CHUYÊN đề PHƯƠNG án THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH môn vật lí

Mục tiêu - Tạo một tài liệu thống nhất để giáo viên nghiên cứu và dạy thực nghiệm trong trường - Tạo tài liệu để học sinh chuyên lý đọc và nghiên cứu - Vận dụng thành thạo các phương phá

TRƯỜNG THPT CHUYÊN TỈNH LÀO CAI

TỔ VẬT LÝ

CHUYÊN ĐỀ:

PHƯƠNG ÁN THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH MÔN VẬT LÍ

A Mục tiêu

- Tạo một tài liệu thống nhất để giáo viên nghiên cứu và dạy thực nghiệm trong trường

- Tạo tài liệu để học sinh chuyên lý đọc và nghiên cứu

- Vận dụng thành thạo các phương pháp tính sai số của đại lượng đo gián tiếp

- Từ bảng số liệu thực nghiệm, học sinh cần nắm vững phương pháp xử lí số liệu đểtính giá trị trung bình và sai số của đại lượng đo gián tiếp

- Nắm vững và thành thạo quy tắc làm tròn số và viết kết quả đo đại lượng vật lí

II Cơ sở lí thuyết

Phân loại sai số

Khi đo một đại lượng vật lí, dù đo trực tiếp hay gián tiếp, bao giờ ta cũng mắc phảisai số Người ta chia thành hai loại sai số như sau:

a Sai số hệ thống:

Sai số hệ thống xuất hiện do sai sót của dụng cụ đo hoặc do phương pháp lí thuyếtchưa hoàn chỉnh, chưa tính đến các yếu tố ảnh hưởng đến kết quả đo Sai số hệ thống

thường làm cho kết quả đo lệch về một phía so với giá trị thực của đại lượng cần đo Sai

số hệ thống có thể loại trừ được bằng cách kiểm tra, điều chỉnh lại các dụng cụ đo, hoànchỉnh phương pháp lí thuyết đo, hoặc đưa vào các số hiệu chỉnh

b Sai số ngẫu nhiên:

Sai số ngẫu nhiên sinh ra do nhiều nguyên nhân, ví dụ do hạn chế của giác quanngười làm thí nghiệm, do sự thay đổi ngẫu nhiên không lường trước được của các yếu tốgây ảnh hưởng đến kết quả đo Sai số ngẫu nhiên làm cho kết quả đo lệch về cả hai phía

so với giá trị thực của đại lượng cần đo Sai số ngẫu nhiên không thể loại trừ được Trongphép đo cần phải đánh giá sai số ngẫu nhiên

2.2 Phương pháp xác định sai số của phép đo trực tiếp

a) Phương pháp chung xác định giá trị trung bình và sai số ngẫu nhiên

Giả sử đại lượng cần đo A được đo n lần Kết quả đo lần lượt là A1,A2, A n. Đại

lượng

n

A n

A A

A A

n i

được gọi là giá trị trung bình của đại lượng A trong n lần đo Số lần đo càng lớn, giá trị

trung bìnhA càng gần với giá trị thực A Các đại lượng:

n

A

A A A

A A A

2 2

1 1

được gọi là sai số tuyệt đối trong mỗi lần đo riêng lẻ Để đánh giá sai số của phép đo đạilượng A, người ta dùng sai số toàn phương trung bình Theo lí thuyết xác suất, sai số toàn

phương trung bình là:  

 1

1 2

A

n i i

và kết quả đo đại lượng A được viết: AA  (3)

Như vậy, giá trị thực của đại lượng A với một xác suất nhất định sẽ nằm trongkhoảng từ A  đến A , nghĩa là:

A -  A A 

Khoảng [(A - ),(A  )] gọi là khoảng tin cậy Sai số toàn phương trung bình 

chỉ được dùng với các phép đo đòi hỏi độ chính xác cao và số lần đo n lớn Nếu đo đại

lượng A từ 5 đến 10 lần, thì ta dùng sai số tuyệt đối trung bình số học A (sai số ngẫunhiên) được định nghĩa như sau:

Kết quả đo lúc này được viết dưới dạng: A = A  A (5)

Ngoài sai số tuyệt đối, người ta còn sử dụng sai số tỉ đối được định nghĩa như sau:

Như vậy, cách viết kết quả phép đo trực tiếp như sau:

- Tính giá trị trung bình A theo công thức (1)

- Tính các sai số A theo công thức (4) hoặc (6)

- Kết quả đo được viết như (5) hoặc (7)

Ví dụ: Đo đường kính viên bi 4 lần, ta có kết quả sau:

● Tuy nhiên cũng vì một lí do nào đó, phép đo chỉ được tiến hành một lần hoặc độ nhạycủa dụng cụ đo không cao, kết quả của các lần đo riêng lẻ trùng nhau Trong trường hợp

đó, ta phải dựa vào độ nhạy của dụng cụ để xác định sai số Sai số A thường được lấybằng nửa giá trị của độ chia nhỏ nhất của dụng cụ

● Khi đo các đại lượng điện bằng các dụng cụ chỉ thị kim, sai số được xác định theo cấpchính xác của dụng cụ

Ví dụ: Vôn kế có cấp chính xác là 2 Nếu dùng thang đo 200V để đo hiệu điện thế thì sai

số mắc phải là U 2 0.2004V

Nếu kim chỉ thị vị trí 150 V thì kết quả đo sẽ là: U  150  4V

● Khi đo các đại lượng điện bằng các đồng hồ đo hiện số, cần phải lựa chọn thang đothích hợp

- Nếu các con số hiển thị trên mặt đồng hồ là ổn định (con số cuối cùng bên phải không

bị thay đổi) thì sai số của phép đo có thể lấy giá trị bằng tích của cấp chính xác và con sốhiển thị

Ví dụ: đồng hồ hiện số có ghi cấp sai số 1.0% rdg (kí hiệu quốc tế cho dụng cụ đo hiện

số), giá trị điện áp hiển thị trên mặt đồng hồ là: U = 218 V

Ví dụ: khi đọc giá trị hiển thị của điện áp bằng đồng hồ nêu trên, con số cuối cùng

không ổn định (nhảy số): 215 V, 216 V, 217 V, 218 V, 219 V (số hàng đơn vị không ổnđịnh) Trong trường hợp này lấy giá trị trung bình U = 217 V Sai số phép đo cần phải kểthêm sai số ngẫu nhiên trong quá trình đo ΔU = 1.218 = 2,18U = 2n V Do vậy:

U = 217,0 ± 2,2 ± 2 = 217,0 ± 4,2 V

Chú ý:

- Nhiều loại đồng hồ hiện số có độ chính các cao, do đó sai số phép đo chỉ cần chú ý

tới thành phần sai số ngẫu nhiên

- Trường hợp tổng quát, sai số của phép đo gồm hai thành phần: sai số ngẫu nhiên

với cách tính như trên và sai số hệ thống (do dụng cụ đo)

2.3 Phương pháp xác định sai số gián tiếp

a) Phương pháp chung

Giả sử đại lượng cần đo A phụ thuộc vào các đại lượng x, y, z theo hàm số

) ,

Giá trị trung bình A được xác định bằng cách thay thế các giá trị x, y, z vào hàm trên,nghĩa là A = f (x, y ,z ).

b Lấy giá trị tuyệt đối của các biểu thức đứng trước dấu vi phân d và thay dấu vi phân d

bằng dấu  Ta thu được A

c Tính sai số tỉ đối (nếu cần)

v dt v

dh  0sin   0cos    sin  0

v0.sin   gt.dtv0.tcos  d  sin t.dv0

a Lấy logarit cơ số e của hàm A  f(x,y,z)

b Tính vi phân toàn phần hàm ln A = ln f(x,y,z), sau đó gộp các số hạng có chưa viphân của cùng một biến số

c Lấy giá trị tuyệt đối của biểu thức đứng trước dấu vi phân d và chuyển dấu d thành 

ta có  = A A

2

4

) 4

at t v

a

t t

t

v v

2

2

mv mgh

- Sai số tuyệt đối A và sai số trung bình đều được làm tròn theo quy tắc trên

- Khi viết kết quả, giá trị trung bình được làm tròn đến chữ số cùng hàng với chữ số có nghĩa của sai số tuyệt đối.

