MỘT số PHƯƠNG án THÍ NGHIỆM

TRƯỜNG THPT CHUYÊN BIÊN HÒA Người viết: Trần Văn Phẩm BÀI THAM GIA HỘI THẢO CÁC TRƯỜNG THPT CHUYÊN KHU VỰC DUYÊN HẢI - ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ MÔN: VẬT LÝ MỘT SỐ PHƯƠNG ÁN THÍ NGHIỆM A. CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN 1.Vật lý cơ bản là một môn khoa học thực nghiệm. Hầu hết các định luật vật lý được phát hiện và được kiểm nghiệm trong thực tế mới khẳng định tính đúng đắn của nó. Vì vậy, việc dạy và học lý thuyết vật lý luôn gắn liền với dạy và học môn thực hành. Việc kiểm tra, đánh giá kiến thức vật lý cũng phải gắn kết giữa lý thuyết và hệ thống bài tập thực hành như tinh thần đổi mới của Bộ Giáo Dục và Đào tạo. 2. Trong chương trình vật lý, với sự đầu tư tương đối lớn của nhà nước và sự cố gắng lớn của Bộ giáo dục nên các bài thực hành vật lý đã được chú ý nhiều ở tất cả các khối lớp, mỗi khối có từ 3 đến 4 bài thí nghiệm tực hành. Các bài toán thực hành có mục đích giúp học sinh không những củng cố các kiến thức đã học một cách sâu sắc, mà quan trong hơn giúp các em hình thành được các kỹ năng, thói quen nghiên cứu khoa học, phương pháp nghiên cứu và tư duy sáng tạo trong quá trình làm thực hành. Mục đích cơ bản của các thí nghiệm vật lý trong trường phổ thông là để học sinh có dịp kiểm nghiệm tính đúng đắn của các định luật vật lý, có dịp chứng kiến các hiện tượng vật lý mà sách giáo khoa mô tả. Cao hơn nữa là các em tiến hành nghiên cứu một hiện tượng vật lý, tiến hành đo đạc xác định các hằng số vật lý( như giá trị của điện tích nguyên tố, hằng Plăng, tốc độ ánh sáng,… . Trong quá trình làm thí nghiệm sẽ hình thành cho học sinh các thói quen, kỹ năng làm thí nghiệm, các phương pháp nghiên cứu vật lý và hứng thú cho học sinh khi nghiên cứu bộ môn. Mục đích cao cả hơn là làm cho các học sinh có thể tự làm việc độc lập, tự tin phát huy trí tuệ - điều mà các lý thuyết sáo rỗng không thể làm được. Song do nhiều nguyên nhân, các thí nghiệm đồng loạt không được thực hiện. Điều nhức nhối nhất cho các nhà quản lý giáo dục và giáo viên dạy thực hành là 1 chất lượng các bộ thí nghiệm và tính đồng bộ của nó thì rất thấp. Điều này làm ảnh hưởng rất nhiều đến khả năng tiến hành các thí nghiệm đồng loạt. Ví dụ: thí nghiệm đo một hằng số vật lý nào đó( gia tốc rơi tự do, từ trường của Trái Đất) mà trị số của nó lệch chuẩn quá nhiều thì phản tác dụng! Một bộ phận giáo viên đã đành phải chọn cách ít làm thí nghiệm vừa tránh được khó xử khi gặp kết quả đo bất lợi, vừa ít mất thời gian. 4.Thực tế đó đòi hỏi người thầy phải có niềm đam mê, có ý chí vượt khó và phải biết hy sinh. Tôi thường nói với đồng nghiêp: chuẩn bị thí nghiệm và làm thí nghiệm là công việc rất công phu, nghiêm túc. Một người thầy tốt là người thầy ham làm thí nghiệm; chúng tôi ý thức được: muốn có học sinh dự thi Olimpic Quốc tế thì phải đầu tư cho thí nghiệm. Học sinh giỏi, thầy giỏi vật lý là người làm thí nghiệm tốt.Trong công tác bồi dưỡng học sinh giỏi Quốc gia, việc tiến hành các thí nghiệm vật lý là điều bắt buộc trong đề thi chọn học sinh giỏi. Vì vậy không có cớ gì các giáo viên lãnh đội không hướng dẫn học sinh làm thí nghiệm, không có cớ gì học sinh giỏi quốc gia không biết sử dụng các dụng cụ , thiết bị đo. hiện có trong phòng thí nghiệm phổ thông. Như vậy việc bồi dưỡng, chuẩn bị kiến thức, kỹ năng cho học sinh giỏi biết làm các bài phương án thí nghiệm và làm thí nghiệm là điều bắt buộc và quan trọng trong công tác bồi dưỡng học sinh giỏi. 6. Hiện nay, các đề tài về các chuyên đề lý thuyết rất phong phú, ngoài các đồng nghiệp trong tỉnh tham gia viết đề tài, hàng năm Hội thảo các trường chuyên Đồng bằng Bắc Bộ cho ra đời nhiều đề tài có chất lượng cao,nhưng đề tài viết về vấn đề thực hành vật lý cho học sinh giỏi còn nhiều hạn chế. Vì những lý do trên, chúng tôi mạnh dạn trình bầy một số trao đổi về vấn đề thực hành vật lý cho học sinh. Có nhiều vấn đề cần trao đổi nhưng trong khuôn khổ bài viết này chúng tôi chỉ đề cập đến vấn đề chính: cách giải quyết bài toán phương án thực hành. Phần làm quen và giới thiệu dụng cụ, lý thuyết sai số xin không trình bầy ở đây. Về bài toán phương án thực hành, do có thể có nhiều phương án nên chúng tôi có chú trọng phân tích một số phương án và ít nhiều kinh nghiệm xử lý 2 các phương án đó trong quá trình hướng dẫn, bồi dưỡng đội tuyển học sinh giỏi thi Quốc gia và Quốc tế. B. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Bài toán phương án thí nghiệm được hiểu một cách đơn giản nhất là nghĩ ra các cách(phương án) đo một hoặc một số đại lượng vật lý nào đó trên cơ sở một số dụng cụ đã có. Tuy chỉ là phương án nhưng học sinh cũng cần phải hình dung ra các cách bố trí dụng cụ thí nghiệm, các bước làm thí nghiệm, xử lý số liệu, nhận xét độ chính xác, mức độ thực tế, tiện lợi của các phương án,…Cần chú ý là một bài toán có thể có nhiều phương án, mỗi phương án có thể có các công thức khác nhau xác định đại lượng cần tìm tùy mức độ chính xác, phức tạp hay đơn giản. Bài toán phương án thí nghiệm có thể có nhiều loại khác nhau, ví dụ như: phương án kiểm nghiệm một định luật vật lý nào đó, phương án xử lý số liệu đo,… Để giải quyết bài toán này, ta cần qua một số bước sau đây: a. Đọc kỹ đề bài để tìm hiểu ý đồ của bài toán. Cụ thể là: yêu cầu bài toán đo đại lượng vật lý nào; đề bài cho những dụng cụ , thiết bị nào, để làm gì. Trên cơ sở phân tích tác dụng của các dụng cụ , thiết bị hãy liên hệ chúng với các hiện tượng, định luật vật lý liên quan, tìm ra một số phương án rồi chọn phương án khả thi nhất. Đây là bước quan trọng nhất để giải quyết bài toán. b.Vẽ sơ đồ thí nghiệm với các dụng cụ thiết bị của bài toán. Nếu gặp bế tắc không thể khắc phục, hãy nghĩ tới các phương án khác c. Sau khi đã lựa chọn được một phương án “tốt”(với mình), hãy xây dựng công thức đo đại lượng vật lý. d. Các bước tiến hành thí nghiệm: lắp đặt dụng cụ nào trước, dụng cụ nào sau; làm cái gì trước, đo cái gì trước cho thật hợp lý. e. Xử lý kết quả đo bằng các phương pháp vật lý. Thông thường hay dùng phương pháp tính giá trị trung bình, lập bảng, vẽ đồ thị,…Tính sai số của phép đo(Xem “ lý thuyết sai số”[1]) 3 C. PHƯƠNG ÁN THÍ NGHIỆM(PATN) Chúng tôi quan niệm rằng, để hình thành thói quen làm bài toán phương án thí nghiệm thì không phải bắt đầu từ những bài toán phức tạp, mà từ những thí nghiệm đơn giản nhất, dụng cụ đơn giản nhất và phương án đơn giản nhất. Anhxtanh nói: “ Bất cứ ai không thực sự nghiêm túc trong những vấn đề nhỏ thì sẽ không thể được tin tưởng trong những vấn đề lớn”. Học sinh phải biết quan sát, có ý tưởng để đề ra các phương án, làm thí nghiệm và phải biết giải thích chúng dù thí nghiệm đó có vẻ rất đơn giản nhưng chứa đựng nội dung vật lý sâu sắc. Sau đây là một số thí dụ. Có nhiều loại toán PATN từ đơn giản đến phức tạp, từ các dụng cụ thô sơ nhất đến các dụng cụ đo chính xác, hiện đại; Loại bài toán PATN có thể là toán định tính, bài toán hộp đen, bài toán nhiên cứu một hiện tượng, hiệu ứng vật lý, kiểm nghiệm lại một định luật vật lý, bài toán xác định các hằng số vật lý,… Sau đây chúng tôi chỉ nêu ra một vài ví dụ. I. LOẠI BÀI PATN VỚI CÁC DỤNG CỤ ĐƠN GIẢN, TỐI THIỂU. Đây là loại bài tập bồi dưỡng năng khiếu vật lý, khả năng quan sát, kiến thức thực tiễn và khả năng vận dụng kiến thức, chuẩn bị cho những bài tập lớn. Không thể xem nhẹ loại bài tập này. Loại bài toán này thường liên quan đến một vài hiện tượng vật lý. Bài toán thuộc loại này thường yêu cầu định tính hoặc tìm mối liên hệ giữa một số đại lượng. Xin dẫn ra đây một số bài tập được cho là “đơn giản”. Bài I.1. Có một chiếc cốc nhỏ, một bình đựng nước và một tờ giấy. Phải làm thế nào để lộn ngược cái cốc nước mà nước trong cốc không chảy ra? Hướng dẫn: Đây là một bài thực hành vật lý lớp 6( trước cải cách!) nhưng để lý giải được cách làm phải đến lớp 10. Đổ đầy nước vào cốc, xé một mẩu giấy có diện tích lớn hơn diện tích miệng cốc rồi đặt mẩu giấy trùm toàn bộ lên miệng cốc. Lộn nhanh cốc nước, nước trong cốc không chảy ra ngoài được. Vì sao? 4 Bài I. 2[5]. Cho các dụng cụ sau: một cuộn chỉ, một đồng hồ (đo thời gian ). Hãy trình bày và giải thích một phương án xác định diện tích của lớp học. Hướng dẫn: Xác định chu kỳ dao động của con lắc suy ra chiều dài con lắc. Lấy chiều dài này làm đơn vị đo. Bài I.3.[5]. Có hai con lắc đơn A và B mà chu kỳ của chúng gần bằng nhau. Đã biết chu kỳ của con lắc A, hãy trình bầy một phương án xác định chu kỳ của con lắc B mà không cần dùng thêm dụng cụ nào. Hướng dẫn: Dựa trên hiện tượng phách. Lúc đầu, cho 2 con lắc đó cùng dao động cùng pha. Sau NA dao động của con lắc A mà con lắc B lúc đó lại dao động cùng pha thì NA.TA = (NA – 1).TB. Từ đó suy ra TB. ( Nếu TB > TA). Bài I.4.[5]. Một bình có dạnh hình hộp chữ nhật chứa nước và một vật nổi. Chỉ dùng một cái thước có chia độ, hãy xác định khối lượng của vật nổi đó. Bài I.5. Trong phòng học chỉ có một thước kẻ (có chia độ đến milimet), một thước mét. Hãy tìm phương án xác định bước sóng của một đèn laze. k =4 x + Đèn Laze 2 Thước k =0 y d Hướng dẫn: Dựa trên hiện tượng phản xạ khi tia laze chiếu vào thước kẻ( coi là cách tử) đo góc của tia phản xạ ( thông qua việc đo khoảng cách) ta tính được bước sóng tia laze. Khi cho một chùm tia sáng song song, hẹp rọi vào một cách tử phản xạ theo phương vuông góc với vạch cách tử ta thu được tia phản xạ thỏa mãn a(cos α - cos β ) = k λ . α là góc hợp bởi tia tới và mặt cách tử, β là góc hợp bởi tia phản xạ và mặt cách tử, a là hằng số cách tử. k cho biết bậc của tia phản xạ( k = 0, 1, 2, 3, … ứng với tia phản xạ bậc 0,1 2, 3,…) 5 Bố trí thí nghiệm như hình vẽ: đầu tiên chỉnh cho tia laze vuông góc với tường, đi là là mặt thước( tia phản xạ rọi về đúng vị trí đèn). Đánh dấu vị trí này. Nghiêng thước một góc nhỏ α thì tia phản xạ bậc 0 hợp góc 2 α cho vết sáng trên tường( ở thấp nhất và sáng nhất), tiếp đến là các tia phản xạ bậc cao thứ k. Để tính các góc ta có các phương trình sau: tan(2 α ) = (y/d); tan( α + β k) = ( x/d) Bước sóng λ = cos α − cosβ k k Bài I.6. [Trích đề thi Đại học năm 2014] Lập phương án xác định số vòng dây N của máy biến áp với các dụng cụ sau: 2 máy biến áp lý tưởng A và B có các cuộn dây với số vòng (là số nguyên) lần lượt là N1A, N2A; N1B, N2B. Biết N2B = kN1A; N2B = 2kN1B (k >1); N1A + N2A + N1B + N2B = 3100 vòng và trong bốn cuộn dây có hai cuộn dây có số vòng dây đều bằng N. Dùng kết hợp cả 2 máy biến áp này thì có thể tăng điện áp hiệu dụng U thành 18U hoặc 2U. Hướng dẫn: Có một số phương án để tăng áp. Để tăng điện áp lên 18 lần phải nghĩ đến phương án tăng áp lại tăng áp( kiểu như khuếch đại điện áp) còn như tăng lên 2 lần thì có thể kết hợp các kiểu mắc “song song” và “nối tiếp” các cuộn dây theo các sơ đồ sau B A N2A N1A N2A N1B N2B N2B B A N1A N1B Hình I.6b Hình I.6a Với sơ đồ hình I.6a, dễ dàng tìm được k = 3, N = 600 hoặc N = 372. Với sơ đồ hình I.6b, do chưa biết đặc điểm cấu tạo của lõi thép hai máy, độ tự cảm của các cuộn dây nên trong một số trường hợp vẫn có thể xẩy ra sự tăng điện áp lên 2 lần. Bộ máy biến áp này tương đương như một máy biến áp có k = 2. 