Bài giảng Thí nghiệm vật lý

BÀI 1: KHẢO SÁT DAO ĐỘNG TẮT DẦN CỦA CON LẮC ĐƠN A MỤC ĐÍCH – Tính chu kỳ dao động tắt dần – Khảo sát giảm biên độ theo chu kỳ Từ đó, tính hệ số tắt lắc đơn, hệ số cản lắc không khí, gia tốc trọng trường nơi làm thí nghiệm, khoảng thời gian để biên độ giảm hai lần so với biên độ ban đầu khoảng thời gian để biên độ giảm e≈2,7 lần so với biên độ ban đầu B TÓM TẮT LÝ THUYẾT B.1 Dao động điều hòa – Con lắc đơn gồm vật nặng (quả lắc), gọi “dao động tử”, treo đầu sợi dây mảnh có độ dãn nhỏ, đầu lại dây giữ cố đònh – Phương trình chuyển động (ptrcđ): α0 α l t0=0s T t − PSinα Quỹ đạo lắc VTCB s0 Vò trí biên Hoành độ cong VTCB FK Tại thời điểm t P Hình 1a Con lắc đơn Kéo lắc từ vò trí cân (VTCB) vò trí biên góc α0 vạch cung s0, chọn mốc thời gian (t0=0s) lúc đầu thả từ trạng thái đứng yên, lắc chuyển động quỹ đạo cung tròn tâm nơi treo dây bán kính gần độ dài dây treo l Khi lắc qua VTCB, đạt tốc độ lớn không hai biên quỹ đạo Hình 1b Chọn hoành độ cong trùng với quỹ đạo lắc Ở góc lệch α ứng với cung s, lắc chòu tác dụng hai lực: Trọng lực P , lực căng dây T dẫn đến xuất lực kéo FK = P + T , gọi “lực hồi phục”, lực có khuynh hướng làm lắc trở VTCB Để viết ptrcđ lắc, trước tiên, chọn gốc O VTCB, hướng dương hình 1b; mốc thời gian t0=0s lúc bắt đầu thả lắc từ vò trí biên, xem hình 1a 1/10 Theo đònh luật II Newton: P + T = ma Khi chiếu phương trình lên phương tiếp tuyến t , xem hình 1b, nhận được: − PSinα + = mat ⇔ at = − gSinα (*) Theo đònh nghóa gia tốc tiếp tuyến, nhận được: at = s" (**) Vì s = lα , với α tính theo rad nên at = lα " (***) Kết hợp (*), (**), (***), nhận kết quả: α "+ g Sinα = ⇔ l g tần số (hay vận tốc) góc, [rad / s] l Đây phương trình chuyển động xác với α ⇔ α "+ω02 Sinα = 0, với α tính theo rad ω02 = Sinα = ) Khi đó, ptrcđ lắc nhận sau: Nếu α nhỏ Sinα≈α (vì αlim →0 α α "+ω 02α = 0, với α tính theo rad hay s"+ω 02 s = Đây phương trình vi phân bậc hai có nghiệm tương ứng sau: α = α Sin(ω 0t + ϕ ) (rad ; s ) hay s = s0 Sin(ω 0t + ϕ ) (m; rad ; s ) Vậy ptrcđ lắc hàm điều hòa với chu kỳ riêng T0 = 0.15 2π l = 2π (s ) ω0 g s 0.10 s0 0.05 t 0.00 0 -0.05 T0 2T 3T05 4T 5T08 6T 10 7T11 12 8T0 13 9T140 15 -0.10 –s0 -0.15 Hình Đường liền nét đồ thò li độ s theo thời gian t lắc dao động điều hòa Đường đứt nét đồ thò biên độ theo thời gian, song song với trục thời gian, nghóa biên độ không đổi theo thời gian B.2 Dao động điều hòa tắt dần – Dao động lắc đơn vừa nêu dao động điều hòa mà bảo toàn lực cản làm tiêu hao hệ Sau đây, đề cập đến hệ dao động thực, có lực cản môi trường làm giảm lượng hệ dẫn đến biên độ hệ giảm dần theo thời gian, hệ gọi “hệ dao động tắt dần” – Phương trình chuyển động: Để viết ptrcđ lắc, trước tiên, chọn gốc O VTCB, hướng dương hình 1b; mốc thời gian t0=0s lúc bắt đầu thả lắc từ vò trí biên, xem hình 1a 2/10 Theo đònh luật II Newton: P + T + FC = ma Với vận tốc nhỏ, lực cản môi trường tỷ lệ bậc với vận tốc: FC = −r v , với r “hệ số cản”, dấu trừ biểu thò chiều lực cản ngược chiều vận tốc Theo đó, có: P + T + (− rv ) = ma Khi chiếu phương trình lên phương tiếp tuyến t , xem hình 1b, nhận được: − PSinα + + (− rv ) = mat ⇔ at = − rv + PSinα (1*) m Theo đònh nghóa vận tốc, nhận được: v = s ' (2*) Theo đònh nghóa gia tốc tiếp tuyến, nhận được: at = s" (3*) Vì s = lα , với α tính theo rad nên v = lα ' at = lα " (4*) r m g l Kết hợp (1*), (2*), (3*), (4*) nhận kết quả: α "+ α '+ Sinα = ⇔ ⇔ α "+2 βα '+ω 02 Sinα = 0, với α tính theo rad , β = hay vận tốc góc [rad / s ] r g hệ số tắt, [1 / s ], ω 02 = tần số góc m l Đây phương trình chuyển động xác với α Sinα Nếu α nhỏ Sinα≈α (vì αlim →0 α = ) Khi đó, ptrcđ lắc nhận sau: α "+2 βα '+ω 02α = 0, với α tính theo rad hay s"+2 βs '+ω 02 s = Đây phương trình vi phân bậc hai, giải phương trình trường hợp lực cản môi trường nhỏ (β T0 = 2π = 2π 2 ω ω0 ω0 − β l ( s ) ; điều hợp với thực tế có lực g cản môi trường tác dụng lên lắc, dao động lắc diễn chậm 3/10 0.15 s s0e–βt 0.10 s0 s0(T) 0.05 s0(2T) s0(3T) s0(4T) s (5T) s0(6T) s0(7T) s0(8T) s0(9T) t 0.00 0 T 2T 3T 4T 5T 96T 10 7T11 128T 13 14 9T 15 -0.05 -0.10 –s0 –s0e–βt -0.15 Hình Đường liền nét đồ thò li độ s theo thời gian t lắc dao động điều hòa tắt dần Đường đứt nét đồ thò biên độ theo thời gian, đường giảm theo hàm số mũ với số e, nghóa sau khoảng thời gian nhau, chu kỳ chẳng hạn, tỷ số độ giảm biên độ biên độ s − s (T ) s (T ) − s (2T ) s (T ) − s (2T ) s (8T ) − s (9T ) nhau, chẳng hạn: = = = ⋅⋅⋅ = = ⋅ ⋅ ⋅ Dễ dàng nhận s0 s (T ) s (T ) s (8T ) rằng: Khi β → s0 e − βt → s0 , đường đứt nét song song với trục thời gian T → T0 – Để đặc trưng cho hệ dao động tắt nhanh hay tắt chậm theo thời gian, thường dùng khái niệm hệ số tắt β, tính sau: lập tỷ số hai trò số biên độ ứng với s0 = e βT , gọi tỷ số “giảm lượng tắt s (T ) s dần”, lấy loganepe gọi “giảm lượng loga tắt dần”: µ (T ) = ln = βT Từ s (T ) s ln µ (T ) s (T ) đó, nhận được: β = = Tuy nhiên, β nhỏ dẫn đến việc đo s(T ) gặp T T khó khăn s(T ) gần với s0 Do vậy, thực nghiệm, thường xét khoảng hai thời điểm cách chu kỳ T: thời gian dài từ năm chu kỳ trở lên; đó, có hai cách tính β trình bày đây: Dễ nhận rằng: Sau số nguyên lần chu kỳ kể từ mốc thời điểm ban đầu t0, giảm lượng loga tắt dần tăng lượng sau chu kỳ, nghóa µ (T ) µ (2T ) µ (kT ) = = ⋅⋅⋅ = = β hay µ (kT ) = βkT , với k = 1, 2, 3,… số chu kỳ kể từ mốc T 2T kT µ (kT ) thời điểm ban đầu Dựa vào nhận đònh trên, tính β = kT Nếu đặt τ = kT f (τ ) = ln s0 = βτ , với k = 1, 2, 3,… đồ thò hàm số µ =f(τ) s (τ ) đường thẳng qua gốc tọa độ có hệ số góc hệ số tắt β – Bây giờ, viết đònh luật giảm biên độ dao động tắt dần theo thời gian sau: s0 (t ) = s0 e − βt 4/10 Đồ thò biên độ s0 (t ) theo thời gian t lắc đơn dao động điều hòa tắt dần, xem hình 3, đường đứt nét Ghi chú: Nếu t = s = t s (t ) = , nghóa sau khoảng thời gian t kể từ mốc thời điểm e e e β e ban đầu t0 biên độ giảm e = 2,7 lần so với biên độ ban đầu Nếu t = s ln = t s (t ) = , nghóa sau khoảng thời gian t kể từ mốc thời điểm β ban đầu t0 biên độ giảm hai lần so với biên độ ban đầu C VẬT LIỆU VÀ THIẾT BỊ C.1 Tổng quan (1) Giá treo lắc (6) Đồng hồ đếm giây 88:88:88 (2) Thước thẳng (5) Dụng cụ kéo hay thả lắc (4) Dây treo lắc (3) Thước đo biên độ Hình Hệ thống đo chu kỳ độ giảm biên độ, gồm: giá treo, dụng cụ kéo thả lắc, kế tay C.2 Mô tả chức (1) Giá treo lắc hình hộp chữ nhật mà xung quanh có gắn thủy tinh hữu để chắn luồng gió tác động vào lắc dao động Trên bắt ngang giá treo lắc có khoan lỗ nhỏ cỡ đường kính sợi dây, dùng 5/10 làm điểm treo dây trượt để thay đổi độ dài Dọc dây treo có gắn thước thẳng (2) (2) Thước dài 1000mm có độ xác đọc 2mm gắn bắt ngang giá treo lắc, dùng để đo chiều dài sợi dây từ điểm treo đến tâm lắc (3) Thước ngang trượt dọc theo phương thẳng đứng mà hai đầu giữ sợi dây không dãn nhằm đảm bảo tính song song trượt, nằm phía sau lắc để đo biên độ sau chu kỳ (biên độ lắc giảm sau chu kỳ lực cản không khí, đề cập mục D.2), có độ xác đọc 2mm (4) Quả lắc đường kính 22mm có khối lượng m = (1,8 ± 0,1) ⋅10 −2 kg sợi dây treo có độ dãn kém, xem dây không dãn (5) Dụng cụ kéo hay thả lắc, dùng kéo lắc khỏi vò trí cân thông qua khe hẹp giá treo lắc (6) Đồng hồ đếm giây có độ xác đọc 0,2s Trên đồng hồ có ba nút: Nút trái dùng để trả số đếm giây 