Ví dụ:

Không thể viết m 2 , 83745  0 , 0731g

mà phải viết m 2 , 84  0 , 07g

hoặc là ta tính 100 % 2 , 464 2 , 464 %

84 , 2

07 , 0





















Ta có thể viết m ( 2 , 84  2 , 5 2 , 84 %) g Nếu sai số lấy đến 1 chữ số có nghĩa thì

(2,84 0,07)

Chú ý rằng khi viết kết quả cuối cùng, sai số toàn phần sẽ bằng tổng sai số ngẫu nhiên

và sai số hệ thống: TP  NN  HT

Ví dụ: Khi dùng thước kẹp để đo đường kính một sợi dây nhỏ, giả sử ta đo 5 lần, sai số ngẫu nhiên tính được là d  0 , 05mm Thước kẹp có độ chính xác  0 , 02mm thì sai số toàn phần sẽ là TP  0 , 05  0 , 02  0 , 07mm

Nếu sai số ngẫu nhiên nhỏ hơn sai số hệ thống thì ta bỏ qua sai số ngẫu nhiên đó (vì không thể đo được kết quả chính xác hơn cả cấp chính xác của dụng cụ đo) Trong trường hợp phép đo chỉ thực hiện một lần thì sai số toàn phần được lấy chính là sai số hệ thống (do dụng cụ đo)

2.5 Xử lí số liệu và biểu diễn kết quả bằng đồ thị

Trong nhiều trường hợp kết quả thí nghiệm được biểu diễn bằng đồ thị là rất thuận lợi, vì đồ thị có thể cho thấy sự phụ thuộc của một đại lượng y vào đại lượng x nào đó Phương pháp đồ thị thuận tiện để lấy trung bình các kết quả đo

Giả sử bằng các phép đo trực tiếp, ta xác định được các cặp giá trị của x và y như sau:













1 1

1 1

y y

x x

























n n n n

y y x x y

y x x

2 2 2 2 Muốn biểu diễn hàm y  f (x) bằng đồ thị, ta làm như sau: a Trên giấy kẻ ô, ta dựng hệ tọa độ decac vuông góc Trên trục hoành đặt các giá trị x, trên trục tung đặt các giá trị y tương ứng Chọn tỉ lệ xích hợp lí để đồ thị choán đủ trang giấy b Dựng các dấu chữ thập hoặc các hình chữ nhật có tâm là các điểm A1(x1,y1), ) , ( )

,

2 x y A n x n y n

A và có các cạnh tương ứng là 2 x1, 2 y1, 2 x n, 2 y n Dựng đường bao sai số chứa các hình chữ nhật hoặc các dấu chữ thập

c Đường biểu diễn y  f (x) là một đường cong

trơn trong đường bao sai số được vẽ sao cho nó đi

qua hầu hết các hình chữ nhật và các điểm

n

A

A

A1, 2 nằm trên hoặc phân bố về hai phía

+ +

+

+ +

y

y



x



x 0

Hình 1 Dựng đồ thị

d Nếu có điểm nào tách xa khỏi đường cong thì phải kiểm tra lại giá trị đó bằng thựcnghiệm Nếu vẫn nhận được giá trị cũ thì phải đo thêm các điểm lân cận để phát hiện rađiểm kì dị

e Dự đoán phương trình đường cong có thể là tuân theo phương trình nào đó:

Việc thiết lập phương trình đường cong được thực hiện bằng cách xác định các hệ số

a, b, …n Các hệ số này sẽ được tính khi làm khớp các phương trình này với đường congthực nghiệm

Các phương trình này có thể chuyển thành phương trình đường thẳng bằng cách đổibiến thích hợp (tuyến tính hóa)

Chú ý: Ngoài hệ trục có tỉ lệ xích chia đều, người ta còn dùng hệ trục có một trục chia

đều, một trục khác có thang chia theo logarit để biểu diễn các hàm mũ, hàm logarit (y =

lnx; y  a x…)

Bài tập rèn luyện

1 Tính sai số của đại lượng đo gián tiếp

Hãy tính sai số của các đại lượng đo gián tiếp sau:

m    t t  t ; c1 là hằng số

2 2

m         ; c2 là hằng số

III Đề thi thực nghiệm

3.1 Đề thi học sinh giỏi quốc gia các năm

Bài 1 Đề thi chọn HSGQG năm 2001

Trong khoảng nhiệt độ từ 0oC đến 100oC, điện trở của một cuộn dây bạch kim thay đổitheo nhiệt độ theo quy luật:

)

Trong đó: t là nhiệt độ bách phân (oC); R0 = 100Ω; a = 41.10-4 (oC)-1

Người ta muốn dung điện trở ấy để làm một nhiệt kế điện trở đo nhiệt độ từ 20oC đến

40oC với các yêu cầu sau:

a) Nhiệt độ chỉ thị bằng một microampe kế, thang đo từ 0 đến 10 μA

b) Thang đo nhiệt độ được chia độ đều

c) Vị trí đầu thang (khi dòng điện qua điện kế bằng 0) là 20oC

d) Vị trí cuối thang (dòng điện qua điện kế là 10 μA) ứng với 40oC

e) Nguồn điện dung là 3 pin, mỗi pin có suất điện động là 1,5V

Hãy:

- Đề xuất phương án chế tạo nhiệt kế ấy

- Viết biểu thức của dòng điện qua microampe kế theo nhiệt độ

- Vẽ sơ đồ và ước tính giá trị của các linh kiện đã dùng

Đáp án đề thi chọn HSGQG năm 2001

Nhiệt điện trở dùng mạch cầu Wheatstone

Lắp cầu Wheatstone Ở 20oC, bốn điện trở đều bằng R, cầu cân bằng Điện trở củađoạn AB là R’ có giá trị rất lớn so với R Ở nhiệt độ t > 20oC thì điện trở bạch kim tăng:

RT = R + dR > R và cầu không cân bằng

Dòng qua AB rất nhỏ so với dòng qua các nhánh khác, có thể bỏ qua khi tính UAB

Do đó, khi RT thay đổi một lượng dR thì hiệu điện thế UAB là:

R

dR E R

dR R

dR E

dR R

dR R E E dR

1 2 1 1

2

1 2

2 2 2

20

.

I R

Nhận xét: Kết quả cho R’ >> R, dR nhỏ, thỏa mãn điều kiện tính gần đúng như tròn

Bài 2: Đề thi chọn HSGQG năm 2003

Cho các dụng cụ sau:

1 Một hộp điện trở mẫu cho phép tùy chọn điện trở có trị số nguyên từ 10Ω đến vài MΩ.

2 Một nguồn điện xoay chiều có tần số f đã biết và có hiệu điện thế hiệu dụng giữa haicực không đổi

3 Một nguồn điện một chiều

4 Một máy đo điện cho phép đo được cường độ dòng điện và hiệu điện thế (một chiều,xoay chiều)

5 Các dây nối, các ngắt điện có điện trở không đáng kể

6 Một đồng hồ đo thời gian

Hãy lập ba phương án xác định điện dung của một tụ điện

Yêu cầu nêu: nguyên tắc lí thuyết của phép đo, cách bố trí thí nghiệm, cách tiến hành thínghiệm, các công thức tính toán, những điều cần chú ý để giảm sai số của phép đo

