Hướng dẫn thực hành thí nghiệm vật lý đại cương

Hướng dẫn thực hành thí ngHướng dẫn thực hành thí nghiệm vật lý đại cương Hướng dẫn thực hành thí nghiệm vật lý đại cương Hướng dẫn thực hành thí nghiệm vật lý đại cương Hướng dẫn thực hành thí nghiệm vật lý đại cương Hướng dẫn thực hành thí nghiệm vật lý đại cương Hướng dẫn thực hành thí nghiệm vật lý đại cương Hướng dẫn thực hành thí nghiệm vật lý đại cương Hướng dẫn thực hành thí nghiệm vật lý đại cương Hướng dẫn thực hành thí nghiệm vật lý đại cương Hướng dẫn thực hành thí nghiệm vật lý đại cương Hướng dẫn thực hành thí nghiệm vật lý đại cương Hướng dẫn thực hành thí nghiệm vật lý đại cương Hướng dẫn thực hành thí nghiệm vật lý đại cương Hướng dẫn thực hành thí nghiệm vật lý đại cương Hướng dẫn thực hành thí nghiệm vật lý đại cương Hướng dẫn thực hành thí nghiệm vật lý đại cương Hướng dẫn thực hành thí nghiệm vật lý đại cương Hướng dẫn thực hành thí nghiệm vật lý đại cương Hướng dẫn thực hành thí nghiệm vật lý đại cương Hướng dẫn thực hành thí nghiệm vật lý đại cương Hướng dẫn thực hành thí nghiệm vật lý đại cương Hướng dẫn thực hành thí nghiệm vật lý đại cương Hướng dẫn thực hành thí nghiệm vật lý đại cương Hướng dẫn thực hành thí nghiệm vật lý đại cương Hướng dẫn thực hành thí nghiệm vật lý đại cương Hướng dẫn thực hành thí nghiệm vật lý đại cương Hướng dẫn thực hành thí nghiệm vật lý đại cương

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

Th.S PHAN VĂN TIẾN Th.S PHAN NHẬT NGUYÊN

HƯỚNG DẪN

THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG

LƯU HÀNH NỘI BỘ

Nha Trang, tháng 06 năm 2015

Trang

MỞ ĐẦU

PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM VẬT LÝ 1

LÝ THUYẾT VỀ SAI SỐ VÀ ĐỒ THỊ THÍ NGHIỆM……… 2

1 THÍ NGHIỆM CƠ HỌC TRÊN ĐỆM KHÍ 5

2 THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT HIỆN TƯỢNG NHIỆT ĐIỆN 17

3 THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH CỦA DIODE 26

4 THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT HIỆN TƯỢNG GIAO THOA ÁNH SÁNG VÀ ĐO BƯỚC SÓNG CỦA TIA LASER 40

5 ĐO PLANCK 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO

Vật lý là môn khoa học thực nghiệm Hầu hết các định luật Vật lý đều được hình thành

từ thực nghiệm, ngay cả những định luật được rút ra từ lí thuyết cũng chỉ được chấp nhận khi đã được thực nghiệm kiểm chứng

Hiện nay, phương pháp thực nghiệm vẫn được coi là phương pháp chủ yếu khi nghiên cứu và giảng dạy Vật lý Do đó, thí nghiệm là phần không thể thiếu được trong quá trình giảng dạy Vật lý

Hơn nữa, thí nghiệm là nguồn tri thức của Vật lý, vì thế hoạt động thí nghiệm cũng được sử dụng để giúp sinh viên tìm tòi và khám phá ra tri thức mới

Mặc khác, thí nghiệm còn đóng vai trò kiểm tra những tri thức Vật lý đã được hình thành từ mọi con đường Lúc này thí nghiệm được coi là một phần của thực tiễn, đóng vai trò là chân lí của nhận thức

Ngoài ra, thông qua hoạt động thí nghiệm sinh viên còn được rèn luyện tác phong và những đức tính cần thiết của người làm nghiên cứu khoa học như: cẩn thận, khách quan và trung thực Tài liệu Hướng dẫn thực hành Vật lý đại cương này được biên soạn cho sinh viên hệ Đại học và Cao đẳng Trường Đại học Nha Trang với mục đích hướng dẫn sinh viên học Vật

lý thông qua phương pháp thực nghiệm, do đó chúng tôi có biên soạn tóm tắt phần lí thuyết của các bài thí nghiệm

PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ

THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG

Nhằm mục đích bảo đảm chất lượng đào tạo, bộ môn vật lý quy định phương pháp đánh giá học phần thực hành thí nghiệm vật lý đại cương như sau:

1/ Điểm của học phần là điểm trung bình cộng của các bài thí nghiệm vật lý Sinh viên chỉ có điểm khi hoàn thành đầy đủ chương trình thực hành Trong trường hợp không thực hiện đầy đủ các bài thí nghiệm theo quy định, bài thí nghiệm nào chưa thực hiện sẽ nhận điểm không

2/ Điểm một bài thí nghiệm được lấy theo thang điểm 10, đánh giá dựa trên ba tiêu chí sau: a) Kiến thức:

Trả lời câu hỏi lí thuyết và thực hành trong báo cáo thí nghiệm

Trả lời câu hỏi của giảng viên khi đăng kí thí nghiệm và khi nghiệm thu thí nghiệm b) Kĩ năng:

Thao tác thực hiện thí nghiệm đúng theo hướng dẫn trong tài liệu “Hướng dẫn thực hành thí nghiệm vật lý đại cương”

Kết quả đo phù hợp với mẫu đo

Những trường hợp sau sẽ bị trừ điểm:

Khi đã hết thời gian thực hành nhưng chưa hoàn thành thí nghiệm

Thực hiện thí nghiệm cẩu thả không tuân thủ quy tắc an toàn thiết bị thí nghiệm c) Thái độ:

Đi trễ sẽ bị trừ điểm

Vi phạm nội quy phòng thí nghiệm sẽ nhận điểm không

Sao chép số liệu thực hành của nhóm khác hoặc không biết thực hiện thí nghiệm sẽ nhận điểm không

Lưu ý:

Sinh viên có thể liên hệ với giáo viên hướng dẫn để đăng kí làm lại những bài thí nghiệm nhận điểm không

LÝ THUYẾT VỀ SAI SỐ VÀ ĐỒ THỊ THÍ NGHIỆM

Ví dụ: quả cầu bị méo làm cho đường kính mỗi chỗ mỗi khác …

Vì vậy mọi phép đo đều mắc phải sai số

I.2 Sai số của những đại lương đo trực tiếp

Trong phép đo trực tiếp, đại lượng cần đo được so sánh trực tiếp với đại lượng được chọn làm đơn vị Ví dụ: đo chiều dài bằng thước, đo thời gian bằng thì kế ( đồng

hồ ), đo nhiệt độ bằng nhiệt kế …

Để tính sai số khi đo trực tiếp đại lượng a Ta đo a nhiều lần được các giá trị: a1 ,

a2 , a3 …an Lấy trung bình của n lần đo:

n

a a

a a

∆an = │a - an │

Sai số được xác định theo (2) gọi là sai số tuyệt đối của phép đo

Nếu đo 10 lần trở lên sai số của phép đo đại lượng a là ∆a được tính bằng trung bình cộng của các lần đo

Nếu số lần đo nhỏ hơn 10 thì sai số của phép đo đại lượng a là ∆a lấy bằng sai số lớn nhất của các lần đo

Trường hợp đo nhiều lần nhưng kết quả giống nhau thì sai số của phép đo lấy bằng

độ chính xác của dụng cụ đo

Ví dụ 1: Nếu độ chính xác của thước kẹp là δ = 0,05mm thì sai số phép đo: ∆a =

δ = 0,05mm

Ví dụ 2: Nếu vạch chia nhỏ nhất của thước V = 1mm thì độ chính xác của thước:

δ = V/2 = ½ = 0,5mm , sai số phép đo ∆a = δ = 0,5mm

Ví dụ 3: Nếu vạch chia nhỏ nhất của Vôn kế là V = 0,5 mV thì độ chính xác của Vôn kế: δ = V/2 = 0,5/2 = 0,25mV, sai số phép đo ∆V = δ = 0,25mV

I.3 Sai số của những đại lượng đo gián tiếp

Nhiều đại lượng không thể đo trực tiếp mà phải thông qua phép đo trực tiếp các

đại lượng khác rồi dùng công thức để tính

Ví dụ: Để đo thể tích V của hình hộp ta đo trực tiếp ba cạnh a, b và c của hình hộp, rồi dùng công thức V = a.b.c để tính

Để tính sai số những đại lượng đo gián tiếp Người ta dựa vào các định lí sau:

a) Định lí 1: Sai số tuyệt đối của một tổng hay hiệu bằng tổng sai số của các số hạng

X = a + b → ∆X = ∆a + ∆ b ( 3 )

Y = c – d → ∆Y = ∆c + ∆d b) Định lí 2: Sai số tương đối của một tích số hay một thương số bằng tổng sai số tương đối của các thừa số:

b

b a

a X

X b

c Y

Y d

c

Ví dụ: Đo dung tích của một hình hộp :

Đo trực tiếp bề rộng a: a = a a

Đo trực tiếp bề dài b: b = b b

Đo trực tiếp chiều sâu c: c = c c

Tính giá trị trung bình của dung tích: V a.b.c

Tính sai số phép đo:

c

c b

b a

a V

b a

a V V

I.4 Cách viết kết quả

Kết quả đo được trình bày như sau:

X = X  X ( 5 )

Trong đó X là giá tri trung bình của phép đo và X là sai số của phép đo

Chú ý: sai số không cộng hay trừ vào giá trị trung bình

a/ Giá trị trung bình được làm tròn đến độ nhạy của dụng cụ

Ví dụ: Thước kẹp có độ nhạy δ = 0,05 mm thì giá trị trung bình được làm tròn

như sau:

57,6523mm → 57,65mm

b/ Qui tắc làm tròn như sau:

Chữ số giữ lại cuối cùng không đổi Nếu chữ số đứng sau nó nhỏ hơn 5 và bỏ đi Chữ số cuối cùng giữ laị tăng thêm một đơn vị Nếu chữ số đứng sau lớn hơn 5 và

d/ Con số lẻ của giá trị trung bình X và sai số Xphải bằng nhau

Viết sai Viết đúng

( 56,3 ± 0,45 ) → ( 56,30 ± 0,45 )

( 47,125 ± 0,15 ) → ( 47,12 ± 0,15 )

( 25 ± 0,23 ) → ( 25,00 ± 0,23 )

II ĐỒ THỊ THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM VẬT LÝ

II.1 Mục đích đồ thị

a) Xác định một số đại lượng như góc nghiệng, điểm cắt của đường biểu diễn, mối quan hệ giữa hai đại lượng và các trục tọa độ… Trên cơ sở đồ thị có thể ngoại suy một giá trị nào đó mà ta không thể thu được trực tiếp trong thí nghiệm

b) Giúp ta nhìn rõ ngay quan hệ phụ thuộc giữa hai đại lượng mà nhiều khi khó thấy trên một bảng số

c) Thiết lập mối quan hệ thực nghiệm giữa hai đại lượng Thí dụ đo hệ số nhớt  của chất lỏng ở các nhiệt độ khác nhau, thiết lập quan hệ  = (t0) trên đồ thị và khẳng định qui luật phụ thuộc này

b Vẽ đồ thị Hình vẽ (1)

Đưa các số liệu đo đạc và tính toán (kể cả sai số) vào bảng biến thiên

Với mỗi giá trị x i   x i x i được một giá trị y i   y i y i tương ứng Vẽ điểm (x , i y ) và các sai số của nó lên mặt phẳng đồ thị i

Với xác suất nào đó, giá trị thực sẽ nằm trong hình chữ nhật tâm là (x , i y ), các cạnh i

2x i, 2y i (gọi là ô sai số) Có trường hợp x i hoặc y i quá nhỏ, hình chữ nhật thu về một đoạn thẳng