6 Sau đây là một số ví dụ về loại toán phương án với các dụng cụ đơn giản. Bài I.7. Để đo chiều cao một ngôi nhà, người ta yêu cầu bạn chỉ dùng một vỏ hộp sữa “ Ông Thọ” và một đồng hồ bấm giây. Hãy nêu phương án đo. Bài A.1.8. Quan sát một dòng nước rỉ ra từ một vòi nước khóa không chặt, Bạn Việt muốn bạn Nam làm thế nào để xác định gia tốc trọng trường nếu trong tay bạn Nam chỉ có một bình chứa dung tích đã biết, một chiếc thước và một chiếc đồng hồ? Bài I.9. Có một bóng đèn dây tóc đã bị cháy. Hỏi phải làm thế nào để xác định được áp suất bên trong bóng đèn đó nếu chỉ có một bình hình trụ chứa nước và một chiếc thước có chia độ? Bài I.10.[5]. Lập phương án xác định hướng của một kinh tuyến từ với các vật liệu sau: một chiếc cốc, một nhúm muối ăn, một cuộn dây đồng, một tấm kẽm nhỏ và một nút chai rượu bằng li-e( chất nhẹ). Bài I.11. Giả sử bạn có một tấm tôn được cố định trên sàn nhà, một chiếc gậy bằng gỗ và một chiếc thước kẻ. Hãy nêu phương pháp xác định hệ số ma sát giữa gỗ và tôn khi chỉ dùng các dụng cụ trên. Bài I.12.[4] Trong phòng thí nghiệm, người ta cần dịch chuyển chậm một mũi kim trong một khoảng hẹp cỡ micro mét theo một phương nào đó. Người làm thí nghiệm buộc phải đứng ở xa và không trông thấy mũi kim. Em hãy đề xuất và giải thích một phương án đơn giản để làm việc đó với các dụng cụ có trong phòng thí nghiệm. II. LOẠI BÀI XỬ LÝ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM. Trong loại toán này, yêu cầu người làm toán tìm ra mối liên hệ định tính hoặc định lượng, ví dụ: cho bảng số liệu, hình vẽ thể hiện sự biến đổi của một vài đối tượng, tìm mối liên hệ hoặc quy luật biến đổi của chúng. Một số thí dụ sau. 7 Bài II. 1.[5]. Trong một thí nghiệm về các hạt, người ta thu được (1) quỹ đạo của hạt α và một electron cùng được phóng vào một điện trường đều như hình vẽ.(2) Hãy tìm xem hạt nào có động năng lớn hơn và giải thích cách làm. Hướng dẫn: Từ hình vẽ ta thấy quỹ đạo của y hạt α cong hơn hạt electron. Phương trình ------------------------------ quỹ đạo của các hạt đều có dạng y = kx2. (1) So sánh các giá trị của y1 , y2 ở cùng một x O tọa độ x ta thấy tỷ số (2) y1 k1 = >1 y2 k 2 + + + + + + + + + + + + + + + Áp dụng định lý động năng cho chuyển động của hạt trong điện trường ta có ∆ Wđ1 = 2eEy1; ∆ Wđ2 ∆W 2y k d1 2 1 = eEy2 => ∆W = y = 2 k > 2 . d2 1 2 Nhưng động năng chỉ biến thiên theo phương trục y nên từ hệ thức trên chứng tỏ Ky1 > Ky2. Ngoài ra tại vị trí x thì vx1 = vx2 nhưng Kx1 > Kx2 nên kết luận chung là Wđ1 > Wđ2. Bài II.2. ( Đề thi HSG quốc gia 2012). Một hỗn hợp khí gồm 2 khí Ar và H2 có khối lượng 8,5 gam, được chứa trong thể tích V0 = 10 dm3 ở áp suất 105 N/m2. Khi nén đoạn nhiệt hốn hợp khí trên, người ta thu được các cặp giá trị thể tích V và áp suất p tương ứng theo bẳng số liệu sau V(dm3) P (105 N/m2) 9,00 8,20 7,40 6,70 6,10 1,17 1,35 1,57 1,83 2,11 8 Biết nguyên tử lượng của Ar và hyđrô lần lượt là 40 g/mol và 1 g/mol. Giả thiết trong quá trình nén đoạn nhiệt, khí không bị phân ly. Hãy xác định lượng khí Ả và H2 trong hỗn hợp. Hướng dẫn: Gọi hệ số đoạn nhiệt là γ thì từ phương trình đoạn nhiệt pV γ = p0V0 γ => ln(p/p0) = γ .ln(V/V0). Từ bảng số liệu thí nghiệm, tính các thương số p/p 0 và V/V0, dựng đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của ln(p/p0) vào ln(V/V0) ta thấy đồ thị có dạng đường thẳng. Vậy γ chính là hệ số góc của đường thẳng. Từ đồ thị tính được γ ≈ 1,53. Ln(p/po) Lập các phương trình liên quan: γ = Cp/CV => CV = 1,89 R; 3 5 Rn1 + Rn2 = 1,89 R và n1 + n2 = 1. 2 2 O Ln(V/Vo) Từ đó tính được n1 = 0,61, n2 = 0,39. Khối lượng mol của hỗn hợp µ = 40n1 + 2n2 = 25,2 g/mol Vậy trong 8,5 gam hỗn hợp có 8,24 gam Ar và 0,26 gam H2. ( Chú ý: đồ thị có tính chất minh họa) III. BÀI TOÁN PATN CÓ NHIỀU PHƯƠNG ÁN Một đại lượng vật lý cần xác định có thể có nhiều phương án xác định. Thí dụ dưới đây cho ta thấy để xác định gia tốc rơi tự do chúng ta đã có 7 phương pháp được trình bầy trong tài liệu này và còn nhiều phương pháp nữa. Bài III.1 Thành lập phương án xác định giá trị của gia tốc rơi tự do. Để xác định giá trị của gia tốc rơi tự do có nhiều phương pháp tùy thuộc bài toán cho dụng cụ loại nào. Sau đây là một số trường hợp Bài III.1.1. Thành lập phương án xác định giá trị của gia tốc rơi tự do với các dụng cụ sau: 9 + Giá thí nghiệm có gắn cổng quang điện và thước đo độ dài chia đến milimet + Đồng hồ đo thời gian hiện số( độ chính xác 0,01s đến 0,001s) + Nam châm điện( kết nối với đồng hồ đo thời gian) và 3 hòn bi bằng sắt có kích thước khác nhau Hướng dẫn: xem Bài 8 - Khảo sát chuyển động rơi tự do. Xác định gia tốc rơi tự do[5]. Ở đây cần lưu ý: + Nguyên tắc đo g là dựa trên hiện tượng “rơi tự do”. Đo quãng đường rơi s và thời gian rơi t rồi tính g theo công thức g = 2s t2 + Các phép đo s và t đều là phép đo trực tiếp. Trong thí nghiệm này đã dùng một thiết bị hiện đại là đồng hồ điện tử cho phép đo các khoảng thời gian chính xác đến 1/100(s) thậm chí 1/1000(s) nên phép đo thời gian là tin tưởng được. Phép đo chiều dài chính xác đến milimet. Cả hai phép đo đều thực hiện được nên đây là một bài thí nghiệm tương đối chính xác, điến hình trong chương trình vật lý THPT. Học sinh cần phải làm quen với các thiết bị đo hiện đại trong phòng thí nghiệm như: đồng hồ đo thời gian hiện số, đồng hồ đo điện đa năng hiện số, dao động ký điện tử. Bài III.1.2. Thành lập phương án xác định giá trị của gia tốc rơi tự do với các dụng cụ sau: + Một bình chứa nước; + Một đoạn ống dẫn nước có tiết diện nhỏ, mềm + Một giá thí nghiệm có các kẹp cần thiết. + Một khay đựng nước + Một đồng hồ bấm giây và một thước milimet. Hướng dẫn: Tìm hiểu các dụng cụ,rất có thể học sinh nghĩ bài toán cho “thừa dụng cụ” vì chỉ cần một cái thước đo chiều dài và một đồng hồ là đủ. Thật vậy, theo cách suy nghĩ này, cách xác định gia tốc rơi tự do dựa vào định luật rơi tự do: từ công 10 thức s = g.t2/2 suy ra g = 2s t2 Đo quãng đường rơi tự do s và bấm thời gian rơi t rồi tính g theo công thức trên. Vấn đề đặt ra là công thức thì không sai nhưng liệu có thể làm được không? Ta biết rằng gia tốc rơi tự do có giá trị trong vùng 9,8 m/s2. Khi vật được quãng đường 1 mét(đo được bằng thước milimet) trong thời gian rất ngắn cỡ khoảng 0,45 giây thì đồng hồ bấm giây không thể thực hiện được! Như vậy phép đo quãng đường là khả thi còn phép đo thời gian là không thể thực hiện được! Vì vậy phương án này không thành công. Vả lại nếu đo được thì vật rơi tự do đây là vật nào? Nếu học sinh có sự đánh giá được độ lớn các đại lượng cần đo, độ chính xác và giới hạn đo của dụng cụ thì không phạm phải sai lầm trên. Vậy cần làm như thế nào? Từ sự phân tích tác dụng, công dụng của từng dụng cụ ta có thể hình dung vấn đề như sau: + Tạo ra vật rơi tự do là các hạt nước rơi từ “ống nhỏ giọt”. Tạo ra ống nhỏ giọt từ bình nước, ống dẫn nước và kẹp nước được kẹp thích hợp( phải điều chỉnh) để ra các giọt nước. Phải dùng đến giá thí nghiệm để tạo ra một độ cao thích hợp cho các giọt nước rơi tự do. + Làm thế nào để đo được chính xác thời gian rơi của giọt nước? Giải quyết được vấn đề này là mấu chốt của phương án. Ta liên tưởng đến một hiện tượng: giọt nước thoát ra từ ống nhỏ giọt nhỏ ra một cách đều đặn. Nếu ta điều chỉnh khoảng cách từ đầu ống nhỏ giọt đến mặt sàn sao cho thời điểm giọt nước chạm sàn cũng là thời điểm giọt nước bắt đầu rơi thì thời gian rơi của các giọt nước là như nhau và bằng khoảng thời gian từ lúc giọt nước bắt đầu tách ra khỏi ống đến lúc nó chạm sàn. Bây giờ ta tính thời gian rơi của N giọt nước trong thời gian ∆ t thì thời gian rơi của một giọt là T= ∆t N (1-1) 11 Rõ ràng với cách tính thời gian như thế này độ chính xác được nâng cao rất nhiều so với cách tính thời gian rơi của một hạt. Ví dụ: thời gian rơi của 100 giọt nước là 30 s thì thời gian rơi của một hạt là 0,3 s. Đây có thể coi là sáng kiến lớn nhất của phương án này. Như vậy chúng ta đã tạo ra một “đồng hồ hiện số” để đo thời gian. Trong quá trình hướng dẫn học sinh làm bài toán phương án thí nghiệm, tác giả luôn tâm đắc một điều: + Một đại lượng càng đo nhiều lần được càng chính xác. + Nếu có thể tạo ra được một quá trình tuần hoàn để xác định thời gian thì càng tốt. + Người làm thí nghiệm là những nhà sáng tạo, đôi khi phải tự tạo ra các dụng cụ cần thiết để “cân, đong, đo, đếm” + Nên sử dụng, tận dụng cả những dụng cụ, vật liệu sẵn có xung quanh mình; bản thân mình cũng là các dụng cụ rất tốt. Như vậy so với phương án đo trực tiếp thời gian của một giọt nước rơi, phương án này đã nâng độ chính xác lên nhiều. Bài III.1.3. xác định gia tốc rơi tự nhờ con lắc đơn. Trong một buổi dã ngoại, một học sinh muốn xác định độ cao của đỉnh núi nhưng chỉ có các dụng cụ sau: + Một đoạn dây mảnh, nhẹ, dài khoảng 1 mét. + Một đồng hồ bấm giây. + Một thuốc đo milimet. Em đó cần làm thế nào? Hướng dẫn: Có vẻ bài toán không liên quan gì đến việc xác định gia tốc rơi tự do; dữ kiện có vẻ thiếu và cũng không liên quan gì đến xác định g. Các dụng cụ đã cho chỉ liên quan đến đo độ dài và thời gian. Vậy phải bắt đầu từ đâu? Ta hãy hình dung việc xác định độ cao đỉnh núi liên quan đến công thức nào, định luật nào? Học sinh thấy ngay điều này liên quan đến việc; gia tốc rơi tự do phụ 12 thuộc độ cao => công thức liên quan g = g0 ( R 2 ) R+h R- bán kính Trái đất xem là đã biết. Vậy công việc còn lại là xác định gia tốc rơi tự do ở mặt đất( chân núi) và gia tốc rơi tự do ở đỉnh núi g rồi tính h theo công thức h = R (1 − g ) g0 + Xác định gia tốc rơi tự do theo cách nào? Trong trường hợp này chỉ có thể theo phương pháp đo chu kỳ dao động của con lắc đơn. Vậy hãy tạo ra một con lắc đơn từ sợi chỉ và một hòn đả nhỏ (kiếm được trên núi không?) và hãy nhớ đến cách đo chu kỳ dao động cơ của con lắc đơn như công thức (1-1) và công thức liên quan 4π 2l ∆t l 4π 2l T = ; T = 2π => g = 2 ; g0 = 2 T0 N g T Từ đó h = R (1 − g T ) = R (1 − 0 ) g0 T (1-2) Từ công thức (1-2) ta thấy việc đo độ cao thông qua việc đo chu kỳ dao động cơ của con lắc đơn ở chân núi T 0 và ở đỉnh núi T- công việc tưởng như “ghê gớm” lắm, khó nhọc lắm nhưng thực ra rất đơn giản với nhà “vật lý chân đất” phải không các bạn!( xin tham khảo bài thực hành đo chu kỳ dao động của con lắc đơn và xác định gia tốc rơi tự do- Vật lý 12nâng cao [5] ). Bài III.1.4. Xác định gia tốc rơi tự do nhờ con lắc lò xo Thành lập phương án xác định giá trị của gia tốc rơi tự do với các dụng cụ sau: + Một lò xo nhẹ, đủ dài chưa biết độ cứng k. + Một vài quả cầu nhỏ (có móc để móc dây vào) khối lượng chưa biết + Một thước đo độ dài có chia milimet + Một đồng hồ đo thời gian . Hướng dẫn: 13 + Tạo ra con lắc lò xo từ các dụng cụ trên. + Khi cân bằng thì có sự cân bằng giữa lực đàn hồi và trọng lực: k. ∆ ℓ = m.g(1- 4a) Không thể tính g căn cứ vào sự cân bằng giữa lực đàn hồi và trọng lực vì chưa biết khối lượng và độ cứng của lò xo. Vậy phải làm thế nào? + Xác định g căn cứ vào dao động cơ của con lắc lò xo. Ta biết rằng khi con lắc lò xo dao động điều hòa thì tần số góc dao động cơ ω 2= k . Kết hợp với (1- 4) m ta được ω= k g = m ∆l Từ đó 4π 2 .∆l g = ω .