Đáp án đề thi chọn HSGQG năm 2003

Phương pháp đo điện dung của tụ

Phương án 1: Mắc tụ với nguồn một chiều cho tích điện đầy rồi cho phóng điện qua điện

trở lớn Đo hiệu điện thế U0 của nguồn và hiệu điện thế trên tụ bằng vôn kế, đo t bằngđồng hồ và đọc trị số R của hộp điện trở

Phương án 2: Lắp mạch gồm tụ nối tiếp với hộp điện trở rồi nối với nguồn Lần lượt đo

hiệu điện thế UR trên điện trở, UC trên tụ (điều chỉnh sao cho hai hiệu điện thế này gầnbằng nhau), sẽ suy ra:

C

R C

R

U R f

U C

.



Phương án 3: Dùng máy đo vạn năng (để ở nấc đo cường độ

dòng điện) mắc nối tiếp với tụ để đo I qua tụ, tính được:

Phương án 4: Mắc sơ đồ như hình bên Dùng hộp điện trở

như một biến trở điều chỉnh sao cho khi chuyển khóa K giữa

hai chốt kim ampe kế đều chỉ như nhau Lúc đó, dung kháng

của tụ bằng biền trở R (bỏ qua điện trở của dụng cụ đo) Vậy:

Bài 3 Đề thi chọn HSGQG năm 2004 (bảng A)

Cho một dây kim loại đàn hồi xoắn AB: đầu B được cố định với tâm của đáy một khốitrụ kim loại tròn, mặt cắt dọc trục của khối trụ là hình chữ nhât (Hình bên), còn đầu Acủa dây được giữ cố định trên giá đỡ Cả hệ thống này tạo thành một con lắc xoắn

Cho các dụng cụ như sau:

- Một sợi dây nhẹ, không dãn, các ròng rọc nhẹ có thể gắn trên giá đỡ;

- Các gia trọng M1, M2, M3;

- Một thước chia độ gắn được trên giá đỡ;

- Các thước kẹp, thước đo độ dài



A

C

RK

Yêu cầu thí nghiệm:

a) Hãy vẽ sơ đồ thí nghiệm để xác định hệ số xoắn k của dây kim loại và thiết lập biểuthức tính k

b) Coi như con lắc xoắn dao động điều hòa, hãy:

- Vẽ các sơ đồ thí nghiệm cần thiết để xác định mômen quán tính I của khối trụ;

- Thiết lập phương trình cần thiết và dẫn tới biểu thức tính mômen quán tính I của khốitrụ;

- Nêu các bước và các chú ý khi đo mômen quán tính của khối trụ

Đáp án đề thi chọn HSGQG năm 2004

Phương pháp xác định momen quán tính của con lắc xoắn

1 Sơ đồ thí nghiệm như hình bên

2 Con lắc xoắn dao động điều hòa:

+ Mắc hai con lắc: con lắc xoắn; con lắc đơn để làm chuẩn bị đo thời gian

+ Phương trình dao động của con lắc xoắn:

0

k

Xác định được mômen quán tính: 22

4 

k T

I 

+ Đo T thông qua việc so sánh thời gian hai con lắc cùng dao động:

Giả sử sau một khoảng thời gian t đủ lớn nào đó, con lắc xoắn dao động được m chu kỳ,con lắc đơn dao động được n chu kỳ

Ký hiệu Tđ là chu kỳ con lắc đơn, ta có:

m.T = n.Tđ (2)

g m

lk n k T I g

l m

n m

nT

2 2 2 2

Bài 4 Đề thi chọn HSGQG năm 2005

Một cốc đong trong thí nghiệm có dạng hình trụ đáy tròn, khối lượng M, thể tích bêntrong của cốc là V0 Trên thành cốc, theo phương thẳng đứng người ta khắc các vạch chia