Sau khi vẽ các điểm thực nghiệm lên mặt phẳng tọa độ, vẽ đường cong trơn tru tốt nhất ( đường thẳng hay đường cong, không phải là đường gấp khúc nối các điểm số liệu thực hành) theo qui luật các điểm đó Do sai số của phép đo có thể có một số điểm lệch ra ngoài đồ thị

i

y

i x

BÀI THÍ NGHIỆM 1 CƠ HỌC TRÊN ĐỆM KHÍ

I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM

1 Nghiệm lại định luật Newton I

2 Nghiệm lại định luật Newton II

3 Nghiệm lại định luật bảo toàn động lượng và định luật Newton III

II NỘI DUNG LÍ THUYẾT THÍ NGHIỆM

1 Chất điểm

Chất điểm là vật có kích thước rất nhỏ so với khoảng cách từ nó đến hệ qui chiếu O

2 Động lượng của chất điểm

- Nếu chất điểm đứng yên sẽ đứng yên mãi

- Nếu chất điểm chuyển động sẽ chuyển động thẳng đều mãi

- Hay nói cách khác động lượng của chất điểm bảo toàn: p m v const

 

Trong chuyển động thẳng đều vận tốc v của chất điểm tại mọi vị trí bằng nhau

Trong bài thí nghiệm này chúng ta đo vận tốc v của một vật (chất điểm) tại hai vị trí khác nhau trong chuyển động thẳng (đã khử lực ma sát) Nếu vận tốc v của vật tại hai vị trí khác nhau tương đương nhau: Định luật Newton I được nghiệm đúng

Vật 1 có khối lượng m1 chuyển động trên thanh ngang, bỏ qua lực ma sát giữa vật

1 và thanh ngang

Một quả trọng có khối lượng m, chuyển động theo phương thẳng đứng

Vật 1 và quả trọng được nối với nhau bằng sợi dây không đàn hồi Sợi dây được vắt qua một ròng rọc Rc Bỏ qua lực ma sát giữa sợi dây và ròng rọc Rc Hình vẽ (1)

Áp dụng định luật Newton II cho vật 1

T m a1

 (1) Chiếu (1) lên chiều (+) ta được



Với g là gia tốc của trọng trường

Trong bài thí nghiệm này chúng ta dùng biểu thức (1-4) để tính gia tốc a của vật 1

từ định luật Newton II

5 Định luật Newton III

Trong một hệ qui chiếu quán tính nếu chất điểm (1) tác dụng lên chất điểm (2) một lực

F1 F2 0

  (1- 5)

6 Định luật bảo toàn động lượng

Trong một hệ qui chiếu quán tính một hệ chất điểm cô lập hay tổng ngoại lực tác dụng lên hệ chất điểm bằng không thì tổng động lượng của hệ chất điểm bảo toàn

Nếu hệ chỉ có hai chất điểm

Như vậy định luật Newton III và định luật bảo toàn động lượng có cùng bản chất vật lý

7 Định luật bảo toàn động lượng trong va chạm mềm

Nếu sau va chạm hai chất điểm dính vào nhau, thì va chạm giữa hai chất điểm được gọi là va chạm mềm Trong va chạm mềm tổng động lượng của hệ được bảo toàn

Trước va chạm chất điểm 2 đứng yên (động lượng của chất điểm 2 bằng không), chất điểm 1 chuyển động với vận tốc v1



Ta có tổng động lượng của hệ sau va chạm

m m

v m v



 (1-7) Trong bài thí nghiệm này, chúng ta đo vận tốc v1 từ thí nghiệm (v1 = s/t1) và dùng biểu thức (1-7) tính vận tốc v của hệ sau va chạm mềm từ định luật bảo toàn động lượng

Từ thí nghiệm ta đo trực tiếp vận tốc của hệ sau va chạm mềm: V = s/t2 Nếu V ≈ v thì định luật bảo toàn động lượng được nghiệm đúng

8 Chuyển động thẳng thay đổi đều

Hình vẽ (a) là trường hợp chất điểm M chuyển động thẳng nhanh dần đều

Hình vẽ (b) là trường hợp chất điểm M chuyển động thẳng chậm dần đều

Chuyển động thẳng thay đổi đều là chuyển động trên quỹ đạo thẳng, có vec-tơ gia tốc

Biểu thức (1-8) cho phép xác định vận tốc v của chất điểm tại từng thời điểm t

Ta có phương trình chuyển động của chất điểm chuyển động thẳng thay đổi đều

Từ (1- 8) và (1-9) ta suy ra:

v2 v o2  2ax (1-10) Biểu thức (10) cho phép xác định vận tốc v của chất điểm tại từng vị trí x

Suy ra gia tốc a của vật

x

v v

x

v a

2

2

 (1- 12) Trong bài thí nghiệm này, chúng ta đo vận tốc v trực tiếp từ thí nghiệm và dùng biểu thức (1-12) tính gia tốc a trực tiếp từ thực nghiệm Nếu kết quả đo gia tốc a từ thực nghiệm (1-12)

và tính từ định luật Newton II (1- 4) tương đương thì định luật Newton II được nghiệm đúng

III DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM

Thành phần bộ thí nghiệm (Hình 2) bao gồm:

Hình 2

1 Băng đệm khí (H) có dạng một hộp rỗng dài 1,20 m, ở hai đầu có gắn hai tấm chắn

(S1) và (S2) Mặt trên của băng có dạng chữ V úp, phẳng và nhẵn, có hai dãy lỗ khoan nhỏ để khí nén phun ra ngoài Đệm khí có tác dụng khử lực ma sát giữa băng đệm khí và vật đặt lên trên nó, nhưng không khử được lực ma sát giữa vật và không khí

Độ thăng bằng của đệm khí được điều chỉnh bằng các đế (G)

Lưu ý sử dụng: SV không tự ý điều chỉnh độ thăng bằng của đệm khí

2 Bơm không khí được kết nối với Băng đệm khí bằng ống dẫn (P) Công tắc (R) dùng

để bật tắt bơm

Lưu ý sử dụng: Không được bật/tắt bơm khí liên tiếp sẽ khiến bơm có nguy cơ bị hỏng

