Đề cương bài giảng thí nghiệm vật lý đại cương (cơ nhiệt)

Nguyên lí cân.. Nguyên lí c a ph ng pháp cân Mendeleep ..... Nguyên lí cân.. Các ph ng pháp cân a... Khi nói “ph ng pháp cân Mendeleep chính xác h n phép cân th ng” thì có đúng không?.

Trang 1

M C L C

CH NG I 4

Lí thuy t c b n v phép đo và sai s 4

1.1 o l ng và sai s 4

1.1.1 o l ng 4

1.1.2 i l ng đo tr c ti p và đ i l ng đo gián ti p 4

1.1.3 Sai s 4

1.2 Ph ng pháp xác đ nh sai s trong thí nghi m V t lý Cách vi t k t qu 4

1.2.1 Ph ng pháp xác đ nh sai s c a phép đo tr c ti p 4

1.2.2 Ph ng pháp xác đ nh sai s c a phép đo gián ti p 5

1.3 M t s quy t c khi vi t k t qu 6

1.3.1 Ch s có ngh a 6

1.3.2 Quy t c làm tròn s và cách vi t k t qu 6

1.3.3 M t s chú ý 6

1.4 Quy trình làm m t bài thí nghi m V t lý 6

1.4.1 Nh ng công vi c c n th c hi n tr c khi vào phòng thí nghi m 6

1.4.2 Nh ng công vi c c n th c hi n trong phòng thí nghi m 6

1.4.3 Nh ng công vi c c n th c hi n sau bu i th c hành 7

1.5 M u báo cáo thí nghi m 7

CH NG II 9

C h c 9

Bài 1 9

Phép đo đ dài Th c k p, panme, c u k 9

1 Th c k p có du xích 9

a C u t o 9

b Cách đo 9

2 Panme 9

a C u t o 9

b Cách đo 10

3 C u k 10

a C u t o 10

b Cách đo 10

4 Th c hành 11

a Th c k p 11

b Pan me 11

c C u k 11

Bài 2 13

Phép đo kh i l ng Cân chính xác 13

1 Nguyên lí cân Các ph ng pháp cân 13

a Nguyên lí c a ph ng pháp cân th ng 13

b Nguyên lí c a ph ng pháp cân Mendeleep 13

2 Xác đ nh các thông s c a cân 13

Trang 2

4 Th c hành 14

a Tính đ nh y c a cân không t i 14

b Các chú ý khi cân 14

c Xác đ nh kh i l ng c a v t b ng 2 ph ng pháp: 14

Bài 3 16

Nghiên c u các đ nh lu t Newton 16

1 Các đ nh lu t Newton 16

a nh lu t th nh t c a Newton 16

b nh lu t th hai c a Newton 16

2 Chuy n đ ng th ng đ u và chuy n đ ng bi n đ i đ u 16

a Chuy n đ ng th ng đ u 16

b Chuy n đ ng th ng bi n đ i đ u 16

3 Chuy n đ ng trên đ m không khí 16

4 Th c hành 17

a Nghi m l i đ nh lu t chuy n đ ng th ng đ u 17

b Nghi m l i đ nh lu t chuy n đ ng th ng bi n đ i đ u 17

Bài 4 19

Xác đ nh gia t c tr ng tr ng b ng con l c thu n ngh ch 19

1 Con l c v t lý 19

2 Con l c thu n ngh ch 19

3 Th c hành 20

a Xác đ nh v trí kh i tâm C đ con l c là thu n ngh ch 20

b Xác đ nh gia t c tr ng tr ng b ng con l c thu n ngh ch 21

Bài 5 22

Va ch m đàn h i Va ch m không đàn h i 22

1 Lý thuy t va ch m 22

2 Bàn đ m không khí hai chi u 22

3 Th c hành 23

a Nghiên c u chuy n đ ng c a kh i tâm h hai v t 23

b Nghiên c u va ch m đàn h i c a hai v t 23

c Nghiên c u va ch m m m gi a hai v t 23

d K t qu : 24

Bài 6 26

o h s nh t c a ch t l ng b ng ph ng pháp Stockes 26

1 o h s nh t c a ch t l ng b ng ph ng pháp Stockes 26

2 Thi t b đo h s nh t c a ch t l ng 27