∆l = T2 2 (1 – 4b) Từ công thức (1 -4 b) ta thấy chỉ cần thực hiện 2 phép đo: + Đo độ dài con lắc ở vị trí cân bằng ta được ∆ ℓ . + Đo chu kỳ dao động cơ của con lắc lo xo theo cách trên T = ∆t . N Bài III.1.5. Xác định gia tốc rơi tự do khi vật chuyển động trong môi trường cản Thành lập phương án xác định giá trị của gia tốc rơi tự do với các dụng cụ sau: + Một vài hòn bi nhỏ hình cầu có kích thước và khối lượng đã biết. + Một bình hình trụ, dài, có vạch chia độ dọc theo chiều dài ống. Trong bình có đựng chất lỏng đã biết hệ số ma sát cản. + Một đồng hồ bấm giây. Hướng dẫn: Nguyên tắc đo g dựa trên định luật Xtoc về chuyển động của vật trong chất lỏng nhớt. Khi một vật chuyển động trong chất lỏng với tốc độ chỏ thì xuất hiện lực 14 cản tỷ lệ với vận tốc và ngược chiều với vận tốc chuyển động , về độ lớn F C = k.v với k là hệ số cản(hệ số ma sát cản). Sau một thời gian ngắn chuyển động vật sẽ chuyển động đều do cân bằng giữa lực cản và trọng lực. Ta có phương trình : Mg = k.v s t Khi chuyển động đều thì v = . Từ đó g= k .s m.t • (1-5) s Đo quãng đường chuyển động đều s và thời gian • chuyển động , biết khối lượng m và hệ số k, ta xác Hình III.1.5 định được giá trị của g. Điều đáng lưu ý ở đây là khi chuyển động trong chất lỏng, vật chuyển động “ chậm hơn” rất nhiều so với trong chân không ( hay không khí) do đó việc đo thời gian bằng đồng hồ bấm giây là hoàn toàn khả thi. Bài III.1.6. Xác định gia tốc rơi tự do nhờ con lắc thuận nghịch ( Xem thí nghiệm vật lý đại cương[2]) Dụng cụ: + con lắc vật lý là một thanh đồng chất dài, có 2 trục quay đi qua O 1 và O2 nằm cách nhâu một khoảng L đã biết. Hai trọng vật M1 và M2 có thể dịch chuyển dọc tùy điều chỉnh vị trí của chúng. + Đồng hồ bấm giây. Hướng dẫn: Khi cho con lắc vật lý dao động cơ xung quanh O1 thì chu kỳ dao động cơ là I I 0 + ml12 T1 = 2π = 2π mgl1 mgl1 (III-1.6a) Khi dao động cơ xung quanh O2 thì chu kỳ dao động cơ cơ là T2 = 2π I I + ml22 = 2π 0 mgl2 mgl2 Mấu chốt của bài toán là: (III-1.6b) M1 O1 G M2 O2 Hình III.1.6 15 nếu giữ nguyên vị trí của một trọng vật (thí dụ M2) mà dịch chuyển M1 thì khối tâm của con lắc cũng thay đổi, tức là khoảng cách l1, l2 cũng thay đổi nhưng tới một lúc nào đó xẩy ra T1 = T2( được không?) thì ta có I I 0 + ml12 I I 0 + ml22 T1 = 2π = 2π = 2π = T2 = 2π mgl1 mgl1 mgl2 mgl2 Hay I 0 + ml12 I 0 + ml22 m(l12 − l22 ) L T 2 = = = = mgl1 mgl2 mg (l1 − l2 ) g 4π 2 g= 4π 2 L T2 suy ra (III-1.6c) Bài thí nghiệm này không có trong chương trình THPT, chỉ giới thiệu hoặc để học sinh các đội tuyển làm thí nghiệm để biết nguyên tắc đo. Nhưng đây là một phương pháp rất chính xác đo g nhờ các dụng cụ đơn giản. không dùng các máy móc hiện đại. So với phương pháp dùng con lắc đơn thì phương pháp chính xác hơn vì đã loại trừ được ảnh hưởng của khối lượng dây và trong thực tế con lắc đơn là con lắc toán học nên việc xác định vị trí khối tâm của con lắc không đơn giản là đo khoảng cách từ điểm buộc con lắc tới tâm của vật nặng( có dạng hình cầu). Bài III.1.7. Trình bày 2 phương án thí nghiệm xác định gia tốc trọng trường g Cho các dụng cụ sau: - Bình thủy tinh hình trụ mỏng, hở, trên thành có khắc các vạch chia độ dài. - Can đựng chất lỏng trong suốt. - Bàn xoay liên kết với động cơ điện xoay chiều có thể điều khiển tốc độ quay thông qua điều khiển điện áp cấp cho động cơ. Trên bàn xoay có gắn hệ thống mâm cặp để có thể cố định bình hình trụ đặt trên đó. -Nguồn điện xoay chiều 220 V, biến trở; - Dao động kí điện tử, pin quang điện, bút laze; - Thước đo có độ chia phù hợp, cách tử truyền qua đã biết hằng số cách tử N; - Miếng giấy bạc mỏng có thể sử dụng làm mặt phản xạ, màn chiếu, các thiết bị che chắn, giá đỡ, dây nối, ngắt điện, băng dính, bút đánh dấu cần thiết. 16 Yêu cầu: - Xây dựng các công thức cần thiết; - Bố trí thí nghiệm và các bước tiến hành để thu thập số liệu; - Cách xử lí số liệu để xác định g. Hướng dẫn: a. Xây dựng công thức: Nghiên cứu chất lỏng trong hình trụ khi hình trụ quay quanh trục của nó với tốc độ không đổi ω. Xét một phần tử chất lỏng khối lượng m trên bề mặt chất lỏng. r Hợp lực F tác dụng lên m có phương vuông góc với tiếp tuyến của mặt chất lỏng. r Các thành phần của lực F theo phương thẳng đứng và nằm ngang là: Fcosϕ = mg z Fsinϕ = mω r 2 Ta có tan ϕ = D ω r dz ωr = ⇒z= g dr 2g 2 2 2 h1 (vì tại r = 0 thì z = 0). z r m ϕ O h0 h Như vậy mặt thoáng của bình sẽ có dạng mặt parabôlôit tròn xoay quanh trục thẳng đứng Oz. Hình III.1.7a Cách 1: Tại mép trên cùng của chất lỏng ứng r = D ω2 D2 z = . ta có max 2 8g Biết ω, D và zmax ta xác định được g. ω2 D 2 g= Z max ( I- 1.7a) Nhận xét: Nếu sử dụng cách này thì việc xác định mép trên cùng của chất lỏng là rất khó. Do đó phép đo này độ chính xác kém! Cách 2: Thể tích chất lỏng giữa điểm cao nhất và thấp nhất của mặt thoáng chính bằng lượng chất lỏng giữa mặt phẳng đi qua điểm thấp nhất mặt thoáng và mặt phẳng chất lỏng khi bình chưa quay. Ta có: πD 2 h1 = 4 D/2 ∫ 0 D/2 z.2πrdr = ∫ 0 ω2 r 2 πω2 D 2 .2πrdr = . 2g g 64 → h1 = ω2 D 2 . 16g 17 Do đó: h − h 0 = h1 = ω2 D 2 (với h0 là độ cao mặt chất lỏng khi bình yên tĩnh, h là 16g độ cao mép thấp nhất của chất lỏng khi bình xoay với tốc độ ω). Như vậy bằng việc đo h0, h và biết ω ta xác định được g. g= ω2 D 2 h − h0 (I-1.7b) Nhận xét: Việc xác định mép chất lỏng ứng với h là có thể xác định được tương đối chính xác. Do đó cách này cho độ chính xác cao hơn. b. Bố trí thí nghiệm - Đổ chất lỏng vào trong hình trụ và đặt hình trụ ở tâm của bàn xoay. - Dán miếng giấy bạc lên thành ngoài hình trụ. - Bố trí bút laze và pin quang điện sao cho khi ánh sáng chiếu vào tấm bạc sẽ phản xạ và đến được pin quang điện. - Nối các mạch điện, thiết bị như hình vẽ. Trình tự thí nghiệm: - Dùng thước đo đường kính D của bình. - Đo chiều cao h0 của chất lỏng khi ω Bút laze bình chưa quay. Pin quang điện - Thay đổi biến trở để thay đổi tốc độ bàn xoay. Dao động kí - Xác định tốc độ quay thông qua việc đếm xung tín hiệu thu được theo thời gian trên dao động kí. - Đo chiều cao h. 220V - Ghi vào bảng số liệu. - Lặp lại các bước từ việc thay đổi biến trở để lấy các số liệu tiếp Hìnhtheo. III.1.7b Lần đo ω h 1 ω1 H1 2 ω2 H2 3 ω3 H3 4 ω4 H4 5 ω5 H5 6 ω6 H6 c. Xử lí số liệu - Dựng đồ thị Y = h0 - h theo X = ω2 để xác định hệ số A = D2 từ đó thu được g. 16g Bài III.2.1. Xác định hệ số ma sát trượt và hệ số cản Bài toán: Xét chuyển động của một tấm nhựa phẳng trên một mặt bàn phẳng nằm ngang, người ta nhận thấy trong quá trình chuyển động, tấm chịu tác dụng của lực 18 ma sát trượt (hệ số ma sát trượt α) và chịu lực cản của môi trường tỉ lệ thuận vớivận r r tốc ( fc = −βv, β là hệ số cản). Quãng đường mà tấm nhựa trượt được trên mặt phẳng ngang được tính gần đúng là: s = v2 β v3 − 2 2 với v là vận tốc ban 2αg 3α Mg đầu của tấm nhựa, M là khối lượng của tấm nhựa, g là gia tốc trọng trường. a. Trình bày cơ sở lý thuyết và xây dựng các công thức cần thiết xác định α và β. b. Coi các va chạm trong quá trình làm thí nghiệm (nếu có) là hoàn toàn đàn hồi. Cho các dụng cụ sau: - Vật nhỏ có khối lượng m đã biết; - Thước đo có vạch chia đến milimét; - Các sợi dây mềm, mảnh, nhẹ; - Tấm nhựa phẳng hình chữ nhật; - Bàn thí nghiệm, giá đỡ, giá treo cần thiết. Trình bày cách bố trí thí nghiệm, thu thập và xử lí số liệu để xác định các hệ số α và β. Hướng dẫn: a. Trình bày cơ sở lý thuyết và xây dựng các công thức cần thiết xác định α và β. Muốn xác định được các hệ số α và β liên quan đến quá trình chuyển động của tấm nhựa trên mặt bàn ta cần bố trí hệ thí nghiệm sao cho tạo được vận tốc cho tấm và cần phải xác định được khối lượng M của tấm nhựa. Có thể tạo vận tốc ban đầu cho tấm nhựa bằng việc sử dụng va chạm của vật m và tấm. Tạo vận tốc vật m trước khi va chạm vào M bằng việc cho vật m chuyển động dưới tác dụng của trọng lực, thế năng chuyển hoá thành động năng. Độ cao vật m ban đầu so với vị trí trước va chạm là h thì vận tốc vật m thu được là m v12 = mgh ⇒ v1 = 2gh (1). 2 Vật m khi va chạm đàn hồi với M sẽ tạo vận tốc v2 cho M xác từ hệ phương trình m mv1 = Mv 2 + mv1' (*) 1 1 1 mv12 = Mv 22 + mv1' 2 (**) h 2 2 2 2m 2m 2gh v1 suy ra v 2 = ⇒ v2 = M+m M+m 2 3 v βv Ta có s = 2 − 2 2 2 2αg 3α Mg M (2). v2 Hình III.2.1 19 s 1 βv 2 ⇒ v 2 = 2αg − 3α 2 Mg 2 = A − Bv 2 2 Như vậy bằng việc đo khoảng cách dịch chuyển của tấm theo chiều cao vật m và vẽ s đồ thị để xác định phụ thuộc của v 2 theo v2 ta có thể xác định được A, B từ đó 2 xác định được α và β b. Trình tự thí nghiệm:Xác định khối lượng vật M (sử dụng thước làm cân đòn và vật m đã biết để tính M) Bố trí thí nghiệm (như hình vẽ I.2.1): - Vật M để hơi nhô khỏi mép bàn một chút - Chiều dài dây buộc vật m phải phù hợp - Kéo lệch vật m lên độ cao h và thả để vật m đến va chạm vào M, đo quãng đường dịch chuyển của vật M. - Ghi số liệu vào bảng và xử lí số liệu Lần 1 2 3 4 5 6 7 h // // // // // // // s // // // // // // // Xử lí số liệu: +Tính các đại lượng liên quan và ghi vào bảng Lần h s v2 s/v22 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 s Dựng đồ thị biểu diễn mối quan hệ Y = v 2 theo X = v 2 . Đồ thị có dạng: 2 Y= A- BX. Vẽ đồ thị Y theo X, tính các hệ số A, B suy ra α và β . III.2.2. Xác định hệ số ma sát trượt và hệ số cản ( Cũng bài toán các định hệ số ma sát trượt và hệ số ma sát cản nhưng yêu cầu và phương pháp tính chính xác hơn) Bài toán: Xét chuyển động của một tấm nhựa phẳng trên một mặt bàn phẳng nằm ngang, người ta nhận thấy trong quá trình chuyển động, tấm chịu tác dụng của lực ma sát trượt (hệ số ma sát trượt α) và chịu lực cản của môi trường tỉ lệ thuận với r r vận tốc ( fc = −βv, β là hệ số cản). Coi các va chạm trong quá trình làm thí nghiệm (nếu có) là hoàn toàn đàn hồi. 20 Cho các dụng cụ sau: - Vật nhỏ có khối lượng m đã biết; - Thước đo có vạch chia đến milimét; - Các sợi dây mềm, mảnh, nhẹ; - Tấm nhựa phẳng hình chữ nhật; - Bàn thí nghiệm, giá đỡ, giá treo cần thiết. Yêu cầu: 1. Trình bày cơ sở lí thuyết và xây dựng các công thức cần thiết để xác địn hệ số ma sát trượt α giữa tấm nhựa với mặt bàn và hệ số cản β của môi trường khi tấm nhựa chuyển động. 2. Trình bày cách bố trí thí nghiệm, thu thập và xử lí số liệu để xác định α vàβ. Cho biết: ln( 1 + x ) = x − x2 x3 x4 x5 + − + − ... khi x R = 4Ω R+r R+4 I2 = U2 10 = = 2( A) => R = 12Ω R+r R+4 Kết quả a và b mâu thuẫn nhau chứng tỏ giả thiết trong hộp chỉ có điện trở là sai. Tương tự: Hướng dẫn học sinh lập luận, viết ra các phương trình chứng tỏ nếu hộp chỉ chứa nguồn điện( có điện trở trong bằng không ) là mâu thuẫn với các kết quả thực nghiệm. Đến đây nảy sinh ra một vấn đề lớn: Nếu hộp chứa nguồn điện thì nguồn ngoài mắc như thế nào với nguồn trong? Số chỉ của Ampe kế ở trên tương ứng với dòng điện đi qua hộp theo chiều nào? 25 Bài toán có một hay nhiều lời giải là ở tình huống này: cách mắc nguồn và chiều dòng điện. Tiếp tục phân tích ta thấy ngay có 4 khả năng xảy ra ( do có 2 nguồn mà mỗi nguồn có 2 cực ). Với học sinh có sự suy nghĩ lôgíc, nhất là học sinh chuyên thì xảy ra các trường hợp : nguồn điện mắc nối tiếp và nguồn điện mắc xung đối với nguồn điện bên trong hộp. Trường hợp mắc xung đối là trường hợp nhiều học sinh không nghĩ tới. Sau đây là lời giải đầy đủ của bài toán này 1.Trường hợp các nguồn ngoài lần lượt mắc nối tiếp với nguồn trong + Khi mắc U1 , U2 nối tiếp với nguồn trong hộp( Giả sử cực + nối vào điểm M ) ( Xem hình vẽ 4.c,d ), ta có các phương trình sau: + + e A r M e A r N M U1 N U2 Hình 4.1c Hình 4.1d I1 = ( U1 + e ): ( R + r ) ( 5 + e ): ( R + 4 ) = 1 ⇒ e – R = -1 (1) I2 = ( U2 + e ): ( R + r ) ( 20 + e ): ( R + 4 ) = 2 ⇒ e – 2R = -12 (2) Từ (1) và (2) suy ra e = 10V và R = 11 Ω . Ngay cả kết quả này cũng khác với đáp án, nhưng đây là một đáp án. 2.Trường hợp các nguồn mắc xung đối a.Giả sử e < U1 < U2_ + + - e A r M N U 1 Hình 4.1e - e A r M N U 2 Hình 4.1f 26 Dòng điện có chiều như hình vẽ, ta lần lượt có: + Khi mắc U1 thì I1 = ( U1-e ):(R +r) 1=e+R (3) + khi mắc nguồn U2 thì I2 = ( U2-e ):(R +r) 12 = e + 2R (4) Các phương trình trên có nghiệm R = 11 Ω và e = -10v ( Loại ) Vậy không có trường hợp e < 5v. b. Giả sử U1 < e < U2 và các nguồn mắc xung đối (Hình 2.g,h) + + - e A r M - e A r M N N U2 U 1 Hình 4.1g Hình 4.1h -Khi mắc U1 thì I1 = ( e –U1 ):(R +r) 9=e-R (5) - khi mắc nguồn U2 thì I2 = ( U2-e ):(R +r) 12 = e + 2R (6) Các phương trình trên có nghiệm R = 1 Ω và e = 10V . Đây chính là 1nghiệm của bài toán trùng với đáp án! c.Trường hợp e > U2 > U1 nguồn mắc xung đối ta có kết quả sau: + - e + A r M N U1 Hình 4.1k - e A r M N U2 Hình 4.1l Hình 4.1k,l Khi mắc xung đối với nguồn U1 thì : I1 = (e-U1): (R +r) = 1 27 ⇒ e-R = 9 (7) Khi mắc xung đối với nguồn U2 thì : I2 = (e-U2): (R +r) = 2 ⇒ e-2R = 28 (8) Trường hợp này vô nghiệm! d.Trường hợp nguồn e trong hộp mắc nối tiếp với nguồn ngoài này , mắc xung đối với nguồn kia a.Nguồn e nối tiếp với U1, xung đối với U2 (Hình 4.1m,n) + + e A r M - e A r N M U1 N U2 Hình 4.1m Hình 4.1n * Nối tiếp với U1( Nếu e < U1 ) I1 = (e+U1): (R +r) = 1 ⇒ e-R = -1 (9) Xung đối với U2 + Nếu e < U2 thì: I2 = (U2- -e): (R +r) = 2 ⇒ e+2R = 12 (10) Giải hệ có R =1 Ω , e = 10V như trường hợp lời giải của bài toán! * Nếu e > U2 I2 = (e-U2- ): (R +r) = 2 ⇒ e-2R = 28 (11) Hệ phương trình vô nghiệm. b. Nguồn e nối tiếp với U2 , xung đối với U1 (Hình 4.1o,p) ta có các phương trình sau: + + e A r M N U 1 Hình 4.1o - e A r M N U 2 Hình 4.1p 28 * e nối tiếp với U2 ta có: I2 = (e+U2- ): (R +r) = 2 ⇒ e-2R = -12 (12) *e xung đối với U1 : + Nếu e < U1 thì I1 = (U1-e): (R +r) = 1 ⇒ e + R = 1 (13) Phương trình (12) và (13) vô nghiệm + Nếu e > U1 =5v thì: I1 = (e -5): (R +r) = 1 ⇒e-R=9 (14) Giải hệ ta có R = 21 Ω và e = 30V. Đây chính là một nghiệm nữa của bài toán! Kết luận: bài toán đã cho có tất cả 4 nghiệm ( 4 phương án )trong đó có 1 nghiệm đã có trong đáp án. Kết luận: Vì vậy khi tiến hành giải một bài toán thực hành thì phải suy nghĩ các tình huống có thể xảy ra, không được bỏ sót nghiệm. Bài IV.2. [5]. Oát kế là một dụng cụ đo công suất tiêu thụ, bên trong có hai cuộn dây: một cuộn mắc nối tiếp với dụng cụ tiêu thụ điện và một cuộn mắc song song với dụng cụ tiêu thụ điện. Hai cuộn dây này chìa ra 4 đầu (cực) như hình vẽ Cho các dụng cụ sau: - Một Oát kế, bên ngoài có 4 cực mà không ghi ký hiệu gì. W - Ba đoạn dây dẫn, mỗi đoạn dài khoảng 40 cm. - Một bóng đèn dây tóc 220 V – 25 W 1 2 3 • • •• 4 • ( có đui đèn đã mắc dây vào đui đèn) - Nguồn điện dân dụng. Hãy trình bày và giải thích một phương án để xác định các cực của Oát kế này. Hướng dẫn: Cuộn dây mắc nối tiếp với dụng cụ tiêu thụ điện là cuộn dây có điện trở nhỏ để không ảnh hưởng đến dòng qua dụng cụ; cuộn dây mắc song song với nguồn điện là cuộn dây có điện trở lớn( nếu không sẽ bị cháy). Cần phải xác định 2 W 1 2 3 • • •• 4 • 29 việc: cực nào là 2 đầu của một cuộn dây, cuộn dây nào là cuộn dòng- cuộn nào là cuộn áp + Để phát hiện đâu là 2 đầu của một cuộn dây Ta mắc mạch điện như hình vẽ. Lần lượt đưa đầu dò( có mũi tên) vào các cực còn lại. + Để phân biệt đâu là cuộn dòng, đâu là cuộn áp, căn cứ vào độ sáng bóng đèn. Bài IV.3( Lớp 9) Một hộp kín H có ba đầu ra. Biết rằng trong hộp kín là sơ đồ 2 mạch điện được tạo bởi các điện trở. Nếu mắc hai chốt 1 và 3 1 vào hiệu điện thế 3 nguồn không đổi U = 15 V thì hiệu điện thế H giữa các cặp chốt 1-2 và 2-3 lần lượt là U 12 = 6 V và U23 = 9 V. Nếu mắc hai chốt 2 và 3 cũng vào hiệu điện thế U trên thì hiệu điện thế giữa các cặp chốt 2-1 và 1-3 lần lượt là U 21 = 10 V và U13 = 5 V. a. Hãy vẽ một sơ đồ mạch điện trong hộp kín H với số điện trở ít nhất. Cho rằng điện trở nhỏ nhất trong mạch điện này là R, hãy tính các điện trở còn lại trong mạch đó. b. Với sơ đồ mạch điện trên, nếu mắc hai chốt 1 và 2 vào hiệu điện thế U trên thì các hiệu điện thế U13 và U32 là bao nhiêu ? Hướng dẫn: - Theo bài ra, khi thay đổi các cặp đầu vào của mạch điện thì hiệu điện thế giữa các cặp đầu ra cũng thay đổi, ta suy ra rằng giữa các cặp chốt phải có điện trở khác nhau và số điện trở ít nhất của mạch trong hộp kín H là 3. 1 Cách 1 : R1 - Khi U13 = 15(V) thì U12 = 6(V) và U23 = 9(V). R3 3 R2 30 2 R U 6 2 1 12 Ta có : R = U = 9 = 3 3 23 (1) - Khi U23 = 15(V) thì U21 = 10(V) và U13 = 5(V). R U 10 2 21 Ta có : R = U = 5 = 2 3 13 (2) Từ (1) và (2) suy ra : R1 là điện trở nhỏ nhất ⇒ R1 = R, R2 = 3R, R3 = 1,5R. U R R 1 13 1 - Khi U12 = 15(V). Ta có : U = R = 3R = 3 32 2 Mặt khác : U13 + U32 = U12 = 15(V) (*) (**) Từ (*) và (**) ta có : U13 = 3,75 (V); U32 = 11,25 (V) 2 Cách 2 : R 3 - Khi U13 = 15(V) thì U12 = 6(V) và U23 = 9(V). R3 U12 6 2 Ta có : R = U = 9 = 3 1 23 1 (3) R 1 R 2 3 - Khi U23 = 15(V) thì U21 = 10(V) và U13 = 5(V). R U 10 3 21 Ta có : R = U = 5 = 2 2 13 (4) Từ (1) và (2) suy ra : R2 là điện trở nhỏ nhất ⇒ R2 = R, R1 = 3R, R3 = 2R. U R R 1 13 - Khi U12 = 15(V). Ta có : U = R2 = 3R = 3 32 1 (***) 31 Mặt khác : U13 + U32 = U12 = 15(V) (****) Từ (***) và (****) ta có : U13 = 3,75 (V); U32 = 11,25 (V). Bài IV.4.[6] Cho hai hộp đen, mỗi hộp có hai đầu ra. Trong mỗi hộp chứa 3 phần tử: 1điện trở thuần, 1 nguồn điện một chiều có điện trở trong rất nhỏ, 1 điôt. Những phần tử cùng loại trong hai hộp là như nhau. Trong một hộp, các phần tử được mắc thành hai dãy song song với nhau. Trong hộp còn lại, các phần tử được mắc không phân nhánh. Trên mặt các hộp đã vẽ sẵn cách mắc các phần tử( hai nhánh song song hoặc không phân nhánh) Dụng cụ được dùng gồm có: + Một bộ nguồn gồm 2 pin mắc nối tiếp với một biến trở. + Hai đồng hồ vạn năng hiện số. + Năm dây nối. + Một tờ vẽ đồ thị. Nhiện vụ: 1. Vẽ sơ đồ mạch điện trong mỗi hộp. 2. Xác định giá trị của điện trở, suất điện động của nguồn điện trong hộp và và hiệu điện thế mở của điốt. 3. Nếu với các hộp này, chỉ cho biết trong một hộp các phần tử được mắc thành hai nhánh song song với nhau, còn trong hộp còn lại các phần tử được mắc không phân nhánh thì cần phải làm thế nào để xác định được cách mắc các phần tử( phân nhánh/ không phân nhánh) trong từng hộp? Hướng dẫn: Gọi hộp có các phần tử mắc song song là hộp A, còn lại là hộp B. 32 1. Nối đồng hồ ở chế độ đo dòng ( Ampe kế) vào hai đầu ra mỗi hộp. Hộp nào mà Ampe kế có số chỉ khác không là hộp B và sơ đồ mắc các phần tử như hình vẽ bên, và ( Hộp B) hộp còn lại là các phần tử mắc phân nhánh (Chú ý: đề bài không cho rõ loại đi-ốt nào) Nếu Ampe kế chỉ 0(A) thì sơ đồ mắc các phần tử như hình vẽ bên, điốt mắc nối tiếp với nguồn nhưng ( Hộp A) không cho dòng chạy qua(thực hiện các phương án loại trừ để tìm ra sơ đồ này) 2. Tìm giá trị R, E và Um của đi-ốt. + Mắc đồng hồ ở chế độ đo điện trở(Ôm kế) vào 2 đầu hộp A, ta đo được điện trở trong hộp( vào khoảng 2,2 k Ω . Sau đó để đồng hồ ở chế độ đo dòng vào 2 đầu hộp B ta đo dòng, căn cứ số chỉ của Ampe kế (khoảng 4,6 mA) tính được: E – Um = IR ≈ 1,0 (V) V một chiếc ở chế độ đo thế, + Nối 2 đồng hồ, một chiếc ở chế độ đo dòng vào mạch điện với hộp A như sơ đồ hình vẽ. Thay đổi giá trị của biến trở ta được các cặp giá trị (I1, U1), (Ij, Uj)… A Vẽ đồ thị. Điểm mà đồ thị chuyể từ tuyến tính sang gần thẳng đứng ứng với trạng thái đi-ốt mở. Khi đó số chỉ của von kế là U 1 = E + Um( ≈ 2,1 V). Từ đó suy ra E ≈ 1,5 V và Um ≈ 0,55 V.3. 33 Vẫn mắc đồng hồ ở chế độ đo dòng để biết được trong hộp A có đi-ốt ngăn dòng thì mắc nối tiếp hai hộp với nhau theo sơ đồ như hình vẽ bên: lần đầu hai hộp mắc nối tiếp, lần sau đảo đầu một hộp( coi là mắc xung đối). Nếu trong cả hai lần Ampe kế đều chỉ dòng khác không chứng tỏ trong hộp B có dòng là mắc không phân nhánh và đi- ốt mắc thuận theo sơ đồ đã chỉ ra, hộp A không có dòng là phân nhánh. A Lưu ý: Học sinh có thể làm theo các phương án khác, chẳng hạn dùng đồng hồ để ở chế độ đo thế mắc vào 2 đầu hộp A( phải đảo đầu 2 lần) đều thấy chỉ 0 (V). Khi đó vẽ 6 sơ đồ khả thi và loại trừ chỉ còn một khả năng duy nhất là sơ đồ đã vẽ ở trên mới cho vôn kế chỉ 0 (V). Một số bài toán về hộp đen Bài IV.5[4]: ( Trích đề Vật lý quốc tế lần thứ 22 năm 1991 tại Cuba) Một hộp đen có ba chốt ra là A, B, C. Trong hộp có 3 linh kiện điện khác nhau. Các linh kiện này có thể là: Pin, điện trở lớn hơn 100 Ω , tụ điện có điện dung lớn hơn 1 µ F , đi ốt bán dẫn. a, Xác định bản chất các linh kiện và vị trí của chúng so với các chốt ra (vẽ sơ đồ mạch trong hộp). Vẽ sơ đồ mạch thăm dò đã dùng để xác định. b, Nếu có pin thì xác định suất điện động. c, Nếu có điện trở thì xác định giá trị. d, Nếu có tụ điện thì xác định điện dung e, Nếu có điốt thì xác định hiệu điện thế ngưỡng thuận V0 và hiệu điện thế phá ngược Vng Với các câu b, c, d, e, vẽ các sơ đồ mạch dùng để do Thiết bị; 1. Hộp đen 2. Nguồn điện một chiều co suất điện động biến đổi được. 34 3. Hai đồng hồ đa năng 1W 4. Ba điện trở 1, 10 và 100 K Ω sai số 5% 5. Một tụ điện 100µ F ± 20% 6. Một đồng hồ bấm giây 7. Dây nối, bảng để lắp mạch, ngắt điện 8. Giấy, thước kẻ 9. Bảng điện trở trong của vôn kế cho các thang đo 10. Bảng điện trở trong của vôn kế cho các thang đo Chú thích: không dùng đồng hồ đa năng làm ôm kế Đề phòng dòng quá lớn, không dùng dòng quá 20mA Bài IV.6[4]. ( Trích đề Vật lý quốc tế lần thứ 25 năm 1994 tại Trung Quốc) Cho một hộp đen có hai đầu ra giống nhau. Trong hộp đen có không qua 3 linh kiện thụ động. Tìm giá trị của các linh kiện trong sơ đồ mạch tương đương nằm giữa hai đầu ra của hộp. Hộp này không được phép mở ra. Thiết bị thí nghiệm 1. Một dao động kí hai chùm tia với mặt máy có chỉ ró tên và chức năng của các núm vặn và chốt. 2. Một máy phát âm tần với mặt máy có chỉ ró tên và chức năng của các núm vặn và chốt. 3. Một hộp điện trở đã đặt ở giá trị cố định 100Ω ± 0,5% 4. Nhiều dây nối 5. Với các dây cáp bọc kim, dây có đầu màu đen đã được nối đất với vỏ máy. Giấy vẽ đồ thị kiểu chia độ cả hai trục theo thang looga và kiểu chia dộ một trục theo thang looga và giấy kẻ li bình thường được cung cấp để dùng nếu cần. V. PHƯƠNG ÁN THỰC HÀNH XÁC ĐỊNH CÁC HẰNG SỐ VẬT LÝ Việc đo trực tiếp các đại lượng có giá trị lớn là việc làm không thể đo trực tiếp vì có thể không thể chế tạo được dụng cụ đo đó hoặc phếp đo không thể tiến hành trong không gian, thời gian cho phép. Ví dụ: không thể dùng lực kế để đo lực 35 kéo của đầu tầu hỏa hoặc đo lực hấp dẫn giữa Trái Đất và Mặt Trăng, không thể đo tốc độ lan truyền của ánh sáng trong không khí( cỡ 300000 km/s) . Không thể có lực kế hay tốc kế nào đo được các trị số lớn như thế. Vậy phương pháp chung là người ta phải đo gián tiếp qua các định luật có liên quan đến đại lượng đó. Trong đề tài này ta hãy xem việc đo tốc độ ánh sáng như thế nào- Đây là một việc làm hệ trọng vì nếu ta tiến hành đo được tốc độ này, trong các hệ quy chiếu khác nhau mà tốc độ ánh sáng không thay đổi thì ta đã khẳng định được tiên đề 2 của Anh-Xtanh là đúng. Bài V.1. Thành lập phương án xác định tốc độ truyền sáng trong không khí với các dụng cụ sau đây + Máy hiện sóng 2 chùm tia. + 2 diot quang ( có dây kết nối với máy biến điệu tần số 50,1 MHz và có bộ so pha) + Bàn thí nghiệm có các gương phẳng, giá gắn gương di động được. + Hai thấu kính hội tụ. + Thước đo milimet. Hướng dẫn: Đây là một thí nghiệm với các thiết bị hiện đại( máy biến điệu, mày hiện sóng) nên đòi hỏi học sinh phải có một số kỹ năng sử dụng máy( Việc này Bộ giáo dục từng bước trang bị cho các trường THPT, đầu tiên là trường chuyên) + Đi-ốt quang 1 một cái làm nhiệm vụ phát tín hiệu – ánh sáng đỏ đã được điều biến, đi-ốt