để đo thể tích và đo độ cao của chất lỏng trong cốc Coi đáy cốc và thành cốc có độ dàynhư nhau, bỏ qua sự dính ướt Được dùng một chậu to đựng nước, hãy lập phương án để



RK

xác định độ dày d, diện tích đáy ngoài S và khối lượng riêng ρC của chất làm cốc Yêucầu:

1 Nêu các bước thí nghiệm Lập bảng biểu cần thiết

2 Lập các biểu thức để xác định d, S theo các kết quả đo của thí nghiệm (cho khối lượngriêng của nước là ρ)

3 Lập biểu thức tính khối lượng riêng ρC của chất làm cốc qua các đại lượng S, d, M, V0

4 Dùng phương pháp đồ thị để xác định diện tích đáy ngoài S, rồi tìm độ dày d của cốc.Nêu các bước tiến hành và giải thích

Gọi hn là mực nước ngoài cốc, ρ là khối lượng riêng của nước, mt và Vt tương ứng

là khối lượng và thể tích nước trong cốc Phương trình cân bằng cho cốc có nước sau khithả vào chậu:

Thay đổi các giá trị V2,V1, hn2, hn1 nhiều lần để tính S

Sau đó thay vào (2) để tính d:

  

1 2

1 2 1 1

1

n n n

V V

h h V M h

Gọi h là độ cao của cốc, h0 là độ cao thành trong của cốc; r là bán kính trong, R là bánkính ngoài của cốc; V là thể tích của chất làm cốc; St là diện tích đáy trong của cốc Tacó:

2 0 0 0

V h

S

V S

M V

d h

S

M V

M

0 2

0 0

0 0

) (

1 2 1

n n

h h

V V S S V V

h h

Bài 5 (Đề thi HSG quốc gia năm 2013-2014) Lập phương án thực hành xác định suất

điện động của nguồn điện

a) Vẽ các sơ đồ mạch điện (nếu có)

b) Nêu cơ sở lý thuyết và xây dựng các công thức cần thiết

c) Trình bày các bước tiến hành thí nghiệm, lập bảng biểu cần thiết

3.2 Đề thi đề nghị từ Trại hè Hùng Vương và Olimpic Duyên Hải Bắc Bộ

Bài 1: (2 điểm)

Xây dựng phương án thực hành xác định bán kính cong của hai mặt thấu kính hội

tụ và chiết suất của vật liệu dùng làm thấu kính

Cho các dụng cụ và linh kiện:

- Một thấu kính hội tụ;

- Một hệ giá đỡ dụng cụ quang học (có thể đặt ở các tư thế khác nhau);

- Một nguồn Laser;

- Một cốc thuỷ tinh đáy phẳng, mỏng, trong suốt, đường kính trong đủ rộng;

- Một thước đo chiều dài chia tới milimet;

- Các vật liệu khác: kẹp, nước sạch (chiết suất nn = 4/3),

GIẢI:

+ Đặt mặt thứ nhất của thấu kính lên trên một

tấm kính phẳng và cho một giọt nước (n=1,333)

vào chỗ tiếp xúc giữa thấu kính và mặt phẳng

Đo lại tiêu cự f1 của hệ này ta được:

Cho các dụng cụ:

+ Một lực kế

+ Một cái thước đủ dài

Lập phương án thí nghiệm xác định

+ Chiều cao của mực nước khi không có vật

+ Chiều cao của vật

+ Chiều cao của mức nước khi vật chìm trong đó

+ Khối lượng riêng D của vật

+ Bằng các phương pháp quen thuộc đo tiêu cự của thấu kính hội tụ ta được:

11n

f

1

(2)+ Lặp lại bước 2 với mặt kia của thấu kính, ta được:

B

1f

1f

333,1f

1

(3)

f

F0

Hình 1

a) Các bước làm thí nghiệm:

- Dùng thước đo chiều cao của H bình

- Dựng đứng thước trên miệng bình

- Móc đầu trên của sợi chỉ vào lực kế, dùng tay kéo lực kế theo phương thẳng đứng đi lênrất từ từ

- Kết hợp quan sát sự thay đổi số chỉ của lực kế (lực căng dây F) theo độ dài x của phần chỉ được kéo ra khỏi bình (F đọc trên lực kế, x đọc trên thước)

b) Xử lý kết quả thí nghiệm:

Quá trình kéo diễn ra như sau:

- Từ thời điểm dây bắt đầu căng thì số chỉ lực kế tăng từ 0 đến giá trị ổn địnhF1 với F1là lực tối thiểu để nâng vật rời khỏi đáy:

F DgV D gV (1)

Ta ghi lại vị trí x1trên thước là vị trí khi lực Fbắt đầu bằng F1

- Sau đó ta ghi lại vị trí x2là vị trí cuối mà lực Fcòn bằngF1 Quá trình từ x1  x2ứng với thời điểm vật bắt đầu rời đáy bình đến thời điểm khi mặt trên của vật chạm mặt nước

- Tiếp theo là giai đoạn vật từ từ nhô ra khỏi nước Lúc này để kéo vật lên, ta phải tác dụng lực kéo tăng dần từ giá trị F1đến giá trị cực đại F2thoả mãn: F2 DgV (2)

Khi lực kéo bắt đầu đạt giá trị F2thì toàn bộ vật bắt đầu rời khỏi nước

- Sau đó lực kéo là không đổi và luôn bằng F2, chừng nào vật chưa chạm mặt trên của bình Ta ghi lại vị trí lực F bắt đầu bằng F2 trên thước là x3

- Khi mặt trên của vật chạm mặt trên của bình ta không kéo được nữa (bình đứng yên) đó

là vị trí x4

* Kết quả:

- Chiều cao mức nước trong bình khi không có vật là: h0 x3  x1

- Chiều cao của vật là: L H  x4  x1

- Chiều cao mức nước khi có vật là h1thỏa mãn: x3  x2  L (h1  h0 )

- Từ (1) và (2) suy ra khối lượng riêng của vật: 2

2 1

n

D F D

F F





Bài 3:

Thí nghiệm xác định hệ số xoắn của dây kim loại

Cho các thiết bị thí nghiệm sau:

1 Một dây kim loại đàn hồi xoắn

2 Khối trụ kim loại có gắn vòng chia độ

3 Hai ròng rọc có khối lượng không đáng kể

4 Hai gia trọng 3g, 2g và một sợi dây nhẹ, mềm

5 Các giá đỡ

Hãy lập phương án xác định hệ số xoắn của sợi dây kim loại, cho bết lực xoắn của sợi

dây kim loại được xắc định theo công thức Fxoắn= 

Trong đó:  là hệ số xoắn [ ] :N;  là góc xoắn [ ] :rad

GIẢI :

a Cơ sở lí thuyết:Giả sử một dây kim loại đàn hồi xoắn chịu tác dụng một lực F làm

xoắn dây, khi dây ở vị trí cân bằng thì lực F phải cân bằng lực xoắn của dây Fxoắn Nghĩa là: F=Fxoắn

Trong thực tế thay vì sử dụng phương trình cân bằng lực thì ta sử dụng phương trình cân bằng mô men Mngoại lực=Mmô men xoắn

Nếu biết được F,  thì ta hoàn toàn có thể đo được 

b Xây dựng phương án thí nghiệm:

- Mắc sơ đồ thí nghiệm như hình vẽ

+ Treo con lắc xoắn (gồm khối trụ và dây kim loại) lên giá đỡ.

+ Xác định vị trí cân bằng  0

+ Quấn dây mềm quanh khối trụ treo thêm

Hai gia trọng vào ròng rọc như hình vẽ, xác định vị trí cân bằng mới  của khối trụ Từ

đó xác định hệ số xoắn theo công thức:

1 2 0