3 Th c hành 27

a Xác đ nh đ ng kính viên bi 27

b Xác đ nh quãng đ ng l 27

c Ti n hành 27

d K t qu 27

CH NG III 29

V t lí phân t và nhi t h c 29

Trang 3

Bài 7 29

Xác đ nh su t c ng m t ngoài c a ch t l ng 29

1 Su t c ng m t ngoài 29

2 Ph ng pháp xác đ nh su t c ng m t ngoài b ng ng mao qu n 29

3 Th c hành 30

Bài 8 32

Xác đ nh nhi t nóng ch y c a n c đá 32

1 M t s khái ni m 32

2 Xác đ nh nhi t nóng ch y c a n c đá 32

3 Hi u ch nh nhi t đ trong quá trình trao đ i nhi t 33

4 Th c hành 33

a Các chú ý khi dùng nhi t l ng k 33

b Các chú ý khi dùng cân 33

c Xác đ nh nhi t nóng ch y c a n c đá 33

Bài 9 35

Xác t tr ng ch t h i b ng ph ng pháp Maye 35

1 T tr ng ch t h i 35

2 Xác đ nh t tr ng h i ête b ng ph ng pháp Maye 35

3 Th c hành 36

a Xác đ nh kh i l ng ete 36

b Xác đ nh th tích h i c a ete 36

c Xác đ nh t tr ng ch t h i c a ete 36

Bài 10 38

Xác đ nh nhi t dung riêng c a ch t r n 38

1 Nhi t dung và nhi t dung riêng 38

2 Xác đ nh nhi t dung riêng c a ch t r n b ng nhi t l ng k 38

3 Th c hành 39

a Các b c th c hi n 39

b K t qu 40

Bài 11 41

Hi u ng Joule – Thomson 41

1 Hi u ng Joule – Thomson 41

2 Th c hành 42

a Các b c ti n hành thí nghi m 42

b K t qu 42

TÀI LI U THAM KH O 44

Trang 4

+ Hi u khái ni m đo l ng và phân lo i đo l ng

+ Hi u cách phân lo i sai s và b c đ u làm quen v i khái ni m sai s trong lí thuy t xác su t + Bi t cách xác đ nh sai s trong th c hành v t lý và cách vi t k t qu th c nghi m

1.1.2 i l ng đo tr c ti p và đ i l ng đo gián ti p

i l ng đo tr c ti p là đ i l ng c n đo đ c đem so sánh tr c ti p v i đ i l ng cùng

Do sai s c a d ng c đo ho c do lí thuy t v ph ng pháp đo ch a hoàn ch nh Sai s h

th ng làm cho giá tr đo luôn luôn l ch v m t phía (luôn nh h n ho c l n h n) so v i giá tr

th c c a đ i l ng c n đo Sai s h th ng có th đ c lo i tr b ng cách ki m tra, đi u ch nh l i các d ng c ho c thay đ i ph ng pháp đo

b Sai s ng u nhiên

Có th do giác quan ng i đo, ph n x ch m, do môi tr ng đo ho c do s không c n

th n c a ng i đo… Sai s ng u nhiên làm k t qu đo l ch c v hai phía (khi l n h n khi nh

h n) so v i k t qu th c c a đ i l ng c n đo Sai s ng u nhiên không lo i tr đ c, nh ng có

Trang 5

 

2 1

lim

1

n i i n

1.2.2 Ph ng pháp xác đ nh sai s c a phép đo gián ti p

Gi s đ i l ng A ph thu c vào các đ i l ng đo tr c ti p x, y, z b ng bi u th c toán

Ta có hai quy t c đ tính sai s c a phép đo gián ti p:

Quy t c 1: Áp d ng v i các hàm f x, y,z là m t t ng hay hi u đ i s  

- L y vi phân toàn ph n hàm A, sau đó nhóm các s h ng có ch a vi phân c a cùng bi n s

Trang 6

- L y các giá tr tuy t đ i c a bi u th c đ ng tr c d u vi phân Thay d u vi phân d b ng d u sai s , ta có sai s t đ i A A

