thước kẹp

- Đồng hồ đo điện chỉ thị kim: ( )

 δ: cấp chính xác của vôn kế hoặc ampe kế (thường ghi trên mặt đồng hồ đo,

ở góc dưới cùng bên trái hoặc bên phải  giá trị thường gặp là 1.5% hoặc 2%)

 : thang đo lớn nhất (thang hiện đang sử dụng)

- Hộp điện trở mẫu và điện dung mẫu: ( )

 δ: cấp chính xác ứng với thang đo hiện thời (chú ý với hộp điện trở mẫu thì

 δ: cấp chính xác của dụng cụ đo

 n: phụ thuộc vào dụng cụ đo và thang đo (nhà sản xuất quy định)  số này

khá là ảo vì đôi khi cán bộ hướng dẫn cũng không biết

 α: độ phân giải Các đồng hồ sử dụng trong thí nghiệm đều là loại 4 số (tức

là 2000 digital) Với thang đo 20V thì Umax là 19.99V, 200V thì Umax là

199.9V tương tự I cũng thế Để tính độ phân giải ta sẽ lấy thang đo lớn nhất

chia cho 2000

(thực ra có thể lấy thẳng số thang đo chia cho 2000 vì cũng chả khác nhau là mấy)

 đối với dụng cụ đo chỉ thị số thì tốt nhất là các bạn nên hỏi giáo viên các

đại lượng như cấp chính xác, giá trị n, độ phân giải Đôi lúc để cho tiện

tính toán có những giáo viên vẫn chấp nhận coi như sai số chính tương ứng với bậc của số sau dấu phẩy (VD: nếu giá trị hiển thị là 28,99  sai

số 0,01; 197,8  sai số 0,1 Cho nên hỏi cho yên tâm, cứ theo ý các giáo viên hướng dẫn là tốt nhất  đây gọi là gió thổi chiều nào theo chiều đấy



2 Vẽ đồ thị:

Phần vẽ đồ thị cũng là một phần khá nhiều bạn mắc lỗi vì cứ nghĩ chấm vài

ba điểm rồi nối vào là xong Đối với đồ thị thì phải luôn nhớ tới ô sai số (có một số

đồ thị do các biến quá phức tạp lại phụ thuộc vào nhiều các đại lượng gián tiếp nên

có thể giáo viên sẽ không đánh giá phần ô sai số  nhưng nói chung số lượng bài rơi vào trường hợp này khá hiếm hoi) Các bước cơ bản để vẽ đồ thị là:

 B1: Vẽ trục và chọn đơn vị cho hợp lý

 B2: Chấm các điểm biểu diễn trên đồ thị

 B3: Vẽ ô sai số, chú ý kích thước ô sai số sẽ là 2xΔy và 2xΔx (tuy nhiên có nhiều trường hợp ô sai số quá bé không thể vẽ trên hình được thì ta vẽ các ô

sai số tượng trưng rồi phóng to 1 trong các ô đó ra và ghi chú thích kích thước và đơn vị đầy đủ)

GV: Trần Thiên Đức - http://ductt111.wordpress.com V2011

 B4: Nối thành đồ thị  các đường không nhất thiết phải đi qua đúng điểm

mà chỉ cần đi qua ô sai số

Đôi khi để thuận lợi và dễ quan sát các bạn sẽ thấy là người ta sẽ đổi biến số

để đưa các đồ thị phức tạp về dạng tuyến tính

P/S: Rất mong sự góp ý của các bạn để tôi hoàn thiện bài soạn

CHÚC MỌI NGƯỜI HỌC TỐT

^_^

GV: Trần Thiên Đức - http://ductt111.wordpress.com V2011

HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM BÀI 1

1 Tên bài: LÀM QUEN VỚI CÁC DỤNG CỤ ĐO ĐỘ DÀI

mà chả tưởng tượng ra cách làm như thế nào (giống tôi hồi trước thôi)  không có gì mà phải ngại

- Ngoài ra khâu xử lý số liệu cũng là một khâu khá imba khiến cho các bạn sinh viên gặp rất

nhiều sai sót (imba vì các bạn đã học cách xử lý sai số nhưng 99.99% kiến thức đã bay mất  còn 0.01% thì quá ít nên chả ai để ý  lúng túng khi xử lý số liệu  cách khắc phục: đọc kỹ bài

lý thuyết sai số + tham khảo báo cáo mẫu )