0, nút dùng để chuyển hai chế độ thò ngày đếm giây, nút phải dùng để khởi phát hay ngưng đếm giây D THỰC HÀNH D.1 Xây dựng hệ thống (a) (b) Thời gian t N dđtp … Chiều dài sợi dây– l N dđtp s0(NT) s0(3T) 3dđtp s0 1dđtp s0(T) 2dđtp s0(2T) Hình (a) Trình bày cách đo độ dài sợi dây: Đo khoảng cách từ điểm treo dây đến khối tâm lắc (b) Cách đo chu kỳ li độ: Đếm thời gian t N lần dao động toàn phần (dđtp) đo biên độ sau chu kỳ Biên độ D.2 Kỹ thuật đo – Chọn N=30÷50dđtp, ghi nhận N vào bảng báo cáo mục – Chọn l=300÷900mm, dùng thước (2) đo độ dài dây treo lắc, ghi nhận l vào bảng báo cáo mục – Có thể phân công cho người giữ (5) (6) để đo t N dđtp, đồng thời phân công cho người khác đo biên độ lắc sau dđtp, người thứ ba ghi nhận 6/10 số liệu vào bảng báo cáo Cả ba người đo quy ước với thời điểm bắt đầu thả lắc vò trí biên s0 t = 0,00s Cụ thể sau: Người thứ 1: Dùng (5) kéo lắc khỏi vò trí cân sợi dây treo căng, tiếp tục giữ yên lắc thả Sau đó, thả lắc từ trạng thái đứng yên cách nhẹ nhàng để tránh làm đảo lắc, đồng thời bấm nút bên phải đồng hồ để bắt đầu đếm thời gian t lắc đạt N dđtp chọn ngưng đếm cách ấn tiếp nút phải Đọc trò số t cho người thứ ghi vào bảng báo cáo mục Người thứ 2: Đọc biên độ thời điểm bắt đầu thả lắc ( t = 0,00s ) thước ngang (3), người thứ nghe ghi nhận s0 vào bảng báo cáo mục ; lắc người thứ thả sau 5, 10, 15, …, N dđtp người thứ đọc cho người thứ nghe để ghi nhận: s0 (5T ); s0 (10T ); s0 (15T ); ; s0 (NT ) vào bảng báo cáo mục Người thứ 3: Đếm số dao động toàn phần đồng thời ghi nhận số liệu nghe từ người đọc thứ 1, thứ vào bảng báo cáo – Tính: T= t , ghi vào bảng báo cáo mục ; N µ (kT ) = ln s0 , ghi vào bảng báo cáo mục s0 (kT ) – Từ số liệu bảng , vẽ đồ thò đường thẳng µ = f (τ ) với τ = kT , k= 5, 10, 15,…, N vào bảng báo cáo mục – Tính: β = hệ số góc đường thẳng µ = f (τ ) ; r = 2β m ;  4π  g =  + β l ; T  t 12 = ln ; β t1 = , ghi vào bảng báo cáo mục β e Ghi chú: Người thứ phải hướng mắt trực diện vào thước (3) đo biên độ Khi vẽ điểm (τ i ; µ i ) , phải vẽ ô sai số bao quanh chúng mà kích thước hình chữ nhật (ngang 2∆τ i dọc 2∆µ i ) tính từ bảng số liệu 7/10 Họ tên: Điểm: Ngày/Tháng/Năm: Tổ/Nhóm/Lớp: BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LÝ BÀI 1: KHẢO SÁT DAO ĐỘNG TẮT DẦN CỦA CON LẮC ĐƠN Tính chu kỳ giảm lượng loga Tính chu kỳ N l ± ∆l (mm ) t ± ∆t (s ) T ± ∆T (s ) s (kT ) ± ∆s (kT )(mm ) µ (kT ) ± ∆µ (kT ) Tính giảm lượng loga k kT ± ∆kT (s ) 0,00 ± 0,00 0,00 ± 0,00 10 15 20 25 30 35 40 45 50 8/10 Vẽ đồ thò µ = f (τ ) tính β , r , g , t , t e Vẽ đồ thò µ = f (τ ) , với τ = kT , k = 5, 10, 15, …, N µ (τ ) τ (s ) Tính: 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 β =( _± _) _ r =( _± _) _ g =( _± _) _ Khoảng thời gian để biên độ giảm hai lần so với biên độ ban đầu: t =( _± _) _ Khoảng thời gian để biên độ giảm e=2,7 lần so với biên độ ban đầu: t =( _± _) _ e 9/10 ??? Câu hỏi sau thí nghiệm Cơ E lắc có khối lượng m, độ dài dây treo l dao động tắt dần không khí, nơi có độ lớn gia tốc trọng trường g, biên độ ban đầu s0 hệ số tắt β: g l b E = m s02 e − β t g l d E = m s02 e −2β t a E = m s02 e β t c E = m s02 e β t g l g l Quả lắc PTN Vật lý treo sợi dây kép thay dây đơn, vì: a Tăng độ cứng (hay giảm độ dãn) b Giảm độ cứng (hay tăng độ dãn) dây treo lắc dây treo lắc c Giảm đảo cho lắc (nghóa giữ cho d Câu (a) (c) lắc dao động mặt phẳng) lúc dao động Hệ số tắt hệ dao động điều hòa tắt dần β = 0,1(1 / s ) cho biết: a Sau khoảng thời gian t e = ln = 10 s kể từ b Sau khoảng thời gian t = = 6,9 s β β mốc thời điểm ban đầu t0 biên độ giảm kể từ mốc thời điểm ban đầu t0 biên e = 2,7 lần