Giáo trình thực hành vật lý đại cương dành cho sinh viên ngành dược

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC Y DƯỢC BỘ MƠN VẬT LÝ - LÝ SINH Y HỌC Giáo trình THỰC HÀNH VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG DÀNH CHO SINH VIÊN NGÀNH DƯỢC Biên soạn: THS.GVC BÙI VĂN THIỆN - NGUYỄN QUANG ĐƠNG THÁI NGUN - 2008 Lời nói đầu Vật lý học môn khoa học thực nghiệm Thực hành vật lý khâu quan trọng việc rèn luyện cho sinh viên khả vận dụng kiến thức vào thực tiễn, trang bị cho phương pháp kỹ thực hành vật lý, khâu giúp cho sinh viên có khả xây dựng thí nghiệm để kiểm chứng lý thuyết rèn luyện cho sinh viên đức tính cẩn thận, khéo léo cần thiết người dược sĩ sau Chúng tơi chọn lọc thực hành vừa có tính chất giúp sinh viên hiểu sâu thêm phần học giáo trình vật lý đại cương, vừa mang tính chất phục vụ ngành Dược, phương pháp dụng cụ, máy móc dùng tài liệu dụng cụ, máy móc thơng dụng phịng thí nghiệm thực tế ngành Dược Nội dung giáo trình chia thành hai phần: Phần mở đầu nhằm giúp sinh viên hiểu rõ mục đích, yêu cầu cách tiến hành thực hành vật lý; đồng thời giới thiệu vấn đề chung sai số, cách xử lý số liệu, cách viết kết cách vẽ đồ thị thực nghiệm Phần thứ hai 11 thực hành Cơ – Nhiệt – Điện – Quang – Phóng xạ phục vụ ngành nghề Nội dung viết ngắn gọn, chủ yếu nhằm làm rõ mục đích, nguyên tắc cách thức tiến hành thí nghiệm Sinh viên sử dụng giáo trình vật lý đại cương tài liệu tham khảo khác để hiểu thật rõ lý thuyết trước thực hành, đồng thời để chuẩn bị trả lời câu hỏi nêu cho Tài liệu chủ yếu dùng cho sinh viên ngành Dược, nhiên sinh viên ngành khác dùng làm tài liệu tham khảo Chúng mong nhận góp ý đồng nghiệp, bạn sinh viên để tài liệu ngày hoàn thiện Xin chân thành cảm ơn Thái Nguyên, ngày 27 tháng năm 2008 Các tác giả NHỮNG QUY ĐỊNH CHUNG Trước thực hành phải phải chuẩn bị kỹ nhà, trả lời câu hỏi, nắm mục đích cách tiến hành thí nghiệm Trước thực hành giáo viên kiểm tra lý thuyết, thấy không chuẩn bị, giáo viên khơng cho làm thực hành Phải có mặt phịng thí nghiệm giờ, để cặp sách ngồi chỗ qui định, tuyệt đối giữ trật tự kỉ luật Nhóm trưởng kiểm tra dụng cụ, máy đo có hỏng phải báo cho cán phụ trách phịng thí nghiệm Trong thực hành phải tuyệt đối tuân theo hướng dẫn giảng viên cán phụ trách phịng thí nghiệm, phải đảm bảo an tồn, tính xác phải cẩn thận, không làm hư hỏng, cháy máy đo điện dụng cụ dễ vỡ khác, không mắc vào ổ điện không phép, không tự tiện sử dụng dụng cụ, máy móc chưa hướng dẫn, phải giữ vệ sinh phịng thí nghiệm, luôn giữ trật tự, yên lặng, gọn gàng, Cấm ăn uống, hút thuốc phịng thí nghiệm Cán hướng dẫn đình buổi thí nghiệm sinh viên vi phạm nội qui phòng thí nghiệm Cấm làm thí nghiệm khơng có giáo viên nhân viên phịng thí nghiệm Sau buổi thí nghiệm, nhóm xếp dụng cụ vào chỗ cũ bàn