các bài thí nghiệm vật lý trung học phổ thông

Tài liệu bồi dưỡng HSG THNT Vật lý THPT SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO AN GIANG TRƯỜNG THPT NGUYỄN QUANG DIÊU ( Tài liệu dùng cho bồi dưỡng HSG THTN) GVBS: Huỳnh Quốc Lâm (Lưu hành nội bộ) Năm học 2009 – 2010. GVBS: Huỳnh Quốc Lâm - page1 - Tài liệu bồi dưỡng HSG THNT Vật lý THPT Bài 1: KHẢO SÁT CHUYỂN ĐỘNG RƠI TỰ DO. XÁC ĐỊNH GIA TỐC RƠI TỰ DO. I. Mục đích thí nghiệm: - Đo được thời gian rơi t của một vật trên những quãng đường s khác nhau. - Vẽ và khảo sát đồ thị s ~ t 2 . Nhận xét về tính chất của chuyển động rơi tự do. - Xác định gia tốc rơi tự do II. Cơ sở lý thuyết : - Khi một vật chuyển động nhanh dần đều không vận tốc đầu, thì 2 2 1 ats =  khi vật rơi tự do thì ta có 2 2 t s g = Đo được s, t ta sẽ tìm được gia tốc g ( khoảng từ 9 – 10 m/s 2 ) - Đồ thị s ~ t 2 có dạng là một đường thẳng đi qua gốc tọa độ với hệ số góc là 2 tan a = α III. Dụng cụ thí nghiệm: 1. Giá đỡ thẳng đứng( xem như một thước thẳng khoảng 1000mm), có dây rọi. Giá này có ba chân, dùng để điều chỉnh sự thăng bằng của giá. 2. Trụ sắt non, làm vật rơi tự do. 3. Nam châm điện có hộp công tắc dùng để giữ và thả cho vật rơi. 4. Cổng quang điện E. 5. Đồng hồ đo thời gian hiện số. 6. Thước ba chiều. 7. Hộp đở vật rơi ( bằng đất sét, hay bằng cát ) IV. Lắp ráp thí nghiệm : 1.Nam châm điện N lắp trên đỉnh giá đỡ, được nối qua công tắc vào ổ A của đồng hồ đo thời gian. Ổ A vừa cấp điện cho nam châm, vừa nhận tín hiệu từ công tắc chuyển về. Cổng E lắp ở dưới, được nối với ổ B. Sử dụng MODE đo A ↔ B, chọn thang đo 9,999s. 2.Quan sát quả dọi, phối hợp điều chỉnh các vít ở chân giá đỡ sao cho quả dọi nằm đúng tâm lỗ tròn T. Khi vật rơi qua lỗ tròn của cổng quang điện E, chúng cùng nằm trên một trục thẳng đứng. Khăn vải bông được đặt nằm dưới để đỡ vật rơi . 3.Cho nam châm hút giữ vật rơi. Dùng miếng ke áp sát đáy vật rơi để xác định vị trí đầu s 0 của vật. Ghi giá trị s 0 vào bảng 1. 4.Nới lỏng vít và dịch cổng quang điện E về phía dưới cách s 0 một khoảng s = 50 mm . Nhấn nút RESET trên mặt đồng hồ để đưa chỉ thị số về giá trị 0000. 5.Ấn nút trên hộp công tắc để thả vật rơi, rồi nhả nhanh nút trước khi vật rơi đến cổng quang điện E (*) . Ghi thời gian rơi của vật vào bảng 1. Lặp lại phép đo trên 3 lần ghi vào bảng 1. 6.Nới lỏng vít hãm và dịch cổng quang điện E về phía dưới, cách vị trí s 0 một khoảng s lần lượt bằng 200mm; 450 mm; 800 mm. ứng với mỗi giá trị của s, thả vật rơi và ghi thời gian t tương ứng vào bảng 1. Lặp lại 3 lần phép đo. GVBS: Huỳnh Quốc Lâm - page2 - Tài liệu bồi dưỡng HSG THNT Vật lý THPT Kết thúc thí nghiệm : Nhấn khoá K , tắt điện đồng hồ đo thời gian hiện số. V. Báo cáo thí nghiệm : - Lập bảng lấy giá trị các lần đo t với các s khác nhau ( cho các giá trị s bất kỳ  đo được khoảng thời gian t), lấy khoảng 2 – 3 giá trị của s, mỗi một s đo ba lần t sau đó lấy trung bình - Nên điều chỉnh làm sao cho s 0 = 0 mm ( dùng thước ba chiều) Lần đo s (m) Thời gian rơi t 2 t 2 2 t s g i = t s v i 2 = 1 2 3 - Vẽ đồ thị : s ~ t 2 ; v ~ t. - Tìm giá trị trung bình của g và ∆g Biểu biễn kết quả của phép đo : ggg ∆±= =…………………….