 Bi: chắc chắn sẽ là đo đường kính  dùng Banme

 Trụ rỗng: đường kính trong, đường kích ngoài, đường cao  dùng thước kẹp

 Tóm lại là “Ban Bi Kẹp Trụ”  quá dễ nhớ

- Cách sử dụng thước Banme và thước kẹp: Trước khi tìm hiểu cách đo chúng ta phải biết hình

dạng dụng cụ như thế nào đã  tham khảo hình vẽ dưới đây:

Hình 1 Panme (hàng xịn giá cả phải chăng 1.5 củ

 cẩn thận khi sử dụng đấy )

Hình 2 Thước kẹp (hàng xịn giá mềm hơn một chút 1 củ  đề

nghị cẩn thận khi sử dụng)

- Như vậy chăc các bạn đều có cái nhìn tổng quan về dụng cụ này Qua chú thích các các bạn

cũng đã biết trong quá trình đo phải biết đặt các đối tượng đo như thế nào

- Tiếp theo là cách đọc kết quả  trong sách hướng dẫn thí nghiệm đã có hướng dẫn chi tiết  nhưng chắc đọc xong nhiều bạn chả hiểu gì vì đơn giản nội dung thì không có gì phức tạp nhưng hình vẽ và từ ngữ quá nhiều khiến chúng ta không biết tập trung vào đâu Theo tôi thì các bạn

Nút vặn

Đo đường kính trong

Đo đường kính ngoài, chiều cao

Thước phụ (trên thước phụ

sẽ ghi độ chính xác) Chỗ kẹp bi   cẩn thận đấy

3.2 Quá trình đo cần chú ý:

- Kẹp các đối tượng đo trên dụng cụ phải chắc chắn, không được lỏng lẻo vì hình tru khá to nên

rơi xuống đất chắc cũng dễ tìm nhưng viên bi thì bé xíu  rơi xuống đất lại chui vào khe nào đó thì potay.com  mất dụng cụ thí nghiệm thì hậu quả vô cùng bi đát (chắc các bạn chưa tưởng tượng được đâu, muốn biết chi tiết hãy hỏi các anh chị sinh viên khóa trước )

- Đọc kết quả phải cẩn thận tránh nhầm lẫn giữa các vạch  kết quả đo sai  

- Làm xong thí nghiệm phải xếp dụng cụ gọn gàng trước khi ra về

4 Xử lý số liệu:

- Khó khăn nằm ở trong phần xử lý sai số  hãy luôn chú ý những điểm sau khi xử lý kết quả:

 Sai số tuyệt đối và sai số tương đối đã đủ 2 chữ số có nghĩa chưa? (nếu lớn hơn thì phải làm tròn ngay để lấy về 2 chữ số có nghĩa) Thế nào là chữ số có nghĩa thì xin mời đọc bài sai số

 Giá trị đo được và sai số tuyệt đối của đại lượng đó phải cùng bậc, tương xứng  chi tiết tại bài sai số

5 Báo cáo mẫu:

- Chưa có vì đang chờ các bạn gửi số liệu của buổi thí nghiệm đầu tiên về

ARE YOU OK?  CHÚC MỌI NGƯỜI HỌC TỐT ^_^

Đo các kích thước của trụ rỗng kim loại bằng thước kẹp

LÀM QUEN VỚI CÁC DỤNG CỤ ĐO ĐỘ DÀI VÀ KHỐI LƢỢNG

16.01

Xác định thể tích trụ rỗng kim loại

46.94 46.94 46.96

0.004 0.004 0.016

0.012 0.028 0.008 39.86

39.84 39.80 39.82

0.032

0.012 0.008 0.008 0.012

12.12 12.10 12.10 12.12

0.004 0.004 0.006 0.006 0.004

16.00 16.00

GV: Trần Thiên Đức

Email: ductt111@gmail.com

Sai số tương đối của thể tích V:

* Đầu tiên 1/10 giá trị 0.015 chắc ai cũng biết là bao nhiêu rồi 0.0016

3 3.1 3.14 3.141

1 0.1 0.01 0.001

0.33333 0.03226 0.00318 0.00032

Giá trị trung bình của thể tích V:

Tính sai số tuyệt đối của thể tích V:

(are you sure?)