so với biên độ ban đầu độ giảm hai lần so với biên độ ban đầu c Tỷ số biên độ ban đầu biên độ sau d Tất k=1, 2,3,… lần chu kỳ T e − βkT Giảm lượng loga thời điểm sau chu kỳ T µ(T) = 0,69, có nghóa a Biên độ thời điểm T giảm khoảng hai b Tỷ số biên độ ban đầu biên độ lần so với biên độ ban đầu thời điểm T khoảng hai c Tỷ số biên độ ban đầu biên độ thời điểm T khoảng bốn 10/10 d Câu (a) (b) BÀI 5: GIAO THOA ÁNH SÁNG BỞI HAI KHE YOUNG A MỤC ĐÍCH – Chứng minh ánh sáng có tính chất sóng – Xác đònh bước sóng ánh sáng đơn sắc B TÓM TẮT LÝ THUYẾT – Nguyên lý Huyghens phát biểu sau: “Mọi điểm mặt sóng dùng làm nguồn điểm sóng cầu thứ cấp Sau thời gian t, vò trí mặt sóng bao hình tất sóng thứ cấp trên” – Thí nghiệm Young: S2 S0 S1 Hình Giao thoa Young từ hai lỗ kim châm B cho ánh sáng trắng qua lỗ kim châm A Các nút đen vò trí mà sóng tổng hợp từ hai lỗ pha tạo thành điểm sáng vò trí lại vùng giao hai sóng tạo thành miền sáng mờ dần có cường độ nhỏ điểm sáng trên, điểm sáng miền sáng di chuyển lan theo hướng xác đònh tạo đường sáng tối xen kẻ Hình ảnh đường hứng trắng mà tạo nên vạch sáng tối xen kẻ nhau, gọi “vân giao thoa” 1/6 – Giải thích tượng: r2 D P θ S2 r2 S2 d O S1 y d r1 H O’ θ r1 θ S1 H Hiệu độ dài đường (a) (b) Hình (a) Các sóng xuất phát từ hai khe S1 S2 đến tổng hợp điểm P cách trục OO’ qua trung điểm S1S2 khoảng O’P=y , góc θ vò trí góc xác đònh điểm P (b) Khi D>>d, xem r1 // r2 tạo với trục góc θ – Ta đến kết luận điều kiện có: Vân sáng: d.Sinθ = mλ với m = 0, 1, 2,… Vân tối: d.Sinθ = (m + ½ )λ với m = 0, 1, 2,… Trong đó: d khoảng cách hai khe, [m] λ bước sóng hai nguồn kết hợp, [m] θ góc lệch phương điểm xét so với phương vuông góc với màn, [rad] – Sự kết hợp: để có hình ảnh giao thoa thấy hiệu số pha ϕ điểm trường giao thoa phải không đổi theo thời gian; ánh sáng từ hai khe gọi “hoàn toàn kết hợp” – Cường độ ánh sáng giao thoa hai khe:  E1 = E0 S int ω t Thành phần điện trường ánh sáng tới điểm xét:   E = E0 Sin(ωt + ϕ ) Ghi chú: ϕ không đổi theo thời gian vò trí trường giao thoa Hai sóng kết hợp với tạo thành cường độ I cho biểu thức:   I = I Cos ( φ)   2πd  φ = λ Sinθ 2/6 I (cường độ sáng) 4I0 (hai nguồn kết hợp) 2I0 (hai nguồn không kết hợp) I0 (một nguồn) 4π 3π π 2π π 2π 3π 4π ϕ (hiệu số pha) m (cực đại) m (cực tiểu) Hình Đồ thò phương trình cường độ, cho thấy biến thiên cường độ ánh sáng giao thoa từ hai khe theo hiệu số pha hai tia xuất phát từ hai khe I0 cường độ ánh sáng trải che bớt khe 2I0 cường độ trung bình vân sáng 4I0 cường độ cực đại ánh sáng kết hợp C VẬT LIỆU VÀ THIẾ`T BỊ C.1 Tổng quan mô tả chức C.1.1 Tấm ba khe đôi Young a Hình Tấm ba khe đôi Young phim kẹp hai giấy cứng có kích thước 50x50mm, mà có ba khe đôi cho phép ánh sáng qua, khe có độ rộng a=0,1mm khoảng cách d hai khe hẹp thay đổi từ 0,1mm (đối với khe đôi hẹp nhất); 0,3mm (đối với khe đôi giữa); 0,5 (đối với khe đôi rộng nhất) d C.2 Nguồn laser (mà xác đònh bước sóng nó) Hình Nguồn phát ánh sáng laser, nuôi pin 1,5V gắn bên Phía sau công tắc cần kéo ra/vào để điều khiển độ hội tụ laser ON/OFF Cần kéo C.3 Băng quang học đế trượt Màn quan sát Băng quang học Đế trượt LASER Hình Băng quang học nhôm thẳng dài khoảng 2,2m Nó gia cố gỗ mà có thước thẳng có độ xác đọc 5mm,, đế trượt, quan sát có gắn thước thẳng có độ xác đọc 1mm 3/6 D THỰC HÀNH ĐO BƯỚC SÓNG ÁNH SÁNG ĐƠN SẮC D.1 Xây dựng hệ thống: Dựa điều kiện có vân sáng, xem hình 2a: d.Sinθ = mλ với m = 0, 1, 2,… (1) Vì θ nhỏ nên Sinθ ≈Tgθ Tgθ = ym / D dẫn đến Sinθ = ym / D (2) Trong đó: D khoảng cách từ khe đến màn, [m] Từ (1) (2), suy : y m = m λD λD y m+1 = (m + 1) d d Vậy khoảng cách hai vân