giao thiết bị cho cán quản lí đầy đủ, trường hợp hỏng, phải bồi thường Mỗi sinh viên phải nộp báo cáo thí nghiệm cho giáo viên phụ trách sau làm thí nghiệm Làm đủ thực hành, thiếu phải xin phép làm bù ngay, sau hoàn thành thực hành quyền dự thi cuối học kỳ HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG Mục đích thực hành vật lý: Đối với sinh viên Dược, thực hành vật lý nhằm mục tiêu sau: - Hiểu sâu thêm phần lý thuyết học chương trình vật lý đại cương - Nắm vững nguyên tắc lý thuyết phương pháp thực hành - Làm quen biết cách sử dụng dụng các, máy thông thường, kỹ kinh nghiệm sử dụng dụng cụ đơn giản bổ ích tiếp xúc với máy phức tạp thực tiễn ngành nghề - Biết phương pháp làm công tác thực nghiệm: Xác định mục đích thí nghiệm, phương pháp đạt mục đích đó, lựa chọn chuẩn bị, ghi chép kết quả, tính tốn xử lý số liệu, viết báo cáo thí nghiệm - Rèn luyện đức tính tác phong người Dược sỹ: Trung thực, khách quan, thận trọng, xác Hướng dẫn làm thực hành lý: 2.1 Chuẩn bị: Đọc kỹ thí nghiệm nhà trước làm thực hành để vững mục đích, u cầu, trình tự tiến hành, ngun tắc cấu tạo vận hành dụng cụ, thiết bị thí nghiệm 2.2 Tiến hành thí nghiệm: Xem kỹ cấu tạo, tính năng, độ xác dụng cụ: cần thận trọng nhẹ nhàng Làm theo bước tiến hành quy định Các số liệu thực nghiệm ghi vào sổ thực hành rõ ràng, để dùng tính tốn Nói chung đại lượng đo từ lần trở lên Tính kết thực nghiêm theo cách tính Vẽ đồ thị (nếu có) Nhận xét kết luận Có thể so sánh kết thu với lý thuyết, với kết sách, người khác Cần nêu rõ thí nghiệm làm, sai số gây nên yếu tố đáng kể, giảm bớt hay loại trừ chúng khơng, cải thiện phương pháp Những kinh nghiệm có q trình thực nghiệm Công việc nhận xét kết luận khâu trọng yếu thiếu sau làm thí nghiệm Nó giúp ta suy nghĩ phân tích, tổng kết khẳng định phương pháp, kết đo Phần thể rõ lực tư người làm thí nghiệm Kiểm tra, thu dọn vệ sinh dụng cụ, bàn ghế Bàn giao dụng cụ cho cán phịng thí ngiệm Báo cáo số liệu thu sau thí nghiệm cho thầy giáo hướng dẫn Làm báo cáo thí nghiệm Sau thực hành, sinh viên phải viết báo cáo (Mỗi người viết riêng) Bài nộp vào thực hành (các số liệu thực hành báo cáo cho thầy giáo hướng dẫn sau buổi thực hành) Nội dung báo cáo thí nghiệm phải làm theo mẫu sau: BÁO CÁO THÍ NGHIỆM Bài số Ho tên: Lớp: Tổ (nhóm): Điểm đánh giá GV Ngày thực hành: Giảng viên hướng dẫn: ………………………… I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM II TĨM TẮT NGUN TẮC LÝ THUYẾT VÀ CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH III BẢNG SỐ LIỆU THU ĐƯỢC VÀ KẾT QUẢ Bảng số liệu Vẽ đồ thị (nếu có) Kết quả: Tuỳ thuộc vào yêu cầu mà xử lý số liệu, nêu nhận xét biện luận kết IV TRẢ LỜI CÁC CÂU HỎI TRONG GIÁO TRÌNH: (Phải trả lời đầy đủ câu hỏi phần Phương pháp tổng quát dùng máy: 3.1 Khi dùng máy tâm thực hành, người sinh viên phải: - Đọc kĩ lời dẫn cách đùng máy, ghi thực hành lời dẫn đặt cạnh máy - Nhận biết tất phận máy - Dùng máy theo giai đoạn ghi theo kỹ thuật ghi tài liệu "Chỉ dẫn sử dụng" máy 3.2 Năm giai đoạn dùng máy bắt buộc phải tuân theo: 3.2.1 Nhận biết: Điều kiện sử dụng đặc điểm máy Thí dụ: Máy dùng điện 110V hay 220V; Độ xác máy bao nhiêu? 