- Khi tính toán sai s t đ i, ta có th làm tròn các s mi n là không làm t ng hay gi m sai s quá nhi u

- Trong m t t ng nhi u sai s t đ i, n u s h ng nào đó nh h n 1/10 s h ng l n nh t thì b qua s h ng đó

- S d ng các h ng s : Trong phép đo gián ti p, vi c làm tròn h ng s t i ch s th m y sau

d u ph y ph thu c vào sai s c a đ i l ng đo tr c ti p Ta th ng l y t i ch s th p thân, sao cho sai s t đ i c a h ng s nh h n 1/10 sai s t đ i l n nh t c a các đ i l ng đo

tr c ti p khác Khi đó có th b qua sai s c a h ng s

- Khi trong bi u th c có h ng s thì c n tính sai s tr c, t đó bi t đ c h ng s l y đ n ch

s th p phân th m y, r i sau đó tính giá tr trung bình c a đ i l ng c n đo

1.4 Quy trình làm m t bài thí nghi m V t lý

1.4.1 Nh ng công vi c c n th c hi n tr c khi vào phòng thí nghi m

 c k lí thuy t c a bài thí nghi m s làm đ n m v ng m c đích, yêu c u c a bài và trình t ti n hành thí nghi m

 Nh ng đi u c n l u ý khi vào phòng thí nghi m:

 Tuân th nghiêm túc n i quy phòng thí nghi m

 Gi gìn máy móc, thi t b c n th n trong quá trình th c hành

Trang 7

 Ph i chu n b tr c khi vào phòng th c hành: tóm t t lí thuy t, d ki n các b c th c hành,…

 Yêu c u giáo viên ki m tra thi t b , m ch đi n,… tr c khi th c hành

 Sau khi th c hành xong ph i s p x p l i bàn gh , thi t b ngay ng n, g n gàng nh tr c khi làm thí nghi m

1.4.3 Nh ng công vi c c n th c hi n sau bu i th c hành

 Ti n hành x lí k t qu thí nghi m, tính toán sai s và vi t k t qu V đ th (n u có),

nh n xét và bi n lu n k t qu thu đ c

 Hoàn thi n báo cáo th c hành đ n p cho giáo viên vào bu i th c hành sau

1.5 M u báo cáo thí nghi m

Bài s : Tên bài:

[1] Nguy n Duy Th ng (2000), Th c hành V t lý đ i c ng, Nxb Giáo d c, Hà N i

[2] Nguy n Tú Anh, V Nh Ng c, V Ng c H ng, Nguy n Th Khôi, Nguy n Tr ng H i, Lê

H ng Qu nh (1981), Th c hành V t lý đ i c ng (T p 1), Nxb Giáo d c, Hà N i

D) CÂU H I, BÀI T P, N I DUNG ÔN T P VÀ TH O LU N

1 Ng i ta phân lo i sai s d a trên c s nào? Có m y lo i sai s ? Các cách lo i tr sai s trong phép đo m t đ i l ng v t lí b ng th c nghi m?

2 T i sao trong th c nghi m, khi đo m t giá tr c a m t đ i l ng v t lí nào đó ta ph i đo nhi u

l n?

3 Nêu các quy t c xác đ nh sai s c a phép đo gián ti p m t đ i l ng v t lí? K t qu tính đ c

ph i vi t theo quy t c th nào?

4 Tìm công th c sai s tuy t đ i và sai s t ng đ i c a các đ i l ng đo gián ti p sau:

Trang 9

CH NG II

C h c

S ti t:15 (Lý thuy t:0 ti t; th c hành:15 ti t)

Bài 1 Phép đo đ dài Th c k p, panme, c u k

A) M C TIÊU:

+ Hi u nguyên t c nâng cao đ chính xác c a phép đo đ dài

+ Hi u đ c c u t o c a m t s d ng c đo đ dài có c p chính xác cao

+ Bi t dùng các d ng c đo đ dài v i c p chính xác cao

+ Có k n ng đo, tính giá tr trung bình, ghi k t qu đo

Trang 10

- o bán kính cong c a m t c u: t c u k lên trên m t

c u c n đo sao cho 3 chân t nh và chân đ ng đ u ti p xúc

v i m t c u M t ph ng đi qua 3 đi m m i nh n c a chân

R: Bán kính m t c u r: Bán kính đáy ch m c u h: cao ch m c u đ c đ c trên c u k

Trang 11

xác đ nh r, ta l y v t 4 chân c u k trên m t t gi y tr ng, đo kho ng cách t chân

đ ng t i 3 chân kia r i l y giá tr trung bình:

 1 2 3

13

10

TB Sai s

Trang 12

- Ghi k t qu : đ dày b n m ng

- Tính bán kính R, ghi k t qu và sai s

C) TÀI LI U H C T P

1 T i sao khi dùng th c k p, panme, c u k ph i hi u ch nh s 0?

2 Nêu c u t o c a panme, th c k p và c u k ?

3 Nguyên t c nâng cao c p chính xác c a m t phép đo đ dài nh th nào?

Trang 13

Hình 2.5 Ph ng pháp cân Menđêlêep

Bài 2 Phép đo kh i l ng Cân chính xác

A) M C TIÊU:

+ Hi u nguyên lí c a phép cân, các ph ng pháp cân

+ Bi t hi u ch nh l c đ y Acsimet c a không khí trong phép cân

+ Bi t xác đ nh kh i l ng c a m t v t cho tr c b ng hai ph ng pháp: ph ng pháp cân

th ng và ph ng pháp cân Mendeleep

B) N I DUNG:

1 Nguyên lí cân Các ph ng pháp cân

a Nguyên lí c a ph ng pháp cân th ng

N u cánh tay đòn bên trái c a cân là l , cánh tay đòn bên ph i c a cân là 1 l ; Kh i l ng 2

c a đ a cân và quang cân bên trái là m , kh i l ng c a đ a cân và quang cân bên ph i là 1 m 2

Khi đ t v t có kh i l ng X lên đ a cân bên trái và các qu cân có kh i l ng M lên đ a cân bên

ph i sao cho đòn cân th ng b ng thì t ng mô men ngo i l c tác d ng lên đòn cân b ng 0 Ta có:

m X l1  1m M l2  2 (2 7) cho X = M thì đi u ki n c n thi t là:

Trên đ a cân bên trái đ t m t v t có kh i l ng l n h n v t c n cân, g i là bì Bì có kh i

l ng là B Trên đ a cân bên ph i đ t v t c n cân và m t vài qu n ng có kh i l ng b ng M , 1

sao cho đòn cân th ng b ng Khi đó ta có:

i m O th c c a cân t c là v trí c a kim khi cân không t i tr ng thái cân b ng Nh

nhàng v n hãm đ kim cân dao đ ng t do trong gi i h n t 5 – 10 v ch trên thang chia đ N u

Trang 14

g i a a a là các đ l ch ph i liên ti p c a kim; 1, ,3 5 a a a là các đ l ch trái liên ti p c a kim 2, ,4 6thì s không th c  a0 s là:

Xác đ nh giá tr m t đ chia b ng cách đ t m t qu cân nh kh i l ng m(mg) lên m t

đ a cân và xác đ nh giá tr cân b ng m i c a kim  a Giá tr a c ng đ c tìm v i công th c

t ng t nh trên Giá tr m t v ch chia:

b ng các cân phân tích thì khi th c hi n trong không khí ph i có s hi u ch nh l c đ y Acsimet

c a không khí lên v t và lên các qu cân Trong tr ng h p cân b ng ph ng pháp Mendeleep:

- Khi cân, lúc đ t m u hay qu cân thì c n v n hãm l i đ cho đ a cân không đung đ a Sau

khi đ t xong m u r i thì đóng c a kính l i đ tránh gió r i m i t t v n hãm ra (chú ý

- Tránh tì tay lên bàn trong quá trình cân đ tránh làm rung cân

- Không đ c di chuy n v trí c a cân sau khi đã hi u ch nh

c Xác đ nh kh i l ng c a v t b ng 2 ph ng pháp:

Cân th ng và cân Menđêlêep – Áp d ng cân m t mi ng nh a và m t kh i tr

K t qu :

Trang 15

- V t 2 đ c ti n hành t ng t Tính sai s và ghi k t qu Nh n xét

1 S “0” th c và giá tr m t v ch chia trên cân là gì? Trong ph ng pháp cân Mendeleep có ph i xác đ nh đi m “0” th c và giá tr m t v ch chia trên cân không? T i sao?