kề nhau: ∆y = y m+1 − y m = λD (m ) d Vì vân gần nên dẫn đến việc đo ∆y gặp khó khăn Do vậy, thực nghiệm xác đònh ∆y , thường xét từ ba vân sáng trở lên; đó, phải đếm số khoảng vân sáng n, chẳng hạn: Nếu xét ba vân sáng n=hai khoảng vân, năm vân sáng n=bốn khoảng vân; sau đó, đo độ dài l vân sáng xét tính ∆y = Như vậy, bước sóng ánh sáng λ = ∆yd D l n l Hình Minh họa năm vân sáng tương ứng với n = bốn khoảng vân Khi đó, khoảng cách hai l vân sáng (màu sậm) ∆y = ∆y D.2 Tiến hành đo bước sóng nguồn laser – Bật nguồn laser Điều chỉnh nguồn cho chùm tia laser dọc theo băng quang học hội tụ vạch (gần trùng vạch thước) – Đặt khe đôi có khoảng cách hai khe d1= 0,1mm lên giá đỡ đế trượt gắn băng quang học Di chuyển đế trượt đến vò trí cho khe đôi cách quan sát khoảng D=1000÷2000mm – Chọn vân bên trái (hay phải) vân trung tâm làm vân đầu tiên, dùng thước thẳng in quan sát đo độ dài l(mm) từ vân đến vân sau tính ∆y = l ∆yd λ = n D – Lặp lại thao tác lần, lần tăng khoảng cách lên 400mm, tức D2 vào khoảng 1000mm+400mm=1400mm; D3 vào khoảng 1800mm – Ghi nhận D, l, n, ∆y , λ vào bảng báo cáo tương ứng với d1=0,1mm – Lặp lại thí nghiệm với thay đổi khe đôi d1 d2 d3 – Tính: λ = (λ1 + λ2 + + λ9 ) / 4/6 Họ tên: Điểm: Ngày/Tháng/Năm: Tổ/Nhóm/Lớp: BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LÝ BÀI 5: GIAO THOA ÁNH SÁNG BỞI KHE ĐÔI YOUNG Xác đònh bước sóng nguồn laser d1=( _± _) _ D ± ∆D (m) l ± ∆l (m) n ∆y ± ∆(∆y) λ ± ∆λ (m) d2=( _± _) _ D ± ∆D (m) l ± ∆l (m) n ∆y ± ∆(∆y) λ ± ∆λ (m) d3=( _± _) _ D ± ∆D (m) l ± ∆l (m) n ∆y ± ∆(∆y) λ ± ∆λ (m) λ = ( _± _) _ Bước sóng nguồn laser có phụ thuộc vào khoảng cách hai khe Young không? (có hay không) Bước sóng nguồn laser có phụ thuộc vào khoảng cách khe Young đến chắn không? (có hay không) Bước sóng nguồn laser có phụ thuộc vào khoảng cách hai vân sáng kề không? (có hay không) 5/6 ??? Câu hỏi sau thí nghiệm Sở dó nói ánh sáng có chất sóng vì: a Ánh sáng giao thoa sóng nước, sóng âm nhiễu xạ (loe ra) cho qua khe có độ rộng cỡ vào khoảng độ dài bước sóng b Ánh sáng nhiễu xạ không giao thoa c Ánh sáng giao thoa không nhiễu xạ d Tất Đặt: (1) ≡ Bật nguồn tia laser chỉnh tia hội tụ vào khoảng thước in (2) ≡ Chỉnh tia laser dọc theo băng quang học (3) ≡ Tắt nguồn tia laser (4) ≡ Đặt ba khe đôi Young sát với mép đế trượt (5) ≡ Cho tia laser qua ba khe đôi (6) ≡ Ghi nhận khỏang cách từ khe đến thước gắn băng (7) ≡ Chọn số vân sáng ghi nhận độ dài chúng Trình tự thao tác lấy số liệu đo bước sóng nguồn laser băng quang học: a (1) đến (7) b (1) đến (7) bỏ (2) c (1) đến (7) bỏ (3) d Tất đêu sai Nếu thay nguồn laser nguồn sáng trắng (từ mặt trời) quan sát lên: a Một vạch sáng trắng (còn gọi vân trung tâm) hai bên vạch màu b Các vạch sáng trắng cách c Một vạch sáng màu hai bên vạch màu d Tất sai Nếu thay laser hai bóng đèn dây tóc có hứng hình ảnh vân giao thoa không? Tại sao? a Có, hai bóng đèn dây tóc xạ bước sóng qua hai khe b Có, hai bóng đèn dây tóc xạ bước sóng qua hai khe c Không, hai bóng đèn dây tóc xạ bước sóng cách hỗn loạn, phá điều kiện nguồn kết hợp d Tất sai 6/6 BÀI 6: SỬ DỤNG PHẦN MỀM MINH HỌA TÍNH GÓC NÉM CHO TẦM XA LỚN NHẤT, TÍNH ĐỘNG NĂNG PHÂN TỬ KHÍ LÝ TƯỞNG, TÍNH HIỆU SUẤT CHU TRÌNH CARNOT A MỤC ĐÍCH – Giúp học viên hình dung ba tượng vật lý thông qua ba mô hình minh họa – Sử dụng phần mềm minh họa tượng vật lý để tính số thông số ba tượng B TÓM TẮT LÝ THUYẾT B.1 Ném xiên vật trường trọng lực có gia tốc trọng trường g – Hình cho thấy từ vò trí cao cách mặt đất khoảng h=3,0m, ném viên bi lên phía với vận tốc ban đầu v0=6,0m/s theo hướng hợp với hướng đông góc θ =30o Cho biết: g=10m/s2 bỏ qua lực cản không khí Hình Minh họa viên bi ném xiên góc θ độ cao h với vận tốc ban đầu v0 , y vx v0 h hệ trục tọa độ quỹ đạo chuyển động Chọn gốc tọa độ xy mặt đất, trục x trùng với mặt đất hướng dương hướng đông, trục y qua nơi ném viên bi vuông góc với mặt đất, hướng dương hướng từ mặt đất lên Chọn mốc thời gian lúc bắt đầu ném viên bi θ0 vy v g xTầm xa x a Phương trình chuyển động viên bi gồm hệ hai phương trình  x = (v0 Cosθ )t  x = 5,2t (m;s) ⇔   2 y = h + ( v Sin θ ) t − gt y = , + , t − t 0   b Phương trình quỹ đạo chuyển động viên bi nhận cách khử t hệ hai phương trình chuyển động y = h + (Tgθ ) x − g x = 3,0 + 0,6 x − 5,8 x (m) 2v Cos 2θ c Tầm xa viên bi xtầm xa thỏa phương trình y ( xtầm xa ) =  gh ⇒ xTầm xa =  Tgθ + Tg 2θ + v0 Cos 2θ        g   = 5,9m v Cos θ   1/9 B.2 Thuyết động học chất khí nMv rms – Trung tâm thuyết phương trình: p = , đó: 3V p áp suất khí, [N/m2]; n số mol khí, [mol]; M khối lượng mol khí, [kg]; V thể tích khối khí, [m3]; vrms tốc độ quân phương phân tử khí, [m/s] Phương trình cho ta biết áp suất khí (một đại lượng hoàn toàn vó mô) phụ thuộc vào tốc độ phân tử (một đại lượng hoàn toàn vi mô) – Động tònh tiến trung bình theo thời gian phân tử khí lý tưởng: K = 1 mv = m v = mvrms = k BT , đó: 2 2 T nhiệt độ khối khí, [K]; kB số Boltzmann, có trò số gần 1,38.10-23(J/K) Ghi chú: i Đối với phân tử (đa nguyên tử) khí có bậc tự i>3 K = kT , với i bậc tự phân tử khí Đối với khí Heli (mà phần mềm minh họa sử dụng) nhiệt độ T=100K có khối 0,004kg / mol = 6,641E - 27(kg / NguyenTu ) 6,023.10 23 NguyenTu / mol tốc độ quân phương vrms = 789m / s K = mvrms 2,07E - 21(J) ; nhiên, tìm trò số từ công thức: K = k BT = 2,07E - 21(J) lượng nguyên tử mHe = B.3 Chu trình Carnot đònh lý Carnot – Bằng thực nghiệm người ta nhận rằng: “Đại lượng W + Q trình kín”, phụ thuộc vào trạng thái đầu trạng thái cuối mà không phụ thuộc vào dạng đường chúng (quá trình nhiệt động lực học) Như vậy, W + Q = số, đặt trưng cho biến đổi tính chất nội hệ; số gọi “nội năng” hệ Ký hiệu: U, đơn vò SI [J] – Do vậy, viết đònh luật nhiệt động lực học thứ I sau: ∆U = W + Q , nghóa tổng đại số công nhiệt trao đổi hệ thống với môi trường bên từ trạng thái đầu đến trạng thái cuối số ∆U Trong đó, U hàm số xác đònh trạng thái hệ thống đo nội hệ thống 2/9 – Chọn khí lý tưởng làm chất công tác động nhiệt lý tưởng, nghóa trình nhận nhả nhiệt khí lý tưởng trình thuận nghòch với chu trình kín – Chu trình kín Carnot trình bày giản đồ p–V, gồm bốn trình: Từ (0) đến (1): nhận Q1 dãn đẳng nhiệt Từ (1) đến (2): Q1 không đổi dãn đoạn nhiệt Từ (2) đến (3): nhả Q2 nén đẳng nhiệt Từ (3) đến (0): Q2 không đổi nén đoạn nhiệt – Đònh lý Carnot: Hiệu suất động nhiệt đạt cực đại chu trình tác nhân nhiệt biến đổi thuận nghòch Lúc đó, hiệu suất R = Rmax không phụ thuộc vào chất tác nhân nhiệt (hơi nước, cồn, ete,…) phụ thuộc vào nhiệt độ nguồn nóng T1 nguồn lạnh T2: Rmax = − T2 W = , đó: T1 Q1 W công thực khối khí hoàn thành chu trình; Q1 lượng nhiệt mà khối khí thu nhận chu trình Ghi chú: Nội khí lý tưởng phụ thuộc vào nhiệt độ Nói cách khác, biến đổi đẳng nhiệt khí lý tưởng nội hệ không đổi 3/9 C PHẦN MỀM MINH HỌA VÀ THIẾT BỊ C.1 Tổng quan phần mềm minh họa Hình – Giao diện phần mềm C.2 Mô tả chức phần mềm Thoát khỏi thí nghiệm Xem danh sách thí nghiệm Tạm dừng thí nghiệm Thực thí nghiệm theo bước Tiếp tục thí nghiệm Thực nhiều thí nghiệm lúc Xem mô tả thí nghiệm cửa sổ Windows kích hoạt Tắt âm thời (nếu có) Xem thông tin thí nghiệm 4/9 D THỰC HÀNH D.1 Tìm góc ném để có tầm xa lớn – θ0MAX D.1.1 Khởi động phần mềm Hình 2a Vệt sáng xanh (xám) chương trình minh họa ném