* Sai số tương đối sẽ phụ thuộc vào độ chính xác của hằng số pi (bao nhiêu số sau dấu phẩy)

+

* Sai số tương đối của hằng số pi sẽ phải chọn sao cho nhỏ hơn giá trị trên Nhưng làm thế nào để trọn, chẳng nhẽ lại mò cua bắt ốc

* Chúng ta sẽ xét bảng sau để xem sai số tương đối của hằng số pi sẽ thay đổi như thế nào nếu ta chọn độ theo dấu phẩy.

Như vậy càng lấy chính xác pi bao nhiêu thì sai số tương đối càng giảm đi bấy nhiêu Ở đây khi so sánh với giá trị 0.0015 ta thấy phải lấy pi chính xác tối thiểu là 3 số sau dấu phẩy (tất nhiên chọn càng nhiều càng tốt nhưng không nhất thiết > các cụ

có câu "Giết gà cần gì đến dao mổ trâu" Ta chỉ cần chọn giá trị tối thiểu là ok)

5871

3.1415 0.0001 0.00003

(10 −9 𝑚 3 )

GV: Trần Thiên Đức

Email: ductt111@gmail.com

Sai số tương đối của khối lượng riêng:

Giá trị trung bình của khối lượng riêng:

Sai số tuyệt đối của khối lượng riêng:

0.14

Kết quả phép đo khối lượng riêng của trụ rỗng kim loại:

Xác định thể tích của viên bi thép:

Sai số của đường kính D (đo trực tiếp):

Sai số tương đối của thể tích V

Giá trị trung bình của thể tích V

Sai số tuyệt đối của thể tích V

Từ hai kết quả của sai số tương đối, một điều rất dễ nhận thấy là sai số của hằng số pi không ảnh hưởng đến sai

số của đại lượng cần khảo sát

0.0001 3.1415 (10 −3 𝑚)

(10 −9 𝑚 3 )

(10 −9 𝑚 3 )

CẢM ƠN BẠN SINH VIÊN ĐÃ GỬI SỐ LIỆU CHO TÔI.

CHÚC CÁC BẠN HOÀN THÀNH TỐT BÀI NÀY ^.^

TẤT CẢ NHỮNG CHỖ XXX CÁC BẠN PHẢI GHI CHI TIẾT CÁC SỐ RA NHÉ => ĐỪNG CÓ MÀ VÁC NGUYÊN XXX VÀO BÀI BÁO CÁO *_*

BÀI NÀY CHẮC CHẮN LÀ BÀI XỬ LÝ SỐ LIỆU IMBA NHẤT TRONG LẦN NÀY TUY NHIÊN, NẾU CÁC BẠN LÀM THÀNH THẠO ĐƢỢC PHẦN XỬ LÝ SỐ LIỆU BÀI NÀY THÌ NHỮNG BÀI SAU CHỈ LÀ CHUYỆN TRẺ CON VÌ THẾ, CÁC BẠN NÊN

CỐ GĂNG NGHIÊN CỨU VÀ TÌM HIỂU KỸ VỀ BÀI NÀY.

GV: Trần Thiên Đức - http://ductt111.wordpress.com V2011

HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM BÀI 2

1 Tên bài: KHẢO SÁT HỆ VẬT CHUYỂN ĐỘNG TỊNH TIẾN – QUAY XÁC ĐỊNH

MOMENT QUÁN TÍNH CỦA BÁNH XE VÀ LỰC MA SÁT Ổ TRỤC

2 Nhận xét:

- Đặc điểm của bài này là sau khi đọc hướng dẫn xong thì rất ít bạn có thể hiểu và tưởng tượng được ra hệ thí nghiệm cũng như các bước làm như thế nào vì đọc xong cũng thấy hoa mắt chóng mặt (đến tôi đọc xong cũng hoa hết cả mắt)