3 Vật 1 (ở bên phải) có khối lượng m1 (kg), được cho tại bài thí nghiệm, trên vật (1) có gắn bản chắn sáng C hình chữ U (Hình 3), khoảng cách giữa 2 nhánh chắn sáng (A,B)

chữ U là s = 0,03 m

Bản chắn sáng C dạng chữ U với s = 0.03 m

P Vật 1

Vật 2

C

H R

4 Vật 2 (ở bên trái) có khối lượng m2 (kg), được cho tại bài thí nghiệm, trên vật 2 không

- Không làm cong hay gãy bản chắn sáng C

- Không gỡ bộ phận có vai gai móc dính

6 Ròng rọc nhỏ (Rc) được gắn trên tấm chắn S2 của băng đệm khí

7 Quả trọng (m) được nối với một sợi chỉ mảnh, được sử dụng chung với ròng rọc

Lưu ý sử dụng:

- Nếu sợi dây nối với quả trọng đã cũ hay bị đứt nên yêu cầu thay dây mới

- Tránh làm ròng rọc bị rơi ra khỏi vị trí cố định

8 Hai cổng cảm biến quang điện (Đ1) và (Đ2) Mỗi cổng gồm một diode phát quang D1

phát ra tia hồng ngoại, và một photodiode D2 nhận tia hồng ngoại từ D1 chiếu sang

9 Máy đo thời gian 1 và 2 (Hình 4)

Hình 4

Máy đo thời gian hiện số được sử dụng trong phòng thí nghiệm có hai loại là MC –

963 và MC – 964 Cả hai đều có các chi tiết quan trọng sau:

Núm TIME RANGE hay núm Thang đo dùng chọn thang đo thời gian: 9,999s hoặc

99,99s tương ứng lần lượt với độ chia nhỏ nhất là 0,001s và 0,01s

Núm xoay MODE dùng chọn một trong các kiểu đo thời gian

Institute of Engineering Physics – HUT ĐỒNG HỒ ĐO THỜI GIAN HIỆN SỐ

Ô cửa TIME hay ô cửa Thời gian dùng hiển thị số đo thời gian gồm bốn số chỉ thị

bằng LED và một dấu chấm thập phân tự động dịch chuyển khi chọn thang đo

Công tắc K (đối với máy MC - 963) hay công tắc ON-OFF (đối với máy MC - 964) dùng đóng ngắt điện cung cấp cho đồng hồ đo thời gian Lưu ý: công tắc ON-OFF của

máy MC – 964 nằm ở mặt sau của máy SV yêu cầu giáo viên hướng dẫn vị trí công tắc ON-OFF của máy MC – 964

Núm K 1 (đối với máy MC - 963) hay núm RESET (đối với máy MC - 964) dùng đưa

các số hiển thị trên ô cửa Thời gian về 0.000

Lưu ý: Đối với núm K1 hay núm RESET đã bị mòn thì khi ấn vào không thể đưa con

số trên ô cửa Thời gian về trạng thái 0.000, do đó có thể sử dụng núm K hay núm OFF để tắt máy đo thời gian rồi sau đó bật lại, con số trên ô cửa Thời gian sẽ trở về trạng thái 0.000

ON-Tùy thuộc vị trí đặt núm xoay chuyển mạch MODE, máy đo thời gian sẽ làm việc

theo các kiểu khác nhau

Trong bài thí nghiệm này, máy đo được thiết lập chế độ làm việc như sau:

Núm MODE ở vị trí n = N/2 đối với máy MC–963 và ở vị trí T đối với máy

MC– 964

Núm TIME RANGE (Thang đo) bật về phía 9,999

Lưu ý sử dụng: Không tự ý thay đổi chế độ đo của máy

Nguyên tắc đo thời gian:

Xét một vật trượt trên băng đệm khí đi qua cổng cảm biến quang điện, khi mép trái

A của một thanh của bản chắn sáng C gắn trên vật đi qua cổng cảm biến che tia hồng ngoại thì máy đo thời gian bắt đầu đếm liên tục cho tới khi mép trái của thanh B còn lại của bản chắn sáng C đi qua cổng cảm biến, che tia hồng ngoại thì máy đo dừng đếm Con

số hiển thị trên ô cửa TIME hay thời gian cho biết khoảng thời gian vật chuyển động ứng

với độ dịch chuyển (quãng đường) bằng khoảng cách s giữa hai nhánh của bản chắn sáng

C hình chữ U

10 Nguyên tắc đo của bài thí nghiệm này

Khi hai nhánh chữ U của vật trượt đi qua đầu cảm biến Đ Đầu cảm biến Đ ghi

nhận khoảng thời gian t mà hai nhánh chữ U đi ngang qua nó

Thời gian t này được hiện lên mặt dụng cụ điện tử Time ( s )

Vận tốc của vật đi qua đầu cảm biến được tính: v = s/t = 0,03/ t = …m/s

Biết được vận tốc ta có thể suy động lượng p = mv hay gia tốc a = v2 /2x của vật

IV TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

Chú ý quan trọng: Thanh đệm khí đã được điều chỉnh cân bằng nằm ngang SV

tuyệt đối không được dịch chuyển thanh đệm khí

IV.1 PHẦN CHUẨN BỊ THÍ NGHIỆM

1 SV đăng ký thí nghiệm tại bàn Giáo viên

2 SV đọc tài liệu và quan sát dụng cụ thí nghiệm 10 phút

3 SV ghi vào Bài báo cáo thí nghiệm các số liệu sau (đã cho sẵn tại Bài thí nghiệm) :

IV.2.1 NGHIỆM LẠI ĐỊNH LUẬT NEWTON I

Chú ý: SV thực hành thí nghiệm theo qui trình thứ tự các bước sau:

Trước khi làm thí nghiệm SV phải đọc kỹ các bước thao tác thí nghiệm từ bước 1 đến bước 15 sau:

Bước 1: SV lấy vật 2 bên trái ra khỏi thanh đệm khí và đặt nhẹ nhàng lên trên bàn thí

nghiệm

Bước 2: Vật 1 đặt trên thanh đệm khí Sao cho chữ U hướng về phía dụng cụ đo thời

gian và đầu có băng dính hướng về bên trái

Bước 3: SV mở nguồn cung cấp điện cho bài thí nghiệm tại ổ cắm chung

Bước 4: SV nhấn núm K của hai dụng cụ đo thời gian, để mở dụng cụ

- Dụng cụ bên phải đo thời gian t1

- Dụng cụ bên trái đo thời gian t2

- Nếu các dụng cụ đo thời gian không ở trạng thái 0,00

- SV dùng tay trái ấn núm K1 (Reset) để đưa đồng hồ về 0,00

- Nếu chưa rõ hỏi giáo viên

Bước 5: SV ấn núm R màu đen trên máy bơm khí để mở máy bơm khí

Bước 6: SV dùng tay phải kéo vật 1 về sát đầu phải của thanh đệm khí và giữ lại

Bước 7: SV để tay trái ở sát đầu trái của thanh đệm khí

Bước 8: SV dùng tay phải đẩy vật 1 để vật 1 chuyển động về bên trái Chú ý đẩy vật 1

và buông ra, không phải cầm vật 1 kéo rê về bên trái Đẩy sao cho vật 1 chuyển động không quá chậm

Bước 9: Khi vật 1 tới đầu trái của thanh đệm khí SV dùng tay trái giữ vật 1 lại

Bước 10: SV ghi thời gian t1 và t2 vào bảng 1 của Bài báo cáo thí nghiệm

Bước 11: SV làm lại thí nghiệm từ bước 5 đến bước 10 hai lần nữa

Bước 12: SV tắt máy bơm khí

Bước 13: SV ấn núm K để tắt hai dụng cụ đo thời gian

Bước 14: SV dùng công thức v = s/t = 0,03/t = …….m/s để tính vận tốc v1 và v2 của vật

tại vị trí Đ1 và Đ2

Bước 15: SV ghi kết quả của v1 và v2 vào bảng 1 của báo cáo thí nghiệm và hoàn thành

báo cáo thí nghiệm phần

IV.2.2 NHIỆM LẠI ĐỊNH LUẬT NEWTON II

Chú ý: SV thực hành thí nghiệm theo qui trình thứ tự các bước sau :

Trước khi thực hành thí nghiệm SV phải đọc kỹ các bước thao tác thí nghiệm từ bước 1 đến bước 15 sau:

Thí nghiệm gồm 18 bước theo trình tự sau:

Bước 1: Đặt vật 1 lên trên băng đệm khí Lưu ý: Bản chắn sáng chữ U gắn trên vật 1

phải hướng về phía máy đo thời gian Vật 2 để trên bàn thí nghiệm

Bước 2: Dùng tay phải dịch chuyển vật 1 tới vị trí, tại đó mép trái vật 1 trùng với vạch

mức M được làm dấu trên thước của băng đệm khí Khi mép trái của vật 1 ở vị trí này thì mép trái của thanh A của bản chắn sáng cách cổng cảm biến Đ2 (nói chính xác là cách tia hồng ngoại do diode phát quang D1 phát ra) một khoảng x Giá trị của x được cho sẵn tại bàn thí nghiệm Giữ vật 1 đứng yên tại vị trí này Bước 3: Luồn sợi dây treo quả trọng m qua khe hở hình chữ nhật của tấm chắn S2, rồi

đặt sợi dây nằm trên rãnh của ròng rọc Rc và móc đầu sợi dây vào đinh ốc trên vật 1 Nếu chưa rõ nhờ giáo viên hướng dẫn

Bước 4: SV ghi giá trị của x đã cho ở bài thí nghiệm vào Báo cáo thí nghiệm

Bước 5: Kiểm tra sợi dây treo quả nặng có nằm trên rãnh ròng rọc không? Nếu không thì

dùng tay điều chỉnh lại Nếu sợi dây không nằm trên rãnh ròng rọc sẽ cho kết quả thí nghiệm sai

Bước 6: SV nhấn núm K hoặc núm ON-OFF của máy đo thời gian 2 (bên trái) để máy

hoạt động

Bước 7: Kiểm tra con số hiển thị trên ô cửa TIME hay ô cửa Thời gian đã ở trạng thái

0.000 chưa? Nếu chưa thì dùng tay trái nhấn núm K1 hay RESET

Bước 8: SV dùng tay trái giữ vật 1 Sao cho đầu trái vật 1 trùng với vạch mức M trên

băng đệm khí, như ở bước 3

Bước 9: SV dùng tay phải ấn núm R trên máy bơm khí để mở máy bơm khí

Bước 10: SV đổi tay: dùng tay phải giữ vật 1, sao cho vật 1 ở vị trí như bước 3

Bước 11: Sau đó, để tay trái ở giữa tấm chắn S2 và cổng cảm biến Đ2 nhưng gần S2 hơn

và không chạm vào sợi dây treo quả trọng

Bước 12: Buông tay phải để thả vật 1 đang ở vị trí M, dưới tác dụng của quả trọng vật 1

chuyển động về phía đầu bên trái của băng đệm khí

Bước 13: Khi vật 1 đi qua khỏi hoàn toàn cổng cảm biến Đ2 thì dùng tay trái giữ vật 1 lại

trước khi vật va chạm vào tấm chắn S2

Bước 14: Ghi thời gian t vào Bảng 2 của báo cáo thí nghiệm 2

Bước 15: SV tắt máy đo thời gian và máy bơm khí

Bước 16: Lập lại thí nghiệm (từ bước 2 đến bước 14) thêm hai lần nữa

Bước 17: Tháo sợi dây ra khỏi vật 1, rồi treo quả trọng lên đầu bên trái băng đệm khí như

ban đầu

Bước 18: Tắt máy bơm khí và máy đo thời gian

Bước 19: SV hoàn thành báo cáo thí nghiệm phần

- SV dùng công thức v = s/t = 0,03/t = …… m/s tính vận tốc của vật 1 và ghi vào bảng 2 của bài báo cáo thí nghiệm