quang 2còn lại làm nhiệm vụ thu tín hiệu phát ra từ đi-ốt đầu sau khi đã đi qua không khí và phản xạ trên hai gương. Tín hiệu thu được từ đi-ốt 2 chỉ khác tín hiệu của đi-ốt 1 ở pha. + Để nhận biết sự lệch pha giữa hai tín hiệu, hãy căn cứ vào đường Lisajous trên máy hiện sóng. Hãy thành lập phương án đo tốc độ truyền sóng và cách tiến hành? 36 Trong bài thực hành này, với các dụng cụ đo hiện đại và sự chỉ dẫn như trên, học sinh có thể phán đoán ra nguyên tắc đo tốc độ ánh sáng: dựa trên sự thay đổi pha và quang trình của đường truyền sáng khi ta dịch chuyển gương. Máy hiện sóng (2) Đ1 Máy điều biến (1) Đ2 L2 G1 (I) (II) x L2 G2 Hình 5.1 Nguyên lý của thí nghiệm này như sau: Ánh sáng phát ra từ đi-ốt 1 được truyền song song với trục Ox, sau khi phản xạ trên cặp gương lại truyền song song với trục Ox đến di-ốt 2. ( Muốn làm được Điều đó các gương cần đặt như thế nào?). Xét hai vị trí của cặp gương: + Ở vị trí (I) ta điều chỉnh vị trí này sao cho độ lệch pha của sóng do tín hiệu (1) và (2) bằng không ∆ϕ = 0. Khi đó thể hiện trên màn hình của mày hiện sóng, đường Lisajua bị suy biến thành một đoạn thẳng( hình nét đậm, nằmnghiêng (1)trên hình 3). + Dịch chuyển gương đến vị trí (II) sao cho đường Lisajua bị suy biến thành một đoạn thẳng(thể hiện bằng nét đậm (2) trên máy hiện sóng). Lúc này độ lệch pha của 2 sóng là ngược pha, ∆ ϕ = π . + Hiệu quang trình của hai tia sáng ứng với vị trí (I) và (II) của gương là ∆L = 2. ∆ x (3-1) + Tín hiệu thu được ở đi-ốt 2 khi gương ở vị trí (I) và (II) lệch pha nhau π ứng với thời gian truyền sáng là ∆t = 1 1 T= 2 2f (3-2) Với f là tần số biến điệu ánh sáng( tần số 50,1 MHz). Từ đó suy ra tốc độ ánh sáng 37 trong không khí là v= ∆s = 4 f .∆x ∆t (3-3) Kết luận: Việc đo tốc độ ánh sáng quy về việc đo khoảng dịch chuyển ∆ x của hệ gương trên bàn thí nghiệm. Công việc thật quá đơn giản! Bài V.2. Trên cơ sở bài 5.1, hãy thiết lập một phương án đo tốc độ ánh sáng trong môi trường trong suốt( thủy tinh, nước nguyên chất,…) và xác định chiết suất của môi trường với các dụng cụ sau: + Máy hiện sóng 2 chùm tia. + 2 diot quang ( có dây kết nối với máy biến điệu tần số 50,1 MHz và có bộ so pha) + Bàn thí nghiệm có các gương phẳng, giá gắn gương di động được. + Hai thấu kính hội tụ. + Thước đo milimet. + Một khối chất dẻo trong suốt mà ta cần đo tốc độ truyền sáng và chiết suất của khối đó. Phương án thực hành đo các đại lượng có giá trị rất nhỏ Tương tự như đo các đại lương có giá trị rất nhỏ, khó khăn đầu tiên là không chế tạo được các cân có độ chia nhỏ vào bậc đại lượng cần đo. Thời của Ca-vandi-xơ hay Ampe, Cu-lomb, với bộ óc thiên tài và bàn tay khéo léo đã chế tạo đươc những “cái cân xoắn” đo được trị số rất nhỏ của các lực nên đã cân được lực hấp dẫn, lực từ cỡ 1/1000 (N) đến 1/10000(N). Các ông đã xác định được độ lớn các đại lượng cần đo cỡ 10-9, 10-11. Nhưng để đo các đại lượng nhỏ hơn như : điện tích nguyên tố( 1,6.10-19C) hay hằng số P-Lăng (6,625.10-34 Js) phải dùng phép đo gián tiếp thông qua một định luật nào đó. Bài V.3. Xác định hằng số P-Lăng với các dụng cụ sau: + Tế bào quang điện. + Nguồn sáng thích hợp( có thể điều chỉnh cường độ sáng và tần số nhờ kính lọc màu) 38 + Nguồn hiệu điện thế một chiều. + Các biến trở. + Vôn-kế và mi-cro ampe-kế. + Bàn thí nghiệm và các dây nối cần thiết. Hướng dẫn: Xác định hằng số P-Lăng dựa trên hiện tượng quang điện ngoài và công thức Anh-Xtanh đối với hiện tượng này. A S F K µA V Hình 5.3 UAK Lần thí nghiệm đầu với kính lọc sắc λ 1, ta điều chỉnh UAK < 0 sao cho dòng quang điện triết tiêu( Mi-cro Ampe- kế chỉ số không) đọc hiệu điện thế này là U1. Thay kính lọc sắc λ 2, ta điều chỉnh UAK < 0 sao cho dòng quang điện triệt tiêu( Mi-cro Ampe- kế chỉ số không) đọc hiệu điện thế này là U2. Vận dụng công thức Anh-Xtanh cho 2 trường hợp chiếu sáng ta được hf1 = A + eU . 1 hf 2 = A + eU . 2 (4-1) Từ đó suy ra h(f1 – f2) = e.( U1 – U2) hay h= e.(U1 − U 2 ) e(U1 − U 2 ) = 1 1 f1 − f 2 c( − ) λ1 λ2 (4-2) Kết luận: Việc xác định hằng số P-Lăng quy về việc tìm các hiệu điện thế hãm đối với các bức xạ có bước sóng λ 1 và λ 2 cho bởi các kính lọc sắc. Bài V.4. Thành lập phương án xác định giá trị điện tích nguyên tố với các dụng cụ sau: 39 + Một ít dây đồng và dây điện trở bằng mayso. + Một đồng hồ vạn năng. + Một acquy xe máy đã đổ dư axit và nạp điện đầy.( có thể lấy ra một ít axit để dùng). + Một bơm tiêm( loại 5 cm3 có chia độ đến 0,1 cm3). + Một số điện trở. + Một vài chiếc pin khô đã hỏng( dùng làm nguồn vật liệu cho thí nghiệm). + Đồng hồ bấm giây, nhiệt kế, thước milimet, cốc đong. Hướng dẫn: Bài toán này liên quan đến hiện tượng điện và nhiệt. Quan trọng nhất là cho ống tiêm để làm gì( hãy nghĩ ra cách sử dụng nó như là một bình điện phân và đo được thể tích khí thoát ra khi điện phân). Kết quả e= q ItRT = 2n 2 pVN A Bài V.5. Thành lập phương án xác định giá trị điện tích nguyên tố với các dụng cụ sau: + Một bình tia âm cực. + Nguồn điện cung cấp cho ống tia hoạt động và cấp dòng cho cuộn dây Hemhol. + Thước đo chiều dài milimet. Hướng dẫn sơ bộ: Nguyên tắc của phương án đo là dựa trên chuyển động của electron trong từ trường. Trong một số trường hợp, quỹ đạo chuyển động của electron là đường tròn. Đo được bán kính tính được giá trị của điện tích e= 2mU R2 B2 VI. PHƯƠNG ÁN THÍ NGHIỆM KIỂM NGHIỆM ĐỊNH LUẬT VẬT LÝ Một trong những nhiệm vụ của học sinh là biết cách kiểm nghiệm lại các kết quả thu được từ các định luật vật lý, kiểm nghiệm tính đúng đắn của các định luật, 40 điều kiện áp dụng các định luật vật lý. Có nhiều phương án để kiểm nghiệm. Có những trường hợp kiểm nghiệm định luật vật lý đơn giản là tìm lại( kiểm nghiệm) mối quan hệ trực tiếp giữa các đại lượng vật lý như quan hệ tỷ lệ, tuyến tính, tỷ lệ nghịch giữa hai đại lượng. Thí dụ kiểm nghiệm lại định luật Ôm cho đoạn mạch hay toàn mạch là xét quan hệ giữa dòng điện và hiệu điện thế để tìm quy luật biến đổi của chúng( trong điều kiện điện trở của mạch coi là không đổi). Có những trường hợp không kiểm nghiệm được trực tiếp quan hệ giữa hai đại lượng vật lý – vì không có dụng cụ đo trực tiếp hoặc điều kiện không cho phép – thì phải qua các phép đo trung gian, các đại lượng trung gian, qua đó nhận biết mối qua hệ giữa chúng. Thí dụ: đo nhiệt độ thông qua đo điện trở, đo độ dài thông qua đo góc,… Sau đây là một vài ví dụ. Bài VI.1. (Kiểm nghiệm lại định luật Cu-lom)[4] Hãy đề xuất một phương án thí nghiệm để nghiệm lại định luật Cu-lom F =k qq ' r2 ( k là một hằng số) với các dụng cụ sau đây: + Một đũa nhựa và một mảnh len khô. + Hai quả cầu nhỏ bằng xốp bọc giấy bạc, nhẹ, khối lượng và bán kính bằng nhau, buộc vào hai sợi dây tơ( cách điện) đủ dài. + Một thước đo góc. + Một thước đo milimet để đo chiều dài. + Một đoạn dây chỉ. + Một cái giá để treo được các quả cầu. Hướng dẫn: Bài toán PATH này sẽ là khó nếu với cách cho các dụng cụ đo và không hướng dẫn kỹ năng làm bài. Ở đây cần chú ý một số kỹ năng, thao tác làm: - Trong những ngày hanh khô, một vật tích điện được cách li với đất có thể giữ nguyên điện tích trong một thời gian dài. 41 - Nếu chạm nhẹ vào vật tích điện, lập tức điện sẽ truyền hết qua người xuống đất; nếu chỉ chạm vào dây treo thì trạng thái điện của vật không thay đổi. - Cái đích của bài toán này là phải nghiệm lại mối quan hệ giữa lực với điện 1 tích F : qq’ và F : 2 . Làm thế nào để đo lực nếu không có “cân”?, làm thế nào để r đo khoảng cách trong điều kiện “chạm vào vật thì mất điện”? a. Một trong những thủ thuật để thay đổi khoảng cách hai quả cầu là dùng vòng chỉ luồn vào hai dây và di chuyển chúng vào gần hay xa hai quả cầu. Chiều dài dây treo mỗi quả cầu đến điểm chung là l = (L – l’)Từ đó tính được khoảng cách giữa hai quả cầu r = 2 l sin( α /2). Để kiểm nghiệm F : 1 , cần thay đổi l r2 bằng cách dịch chuyển vòng vào gần hay xa quả cầu và lập bảng l’ α l = L – l’ 1 α = x = (2l sin ) −2 2 r 2 l 1' l '2 l '3 // // // // // // // // // Sau đó vẽ đồ thị F theo x. Nếu đồ thị đoạn thẳng thì định luật được nghiệm đúng b. Để đo lực ta làm như sau: Nguyên tắc kiểm nghiệm là dựa trên tương tác đẩy giữa hai quả cầu nhiễm điện cùng dấu. Khi treo chúng trên dây cách điện thì chúng đẩy nhau làm 2 dây hợp với nhau góc α . Khi có cân bằng thì Fđ = mg.tn( α /2). Với lượng điện tích q xác định thì F đ tỷ lệ thuận với tn( α /2). Thay đổi điện tích 42 l’ L thì góc α thay đổi. Có nhiều cách làm αl thay đổi điện tích 2 quả cầu. Cách đơn giản nhất là làm một trong hai quả cầu mất điện( chạm tay vào quả cầu đó) sau đó do chúng tiếp xúc nhau nên điện tích san sẻ cho nhau. Kết quả điện tích các quả cầu lần lượt là q, q/2, q/4. q/8,.. Như vậy độ lớn của lực được phản ánh qua độ lớn của góc lệch. Để kiểm nghiệm F : qq’ tức là F : q2( trong trường hợp này) ta chỉ cần thay đổi q theo cách trên và lập bảng Lần thí nghiệm Lần đầu q( chọn làm 1 đơn vị điện tích) F = y = kqq’= qi2 (chọn k = 1) αi x = tn 1 2 3 1 1/2 1/4 ¼ 1/16 α2 α tn 2 2 α3 α tn 3 2 α1 α tn 1 2 αi 2 Vẽ đồ thị y = f(x) để kiểm nghiệm. Như vậy, trong bài toán này, “góc” lại một lần nữa được chọn làm đơn vị lực và đơn vị đo chiều dài. Bài VI.2. Thành lập phương án thí nghiệm kiểm chứng định luật quang điện và xác định hằng số Planck. a. các dụng cụ thí nghiệm: + Tế bào quang điện chân không loại Cs-Sb , dòng điện tối không lớn hơn 3nA. + Bộ gồm 4 kính lọc sắc : 635nm, 570nm, 540nm, 460nm. + Sai số xác định điện áp gia tốc electron 2%. + Nguồn sáng : Đèn Halogen 12V/35W + Nguồn cung cấp cho thiết bị : AC 220V, 50 Hz 9 10 8 43 1 2 3 4 5 6 7 Các thiết bị được lắp thành bộ máy như hình bên. Trên mặt máy , từ trái sang phải (1). Đồng hồ chỉ thị dòng điện và hiệu điện thế. (2). Chuyển mạch thay đổi giữa hai kiểu làm việc của đồng hồ: + Đo dòng điện (Current), + Đo hiệu điện thế (Voltage). (3). Chuyển mạch chọn thang đo dòng điện : + Vị trí x1 đo cường độ dòng quang điện có giá trị 10-6A. + Vị trí x 0.1 đo cường độ dòng quang điện có giá trị 10-7A. + Vị trí x 0.01 đo cường độ dòng quang điện có giá trị 10-8A. + Vị trí x0.001 đo cường độ dòng quang điện có giá trị 10-9A. (4). Chuyển mạch chọn cường độ sáng của đèn chiếu, có 3 vị trí : + Vị trí đèn sáng mạnh (STRONG) + Vị trí ngắt điện đèn chiếu sáng (OFF) + Vị trí đèn sáng yếu (WEAK) (5). Núm điều chỉnh hiệu điện thế một chiều cung cấp cho mạch điện của tế bào quang điện, thay đổi từ 0 đến ±15V (6). Chuyển mạch thay đổi chiều điện áp đặt vào mạch điện của tế bào quang điện. (7). Công-tắc nguồn, có 2 vị trí : bật điện (ON) và tắt điện (OFF). (8). Đèn báo hiệu. (9). Hộp kín, bên trong có tế bào quang điện. 44 (10). Đèn chiếu sáng, có hai chế độ làm việc ( sáng mạnh, sáng yếu ) và có thể trượt dọc theo ray để thay đổi khoảng cách đến tế bào quang điện. b. Yêu cầu: Nêu các bước tiến hành thí nghiệm để: + xác định đặc tính vol-ampe của tế bào quang điện. + Nghiệm lại định luật dòng quang điện bão hòa. + Xác định hằng số P-Lăng. Hướng dẫn: a. Các kỹ năng sử dụng và thao tác cân thiết như: + Đặt thiết bị lên mặt bàn phẳng có ổ cấp điện 220V/ 50Hz. Chuyển mạch (4) bật về vị trí WEAK (đèn sáng yếu). + Nới lỏng ốc giữ đèn chiếu sao cho có thể dịch chuyển đèn chiếu nhẹ nhàng giữa đường ray để thay đổi khoảng cách giữa đèn chiếu và tế bào quang điện. Đặt đèn chiếu ở vị trí vài chục centimet. + Cắm phích lấy điện vào ổ điện 220V. + Bật công-tắc nguồn (7) sang vị trí ON : đèn chiếu (10) phát sáng, báo hiệu máy đã sẵn sàng hoạt động. Quan sát bóng đèn chiếu được thắp sáng (yếu). Tháo nắp che tế bào quang điện và thay nó bằng kính lọc sắc màu đỏ. Bật công-tắc cường độ sáng (4) về các vị trí OFF, WEAK, STRONG để kiểm tra các chế độ hoạt động của đèn chiếu. b. Tiến hành thí nghiệm 1. Vẽ đặc tuyến vôn-ampe của tế bào quang điện chân không : + Lắp kính lọc sắc màu đỏ vào cửa sổ của tế bào quang điện. + Chuyển mạch cường độ sáng (4) đặt ở vị trí WEAK (sáng yếu). Dịch chuyển đèn chiếu đến một vị trí (ví dụ 18cm). + Gạt chuyển mạch chiều điện áp (6) về vị trí + . + Đặt chuyển mạch thang đo dòng điện (3) ở vị trí x1 hoặc x0,1. + Xoay nhẹ núm điều chỉnh điện áp (5) về tận cùng trái (ứng với hiệu điện thế ban đầu 0V). 45 + Muốn đo hiệu điện thế, ta gạt chuyển mạch (2) về vị trí VOLTAGE. Muốn đo dòng quang điện, ta gạt chuyển mạch (2) vị trí CURRENT. + Xoay nhẹ núm điều chỉnh điện áp (5) để tăng dần hiệu điện thế từng 0,5V một, từ 0V đến 10V. Đọc và ghi giá trị dòng quang điện tương ứng vào bảng 1. TT 1 2 3 4 Hiệu điện thế 0 0.5 1,0 1.5 Cường TT độ dòng điện // // // // 5 6 7 8 Hiệu điện thế 4,0 4,5 5,0 6,0 Cường độ dòng điện // // // // Từ kết quả thu được, vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của cường độ dòng quang điện vào hiệu điện thế đặt giữa anốt và catốt của tế bào quang điện. Xác định hiệu thế bắt đầu dòng quang điện bão hoà. 2. Nghiên cứu định luật dòng quang điện bão hoà : + Giữ nguyên kính lọc sắc đỏ lắp trên cửa sổ của tế bào quang điện. + Đèn chiếu vẫn để ở vị trí d = 18 cm. + Điều chỉnh hiệu điện thế giữa hai cực của tế bào quang điện bằng 10V. Đọc và ghi giá trị dòng quang điện tương ứng vào bảng 2 tại vị trí d = 18cm + Tăng dần khoảng cách giữa đèn chiếu và tế bào quang điện từng 10mm một, từ vị trí d = 18cm đến vị trí d = 40cm. Đọc và ghi vào bảng 2 các giá trị dòng quang điện bào hoà I tương ứng với mỗi vị trí r của đèn chiếu. + Từ kết quả thu được, vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của cường độ dòng quang điện bão hoà vào nghịch đảo của bình phương khoảng cách từ đèn chiếu đến tế bào quang điện : I ~ 1/r2 TT Vị trí r (cm) Cường độ dòng điện(nA) 1 2 3 40 38 36 // // // 5 6 7 Vị trí r (cm) Cường độ dòng điện(nA) 28 26 24 // // // 46 4 34 // 8 22 // Chú ý: Cho biết độ dọi sáng vào tế quang điện do đèn chiếu gửi đến tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách từ đèn chiếu đến tế bào quang điện. 3. Xác định hằng số Planck : + Đặt đèn chiếu ở vị trí d = 40cm. + Chuyển mạch thang đo dòng điện (3) đặt ở vị trí x 0,001. + Lắp kính lọc sắc màu đỏ (bước sóng λ = 635nm) vào cửa sổ của tế bào quang điện. + Xoay nhẹ núm điều chỉnh điện áp (5) về vị trí tận cùng trái (hiệu điện thế đặt vào hai cực của tế bào quang điện bằng 0V) + Bật đèn chiếu sang vị trí STRONG (sáng mạnh). + Gạt chuyển mạch (2) về vị trí CURRENT để đo dòng quang điện ban đầu. + Gạt chuyển mạch chiều dòng điện (6) về vị trí có dấu - (đảo chiều điện áp đặt giữa hai cực của tế bào quang điện để tạo ra hiệu điện thế cản). + Xoay nhẹ núm điều chỉnh điện áp (5) để tăng dần hiệu thế cản cho đến khi cường độ dòng quang điện giảm tới giá trị bằng 0 . + Gạt chuyển mạch (2) về vị trí VOLTAGE để đọc giá trị của hiệu điện thế cản UC và ghi vào bảng 3 cùng với giá trị bước sóng λ tương ứng . + Lần lượt thay kính lọc sắc đỏ bằng kính lọc sắc vàng (λ = 570nm) và kính lọc sắc lục (λ = 540nm) , rồi lặp lại các bước thí nghiệm trên với mỗi kính lọc sắc đã cho. Đọc và ghi các kết quả thí nghiệm vào bảng sau. Đo hiệu điện thế cản và xác đinh hằng số Planck: TT Kính Bước sóng Tần số Hiệu điện thế λ (nm) ν (Hz) cản UC (V) 1 2 3 lọc sắc đỏ vàng lục 47 c.Vẽ các đồ thị tương ứng với các bảng 1, 2 , 3. Rút ra các kết luận về các định luật quang điện được nghiệm qua các thí nghiệm nói trên. Từ đồ thị mô tả quan hệ giữa tần số ν của ánh sáng đơn sắc chiếu vào tế bào quang điện và hiệu điện thế cản tương ứng. Tính hằng số Planck và công thoát của êlectrôn theo phương trình Einstein : hν = A + eUC , trong đó ν = c/λ và A là công thoát của êlectrôn. VII. PHƯƠNG ÁN THÍ NGHIỆM NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH VẬT LÝ CỦA CÁC DỤNG CỤ, THIẾT BỊ Các dụng cụ hay thiết bị trong các bài toán này rất đa dạng, có nhiều chức năng cũng như các đặc tính vật lý khác nhau, ví dụ: cách tử nhiễu xạ, pin Mặt trờì, nghiên cứu hiệu ứng Hall và hiệu ứng từ - điện trở( AphO 2004),…Trong các bài toàn này, ngoài một số công thức, định luật, một số dụng cụ, thiết bị đã học sinh, học sinh phải làm quen với một số công thức, định luật, thiết bị, dụng cụ mới nên đòi hỏi học sinh phải tìm tòi, phát hiện , có kỹ năng tốt và biết vận dụng các kiến thức, kỹ năng đã được hình thành để khám phá, nghiên cứu các hiện tượng mới. Sau đây là một số thí dụ Bài VII.1. Nghiên cứu từ trường[4] Giả sử trong không gian có từ trường xoay chiều B = B0.cos2πf.t lan truyền theo phương 0x. Tại điểm A ta đặt một lá kim loại mỏng P vuông góc với 0x. Từ trường biến thiên sẽ gây ra dòng điện Fucô chống lại sự biến thiên của từ trường bên ngoài ( Hiện tượng này gọi là sự che chắn từ trường của vật dẫn) 48 Xét ống dây hình xuyến có lõi là chất sắt từ có độ từ thẩm tỉ đố là μ; khi lõi là vành tròn kín thì độ tự cảm của ống dây là L0. Bây giờ cắt một khe hẹp có độ dày d, thì độ tự cảm của ống là L < L0; đồng thời khi này ta coi lõi cuộn dây như một vành kín có độ từ thẩm tỉ đối là μh. 49 Cùng với các thiết bị đã cho ở phần , bạn nhận được thêm một ống dây hình xuyến có lõi sắt đã bị khoét mất một phần và một số lá nhựa mỏng có cùng chiều dày e và gợi ý độ tự cảm của ống dây khi này là: L = µ0 . S .N 2 l + n.e : µ Với: S: tiết diịen ống dây, N: số vòng dây, l: chiều dài trung bình của lõi sắt, n: số lá nhựa ghép sát nhau đưa vào phần khe bị khoét. Hãy trình bày phương án thí nghiệm để có thể xác định được độ từ thẩm μ của lõi sắt từ Hướng dẫn: Để nghiên cứu sự che chắn từ trường ( xoay chiều) của lá kim loại theo độ dày d, ta mắc mạch như hình vẽ: 1: Máy phát âm tần cung cấp dòng điện xoay chiều 4 2 G 2: Điện kế đo dòng điện 1 3và 6: Cuộn dây ( đã biết độ tự cảm) 3 4: Lõi sắt 5 5: Một số lá kim loại độ dày e V 7 7: Điện kế đo suất điện động. 6 Tiến hành thí nghiệm: ta chèn lần lượt n (n=0,1,2…) lá kim loại chiều dày e ( đo bằng thước panme) vào giữa cực từ và cuộn dây (6), đọc số chỉ Vôn kế (7) ( vì suất điện động hiệu dụng đo được tỉ lệ với Bd là từ trường đã qua các tấm chắn và di vào cuộn dây (6)) và ghi vào bảng số liệu: n 0 1 Độ dày 0 e Bd B0 B1 Xử lí số liệu và vẽ đồ thị ta thấy : 2 2e B2 3…. 3e… B3... Bd = B0.e-αd = B0.e-αne ( Thí nghiệm này còn có thể dùng để nghiên cứu sự che chắn của vật dẫn theo tần số của từ trường) Để xác định được độ từ thâm tỉ đối của lõi sắt từ của ống dây hình xuyến ta bố trí thí nghiệm như hình vẽ sau: 50 1: Máy phát âm tần cung cấp dòng điện xoay chiều 2: Điện kế đo dòng điện 3+3’: Điện kế đo suất điện động (E) 4: Cuộn dây hình xuyến 5: Một số lá nhựa độ dày e Từ công thức L = µ0 . S .N 2 L(0) µ neµ = = 1+ l ta có (*) + n.e L( n) µ h l µ Trong đó n là số tấm nhựa đưa vào khe hở. L(0) E0 Bằng cách đo suất điện động từ điện kế (3’) ta đo được tỉ số: L(n) = E ; vẽ đồ thị n eµ L(0) biểu diễn tỉ số L(n) theo n ta được đường thẳng có hệ số góc là l đo e, chiều dài lõi sắt l ta tính được μ. Bài VII.2. Nghiên cứu từ trường [6] Cho hai nam châm vĩnh cửu( ký hiệu là A và X) có hình dáng, kích thước và khối lượng giống nhau, nhưng có mô men từ( ký hiệu µ A và µ X) khác nhau( chưa biết). Chúng có thể treo bằng một sợi dây mảnh, không xoắn, đi qua khối tâm, sao cho véc tơ mô men từ của mẫu luôn nằm trên một mặt phẳng nằm ngang. Mô men quán tính I của nam châm khi nó quay quanh trục là dây treo đã biết. Khi cân bằng thanh nam châm định hướng Bắc- Nam dưới tác dụng của thành phần nằm ngang của từ trường Trái Đất. Ngoài hai nam châm còn có thêm: 51 + Một hệ nam châm Y có đối xứng trục, từ trường dọc theo trục, ở khoảng cách R tính từ tâm của Y là BY = α /Rn. + Một giá bằng gỗ hoặc bằng vật liệu không từ để treo nam châm. + Một đồng hồ bầm giây. + Một thước chia độ đến milimet. Cho biết từ trường B( tính bằng Tesla) do một lưỡng cực từ( có mô men từ µ tính bằng Am2) sinh ra tại một điểm nằm trên trục của lưỡng cực từ và cách tâm của nó một khoảng bằng x cho bởi công thức B = 2 µ k/x3, trong đó k = 10-7 T.m/A Yêu cầu: a. Lập phương án xác định mô men từ µ X của nam châm X và thành phần nằm ngang của từ trường Trái Đất BH. b. Xác định giá trị n trong công thức BY = α /Rn. Hướng dẫn: a. Chúng ta có 3 đại lượng cần xác định µ A, µ X và BH. Như vậy cần tiến hành 3 phép đo độc lập để có được 3 phương trình liên hệ 3 đại lượng đó.TA có thể thực hiện các phép đo sau: (1). Đo chu kỳ dao động TA của nam châm A dưới tác dụng của BH. (2). Đo chu kỳ dao động TX của nam châm X dưới tác dụng của BH. (3). Đo chu kỳ dao động TA của nam châm A dưới tác dụng của BH và BX do X gây ra khi nó đặt cách A một khoảng R cho trước. X BH A,X Đo (1), (2) BH A Đo (3) BA X BH A B Đo (3’) A (4). Đo khoảng cách R giữa A và X để cho A bắt đầu chuyển định hướng theo chiều ngược lại. Khi ấy từ trường BX do X gây ra tại vị trí của A bằng và ngược chiều với BH. 52 Chu kỳ dao động của nam châm A dưới tác dụng của BH được suy ra từ phương trình chuyển động quay của A( dao động nhỏ) Iϕ '' = − µ BH sin ϕ = −µ BH ϕ TA = 2π Tương tự với nam châm X TX = 2π I µ A BH I µ X BH (E.2.1) (E.2.2 ) Đặt trục của lưỡng cực X nằm theo phương từ trường của Trái Đấtrồi đặt A tại một điểm nằm trên đó, cách tâm X một khoảng R. Chu kỳ dao động của A bây giờ là T’A là T ' A = 2π I µ A ( BH ± 2 µ X kR −3 ) (E.2.3) Khi R = R0 và chiều của lưỡng cực từ A thích hợp. Khi T’A  ∞ : đó chính là lúc lưỡng cực A đổi chiều định hướng. Lúc này ta có BH = 2 µ X kR0−3 (E.2.4) Từ các phương trình trên ta suy ra µ A; µ X và BH. b. Làm tương tự như phần a. nhưng thay nam châm X bằng cụm nam châm Y và phương trình (E.2.3) trở thành T '' A = 2π I µ A ( BH ± BY ) (E.2.5) Từ (E.2.5) khi đã biết BH và đo chu kỳ T’’A ta suy ra được BY ở các cự ly khác nhau. Giá trị của n được suy ra từ đồ thị ln BY theo lnR: lnBy = -nln α - nlnR VIII. PHƯƠNG ÁN THÍ NGHIỆM CHẾ TẠO CÁC DỤNG CỤ ĐO Bài VIII.1[4] Trong khoảng nhiệt độ từ 00C đến 1000C, điện trở của một cuộn dây bạch kim thay đổi nhiệt độ theo quy luật R = R0(1 +at) trong đó: t là nhiệt độ bách phân(0C); R0 = 100 Ω ; a = 41.10-4(0C)-1. Người ta muốn dùng điện trở ấy để làm một nhiệt kế điện trở đo nhiệt độ từ 200C đến 400C với các yêu cầu sau: + Nhiệt độ chỉ thị bằng một micrôampe kế, thang đo từ 0 đến 10 µ A. + Thang đo nhiệt độ được chia đều. + Vị trí đầu thang( khi dòng qua điện kế bằng 0) ứng với 200C. + Vị trí cuối thang( khi dòng qua điện kế là 10 µ A) ứng với 400C. + Nguốn điện dùng là 3pin, mỗi pin có suất điện động 1,5 V. 53 Hãy: - Đề xuất phương án chế tạo nhiệt kế ấy. - Viết biểu thức của dòng điện qua điện kế theo nhiệt độ. - Vẽ sơ đồ và ước tính các giá trị của các linh kiện đã dùng. Hướng dẫn: Có 2 nguyên tắc cần chú ý: + Khi nhiệt độ thay đổi thì điện trở của cuộn bạch kim cũng thay đổi nhưng rất nhỏ( vì a rất nhỏ), dẫn đến biến đổi về dòng điện và điện áp đoạn mạch có cuộn bạch kim là rất nhỏ, nhưng không thể bỏ qua. + Để ghi nhận sự thay đổi nhỏ này, có thể nghĩ đến một sơ đồ điện rất hữu ính là mạch cầu. Từ 2 nhận định này để chọn phương án và ước tính độ lớn các đại lượng điện trong sơ đồ. Ta nhận thấy nếu