- Ngoài ra, bài này cũng đòi hỏi kiến thức về phần vật rắn quay (đa phần chúng ta đều mới chỉ biết sơ qua về phần này) và kỹ năng đọc thước sử dụng thước kẹp Vấn đề chính lại là ở kỹ năng

sử dụng thước kẹp vì muốn biết sử dụng thì phải làm bài thí nghiệm 1 rồi trong khi các bạn thuộc nhóm 2 vừa vào đã phải sử dụng luôn  làm bài 2 nhưng mà lại phải đọc thêm bài 1  super black

3 Giải quyết:

3.1 Những điều cần biết:

- Về kiến thức các bạn cần biết: Nhìn chung trong sách hướng dẫn trình bày khá chi tiết và rắc rối nên để rút ra được những cái cốt lõi bên trong thì không hề đơn giản Theo kinh nghiệm của tôi thì các bạn cần biết những vấn đề sau:

 Phương trình cơ bản của chuyển động quay của vật rắn: (quá dễ, ai cũng biết):

⃗⃗

 nếu để ý kỹ thì nó chẳng khác phương trình là mấy Chỉ là một thao tác đơn giản khi chuyển từ chuyển động tịnh tiến sang chuyển động quay (M: mô men lực, I: mô men quán tính, β: gia tốc góc)

 Các công thức liên quan tới năng lượng:

o Thế năng trọng trường:

o Động năng quay:

 Định luật bảo toàn năng lượng

 Mối liên hệ giữa chuyển động quay và chuyển động tịnh tiến: v = r.ω

GV: Trần Thiên Đức - http://ductt111.wordpress.com V2011

- Ở đây chúng ta phải đi xác định I  nhìn vào phương trình chúng ta thấy cần xác định 3 đồng chí là v, ω, fms (mấy đồng chí còn lại đã biết rồi nên không cần quan tâm:

 Xác định v: bài toán trẻ con  chắc ai cũng làm được

 Xác định ω: bài toán lớp lá  sử dụng mối quan hệ v và ω là ra

 Xác định fms: bài toán lớp lớn  sử dụng định luật biến thiên thế năng bằng công cản là xong

h2 là vị trí cao nhất của quả nặng sau khi thả từ vị trí h1  có thể lấy ví dụ sau cho các

bạn dễ tưởng tượng là thả quả bóng từ vị trí h1 rơi xuống đất, rõ ràng là sau khi đập đất (giả sử va chạm đàn hồi) thì quả bóng bật lên Nếu tính đến lực cản (lực ma sát, lực cản

của không khí) thì quả bóng chỉ có thể lên được vị trí h2 < h1 chứ không thể lên bằng

hoặc hơn đâu  như vậy năng lượng quả bóng còn lại ở trạng thái 2 sẽ là mgh2 < mgh1

 phần còn lại đi đâu?  chính là phần năng lượng đã bị tổn hao do lực cản gây ra

- Về dụng cụ đo: (được mô tả bằng hình vẽ dưới) Nhìn chung các bạn chỉ cần để ý đến vài bộ phận chính như quả nặng, bánh đà, trục bánh đà, thước đo để xác định vị trí quả nặng Các bạn chú ý đến 4 nút trên cùng  mỗi nút có một chức năng riêng nên đừng có bấm bừa

 Nút F: a nhờ anh phờ anh phanh

 Nút 1: Mở phanh đồng thời đóng mạch đồng hồ đếm  chúng ta sẽ thấy sau khi bấm nút

1 đồng hồ sẽ chạy điên cuồng

 Nút 2: Khóa mạch tế bào quang điện (cảm biến QĐ)  có tác dụng làm đồng hồ ngừng đếm khi bị che bởi quả nặng

 Nút 3: Thả phanh nhưng không khóa mạch đồng đồ đếm  dùng để điều chỉnh vị trí quả nặng lúc ban đầu

- Cảm biến QĐ có thể dịch chuyển

Hình 2 Đồng hồ đo thời gian hiện số

Trên đây là đồng hồ đo của chúng ta (trông rất hiện đại), chú ý một số

phòng đồng hồ có thể hơi khác nhưng nhìn chung thì cũng tương tự thế

này các bạn chú ý thông số ban đầu của đồng hồ này (thường là đã

được thiết lập sẵn nên chỉ cần bấm mối khóa K và kết nối là xong, tuy

nhiên có một số trường hợp những nhóm làm trước chơi tuyệt chiêu qua

Hình 1 Sơ đồ hệ thí nghiệm

GV: Trần Thiên Đức - http://ductt111.wordpress.com V2011

cầu rút ván bằng cách vặn lung tung trước khi về nên chúng ta cũng nên

check lại cho chắc)