- SV dùng công thức a = v2/2x để tính gia tốc a của vật 1 và ghi vào bảng 2 của bài

báo cáo thí nghiệm

- Áp dụng định luật Newton II SV tính gia tốc của vật 1 theo biểu thức (1-4)

m m1

mg a



- SV so sánh và nhận xét gia tốc a của vật đo bằng thực nghiệm a = v2/2x và gia tốc

a của vật tính bằng lí thuyết theo định luật Newton II

IV.2.3 NGHIỆM LẠI ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG TRONG VA CHẠM MỀM VÀ ĐỊNH LUẬT NEWTON III

Thí nghiệm gồm 12 bước theo trình tự sau:

Bước 1: Đặt vật 1 lên trên băng đệm khí tại vị trí gần tấm chắn S1 (tận cùng bên phải của

băng đệm khí)

Lưu ý: Bản chắn sáng chữ U hướng về phía máy đo thời gian và đầu có băng dính

hướng về bên trái

Bước 2: Đặt vật 2 lên trên băng đệm khí, ở vị trí khoảng giữa hai cổng cảm biến Đ1 và

Đ2 , sao cho đầu có vải móc dính gần Đ2 hơn và hướng về bên phải, giữ vật đứng yên tại vị trí này bằng tay trái

Bước 3: Nhấn núm K hoặc núm ON-OFF của hai máy đo thời gian để máy hoạt động

Bước 4: Kiểm tra xem con số trên ô cửa TIME hay ô cửa Thời gian đã ở trạng thái 0.000

chưa? Nếu chưa thì nhấn núm K1 hay RESET

Bước 5: Dùng tay phải ấn núm R trên máy bơm khí để mở máy bơm khí

Bước 6: Đẩy vật 1 về bên trái (đẩy và buông ra không kéo rê vật 1) Khi vật 1 sắp va

chạm vào vật 2 thì thả nhẹ vật 2 ra sao cho vật 2 phải đứng yên trước khi bị va chạm Sau va chạm, hai vật dính vào nhau cùng chuyển động về bên trái

Bước 7: Khi hệ hai vật đi qua khỏi hoàn toàn cổng cảm biến Đ2 thì dùng tay giữ hệ lại

trước khi hệ va chạm vào tấm chắn S2

Bước 8: Ghi giá trị của thời gian t và 1 t vào Bảng 3 của báo cáo thí nghiệm 2

Bước 9: Gỡ hai vật bị dính vào nhau ra và đặt lên trên bàn thí nghiệm

Bước 10: Lập lại thí nghiệm (từ bước 1 đến bước 8) thêm hai lần nữa

Bước 11: Tắt máy bơm khí và máy đo thời gian

Bước 12: Hoàn thành báo cáo thí nghiệm phần IV.2.3 Nghiệm lại định luật bảo toàn

động lượng trong va chạm mềm và định luật Newton III và nộp báo cáo thí

nghiệm cho giáo viên

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LÝ

BÀI THÍ NGHIỆM 1 CƠ HỌC TRÊN ĐỆM KHÍ

II LÍ THUYẾT THÍ NGHIỆM ( SV trả lời các câu hỏi sau )

1 Hãy trình bày định luật Newton I

2 Hãy trình bày định luật Newton II

3 Hãy trình bày định luật Newton III

4 Hãy trình bày định luật bảo toàn động lượng

5 Viết công thức tính gia tốc a của vật trong chuyển động thẳng thay đổi đều: Biểu thức (1-12)

6 Viết biểu thức (1-4) tính gia tốc của vật 1 theo định luật Newton II

7 Viết công thức tính vận tốc v của hệ sau va chạm mềm: Biểu thức (1-7)

8 Đệm khí có tác dụng gì?

9 Vật chuyển động trên đệm khí có khử hết toàn bộ lực ma sát không ?

III KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

5 Khoảng cách giữa hai nhánh chữ U : s = 0,03 m

B Nghiệm lại định luật Newton I

C Nghiệm lại định luật Newton II

1 Gia tốc a của vật được đo bằng thí nghiệm

3.Nhận xét: SV so sánh gia a tốc của vật được đo bằng thực nghiệm và được tính

bằng lí thuyết theo Định luật Newton II và kết luận

2 Nhận xét: SV so sánh giá trị vận tốc của hệ sau va chạm đo bằng thực nghiệm V =

s/t2 và vận tốc của hệ tính bằng lí thuyết theo định luật bảo toàn động lượng

v = m1v1 / ( m1 + m2 ) và kết luận

BÀI THÍ NGHIỆM 2

HIỆN TƯỢNG NHIỆT ĐIỆN

I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM

1 Khảo sát hiện tượng nhiệt điện

2 Dùng thực nghiệm kiểm chứng lại công thức lí thuyết về nhiệt điện

II NỘI DUNG THÍ NGHIỆM

Có 2 kim loại khác nhau C1 và C2 được nối với nhau thành một mạch kín Hai điểm nối S1 và S2 được gọi là mối hàn

Nếu nhiệt độ của hai mối hàn khác nhau thì trong mạch sẽ xuất hiện một sức điện động ε Được gọi là sức điện động nhiệt điện Hiện tượng trên do Seebeck phát hiện vào năm 1821 và 2 kim loại khác nhau nối lại thành 1 mạch kín được gọi là cặp nhiệt điện

Hiện tượng Seebeck có thể được giải thích như sau:

Ta xét 2 kim loại khác nhau C1 và C2 cho tiếp xúc nhau

Tại nối tiếp xúc có nhiệt độ T Các electron dẫn do chuyển động nhiệt sẽ khuếch tán từ kim loại C1 sang C2 và ngược lại

Bởi vì nồng độ electron dẫn trong 2 kim loại là khác nhau, cho nên các dòng khuếch tán sẽ khác nhau

Giả sử nồng độ electron dẫn n1 trong kim loại C1 lớn hơn dòng electron dẫn n2trong kim loại C2 Khi đó dòng electron khuếch tán từ kim loại C1 sẽ lớn hơn dòng electron khuếch tán ngược lại từ kim loại C2