( ) Số liệu tham khảo : Tham khảo thêm: SGK Vật Lý 10 ( Cơ bản) GVBS: Huỳnh Quốc Lâm - page3 - Tài liệu bồi dưỡng HSG THNT Vật lý THPT Bài 2: ĐO HỆ SỐ MA SÁT I. Mục đích thí nghiệm : - Dùng PP động lực học để nghiên cứu lực ma sát tác dụng vào vật chuyển động trên mặt phẳng nghiêng. - Đo hệ số ma sát trượt, so sánh với giá trị thu được trong SGK Lý 10 CB ( trang 76, bảng 13.1) II. Cơ sở lý thuyết : - Khi một vật nằm trên mặt phẳng nghiêng với góc α 0 nhỏ so với phương nằm ngang. - Khi ta tăng dần độ nghiêng của mặt phẳng α ≥ α 0 thì vật chuyển động trượt với gia tốc a và µ t – gọi là hệ số ma sát trượt : a = g (sin α - µ t cos α ) Bằng cách đo a và α ta tìm được hệ số ma sát trượt : α αµ cos tan g a t −= Gia tốc a được xác định bằng công thức 2 2 t s a = III.Dụng cụ thí nghiệm : 1. Mặt phẳng nghiêng ( xem như thước dài 1000 mm) có gắn thước đo góc và quả dọi. 2. Nam châm điện gắn ở một đầu Mp nghiêng, có hộp công tắc để giữ và thả vật. 3. Giá đở để thay đổi độ cao của mặt phẳng nghiêng nhờ khớp nối. 4. Trụ kim loại. 5. Máy đo thời gian và 2 cổng quang điện E. 6. Thước ba chiều. IV. Lắp ráp thí nghiệm : 1. Đặt máng nghiêng có lắp nam châm điện N và cổng quang điện E lên giá đỡ. Nam châm điện N được lắp ở đầu A của máng nghiêng, nối qua hộp công tắc, và cắm vào ổ A của đồng hồ đo thời gian nhờ một phích cắm có 5 chân. Nếu đồng hồ đo thời gian được bật điện, ổ A sẽ cấp điện cho nam châm hoạt động. Cổng quang điện E nối vào ổ B của đồng hồ đo thời gian. 2. Hạ thấp khớp nối để giảm góc nghiêng α, sao cho khi đặt mặt đáy trụ thép lên máng, trụ không thể tự trượt. Điều chỉnh thăng bằng cho máng nghiêng nhờ các chân vít của giá đỡ, sao cho dây rọi song song với mặt phẳng thước đo góc. 3. Đặt mặt đáy trụ thép lên mặt phẳng nghiêng. Tăng dần góc nghiêng α bằng cách đẩy từ từ đầu cao của nó, để trụ thép có thể trượt trên thanh ngang của giá đỡ. Chú ý giữ chắc giá đỡ. 4. Khi vật bắt đầu trượt thì dừng lại, đọc và ghi giá trị α 0 vào bảng 1. GVBS: Huỳnh Quốc Lâm - page4 - Tài liệu bồi dưỡng HSG THNT Vật lý THPT 5. Đồng hồ đo thời gian làm việc ở MODE A↔ B, thang đo 9,999s. Nhấn khoá K để bật điện cho đồng hồ. 6. Xác định vị trí ban đầu s 0 của trụ thép : Đặt vật trụ kim loại lên đầu A của máng nghiêng, sát với nam châm, mặt đáy tiếp xúc với mặt phẳng nghiêng. Dùng miếng ke áp sát mặt nghiêng, đẩy ke đến vị trí chạm vào trụ kim loại, để xác định vị trí đầu s 0 của trụ trên thước đo. Ghi giá trị s 0 vào bảng 1. Nới lỏng vít để dịch chuyển cổng quang điện E đến vị trí cách s 0 một khoảng s = 400mm, rồi vặn chặt vít, cố định vị trí cổng E trên máng nghiêng. 