 MODE: A ↔ B

 THANG ĐO: 9.999

3.2 Quá trình đo cần chú ý:

- Về thao tác đo thì rất đơn giản có mỗi việc cuốn dây nâng lên độ cao h1 cho trước sau đó thả

tay và chờ cho quả nặng đến vị trí h2 rồi hãm phanh và ghi giá trị h2 và thời gian chuyển động vào là xong

- Các bước cụ thể:

 B1: Ngắm nghía thăm dò thiết bị thí nghiệm xem nó có thừa có thiếu cái gì không, có cái nào trục trặc không (như dây bị đứt, thước mờ, đại loại là những gì bất thường)  nên dành khoảng 5 phút cho bước này

 B2: Hạ thủy  tức là hạ quả nặng xuống vị trí thấp nhất bằng cách bấm nút 3 Nói chung

là cứ thả cho quả nặng nó rơi từ từ xuống Khi nào xuống vị trí thấp nhất thì các bạn bóp phanh để cho nó ổn định Ngoài ra phải để ý dây treo quả nặng phải song song với thước

 B3: Điều chỉnh cảm biến xuống dưới vị trí quả nặng khoảng 2 – 3 cm Sau đó bật đồng

hồ cảm biến lên (chú ý là phải kết nối đồng hồ với cảm biến) và dịch chuyển cảm biến lên đến vị trí cảm biến bắt đầu thay đổi trạng thái thì fix ngay cảm biến lại Nghe thì nó hơi trìu tượng nhưng các bạn để ý là nếu quả nặng chỉ cần che cảm biến quang điện là lập tức nó sẽ thay đổi trạng thái ngay Vì ban đầu ta để ở dưới vị trí quả nặng (không bị che)

 trạng thái ổn định Đưa lên một cái là bị che  thay đổi ngay

 B4: Đọc và ghi giá trị ZB

 B5: Nhẹ nhàng ta đẩy xe hàng bằng cách quay bánh đà đề kéo quả nặng lên (giống như quay bánh đà để kéo xô nước từ dưới giếng lên thôi) Chú ý là dây cuốn trên trục phải xít nhau chứ đừng có chồng chéo lên nhau  vừa xấu vừa dễ gây rối dây Khi quả nặng

được đưa lên vị trí h1 (được cho trước) ứng với Z A thì hãm phanh dừng lại và ghi giá trị

Z A lại

 B6: Thả bom  các bạn sẽ bấm nút 1 (mở phanh và đóng mạch điện của máy đo thời gian) đồng thời ngay sau đó bấm luôn nút 2 (đóng mạch cổng quang điện) Đừng có bấm nút 1 rồi bắt đầu suy nghĩ xem là bấm nút nào tiếp theo Thường thì có thể bấm hai nút này đồng thời cũng được Kết quả là quả nặng sẽ rơi xuống dưới và đến vị trí thấp nhất

nó sẽ chắn cảm biến biến quang và khiến cho đồng hồ đang chạy ngon bỗng trở nên “cu

đơ”

 B7: Xác định h2 : sau khi làm cho đồng hồ quay cu đơ thì do quán tính mà quả nặng lại di

chuyển lên trên và đến một vị trí h2 nào đó nó sẽ xì tốp ngay Đến lúc này các bạn bấm

ngay phanh F để cố định đồng chí quả nặng này lại và bắt đầu khi kết quả: gồm Z C và thời gian trên đồng hồ

 B8: Thu dọn hiện trường để tiếp tục đo thêm 4 lần nữa

- Ngoài ra còn một số các thắc mắc liên quan tới sai số tôi đã chú thích ở trong báo cáo mẫu Nếu các bạn có điều gì vẫn còn lăn tăn thì cứ comment trực tiếp hoặc liên hệ với tôi

ARE YOU OK?  CHÚC MỌI NGƯỜI HỌC TỐT ^_^

Độ chính xác của máy đo thời gian: 0.001 ( s )