2 Khi nói “ph ng pháp cân Mendeleep chính xác h n phép cân th ng” thì có đúng không?

3 Trình bày nguyên lí c a ph ng pháp cân th ng, ph ng pháp cân Mendeleep Nêu các chú

ý tr c khi và trong khi th c hi n cân

4 Thành l p công th c tính kh i l ng c a v t khi có hi u ch nh l c đ y Acsimet c a không khí trong ph ng pháp cân th ng và ph ng pháp cân Mendeleep

Trang 16

Bài 3 Nghiên c u các đ nh lu t Newton

A) M C TIÊU:

+ Kh o sát các đ nh lu t chuy n đ ng, th y đ c m i liên h gi a quãng đ ng và th i gian, t c

đ và th i gian, kh i l ng gia t c và l c tác d ng,…

+ Ki m nghi m s đúng đ n c a hai đ nh lu t Newton

+ Bi t đi u ch nh s cân b ng c a đ m không khí

+ S d ng thành th o máy đo th i gian

B) N I DUNG:

1 Các đ nh lu t Newton

a nh lu t th nh t c a Newton

Khi m t ch t đi m cô l p (t c là không ch u tác d ng c a ngo i l c), n u đang đ ng yên

v t s ti p t c đ ng yên, n u đang chuy n đ ng thì v t s ti p t c chuy n đ ng th ng đ u

b nh lu t th hai c a Newton

Chuy n đ ng c a m t ch t đi m ch u tác d ng c a các l c có t ng h p l c F  0 là m t chuy n đ ng có gia t c

Gia t c chuy n đ ng c a ch t đi m t l v i t ng h p l c tác d ng F và t l ngh ch v i

3 Chuy n đ ng trên đ m không khí

m không khí là m t h p kim lo i dài, m t đ u đ c b t kín và m t đ u đ c nén v i

b m nén khí Trên m t h p có nh ng l nh đ c phân b đ u nhau

M t xe thí nghi m v i kh i l ng m đ c đ t trên m t h p đ kh o sát chuy n đ ng 2

Khi b m khí vào h p, không

Trang 17

n i b ng m t s i dây không dãn m c qua ròng r c v i m t v t n ng có kh i l ng m Ph ng 1

- i u ch nh v trí c a đ m không khí sao cho xe th ng b ng, ma sát coi nh b ng 0

- i u ch nh l i đúng ch đ c a máy đo th i gian RESET l i th i gian tr c khi đo

- t c m bi n D cách đ u h p kim lo i 40cm, c m bi n 1 D cách c m bi n 2 D 30cm 1

- N i xe v i m t qu cân có kh i l ng m , phía d i đ t giá đ cách kho ng 15 – 20 cm 1

(khi xe n m v trí đ u h p kim lo i)

- Cho b m ho t đ ng t m t giá đ d i qu n ng m 1

- Th cho xe chuy n đ ng d i tác d ng c a qu n ng m Khi qu n ng 1 m ch m vào giá 1

đ thì xe không còn l c tác d ng, vì v y xe lúc này ch chuy n đ ng theo quán tính và

 D D = 35, 1 2 D D = 40 (t ng t ) 1 2

b Nghi m l i đ nh lu t chuy n đ ng th ng bi n đ i đ u

Trang 18

1 Khi nào m t h v t chuy n đ ng th ng đ u? Chuy n đ ng th ng bi n đ i đ u? m không khí

có tác d ng gì trong bài thí nghi m này?

2 Nh ng nguyên nhân ch y u gây ra sai s trong thí nghi m này là gì? S khác nhau c b n trong ti n hành thí nghi m c a 2 tr ng h p chuy n đ ng th ng đ u và chuy n đ ng bi n đ i

đ u là gì?