xiên Hình 2b Chương trình cho thấy quỹ đạo tầm xa vật ném xiên D.1.2 Kỹ thuật tính – Chọn thông số đầu vào: độ cao, tốc độ ném – Nhấn nút “run” – Ghi nhận xtầm xa vào bảng số liệu Lặp lại với thông số đầu vào khác D.2 Tính động trung bình phân tử khí – D.2.1 Khởi động phần mềm Hình 3a Vệt sáng xanh (xám) chương trình minh họa chuyển động nhiệt phân tử khí lý tưởng Hình 3b Chương trình cho thấy quỹ đạo số lần thay đổi vận tốc tốc độ phân tử khí lý tưởng D.2.2 Kỹ thuật tính – Chọn thông số đầu vào: nhiệt độ (K) – Nhấn nút “run” – Ghi nhận N v vào bảng số liệu Lặp lại với thông số đầu vào khác 5/9 D.3 Tính hiệu suất chu trình Carnot – D.3.1 Khởi động phần mềm Hình 4a Vệt sáng xanh (xám) chương trình minh họa chu trình Carnot Hình 4b Chương trình cho thấy giản đồ p–V bốn trình thuận nghòch khối khí lý tưởng D.3.2 Kỹ thuật tính – Chọn thông số đầu vào:nhiệt độ nguồn nóng–T1(K) nhiệt độ nguồn lạnh–T2(K) – Nhấn nút “run” – Ghi nhận R = W / Q1 vào bảng số liệu ứng với cặp T1 T2 Lặp lại với thông số đầu vào khác 6/9 Họ tên: Điểm: Ngày/Tháng/Năm: Tổ/Nhóm/Lớp: BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LÝ BÀI 6: SỬ DỤNG PHẦN MỀM MINH HỌA TÍNH GÓC NÉM CHO TẦM XA LỚN NHẤT, TÍNH ĐỘNG NĂNG PHÂN TỬ KHÍ LÝ TƯỞNG, TÍNH HIỆU SUẤT CHU TRÌNH CARNOT Tìm góc ném để có tầm xa lớn – θ0MAX Độ cao h1=0m tốc độ ném v=20m/s Đại lượng Lần đo 7 θ0 (độ) xTầm xa (m) θ0MAX1 = ( _± _) _ Độ cao h2=30m tốc độ ném v=20m/s Đại lượng Lần đo θ0 (độ) xTầm xa (m) θ0MAX = ( _± _) _ Độ cao h3=60m tốc độ ném v=20m/s Đại lượng Lần đo θ0 (độ) xTầm xa (m) θ0MAX = ( _± _) _ 7/9 Tính động trung bình phân tử khí – Tại nhiệt độ T1=100K N (lần) 10 20 30 40 50 60 70 60 70 60 70 vrms (m/s) = ( _± _) _ Tại nhiệt độ T2=300K N (lần) 10 20 30 40 50 vrms (m/s) = ( _± _) _ Tại nhiệt độ T3=500K N (lần) 10 20 30 40 50 vrms (m/s) = ( _± _) _ Tính hiệu suất chu trình Carnot – T2(K) 310 330 350 400 R1 R2 R3 500 R6 R5 R4 600 R9 R8 R7 T1(K) = ( _± _) _ 8/9 ??? Câu hỏi sau thí nghiệm Khi ném vật trường trọng lực ( g ) với tốc độ ném (v0) xác đònh tầm xa (xTầm xa) phụ thuộc vào: a Độ cao b Góc ném c Lực cản môi trường d Tất Động phân tử khí lý tưởng phụ thuộc vào: a Áp suất b Thể tích c Nhiệt độ d Tất sai Hiệu suất chu trình Carnot môi chất khí lý tưởng, phụ thuộc vào: a Nhiệt độ nguồn nóng b Nhiệt độ nguồn lạnh c Độ chênh lệch nhiệt độ nguồn nóng d Tất nhiệt độ nguồn lạnh Nêu số máy hay thiết bò có sử dụng chu trình Carnot: 9/9 [...]... Lặp lại thí nghiệm N=10 lần, mỗi lần tăng tần số lên 200Hz, tức là f2 vào khoảng 1400Hz+200Hz = 1600Hz; f3 vào khoảng 1800Hz;…; f10 vào khoảng 3200Hz – Từ các số liệu trong bảng 1 , vẽ đồ thò đường thẳng λ = f (T ) vào bảng báo cáo ở mục 1 – Tính v = hệ số góc của đường thẳng λ = f (T ) , rồi ghi vào bảng báo cáo ở mục 1 6/9 Họ tên: Điểm: Ngày/Tháng/Năm: Tổ/Nhóm/Lớp: BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LÝ BÀI 2:... , M , t đầ , t sau , mNLK +NƯỚC + ĐÁ , mĐÁ , L vào u bảng báo cáo – Lặp lại thí nghiệm nhưng thay đổi mNƯỚC hay mĐÁ Nhiệt lượng kế và các phụ tùng phải ngâm hay tráng chúng bằng nước ở nhiệt phòng để chúng trở về nhiệt độ phòng, rồi mới bắt đầu đo lại 5/7 Họ tên: Điểm: Ngày/Tháng/Năm: Tổ/Nhóm/Lớp: BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LÝ BÀI 3: ĐO NHIỆT NÓNG CHẢY CỦA KHỐI BĂNG (NƯỚC ĐÁ) Đo nhiệt nóng chảy của khối... oC d Nhiệt lượng cần thiết để làm chảy hoàn toàn 1 kilogram băng ở 0 oC 6/7 ??? Câu hỏi sau khi thí nghiệm 1 Nội nhiệt năng của một vật là a Tổng động năng của các phân tử cấu thành vật b Tổng thế năng tương tác của các phân tử cấu thành vật c Tổng động năng và thế năng tương tác của các phân