Độ chính xác của thước milimet T : 1 ( mm )

Sai số tỷ đối trung bình:

Về công thức tính gia tốc trọng trường (nguồn wikipedia)

0.0030 0.0210

BẢNG SỐ LIỆU XÁC ĐỊNH MOMEN QUÁN TÍNH CỦA BÁNH XE - LỰC MA SÁT Ổ TRỤC

7.796

0.004 0.004 0.016 0.024 0.016

0.013

7.80 7.78 7.80

7.82 7.78

574 572

1.8 0.2 0.8 1.2 1.2

0.0020 0.0030 0.0170

0.040

573 571 571

572.2 7.4350

Tính lực ma sát ổ trục

(Sai số dụng của của h2 ở đây

sẽ là 2 mm vì các bạn hãy để ý công thức trong sách là h2 = ZC

- ZB mà mỗi cái Z ta sai lệch 1mm nên tổng sai số dụng cụ sẽ

là 2mm)

1.0

Ở đây chúng ta sẽ phải đi xác định giá trị của gia tốc trọng trường g tại Hà Nội Giá trị này có thể tìm hỏi Mr Google là ra Tuy nhiên tôi sẽ mở rộng kiến thức một chút để các bạn có thể tính được gia tốc trọng trường tại một địa điểm bất kì từ trường đến nhà, từ nhà mình đến nhà người yêu, từ ngóc đến ngách,

∆𝑔

𝑔 +

𝑋𝑋𝑋 𝑋𝑋𝑋=

𝑕1=

+∆𝑔𝑔 +0.01

9.79

GV: Trần Thiên Đức

Email: ductt111@gmail.com

công thức này theo tôi được biết là sai số của nó khá lớn cỡ ± 0.00005 thôi ^^

trong đó φ là vĩ độ, h là độ cao so với mực nước biển (độ cao của Phòng thí nghiệm của chúng ta so với mực nước biển)

Vĩ độ của khu nhà D3 dễ dàng tìm thấy trên google là:

Sai số tương đối trung bình của momen quán tính: (dài dã man - cái này báo cáo viết thiếu chứ tương đối)

Giá trị trung bình của momen quán tính:

Sai số tuyệt đối của momen quán tính (báo cáo lại sai thêm phát nữa > sách chưa chắc đã chuẩn :))

chú ý quy đổi đơn vị

9.78688751

Tất nhiên chúng ta cũng không cần lấy quá chính xác làm gì Trong bài TN này chúng ta chỉ cần lấy g = 9.79 và chọn sai

số tuyệt đối là 0.01 là đảm bảo điều kiện sai số của hằng số g không vượt quá 1/10 sai số của đại lượng cần đo.

𝑓𝑚𝑠 = 𝑚𝑔.𝑕1− 𝑕2

𝑕1+ 𝑕2=

𝑋𝑋𝑋 𝑋𝑋𝑋=

CẢM ƠN MỘT BẠN SINH VIÊN K56 ĐÃ GỬI SỐ LIỆU ĐỂ TÔI HOÀN THÀNH BÁO CÁO MẪU SỐ 4

CẢM ƠN SỰ THAM GIA ĐÓNG GÓP VÀ NHẬN XÉT CỦA CÁC BẠN.

CHÚC CÁC BẠN HOÀN THÀNH TỐT BÀI THÍ NGHIỆM ^_^.

TẤT CẢ NHỮNG CHỖ XXX CÁC BẠN PHẢI GHI CHI TIẾT CÁC SỐ RA NHÉ => ĐỪNG CÓ MÀ VÁC NGUYÊN XXX VÀO BÀI BÁO CÁO *_*

24

Cách viết thứ hai:

Nên viết theo cách thứ 2 vì ngắn gọn và được nhiều giáo viên chấp nhận Thường đối với kết quả có nhiều

số sau dấu phẩy (thường lớn hơn hoặc bằng 3) ta nên đưa về dạng thứ 2 Ngoài ra khi qui đổi về dạng 2 cần

chú ý đến đơn vị > giữ nguyên đơn vị như trước là die đấy.

1271

(𝑘𝑔 𝑚 2 )

𝐼 = 𝐼 ± ∆𝐼 =

(10 −6 𝑘𝑔 𝑚 2 )