7. Lặp lại thí nghiệm 3 lần và ghi các giá trị đo được vào bảng 1. Kết thúc thí nghiệm : Tắt điện đồng hồ đo thời gian. V. Báo cáo thí nghiệm : - Lập bảng đo hệ số ma sát α 0 = ……………….; α = …………………. s 0 = 0 mm ; s = …………………. Lần đo t 2 2 t s a = α αµ cos tan g a t −= ∆µ t 1 2 3 Giá trị trung bình - Viết kết quả đo : ttt µµµ ∆±= = ……………………. ( ) Số liệu tham khảo Tham khảo thêm: SGK Vật Lý 10 ( Cơ bản) GVBS: Huỳnh Quốc Lâm - page5 - Tài liệu bồi dưỡng HSG THNT Vật lý THPT Bài 3: ĐO HỆ SỐ CĂNG BỀ MẶT CỦA CHẤT LỎNG I. Mục đích : - Khảo sát hiện tượng căng bề mặt của chất lỏng. - Đo hệ số căng bề mặt. II. Cơ sở lý thuyết: - Mặt thoáng của chất lỏng luôn có lực căng, theo phương tiếp tuyến với mặt thoáng. Những lực căng này làm cho mặt thoáng chất lỏng tại nơi tiếp xúc có xu hướng co lại đến diện tích nhỏ nhất ( lực căng này cũng là một nguyên nhân giải thích tại sao nhền nhện nước lại có thể đi trên mặt nước và một vài hiện tượng khác …). Nhìn chung, lực căng này rất nhỏ N<<1N - Có nhiều cách để xác định lực căng bề mặt này. Trong bài này, ta dùng một lực kế nhạy ( loại 0,1 N), treo một chiếc vòng bằng nhôm có tính dính ướt hoàn toàn đối với chất lỏng cần đo. - Cho chiếc vòng này chạm mặt nước, sau đó ta kéo từ từ chiếc vòng này lên. Khi đó, sẽ xuất hiện một lực căng F C của chất lỏng, lực này có cùng phương chiều với trọng lực P của chiếc vòng, hai lực này hướng xuống. Giá trị cực đại lực F đo được trên lực kế sẽ bằng tổng của hai lực đó : F = F C + P - Giá trị lực căng bề mặt tác dụng lên một đơn vị dài của chu vi chiếc vòng gọi là hệ số căng bề mặt σ của chất lỏng. - Gọi D, d lần lượt là đường kính ngoài và đường kính trong của chiếc vòng. Ta có : )()( dD PF dD F C + − = + = ππ σ Đo F, P, D, d ta sẽ xác định được σ III. Dụng cụ thí nghiệm : 1. Vòng nhôm có tính dính ướt hoàn toàn. 2. Thước kẹp 0 ÷ 150 mm dùng để xác định đường kính trong, đường kính ngoài của chiếc vòng. Độ chia nhỏ nhất của thước kẹp này có thể là 0,1 mm; 0,05 mm; 0,02 mm. 3. Lực kế 0,1N có độ chia nhỏ nhất là 0, 001 N 4. Hai cốc nhựa đựng nước có ống cao su nối với nhau. 5. Giá treo lực kế. GVBS: Huỳnh Quốc Lâm - page6 - Tài liệu bồi dưỡng HSG THNT Vật lý THPT IV. Lắp ráp thí nghiệm : 1. Lấy thước kẹp xác định đường kính trong d và đường kính ngoài D của vòng nhôm. ( xác định 3 lần) 2. Lau sạch chiếc vòng bằng giấy mềm, móc dây treo vòng vào lực kế 0,1 N. Treo lực kế lên thanh ngang để đo trọng lượng P của vòng ( đo khoảng 3 lần giá trị của P) 3. Đổ vào hai cốc nước khoảng 50 – 60% dung tích mỗi cốc. Để hai cốc ngang bằng nhau, cho mực nước trong hai cốc không chêch lệch nhau nhiều. 