Do đó kim loại C1 sẽ tích điện dương còn kim loại C2 sẽ tích điện âm Kết quả là giữa 2 kim loại sẽ xuất hiện thế hiệu U1 Từ lý thuyết chứng minh được

kT

U  ( 1 ) Trong đó e là điện tích của electron và k = 1,38.10 -23

J/K là hằng số Boltzmann và

T là nhiệt độ tuyệt đối

Nếu 2 kim loại C1 và C2 nối thành một mạch kín

Như vậy suất điện động ε của cặp nhiệt điện tỉ lệ thuận với hiệu nhiệt độ giữa đầu

nóng và đầu lạnh ( T1 – T2 ) Ta có đồ thị của ε theo ( T1 – T2 ) Hình 1

Hình 1

Trong bài thí nghiệm này từ số liệu thí nghiệm chúng ta vẽ đường thực nghiệm của ε theo ( T1 – T2 ) Nếu nó là đường thẳng tương đồng với đường lý thuyết Chứng tỏ công thức lý thuyết (2-1) phù hợp với thực nghiệm

Cặp nhiệt điện được ứng dụng để chế tạo nhiệt kế điện tử ……

ε

III DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM

Thành phần bộ thí nghiệm (Hình 2) bao gồm:

Hình 2

1) Cặp nhiệt điện Cromen - Alumen

Cặp nhiệt điện là hai dây kim loại (a) và (b) được hàn với nhau tại đầu (c), tạo thành một cặp nhiệt điện C

Có 2 cặp nhiệt điện: Cặp nhiệt điện CA bên trái được đặt trong cốc thủy tinh (4) và cặp nhiệt điện CB bên phải được đặt trong bình đun (5)

Hai cặp nhiệt điện CA vàCB được nối với hai dây dẫn (1) và (2) tại hai giá đỡ (MA)

và (MB) tạo thành một mạch kín

Hai cặp nhiệt điện CA và CB được kết nối với Milivôn kế thông qua dây dẫn (2)

Lưu ý sử dụng: Không được làm cong các nhánh của cặp nhiệt điện

2) Cốc thủy tinh (4) và Bình đun (5) dùng để đựng nước

Cốc thủy tinh (4) chứa nước lạnh

Bình đun gồm thân bình và đế bình làm bằng nhựa Đế bình dùng để cấp điện cho thân bình, có dây cắm nối vào nguồn điện xoay chiều 220V Công tắc ON-OFF nằm dưới quai bình dùng bật tắt chức năng đun nước của bình

Trên nắp bình có 1 lỗ khoan tròn nhỏ N được dùng để cắm nhiệt kế và 1 phần nắp bị cắt C được dùng để cắm cặp nhiệt điện CB

Giá trị của vị trí núm RANGE Tổng số khoảng chia nhỏ nhất trên đồng hồ đo

Lưu ý sử dụng:

Không bỏ bất cứ thứ gì ngoại trừ nước và nhiệt kế vào cốc thủy tinh và bình đun

Để mở chức năng đun nước phải gạt công tắc ON-OFF, khi đó đèn trong công tắc sẽ

phát sáng Không mở chức năng đun nước khi chưa có nước bên trong bình

3) Hai giá đỡ MA và MB của hai cặp nhiệt điện có thể dịch chuyển trượt lên xuống trên hai trụ LA và LB Muốn nâng lên hay hạ xuống cặp nhiệt điện ta nâng lên hay hạ xuống giá đỡ MA và MB

4) Nhiệt kế rượu (3) dùng để đo nhiệt độ T1 của nước trong bình đun (5) hay nhiệt độ

T2 của nước trong cốc thủy tinh (4) Nhiệt kế này thường được đặt trong một cốc thủy tinh trên bàn thí nghiệm

Lưu ý sử dụng:

Sử dụng nhiệt kế nhẹ nhàng và cẩn thận

Chỉ đặt nhiệt kế vào bình đun thông qua lỗ tròn N trên nắp bình

5) Milivôn kế (mV kế) có các chi tiết sau:

- Núm K dùng để mở (tắt) mV kế

- Đồng hồ đo mV kế có 30 khoảng chia nhỏ nhất

- Biến trở núm xoay Rf cho phép thay đổi độ nhạy của mV kế

- Núm “0” dùng để điều chỉnh vị trí zero ban đầu của kim mV kế

- Núm RANGE hay Thang đo dùng để điều chỉnh giai đo, có các giai đo: 1,5mV,

15mV, 150mV…Số lượng và giá trị của giai đo có thể thay đổi tùy theo từng loại mV kế khác nhau

Hình 3

Sinh viên không tự ý điều chỉnh núm Range, Rf và núm “0”

Trong bài thí nghiệm này, núm Rf được vặn về tận cùng bên trái để thang đo có độ

nhạy cao nhất, núm Range bật về vị trí 15 mV và giá trị tương ứng với một khoảng chia

nhỏ nhất trên mặt đồng hồ mV kế là 0,5 mV

6) Hai xô nước Lạnh và Nóng dùng chứa nước dùng trong thí nghiệm

IV TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

IV.1 Phần chuẩn bị thí nghiệm

Phần chuẩn bị gồm 11 bước theo trình tự sau:

Bước 1: Quan sát và tìm hiểu dụng cụ thí nghiệm

Lưu ý: Nếu chưa nắm rõ dụng cụ thí nghiệm thì chưa được tiến hành thí nghiệm

Bước 2: Đăng kí thí nghiệm tại bàn giáo viên

Bước 3: SV kiểm tra xem núm Range của mV kế có ở vị trí 15 mV chưa Nếu không vặn về

vị trí 15 mV

Bước 4: SV ghi giá trị thang đo 15 mV vào báo cáo thí nghiệm và giá trị tương ứng của 1

vạch nhỏ nhất của mV kế

Bước 5: Kiểm tra xem hai cặp nhiệt điện CA và CB có đang ở trong cốc thủy tinh và bình đun

không Nếu có thì nhấc hai giá đỡ (MA) và (MB) lên để lấy hai cặp nhiệt điện ra khỏi cốc và bình đun ( Thông thường đã lấy ra, SV chỉ kiểm tra lại)