tử cấu thành vật d Cả 3 câu đều đúng 2 Đặt: (1) ≡ Lau khô bình Dewar và các phụ tùng kèm theo (2) ≡ Ghi nhận... báo cáo ở mục 4 – Giảm tối đa hiệu điện thế lối ra của máy phát, bằng cách vặn núm (9) ngược chiều kim đồng hồ, tắt nguồn và tháo mạch 8/17 Họ tên: Điểm: Ngày/Tháng/Năm: Tổ/Nhóm/Lớp: BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LÝ BÀI 4: KHẢO SÁT DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU TRONG MẠCH RLC NỐI TIẾP 1 Đo điện trở Đo hiệu điện thế hiệu dụng, cường độ dòng điện hiệu dụng Tần số máy phát sóng đa năng: f = ( ± ) N U... nhựa vuông phẳng chứa vật cần đo khối lượng (2) Màn hình hiện thò số chỉ khối lượng của vật trên bàn cân, độ phân giải là 1g (3) Nút bật/tắt nguồn cấp cho cân (ON/OFF) và cũng là nút Reset, đưa số chỉ cân về 0 D THỰC HÀNH ĐO NHIỆT NÓNG CHẢY CỦA NƯỚC ĐÁ D.1 Xây dựng hệ thống đo: Dựa trên phương trình cân bằng nhiệt giữa vật thu–nước o o o đá (mNƯỚCĐÁ, cNƯỚC, t đầo u < t phò ng ), vật tỏa–nước (mNƯỚC,... một thời gian trễ nào đó tuỳ vào khoảng cách d giữa loa và micro (tín hiệu này cũng được hiện thò ở kênh 2 là một đường dày nét và mờ) D.2 Kỹ thuật đo – Bố trí sơ đồ như hình 6 o – Đọc nhiệt độ phòng thí nghiệm tPhò ng trên nhiệt kế, rồi ghi vào bảng báo cáo ở mục 1 – Trước khi bật nguồn của máy phát sóng và nguồn của máy hiện sóng, mời giáo viên hướng dẫn kiểm tra lại toàn bộ mạch điện – Chọn dạng...BÀI 2: ĐO VẬN TỐC SÓNG ÂM TRONG KHÔNG KHÍ A MỤC ĐÍCH – Tập sử dụng máy phát sóng đa năng và máy hiện sóng – Hình dung quá trình lan truyền của sóng âm trong không khí và sử dụng băng nghiên cứu sóng âm để đo vận tốc của nó B TÓM TẮT LÝ THUYẾT – Sóng cơ học là quá trình lan truyền dao động cơ trong môi trường đàn hồi... 6 7 8 9 10 7/9 d 2 ± ∆d 2 (m ) λ ± ∆λ (m ) Vẽ đồ thò λ = f (T ) λ (m ) × 10 −4 T (s ) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Vận tốc của sóng âm truyền trong không khí v =( _± _) _ 8/9 9 10 ??? Câu hỏi sau khi thí nghiệm 1 Môi trường truyền âm ở trạng thái khí hay lỏng chỉ cho phép truyền được sóng dọc Đúng hay sai? a Đúng b Sai 2 Vận tốc sóng âm truyền đi trong các môi trường: rắn, lỏng, khí: a Tỉ lệ thuận với... của nhiệt lượng kế (NLK) (3) ≡ Đun nước cho ấm trước khi cho vào NLK (4) ≡ Đong nước vào khoảng nửa chiều cao của NLK (5) ≡ Ghi nhận khối lượng của NLK và nước trong đó (6) ≡ Ghi nhận nhiệt độ phòng thí nghiệm (7) ≡ Chuẩn bò và lau khô khối nước đá có thể tích khoảng nửa thể tích của nước (8) ≡ Cho đá vào bình đậy kín và ghi nhiệt độ sau cùng (khi hệ cân bằng nhiệt) (9) ≡ Ghi nhận khối lượng của NLK... các phân tử d Tất cả đều sai d Tất cả đều sai 7/7 BÀI 4: KHẢO SÁT DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU TRONG MẠCH RLC NỐI TIẾP A MỤC ĐÍCH – Tập sử dụng máy phát sóng đa năng và đồng hồ đo điện VOM – Lắp đặt mạch điện trên bảng mạch đã cho từ một sơ đồ mạch điện đơn giản – Tìm hiểu các đặc tính điện và các thông số sử dụng cơ bản của điện trở, cuộn cảm, tụ điện B TÓM TẮT LÝ THUYẾT – Đònh luật Ohm cho đoạn mạch chỉ có ... băng oC 6/7 ??? Câu hỏi sau thí nghiệm Nội nhiệt vật a Tổng động phân tử cấu thành vật b Tổng tương tác phân tử cấu thành vật c Tổng động tương tác phân tử cấu thành vật d Cả câu Đặt: (1) ≡ Lau... với d1=0,1mm – Lặp lại thí nghiệm với thay đổi khe đôi d1 d2 d3 – Tính: λ = (λ1 + λ2 + + λ9 ) / 4/6 Họ tên: Điểm: Ngày/Tháng/Năm: Tổ/Nhóm/Lớp: BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LÝ BÀI 5: GIAO THOA ÁNH... NĂNG PHÂN TỬ KHÍ LÝ TƯỞNG, TÍNH HIỆU SUẤT CHU TRÌNH CARNOT A MỤC ĐÍCH – Giúp học viên hình dung ba tượng vật lý thông qua ba mô hình minh họa – Sử dụng phần mềm minh họa tượng vật lý để tính số