4. Đặt vòng nhôm ( cốc A)vào một cốc sao cho khoảng 50% vòng nhôm nhúng vào trong nước. Cốc còn lại ( cốc B) đặt sao cho lượng nước trong cốc kia chảy qua ( mực nước trong cốc đựng vòng nhôm hạ thấp xuống ). Có thể đặt cốc đựng vòng nhôm lên cao hơn cốc kia. 5. Chú ý mực nước trong cốc A và giá trị của lực kế. Giá trị cực đại của lực kế chính là lực F cần tìm ( ghi giá trị của lực F này vào bảng) 6. Lặp lại các bước 3, 4, 5 thêm hai lần nữa. Kết thúc thí nghiệm: lau sạch vòng nhôm, tháo các dụng cụ và vệ sinh nơi thực hành. V. Báo cáo thí nghiệm : Bảng lực căng mặt ngòai của chất lỏng Độ chia nhỏ nhất của lực kế : 0, 001N Lần đo P (N) F (N) F C = F - P (N) ∆F C (N) 1 2 3 Giá trị trung bình Bảng đo đường kính của vòng nhôm: Độ chia nhỏ nhất của thước kẹp : 0, 05 mm Lần đo D (mm) ∆D (mm) d (mm) ∆d (mm) 1 2 3 Giá trị trung bình Giá trị trung bình của hệ số căng mặt ngoài: )( dD F C + = π σ =…………… ……. GVBS: Huỳnh Quốc Lâm - page7 - Tài liệu bồi dưỡng HSG THNT Vật lý THPT Tính sai số của phép đo : 2 minmax σσ σ − =∆ =……………… Viết kết quả của phép đo: σσσ ∆±= =……………. Số liệu tham khảo Độ chia nhỏ nhất của lực kế : 0, 001N Lần đo P (mN) F (mN) F C = F - P (mN) ∆F C (mN) 1 30.00 49.00 19.00 0.17 2 30.00 49.50 19.50 0.33 3 30.00 49.00 19.00 0.17 Giá trị trung bình 30.00 49.17 19.17 0.33 Độ chia nhỏ nhất của thước kẹp : 0, 05 mm Lần đo D (mm) ∆D (mm) d (mm) ∆d (mm) 1 41.750 0.020 39.00 0.05 2 41.800 0.030 39.10 0.05 3 41.750 0.020 39.05 0.05 Giá trị trung bình 41.770 0.023 39.05 0.05 Giá trị trung bình của hệ số căng mặt ngoài: )( dD F C + = π σ = 75,50.10 -3 N/m Tính sai số của phép đo : 2 minmax σσ σ − =∆ = 0,94. 10 -3 N/m GVBS: Huỳnh Quốc Lâm - page8 - Tài liệu bồi dưỡng HSG THNT Vật lý THPT Viết kết quả của phép đo: σσσ ∆±= = 75,50.10 -3 ± 0,94. 10 -3 N/m Tham khảo thêm: SGK Vật Lý 10 ( Cơ bản) GVBS: Huỳnh Quốc Lâm - page9 - Tài liệu bồi dưỡng HSG THNT Vật lý THPT Bài 4 : TỔNG HỢP HAI LỰC I. Mục đích : - Kiểm nghiệm lại quy tắc tổng hợp hai lực đồng quy và quy tắc tổng hợp hai lực song song cùng chiều. - Rèn luyện kỹ năng sử dụng lực kế. II. Cơ sở lý thuyết: 1. Tổng hợp hai lực đồng quy : Để tổng hợp hai lực đồng quy ta sử dụng quy tắc hình bình hành. Trong thí nghiệm, ta cho hai lực cùng tác dụng vào một điểm của vật ( ta tính toán bằng lý thuyết và và kiểm chứng bằng thực nghiệm). Chúng ta sẽ dùng trường hợp đặc biệt: hai lực hợp nhau một góc 90 0 . 