Bước 6: Lấy nước lạnh từ xô Lạnh, rồi đổ vào cốc thủy tinh và bình đun sao cho mực

nước trong cốc thủy tinh đạt đến mức 2/3 cốc, còn trong bình đun thì mực nước phải ngang mức Max của bình

Bước 7: Chờ khoảng 1 phút rồi dùng nhiệt kế đo nhiệt độ của nước trong cốc thủy tinh

và bình đun, nếu nhiệt độ của nước trong cốc không bằng nhiệt độ của nước trong bình đun thì phải thay nước lại cho đến khi nhiệt độ của nước ở cốc và ở bình bằng nhau

Bước 8: Đặt bình đun tại vị trí của nhánh cặp nhiệt B, còn cốc thủy tinh thì được đặt tại

vị trí cặp nhiệt điện A

Bước 9: Sau đó, nâng hai giá đỡ (MA) và (MB) lên rồi hạ xuống sao cho cặp nhiệt CA

ngâm trong nước ở cốc thủy tinh (4) và cặp nhiệt điện CB ngâm trong nước của bình đun(5)

Lưu ý: Phải điều chỉnh giá đỡ (MB) sao cho nhánh cặp nhiệt B vào trong bình đun thông

qua phần cắt C trên nắp bình

Bước 10: Lấy nhiệt kế bỏ vào cốc thủy tinh để đo nhiệt độ T2 của nước lạnh trong cốc, và

ghi giá trị T 2 vào báo cáo thí nghiệm Sau đó, lấy nhiệt kế bỏ vào bình đun

thông qua lỗ khoan nhỏ N trên nắp bình

Bước 11: Yêu cầu giáo viên kiểm tra hệ thống thí nghiệm Nếu chưa làm bước này

thì tuyệt đối không được chuyển sang phần thực hành

IV.2 Phần thực hành thí nghiệm

Lưu ý: Trước khi bắt đầu sử dụng dụng cụ để thực hiện thí nghiệm, cần phải nắm rõ và nhớ

các bước thao tác thí nghiệm Nếu có bước nào không rõ nên nhờ giáo viên hướng dẫn

Thí nghiệm gồm 11 bước theo trình tự sau:

Bước 1: Cắm phích điện của bình đun vào ổ điện nguồn 220V và bật công tắt nguồn Bước 2: Ấn hoặc gạt núm K để mở mV kế

Bước 3: Chờ khoảng 1 phút rồi quan sát đồng hồ mV kế Lúc này kim mV kế đang trùng

vạch zero trên đồng hồ

Lưu ý: Nếu kim mV kế không chỉ vạch zero ở bước này thì nên nhờ giáo viên kiểm tra

lại bộ thí nghiệm

Bước 4: Gạt công tắc ON-OFF của bình đun để mở chức năng đun nước

Chú ý quan trọng: SV phải tập trung quan sát kim của mV kế và nhiệt kế

Bước 5: Quan sát kim mV kế và nhiệt kế sẽ thấy rằng khi nhiệt độ T1 của nước trong

bình bắt đầu tăng thì kim của đồng hồ đo trên mV kế cũng bắt đầu quay

SV quan sát kim mV kế và nhiệt kế Khi kim mV kế lên đúng vạch 1 (tương ứng suất điện động của cặp nhiệt điện CB là ε = 0, 5mV) đọc nhiệt độ T1 trên nhiệt kế ngay và ghi vào bài báo cáo thí nghiệm

Theo dõi khi kim mV kế chỉ vạch thứ 2 (tương ứng suất điện động của cặp nhiệt điện

CB là ε = 1mV) đọc nhiệt độ T1 trên nhiệt kế ngay và ghi vào bài báo cáo thí nghiệm

Làm tương tự cho các vạch: 3 vạch , 4 vạch , 5 vạch , 6 vạch

Bước 6: Gạt công tắc ON-OFF để tắt chức năng đun nước Tiếp theo, ấn hoặc gạt núm K

để tắt mV kế

Bước 7: Rút phích điện của bình đun ra khỏi ổ cắm 220 V

Bước 8: Lấy nhiệt kế ra khỏi cốc thủy tinh và bình đun, rồi đặt nhẹ nhàng vào một cốc

thủy tinh khác chứ nhiệt kế trên bàn thí nghiệm

Bước 9: Nhấc hai giá đỡ (MA) và (MB) lên để lấy cặp nhiệt điện ra khỏi cốc và bình đun Bước 10: Đổ nước ở cốc thủy tinh vào xô Lạnh, và đổ nước ở bình đun vào xô Nóng Sau

đó, đặt cốc thủy tinh và bình đun về lại vị trí cũ

Bước 11: SV hoàn thành bài báo cáo thí nghiệm: Từ số liệu thí nghiệm vẽ đường thực

nghiệm của suất điện động ε của cặp nhiệt điện CB theo (T1 – T2)

SV vẽ trục suất điện động є thẳng đứng (trục tung) và trục (T1 – T2) nằm ngang (trục hoành) kéo dài hết khổ giấy

Số liệu thí nghiệm trải hết trục, số liệu cuối cùng nằm ở cuối trục

Đường đồ thị không phải là đường gấp khúc nối các điểm số liệu Nó là đường trơn trung bình theo các số liệu thí nghiệm

So sánh đường thực nghiệm với dường lí thuyết và nhận xét về công thức (2-1)

Nộp Báo cáo cho giáo viên

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LÝ

BÀI THÍ NGHIỆM 2 HIỆN TƯỢNG NHIỆT ĐIỆN

Họ tên Sinh viên: ……… MSSV:………

II LÍ THUYẾT THÍ NGHIỆM ( SV trả lời các câu hỏi sau )

1 Hiện tượng nhiệt điện do ai phát hiện ra và vào năm nào ?

III KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

1 Giai đo của mV kế : mV

2 Trong bài thí nghiệm này độ lớn một vạch của mV kế : ………….mV

5 Vẽ đồ thị thực nghiệm ε = f ( T1 – T2 )

6 SV so sánh đồ thị thực nghiệm với đồ thị lí thuyết của hiện tượng nhiệt điện Kết luận

công thức lí thuyết ( 2 -1) có phù hợp với thực nghiệm không?

(T1 – T2)