để cuộn bạch kim ở một nhánh của cầu thì khi nhiệt độ thay đổi, cầu sẽ mất cân bằng và số chỉ của điện kế cho biết độ nhiệt độ thay đổi Lắp sơ đồ cầu Wheattone như hình vẽ . Ở R RT A 200C, cần chọn các điện trở đều bằng nhau R’ để cầu cân C bằng, điện trởDphụ R’ cần chọn G sao cho R’ R>> R( tạiRsao ?). Khi nhiệt độ B t > 200C thì RT = R + dR của cuộn bạch kim và cầu mất cânE bằng. Dòng qua nhánh AB rất nhỏ so với dòng qua các nhánh của cầu nên có thể bỏ qua khi tính hiệu điện thế UAB. Do đó khi RT thay đổi một lượng dR thì hiệu điện thế UAB là UAB = UAD –UDA ≈ IT(R + dR –R) ≈ 1 E IdR = dR 2 4R Vì dR =aR0 ∆ t = aR0 (t – 20) (*) (**) Từ đó tính được dòng qua điện kế IG = (UAB/R’) cho kết quả IG = EaR0 (t − 20) (***) 4 RR ' Kết quả này cho thấy IG tỷ lệ thuận với (t – 20) nên thang chia độ là đều 54 (chú ý: các giá trị R, R’ phải chọn tương đối lớn mới có thể áp dụng phép tính gần đúng trên). Bài VIII.2 Hãy đề xuất một phương án xác định hằng số điện môi của chất lỏng với các dụng cụ sau đây: + Một máy phát cao tần có tần số không đổi 1 MHz mà điện áp ra có thể điều chỉnh được. + Một vôn kế có thang chia độ đều. + Một số tụ điện mẫu trong đó có tụ điện mà điện dung thay đổi được. + Một hộp đựng mẫu đo( là một hộp có hai điện cực phẳng song song đặt gần nhau) + Chất lỏng cần đo hằng số điện môi + Bộ dây, đầu kết nối dây cần thiết. ( chú ý làm thế nào để việc đo được chính xác) Hướng dẫn: -Nguyên tắc đo hằng số điện môi dựa trên sự so sánh điện dung của tụ điện không khí với điện dung của tụ có chứa chất lỏng thông qua chỉ thị của kim điện kế. - Để chế tạo một máy đo hằng số điện môi có thể nghĩ đến sơ đồ cầu không cân bằng giống như bài G.1[4] với các nhánh là tụ điện. Cầu gồm 4 tụ Cd giống nhau có điện dung tương đối lớn( Cd >> C0, C1). Để giảm điện dung ký sinh ( do có chốt nối A, B) ta dùng tụ bù C3 có điện dung nhỏ. Vì Cd >> C0, C1 nên UAC thay đổi rất ít khi mắc thêm tụ cần đo vào 2 chốt A, B, dòng qua điện kế rất nhỏ có thể bỏ qua. Do đó ∼ U0 ;U DA + U AB = U 0 2 Cd' U C = ' => U DA = 0 (1 − x' ) Cd + C x 2 2Cd U DC = U DA U AB U AC = U DC − U DA ≈ C d1 C C d2 11 U0 Cx 4Cd' V D C C d3 55 A C 3 d4 B Như vậy hiệu điện thế hai đầu vôn kế tỷ lệ với điện dung cần đo, thỏa mãn yêu cầu bài toán - Cách làm: Đầu tiên mắc hộp đựng mẫu đo( chưa có chất lỏng) vào mạch điện và điều chỉnh cho kim vôn kế chỉ số 1- đó là hằng số điện môi của không khí. Sau đó đổ chất lỏng vào, kin của von kế chỉ số nào thì đó chính là giá trị điện môi của chất lỏng đó. Chú ý: + “cầu đo” là một bộ phận rất quan trọng trong nhiều thiết bị đo các đại lượng vật lý như đo điện trở, điện dung, độ tự cảm, suất điện động( Xem “ cầu đo xoay chiều”(Đề thi HSG quốc gia năm 2002)) + Người ta đã chế tạo được các bộ cảm biến có thể phát hiện được những sự thay đổi rất nhỏ của các đại lượng vật lý, biến đổi, chuyển đổi các biến đổi này thành các tín hiệu thích hợp, đủ lớn để quan sát, đo đạc. D. MỘT SỐ BÀI PHƯƠNG ÁN THÍ NGHIỆM( Tham khảo) Bài D.1. Xác định thành phần nằm ngang của từ trường Trái Đất với các dụng cụ sau: + La bàn tang. + Biến áp nguồn. + Bộ chiết áp điện tử. +Đồng hồ mili- Ampe và các dây nối cần thiết. Yêu cầu: Bố trí thí nghiệm và tìm công thức xác định thành phần nằm ngang của từ trường Trái Đất tại nơi làm thí nghiệm. Hướng dẫn: Đây là bài thí nghiệm thực hành đồng loạt cho học sinh lớp 11. Bài thí nghiệm này, nếu dụng cụ đo chuẩn sẽ là một trong các bài thí nghiệm hay nhất trong chương trình vật lý THPT vì phép đo đơn giản nhưng có độ chính xác 56 cao. Giáo viên cần chú ý đặt la bàn tang sao cho mặt phẳng khung dây nằm theo dọc theo kinh tuyến từ( hướng Bắc-Nam hay hướng chỉ của kim nam châm). Về mặt kỹ năng cần điều chỉnh góc quay của kim nam châm là 450 thì phép đo ít sai số nhất( bằng cách chỉnh chiết áp điện tử). Bài D.2. (Trích đề thi chọn HSG Quốc gia 2006) Một chiếc cốc có dạng hình trụ, đáy tròn, khối lượng M, thể tích bên trong 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 dày như nhau, bỏ qua sự dính ướt. Được dùng một chậu đựng nước. Hãy lập phương án thí nghiệm để xác định độ dày d, diện tích đáy ngoài S và khối lượng riêng ρC của chất làm cốc. Yêu cầu : 1.Nêu các bước thí nghiệm. Lập biểu bảng cần thiết. Lập các biểu thức để xác định d, S theo các kết quả đo của thí nghiệm(cho khối lượng riêng của nước là ρ 2.Lập biểu thức tính khối lượng riêng ρC của chất làm cốc qua các đại lượng S, d, M và V0 3.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. Hướng dẫn: Các bước thí nghiệm +Cho nước vào cốc tới thể tích V1 ; thả cốc vào chậu , xác định mực nước ngoài cốc hn1 (đọc trên vạch chia) + Tăng dần thể tích nước trong cốc : V2 ; V3 .... và lại thả cốc vào chậu, xác định mực nước ở ngoài hn 2 ; hn3 ..... Khi đo phải chờ cho nước phẳng lặng Lập bảng số liệu : hn1 hn 2 V1 V2 ........... ........... ........... ........... 57 d ........... S ........... Các biểu thức Gọi hn là mực nước ở ngoài cốc ; ρ là khối lượng riêng của nước, mt ; Vt tương ứng là khối lượng và thể tích nước trong cốc. Phương trình cân bằng cho cốc có nước sau khi thả vào chậu : ρ g (d+ hn ) S = (M + mt )g ρ (d+ hn ) S = M + Vt g (1) Hay Từ (1) ta thấy hn phụ thuộc tuyến tính vào V T . Thay VT . bởi các giá trị V1 ; V2 ; V3 ... ; đọc hn1 ; hn 2 .... V2 − V1 Rút ra S : S = h − h n2 n1 Thay đổi các giá trị V1 ; V2 ; hn1 ; hn 2 . nhiều lần để tính S Sau đó tính d : d = ( M + V1ρ ) ( hn 2 − hn1 ) − h M + V1 ρ − hn1 = n1 ρS ρ (V2 − V1 ) Biểu thức tính ρb Gọi h là độ cao của cốc; h0 là độ cao của thành trong của cốc, r là bán kính trong, Rlà bán kính ngoài của cốc; V là thể tích của chất làm cốc, s1 là diện tích đáy trong cốc. Ta có : h = h0 + d ; R=r+d= ρb = h0 = Vot Vot = St π r 2 S S →r= −d π π M M = = V S (h0 + d ) − Vot M  S   ( Vot S −d π ) 2  + d  − Vot   Phương pháp đồ thị hn hn 2 hn1 Vì hn phụ thuộc tuyến tính vào Vt nên phương trình a (1) có thể viết dưới dạng : hn = a + b Vt . 58 O V1 V2 Hình D.2 Vt M Với a = ρ S - d ; b= 1 S * Vẽ đồ thị hn * Đồ thị hn là đường thẳng có độ dốc h −h 1 n2 n1 b = tan α = V − V = S 2 1 V2 − V1 Suy ra S = h − h n2 n1 Giá trị a xác định bằng cách ngoại suy từ đồ thị thực nghiệm; khi kéo dài đường thực nghiệm, cắt trục tung ở a (tương ứng với Vt = 0). Từ đây ta tính được độ dày M d = ρS - a . Bài D.3. Xác định nhiệt nóng chảy của nước đá Cho các dụng cụ sau: - Nhiệt lượng kế có nhiệt dung riêng c1 - Cân kĩ thuật - Nhiệt kế - Đồng hồ bấm giây - Nước đá - Giấy thấm nước - Nước cất có nhiệt dung riêng c2 a. Cơ sở lý thuyết - Nếu truyền nhiệt lượng cho vật rắn kết tinh thì năng lượng dao động nhiệt của các hạt ở nút mạng tăng và do đó nhiệt độ của vật rắn tăng. Tuy nhiên, khi vật rắn bắt đầu nóng chảy thì nhiệt độ của nó không tăng lên nữa mặc dù ta vẫn tiếp tục cung cấp nhiệt lượng. Nhiệt lượng truyền cho vật lúc này là để phá vỡ mạng tinh thể. Vậy, nhiệt lượng cần thiết để chuyển một đơn vị khối lượng vật chất chuyển từ pha rắn sang pha lỏng ở nhiệt độ nóng chảy gọi là nhiệt nóng chảy. Ở nhiệt độ nóng chảy, vật chất có thể đồng thời hai pha rắn và lỏng. 59 - Bỏ cục nước đá có khối lượng m ở nhiệt độ 0 0C vào nhiệt lượng kế đựng nước. Nhiệt độ của nước trong nhiệt lượng kế hạ từ t 1 đến θ . Nhiệt lượng tỏa ra bởi nước và nhiệt lượng kế làm tan nước đá từ 00C đến θ . Nếu gọi m1 và c1 là khối lượng và nhiệt dung riêng của nhiệt lượng kế; m2 và c2 là khối lượng và nhiệt dung riêng của nước cất, ta có : + Nhiệt lượng do nhiệt lượng kế và nước cất tỏa ra : Q1 = (c1m1 + c2 m2 )(t1 − θ ) + Nhiệt lượng mà khối nước đá nhận được làm nó nóng chảy hoàn toàn thành nước : Q2 = λ m + c2 m(θ − t0 ) Trong đó, λ là nhiệt nóng chảy của nước đá, t0 = 00 C Ta có : Từ các biểu thức trên, ta tính được : λ = Q1 = Q2 (c1m1 + c2 m2 )(t1 − θ ) − c2θ m Yêu cầu: Xác định nhiệt nóng chảy của nước đá b. Các bước thực hành - Xác định khối lượng nhiệt lượng kế và que khuấy m 1, khối lượng nước cất m2 bằng cân kĩ thuật. Sau đó cho nước cất vào trong bình nhiệt lượng kế. - Xác định khối lượng nước đá : không cân trực tiếp nước đá vì nó sẽ bị tan khi cân. Khối lượng m của nước đá chính là độ tăng của khối lượng nhiệt lượng kế và nước cân trước và sau khi làm thí nghiệm. - Khuấy đều nước trong 10 phút, ghi nhiệt độ từng phút một. Lấy cục nước đá khoảng 20g dùng giấy hút nước thấm khô rồi bỏ vào nhiệt lượng kế. Khuấy đều cho nước đá tan sau 0,5 phút ghi nhiệt độ nước trong 0 nhiệt lượng kế một lần. t C - Xác định t1 và θ : A B + Nếu dùng trực tiếp nhiệt kế đo nhiệt độ ở các thời điểm tt 1 trước vàEMsau khi làm thí p nghiệm thì kết quả chưa được chính xác khi ở nhiệt độ thấp nhiệt lượng kế và nước sẽ nhận nhiệt từ môi trường bên ngoài. Muốn xác định t1 và θ chính D xác ta C F 60 θ T Hình D.3 phải hiệu chính bằng đồ thị. Vẽ đường biểu diễn t = f (T ) , trong đó t là nhiệt độ và T là thời gian (gọi tp là nhiệt độ phòng): + Quá trình thí nghiệm có thể chia làm 3 thời kỳ: 1. Khi chưa bỏ nước đá vào nhiệt lượng kế, 2. nhiệt độ tròng bình ít biến đổi. Đồ thị được biễu diễn bằng đoạn AB. 3. Quá trình trao đổi nhiệt giữa nước và nước đá. Nhiệt độ trong nhiệt lượng kế giảm nhanh. Đồ thị được biễu diễn bằng đoạn BC. 4. Quá trình nước đá đã tan hết. Nhiệt độ trong nhiệt lượng kế bắt đầu tăng lên do hấp thụ nhiệt từ môi trường bên ngoài. Đồ thị được biễu diễn bằng đoạn CD. + Đoạn thẳng BC cắt đường tp tại M. Từ M vẽ đường song song với trục tung cắt đoạn AB kéo dài tại E và cắt đoạn CD kéo dài tại F. Chiếu E, F xuống trục tung ta thu được t1 và θ . Bài D.4. Xác định hệ số ma sát nhớt của chất lỏng Cho công thức xác định lực ma sát nhớt tác dụng lên bi nhỏ: F = 6π .η .v.r Trong đó: η là hệ số ma sát nhớt của chất lỏng, v là tốc độ chuyển động của bi so với chất lỏng, r là bán kính của bi. Cho các dụng cụ thí nghiệm: + Một ống thủy tinh hình trụ dài. + Một ống nhỏ giọt. + Một cân. + Một đồng hồ bấm giây. + Một thước đo chiều dài. + Chậu đựng nước có khối lượng riêng ρ đã biết. + Chậu đựng dầu thực vật có khối lượng riêng ρd đã biết. Trình bày cơ sở lý huyết, cách bố trí, các bước tiến hành thí nghiệm để xác định 61 hệ số ma sát nhớt của dầu thực vật đã cho. Bài giải 1. Cơ sở lý thuyết Vật rơi trong một môi trường chịu tác dụng của lực cản tỷ lệ với tốc độ chuyển động của vật. Ban đầu vật rơi nhanh dần, nên tốc độ tăng dần, đến khi lực cản của môi trường đủ lớn để cân bằng với trọng lực và lực đẩy Acsimet thì vật chuyển động đều. Xét một viên bi nhỏ bán kính r chuyển động đều trong dầu với tốc độ v: + Phân tích lực: trọng lực P , lực đẩy Acsimet F A , lực ma sát nhớt F . + Viên bi chuyển động đều nên ta có: P + FA + F = 0 ⇒ F = P – FA 4 2 r 2 ( ρ − ρ d ). g ⇒ 6πη.v.r = π .r 3 ( ρ − ρ d ).g ⇒ η = ⋅ 3 9 v Nhận xét: Để đo η, ta cần đo bán kính r và tốc độ chuyển động v của viên bi. 2. Tiến hành thí nghiệm a. Bố trí thí nghiệm như Hình 6.4 b. Tiến trình thí nghiệm: Bước 1: Thí nghiệm với ống nhỏ giọt - Dùng cân điện tử để cân khối lượng: ống nhỏ giọt,ống nhỏ giọt có chứa nước để xác định khối lượng m của nước trong ống. ống nhỏ giọt - Đếm số giọt nước N. Bước 2: Cho giọt nước từ ống nhỏ giọt rơi vào dầu từ một độ cao h xác định (để giọt nước có tốc độ ban đầu đủ lớn). Mỗi giọt nước chuyển Giọt nước CĐ đều. động trong ống dầu, quan sát chuyển động của giọt nước. - Dùng thước đo quãng đường S (quan S thấy giọt nước chuyển động đều). nước 62 Hình D.4 - Dùng đồng hồ đo khoảng thời gian t chuyển động tương ứng. Chú ý: Khi tiến hành bước 2 nhiều lần mức chất lỏng và nước trong ống sẽ dâng lên nên ta phải chú ý: điều chỉnh vị trí của ống nhỏ giọt (để độ cao h không đổi); vị trí đo quãng đường S (do mức nước dâng lên). 