2. Tổng hợp hai lực song song cùng chiều : Hợp lực của hai lực 1 P và 2 P song song, cùng chiều, tác dụng vào một vật rắn, là một lực P song song, cùng chiều với hai lực, có độ lớn bằng tổng độ lớn của hai lực đó. P=P 1 +P 2 . Điểm đặt của lực R được xác định AG GB l l F F == 1 2 2 1 Trong bài này, ta cho hai lực 1 P và 2 P cùng tác dụng vào một vật ( thước thẳng) rồi dùng các công thức trên xác định bằng lý thuyết, sau đó chúng ta kiểm chứng bằng thực nghiệm. III. Dụng cụ thí nghiệm : 1. Tổng hợp hai lực đồng quy : - Bảng sắt có chân đế. - Hai lực kế ống 5N có gắn nam châm vĩnh cữu. - Một vòng dây cao su va dây chỉ. - Một thước đo có ĐCNN 1mm. - Một viên phấn ( hay viết lông có thể xóa được). - Một thước đo góc. - Các viên nam châm để cố định thước đo góc. 2. Tổng hợp hai lực song song cùng chiều : - Bảng sắt có chân đế. - Hai đế nam châm có buộc dây cao su. - Một thước thẳng có ĐCNN 1mm. - Một thanh thép nhỏ dài 35 mm - Một hộp các quả cân có khối lượng bằng nhau. - Ba dây cao su (hoặc hai lò xo và môt dây cao su). GVBS: Huỳnh Quốc Lâm - page10 - P 1 P 2 P A BG [...]... và tiến hành đo khoảng vân i trong thí nghiệm ( nên đo khoảng 5 – 6 khoảng vân) - Chú ý các thông số a, D trên khe Young và trên thước dài - Lặp lại thí nghiệm 2 – 3 lần và ghi các giá trị thích hợp vào bảng GVBS: Huỳnh Quốc Lâm - page32 - Tài liệu bồi dưỡng HSG THNT Vật lý THPT Kết thúc thí nghiệm: tắt công tắc, rút phích điện, vệ sinh chỗ thí nghiệm V Báo cáo thí nghiệm : Nên đo n khoảng vân trên... liệu từ thí nghiệm a1 vào bảng Lặp lại bước này 1 lần nữa ( a2 )và ghi vào bảng  tính giá trị trung bình e So sánh kết quả thí nghiệm với kết quả tính toán và rút ra kết luận f Lặp lại các bước từ b  d một lần nữa với AB = 16 cm Kết thúc thí nghiệm: tháo các thiết bị dụng cụ và vệ sinh tại chỗ thí nghiệm GVBS: Huỳnh Quốc Lâm - page11 - Tài liệu bồi dưỡng HSG THNT Vật lý THPT V Báo cáo thí nghiệm. .. THNT Vật lý THPT 4 Kết luận : ( giá trị của a ≈ 2) - Từ kết quả thí nghiệm rút ra kết luận gì về T = a l với giá trị của a trong bảng 9.3 - Vẽ đồ thị T = f(l) và nhận xét - Vẽ đồ thị T2 = f (l) và nhận xét - Tính gia tốc trọng trường tại nơi làm thí nghiệm với các số liệu nhận từ thí nghiệm Tham khảo thêm: SGK Vật Lý 12 ( Cơ bản) GVBS: Huỳnh Quốc Lâm - page29 - Tài liệu bồi dưỡng HSG THNT Vật lý THPT Bài. .. các dụng cụ và vệ sinh chổ thực hành V Báo cáo thí nghiệm : Số vòng cuộn dây : N = 200 vòng; Đường kính cuộn dây: d = 160 mm Lần thí nghiệm I’ ( mA) I’’ (mA) I (mA) BT ( T) 1 2 3 Giá trị trung bình BT  Tính và ghi các kết quả của thí nghiệm: ∆BT = BTMax − BTMin 2 = .(T ) BT = BT ± ∆BT = (T ) GVBS: Huỳnh Quốc Lâm - page26 - Tài liệu bồi dưỡng HSG THNT Vật lý THPT Bài 9 : KHẢO SÁT THỰC NGHIỆM CÁC... lúc đầu khoảng 5cm - Thực hiện thêm 2 lần các thao tác trên và ghi các giá trị đo được vào bảng Kết thúc thí nghiệm: tắt đèn, tháo các dụng cụ ra theo thứ tự và vệ sinh nơi thực hành V Báo cáo thí nghiệm : Ghi các giá trị đo được của d và d’ vào bảng sau: Vị trí (1) của vật AB:…….