Trang 19

Bài 4 Xác đ nh gia t c tr ng tr ng b ng con l c thu n ngh ch

A) M C TIÊU:

+ Hi u th nào là con l c v t lý, con l c thu n ngh ch

+ Bi t ng d ng lí thuy t dao đ ng đ xác đ nh gia t c tr ng tr ng b ng con l c thu n ngh ch + Bi t xác đ nh kh i tâm c a m t con l c thu n ngh ch

l c l ch kh i v trí cân b ng m t góc  s xu t hi n mô men l c

có xu h ng kéo con l c tr v v trí cân b ng Ph ng trình dao

trong đó I là mô men quán tính c a con l c đ i 1

v i tr c quay qua O , 1 l là kho ng cách 1 OC 1

Chu kì dao đ ng c a con l c:

1 1

i v i con l c v t lý, n u ta tìm đ c đi m O n m trên 2

đ ng th ng O C , sao cho khi con l c dao đ ng quanh tr c n m 1

ngang đi qua O thì chu kì dao đ ng c a con l c đúng b ng chu 2

kì dao đ ng c a nó quanh tr c ngang đi qua O Khi đó con l c 1

1 2,

l l là kho ng cách t kh i tâm G đ n các tr c quay t ng ng

N u là con l c thu n ngh ch, T T T  hay ta có:

Trang 20

  r i th ra cho con l c dao đ ng Sau

m t vài chu kì dao đ ng c a con l c thì b t

đ u đ m trên máy đ m hi n s đ ng th i

b m giây đ ng h

- o th i gian cho 25 chu kì dao đ ng c a con l c, đ c giá tr t Chu kì 1 25.T t1 1Phép đo l p l i 3 l n

Trang 21

b Xác đ nh gia t c tr ng tr ng b ng con l c thu n ngh ch

- t qu n ng 2 vào v trí đ con l c là thu n ngh ch

- o chu kì dao đ ng T T trong tr ng h p quay quanh tr c qua 1, 2 O O M i phép đo 1, 2

th c hi n 3 l n K t qu ghi vào b ng gi ng nh trên Tính các sai s t ng ng

- o kho ng cách L gi a 2 dao

- Xác đ nh gia t c tr ng tr ng b ng công th c (2.17)

- Tính sai s và vi t k t qu

1 Thành l p công th c tính v trí kh i tâm c a con l c v t lí và gi i thích rõ c s lí thuy t c a phép đo trong th c nghi m Vì sao góc l ch c a con l c ph i 100 và ph i đo nhi u chu kì c a dao đ ng?

2 Tính sai s t ng đ i c a g v i g 4 L22

T





Trang 22

Xét va ch m c a hai ch t đi m có kh i l ng m và 1 m G i v n t c tr c khi va ch m 2

và sau khi va ch m c a hai ch t đi m là v v 1, 2 và v v 1', '2 Ta có:

Suy ra: 1 1 2 2

m v m v u

2 Bàn đ m không khí hai chi u

Thi t b thí nghi m trong bài là bàn đ m không khí hai chi u Các v t m1 và m2 là các hình tr đ c th i không khí xu ng m t ph ng, t o thành đ m không khí nâng v t lên chuy n

đ ng không ma sát Ta có th l p thêm các vòng kim lo i, vòng đàn h i ho c vòng dính tùy vào

m c đích s d ng

ghi l i qu đ o chuy n đ ng c a m i v t và v n t c c a chúng, trên m i v t có b

ph n t o xung đi n th cao t o v t trên gi y kim lo i có ph chì nh là m t “kim rung” v i t n s 10Hz ho c 50 Hz Khi xung đi n này tác d ng trên gi y kim lo i đ c bi t (đ c ph lên m t

ph ng chuy n đ ng) s t o nên các v t theo qu đ o Kho ng cách gi a các v t liên ti p và th i gian c a t n s xung cho phép tính v n t c v t khi chuy n đ ng

i u ch nh th ng b ng c a đ m không khí nh sau: B t công t c đ đ m không khí ho t

đ ng N u các v t đ c nâng lên và đ ng yên m t ch t ng đ i, là m t ph ng đ m không khí