3. Xử lý số liệu a. Xác định bán kính của một giọt nước: Đo m, đếm N - Khối lượng 1 giọt nước: m0 = - Bán kính 1 giọt nước: r = 3 m . N 3V 3.m =3 . 4π 4π .ρ b. Xác định tốc độ chuyển động đều của giọt nước trong dầu: v= S t η= 2 r 2 ( ρ − ρ d ). g ⋅ 9 v c. Xác định hệ số nhớt của dầu: Bài D.5. Phương án thực hành : Xác định độ từ thẩm μ của chất sắt từ Cho các linh kiện và thiết bị sau: - 01 lõi sắt từ hình xuyến tiết diện tròn. - Cuộn dây đồng (có điện trở suất ρ) có thể sử dụng để quấn tạo ống dây. - 01 điện kế xung kích dùng để đo điện tích chạy qua nó. - 01 nguồn điện một chiều. - 01 ampe kế một chiều. - 01 biến trở. - Thước đo chiều dài, panme, thước kẹp. - Ngắt điện, dây nối cần thiết. R 2 I1 K Hãy nêu cơ sở lý thuyết và phương án thí nghiệm A để đo hệ số từ thẩm µ của lõi sắt G N1 từ. N2 Hướng dẫn: 63 R d Hình D.5 Cơ sở lý thuyết: Xét một lõi sắt từ hình xuyến trên đó có cuốn hai cuộn dây có số vòng là N1 và N2. Khi cho dòng điện chạy qua cuộn thứ nhất (N1) trong lòng lõi sắt sẽ xuất hiện từ trường và từ trường này sẽ đi qua cả cuộn dây thứ hai (N2). Gọi d là đường kính trung bình lõi hình xuyến. Chu vi hình xuyến πd là chiều dài mạch từ. Khi dòng điện chạy qua cuộn thứ nhất là I 1 thì cảm ứng từ chạy trong mạch từ là B = µ0µ N1I1 πd φ = N 2 BS = µ 0µ N1 N 2 I1 S với S là tiết diện mạch từ. πd với µ 0 = 4.10 -7 (H/m) . Từ thông gửi qua cuộn thứ hai là Khi vừa ngắt khoá K, dòng điện chạy qua cuộn thứ nhất I 1 sẽ giảm về 0 và gây ra sự biến thiên từ thông chạy qua cuộn thứ hai (giảm từ φ → 0 ) và tổng điện tích chạy qua điện thế xung kích là q Xét khoảng thời gian ∆t nhỏ, từ thông qua cuộn thứ hai giảm đi ∆φ tương ứng với điện lượng đi qua là ∆q . Ở cuộn thứ hai sinh ra suất điện động cảm ứng ξ 2 và dòng điện i2.Trong thời gian ∆t trên dòng điện tích qua điện kế là: ∆q = i 2 ∆t = ξ 2 ∆t ∆φ ∆t ∆φ = = (R2 là điện trở cuộn dây N2) R 2 ∆t R 2 R 2 1 Toàn bộ điện tích qua cuộn 2 là q = ∑ ∆q = R Từ đó µ= 2 qπdR 2 N1 N 2µ 0 I1S Các bước thí nghiệm: * Chuẩn bị: 64 1 ∑ ∆φ = R 2 (φ − 0) = N1 N 2 µ 0µI1S πdR 2 - Đo đường kính trong và ngoài của lõi sắt từ hình xuyến d 1 và d2 → d= d1 + d 2 2 - Đo đường kính e của sợi dây đồng bằng panme - Cuốn hai cuộn dây với số vòng là N1 và N2 lên lõi sắt từ. - Tính điện trở cuộn dây N2: R2 = ρ l2 N π(d − d ) N (d − d ) = ρ 2 2 2 1 = 4ρ 2 22 1 s e e π ÷ 2 * Thao tác: - Chỉnh biến trở để thay đổi dòng I1, mở khoá K, đọc giá trị q trên điện kế xung kích, ghi giá trị vào bảng Lần đo I1 1 I1 2 I2 3 I3 … … - Tính độ từ thẩm µ ứng với mỗi lần đo µ= qπdR 2 = N1 N 2µ 0 I1S điện lượng q Q1 Q2 Q3 … d1 + d 2 N (d − d ) 4ρ 2 22 1 qπρ(d1 + d 2 ) 2 e =8 2 N1µo I1πe 2 ( d 2 − d1 ) ( d −d ) N1 N 2µ o I1π 2 1 4 qπ Lặp lại các thao tác trên và tính giá trị µ Bài D. 6. Xác định bước sóng laze, chiết suất của chất lỏng ( Trích đề thi chọn đội tuyển Olimpic vật lý Quốc tế 2012) Cho các dụng cụ sau: -Bình thủy tinh hình trụ mỏng, hở, trên thành có khắc các vạch chia độ dài; -Can đựng chất lỏng trong suốt cần xác định chiết suất; -Bàn xoay liên kết với động cơ điện xoay chiều có thể điều khiển tốc độ quay thông qua điều khiển điện áp cấp cho động cơ. Trên bàn xoay có gắn hệ thống mâm cặp để có thể cố định bình hình trụ đặt trên đó. -Nguồn điện xoay chiều 220 V, biến trở; -Dao động kí điện tử, pin quang điện, bút laze; -Thước đo có độ chia phù hợp, cách tử truyền qua đã biết hằng số cách tử N; 65 -Miếng giấy bạc mỏng có thể sử dụng làm mặt phản xạ, màn chiếu, các thiết bị che chắn, giá đỡ, dây nối, ngắt điện, băng dính, bút đánh dấu cần thiết. Yêu cầu: Trình bày cách bố trí thí nghiệm, các bước tiến hành và xử lí số liệu để xác định bước sóng của bút laze và chiết suất của chất lỏng đựng trong can. Hướng dẫn: a. Xác định bước sóng laze: D Bố trí hệ thí nghiệm như hình vẽ. Chiếu tia laze qua cách tử, xác định vị trí cực đại nhiễu xạ bậc 1 trên màn, đo khoảng α h cách từ cách tử đến màn và khoảng cách giữa hai vị trí cực đại nhiễu xạ. Bút laze Cách tử Xác định bước sóng λ của bút laze theo công thức: Màn chiếu λ = d sin α với d = h 1 . , sin α = N 4D 2 + h 2 Hình D.6 a b. Xác định chiết suất của chất lỏng n: Đổ chất lỏng từ bình vào cốc hình trụ. Bố trí thí nghiệm như hình vẽ. Nhúng cách tử vào trong dung dịch chất lỏng,Bút laze đặt laze sát cạnh bình và chiếu thẳng đến cách tử. Xác định vị trí cực đại nhiễu xạ bậc 1, α1 Cách tử Nλ biết λ ta tìm được chiết suất n theo công thức n = sin α . 1 Hình D.6b E. KẾT LUẬN Với nhiệm vụ bồi dưỡng học sinh giỏi gắn liền với nhiệm vụ dạy và hưỡng dẫn học sinh giải quyết bài toán phương án thí nghiệm và làm thí nghiệm vật lý, chúng tôi thấy đây là một việc làm rất quan trọng và bản thân học hỏi, nâng cao được trình độ chuyên môn rất nhiều từ công tác này. Với bài toán phương án thí nghiệm, điều quan trọng nhất là làm cho các em hình thành các ý tưởng để nghĩ ra các phương án có thể, sau đó lực chọn phương án phù hợp với các dụng cụ. Thiết bị cho trong bài toán; phải biết nhận định, đánh giá phương án nào là khả thi, phương án nào sẽ cho sai số nhỏ nhất, cách khắc phục các nhược điểm của phương pháp đo, cách chế tạo dụng cụ đo. Một bài toán có thể có nhiều phương án thí nghiệm. Trong các năm thi chọn học sinh giỏi Quốc gia đều có bài toán phương án thực hành và gần đây có bổ xung thêm yêu cầu học sinh phải làm được 66 thí nghiệm. Trong quá trình học tập, học sinh nào quan tâm đến thí nghiệm vật lý, biết tìm ra các phương án đo các đại lượng vật lý, biết quan sát, biết học hỏi,.. phần lớn là các học sinh giỏi. Người thầy cần quan tâm nhiều đến các học sinh này vì đó mới chính là các học sinh học thật làm thật- Hãy truyền kinh nghiệm, sự đam mê cho các em, hãy dẫn dắt các em tìm hiểu, khám phá. Theo chiều ngược lại, chính học sinh làm nguồn động lực để người thầy tìm hiểu, nghiên cứu. Do kinh nghiệm, kiến thức còn nhiều hạn chế nên đề tài này không tránh khỏi các khiếm khuyết, rất mong được sự ủng hộ, góp ý của các đồng nghiệp và học sinh. Xin chân thành cám ơn. Hà Nam, tháng 8 năm 2014 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lý thuyết sai số- Trần Minh Thi- ĐHSP Hà Nội. [2]Thí nghiệm vật lý đại cương- ĐHSP Hà Nội. [3] Đề thi Vô định Liên bang Nga. [4] Đề thi học sinh giỏi Quốc gia và Quốc tế các năm. [5] Sách giáo khoa vật lý( chương trình có bản và nâng cao)- Nhà xuất bản Bộ giáo dục và Đào tạo. [6] Các bài thí nghiệm vật lý- Đặng Đình Tới- Đại học quốc gia Hà Nội. 67 [...]... thể có nhiều phương án, có nhiều trường hợp chỉ có một phương án duy nhất, một kết quả duy nhất, tuy nhiên có trường hợp bài toán đã cho có nhiều phương án và kết quả không phải là duy nhất Sau đây là một số thí dụ IV.1( Bài 143 kỳ thi học sinh giỏi vật lý toàn Liên xô1971 ) Người ta mắc vào một cái hộp có hai chốt một Ampe kế, một cái điện trở có trở kháng r = 4 Ω và một nguồn điện áp một chiều U1... vô nghiệm + Nếu e > U1 =5v thì: I1 = (e -5): (R +r) = 1 ⇒e-R=9 (14) Giải hệ ta có R = 21 Ω và e = 30V Đây chính là một nghiệm nữa của bài toán! Kết luận: bài toán đã cho có tất cả 4 nghiệm ( 4 phương án )trong đó có 1 nghiệm đã có trong đáp án Kết luận: Vì vậy khi tiến hành giải một bài toán thực hành thì phải suy nghĩ các tình huống có thể xảy ra, không được bỏ sót nghiệm Bài IV.2 [5] Oát kế là một. .. ra một “đồng hồ hiện số để đo thời gian Trong quá trình hướng dẫn học sinh làm bài toán phương án thí nghiệm, tác giả luôn tâm đắc một điều: + Một đại lượng càng đo nhiều lần được càng chính xác + Nếu có thể tạo ra được một quá trình tuần hoàn để xác định thời gian thì càng tốt + Người làm thí nghiệm là những nhà sáng tạo, đôi khi phải tự tạo ra các dụng cụ cần thiết để “cân, đong, đo, đếm” + Nên sử... so với phương án đo trực tiếp thời gian của một giọt nước rơi, phương án này đã nâng độ chính xác lên nhiều Bài III.1.3 xác định gia tốc rơi tự nhờ con lắc đơn Trong một buổi dã ngoại, một học sinh muốn xác định độ cao của đỉnh núi nhưng chỉ có các dụng cụ sau: + Một đoạn dây mảnh, nhẹ, dài khoảng 1 mét + Một đồng hồ bấm giây + Một thuốc đo milimet Em đó cần làm thế nào? Hướng dẫn: Có vẻ bài toán không... truyền của ánh sáng trong không khí( cỡ 300000 km/s) Không thể có lực kế hay tốc kế nào đo được các trị số lớn như thế Vậy phương pháp chung là người ta phải đo gián tiếp qua các định luật có liên quan đến đại lượng đó Trong đề tài này ta hãy xem việc đo tốc độ ánh sáng như thế nào- Đây là một việc làm hệ trọng vì nếu ta tiến hành đo được tốc độ này, trong các hệ quy chiếu khác nhau mà tốc độ ánh sáng không... nước, ống dẫn nước và kẹp nước được kẹp thích hợp( phải điều chỉnh) để ra các giọt nước Phải dùng đến giá thí nghiệm để tạo ra một độ cao thích hợp cho các giọt nước rơi tự do + Làm thế nào để đo được chính xác thời gian rơi của giọt nước? Giải quyết được vấn đề này là mấu chốt của phương án Ta liên tưởng đến một hiện tượng: giọt nước thoát ra từ ống nhỏ giọt nhỏ ra một cách đều đặn Nếu ta điều chỉnh khoảng... Thí dụ phải chỉ ra: + Hộp gồm 2 trong 3 phần tử thuộc loại: nguồn điện, điện trở, tụ điện mắc nốitiếp + Hộp gồm 2 trong 3 phần tử thuộc loại: điện trở, điốt, tụ điện mắc nối tiếp, Học sinh sau khi đã xác định rõ yêu cầu bài toán mới có thể đặt ra các phương án 24 giải quyết 2 Nghiên cứu các dữ kiện bài toán, các thao tác cần thiết, các điều kiện bài toán, các dụng cụ thí nghiệm trong bài + Bài toán... Bài thí nghiệm này không có trong chương trình THPT, chỉ giới thiệu hoặc để học sinh các đội tuyển làm thí nghiệm để biết nguyên tắc đo Nhưng đây là một phương pháp rất chính xác đo g nhờ các dụng cụ đơn giản không dùng các máy móc hiện đại So với phương pháp dùng con lắc đơn thì phương pháp chính xác hơn vì đã loại trừ được ảnh hưởng của khối lượng dây và trong thực tế con lắc đơn là con lắc toán học... 220V - Ghi vào bảng số liệu - Lặp lại các bước từ việc thay đổi biến trở để lấy các số liệu tiếp Hìnhtheo III.1.7b Lần đo ω h 1 ω1 H1 2 ω2 H2 3 ω3 H3 4 ω4 H4 5 ω5 H5 6 ω6 H6 c Xử lí số liệu - Dựng đồ thị Y = h0 - h theo X = ω2 để xác định hệ số A = D2 từ đó thu được g 16g Bài III.2.1 Xác định hệ số ma sát trượt và hệ số cản Bài toán: Xét chuyển động của một tấm nhựa phẳng trên một mặt bàn phẳng nằm... của Anh-Xtanh là đúng Bài V.1 Thành lập phương án xác định tốc độ truyền sáng trong không khí với các dụng cụ sau đây + Máy hiện sóng 2 chùm tia + 2 diot quang ( có dây kết nối với máy biến điệu tần số 50,1 MHz và có bộ so pha) + Bàn thí nghiệm có các gương phẳng, giá gắn gương di động được + Hai thấu kính hội tụ + Thước đo milimet Hướng dẫn: Đây là một thí nghiệm với các thiết bị hiện đại( máy biến ... toán phương án thí nghiệm hiểu cách đơn giản nghĩ cách (phương án) đo đại lượng vật lý sở số dụng cụ có Tuy phương án học sinh cần phải hình dung cách bố trí dụng cụ thí nghiệm, bước làm thí nghiệm, ... thị,…Tính sai số phép đo(Xem “ lý thuyết sai số [1]) C PHƯƠNG ÁN THÍ NGHIỆM(PATN) Chúng quan niệm rằng, để hình thành thói quen làm toán phương án thí nghiệm toán phức tạp, mà từ thí nghiệm đơn... tìm số phương án chọn phương án khả thi Đây bước quan trọng để giải toán b.Vẽ sơ đồ thí nghiệm với dụng cụ thiết bị toán Nếu gặp bế tắc khắc phục, nghĩ tới phương án khác c Sau lựa chọn phương án