…….(mm) Lần thí nghiệm 1 d ' (mm) d (mm) ∆f(mm) f (mm) 2 3 Giá trị trung bình Tính các giá trị : f =f ±∆ =( ± f )mm δ= Số... trình làm thí nghiệm 2 Mắc nối tiếp cuộn dây 200 vòng của la bàn tang với ampe kế… 3 Tăng dần U đến khi nào kim chỉ thị của la bàn chỉ một góc thích hợp thì ghi giá tri I’ vào bảng Sau đó giảm U về 0 4 Đổi chiều dòng điện và ghi nhận giá trị I’’ vào bảng Lặp lại thí nghiệm như trên 2 lần nữa và tính giá trị trung bình, BT, … Có thể tiến hành thí nghiệm với số vòng khác nhau Kết thúc thí nghiệm: tắt... chuyển vật AB ra xa TKPK đến ví trị khác sao cho, trên màn ta quan sát thấy ảnh A2’B2’ hiện ra rõ nét trên màn ( ảnh này nhỏ hơn ảnh A’B’) Khi đó, ảnh ảo A1’B1’ của vật AB qua TKPK nằm trùng với vị trí (1) của vật AB c Đo khoảng cách d và d’ ta sẽ xác định được tiêu cự của TKPK trong thí nghiệm theo công thức : f = d d ' d + d' Lưu ý là d’ trong thí nghiệm ta lấy giá trị âm III Dụng cụ thí nghiệm :... qua cuộn dây (mA) d – đường kính của cuộn dây ( khoảng 160 mm) III - Dụng cụ thí nghiệm : La bàn tang Chiết áp điện tử Đồng hồ đo điện đa năng (dùng ở thang DC 200mA) Nguồn điện DC 6V – 150 mA GVBS: Huỳnh Quốc Lâm - page25 - Tài liệu bồi dưỡng HSG THNT Vật lý THPT - Các dây nối IV Lắp ráp thí nghiệm : Bé nguån Lắp ráp thí nghiệm như hình vẽ: 1 Điều chỉnh la bàn tang sao cho mặt thước BiÕn đo góc thật... THNT Vật lý THPT β = 277,20 Và (∆β)max = 1,20 β = β ± (∆β)max = 277,20 ± 1,20 Đồ thị : Tham khảo thêm: SGK Vật Lý 11 ( Cơ bản) GVBS: Huỳnh Quốc Lâm - page21 - Tài liệu bồi dưỡng HSG THNT Vật lý THPT Bài 7 : XÁC ĐỊNH TIÊU CỰ CỦA THẤU KÍNH PHÂN KỲ I - Mục đích : Biết được phương pháp xác định tiêu cự của thấu kính phân kỳ bằng cách ghép nó đồng trục với một thấu kình hội tụ để tạo ra ảnh thật của vật. .. Trong bài ta khảo sát transistor npn bằng cách dùng các đồng hồ đo điện đa năng đo các giá trị của dòng điện trong ba cực E, B, C và tìm hệ số khuếch đại transisitor dựa vào biểu thức: GVBS: Huỳnh Quốc Lâm - page17 - Tài liệu bồi dưỡng HSG THNT Vật lý THPT β= IC IB Tham khảo thêm về nguyên tắc hoạt động của transistor và Diode trong SGK lý 11 ( CB và NC), trong SGK công nghệ 12 III Dụng cụ thí nghiệm . HSG THNT Vật lý THPT Kết thúc thí nghiệm : Nhấn khoá K , tắt điện đồng hồ đo thời gian hiện số. V. Báo cáo thí nghiệm : - Lập bảng lấy giá trị các lần đo t với các s khác nhau ( cho các giá trị. lại hai lần thí nghiệm và ghi các giá trị vào bảng. Kết thúc thí nghiệm: gạt công tắc, tắt các đồng hồ đo điện, sau đó mới tháo các dụng cụ và vệ sinh nơi thực hành. V. Báo cáo thí nghiệm : 1 khảo thêm: SGK Vật Lý 10 ( Cơ bản) GVBS: Huỳnh Quốc Lâm - page3 - Tài liệu bồi dưỡng HSG THNT Vật lý THPT Bài 2: ĐO HỆ SỐ MA SÁT I. Mục đích thí nghiệm : - Dùng PP động lực học để nghiên cứu