3.2.2 Kiểm điểm: Trước cho máy chạy, điều kiện dùng máy hội đủ chưa? (nếu mời cán phịng thí nghiệm giải quyết) Tất phận điều khiển vị trí khởi đầu 3.2.3 Điều chỉnh: Cho máy chạy điều chỉnh máy theo kĩ thuật hướng dẫn dùng máy để thu kết 3.2.4 Dùng máy: Dùng máy theo kĩ thuật định (theo tài liệu hay cán phịng thí nghiệm hướng dẫn) 3.2.5 Bảo dưỡng sau dùng: Đặt tất phận điều khiển trở lại vị trí ban đầu Tắt máy Lau rửa máy móc dụng cụ Bàn giao máy cho cán phịng thí nghiệm Bài mở đầu SAI SỐ VÀ CÁCH TÍNH ĐỒ THỊ VẬT LÝ Sai số: 1.1 Đo lường loại sai số 1.1.1 Đo lường: Đo lường đại lượng vật lý tiến hành so sánh đại lượng cần đo với đại lượng loại chọn làm đơn vị Phép đo đại lượng vật lý chia làm hai loại: phép đo trực tiếp phép đo gián tiếp Trong phép đo trực tiếp, đại lượng cần đo so sánh trực tiếp với đại lượng chọn làm đơn vị Thí dụ: Đo chiều dài thước Trong phép đo gián tiếp, đại lượng cần đo xác định thông qua công thức vật lý nêu lên mối quan hệ đại lượng với đại lượng đo trực tiếp Thí dụ: gia tốc rơi tự 2h xác định gián tiếp nhờ cơng thức: g = thông qua hai phép đo trực tiếp đo độ dài t quãng đường h thời gian rơi t 1.1.2 Định nghĩa phân loại sai số Khi đo đại lượng vật lý nhiều lý khách quan chủ quan, ta đạt độ xác tuyệt đối Độ sai lệch giá trị đo giá trị thực đại lượng cần đo gọi sai số Sai số chia làm loại bản: Sai số hệ thống sai số ngẫu nhiên 1.2 Sai số hệ thống: Sai số hệ thống sai số gây yếu tố tác động lên kết đo, có giá trị khơng đổi lần đo, tiến hành dụng cụ, theo phương pháp Thí dụ: Dùng cân có sai số 0,01g để cân vật, khối lượng vật tăng (hay giảm) lượng 0,01g Khi làm thí nghiệm cần cố gắng loại trừ hay giảm tối đa sai số hệ thống Muốn cần biết loại sai số hệ thống mắc phải khử chúng Thường chia sai số hệ thống thành ba nhóm: 1.2.1 Sai số hệ thống biết rõ nguyên nhân khơng biết xác giá trị: Sai số mắc phải thuộc loại độ xác dụng cụ đạt giá trị Đối với dụng cụ, ta biết sai số hệ thống lớn mắc phải, thường ghi dụng cụ Thí dụ thước đo chiều dài ghi 0,001m, nghĩa sai số cực đại thước 0,001m Ở số dụng cụ (cả đồng hồ đo điện) sai số hệ thống cực đại xác định dựa cấp xác dụng cụ Thí dụ vơn kế ghi 0,5 (cấp xác 0,5), nghĩa sai số hệ thống mắc phải dùng vơn kế 0,5% tồn chia Với dụng cụ khơng ghi cấp xác, thường quy ước sai số hệ thống cực đại nửa (hay một) giá trị chia nhỏ dụng cụ Thí dụ, cân phân tích có giá trị chia nhỏ đòn cân 0,2mg, sai số hệ thống cực đại cân 0,1mg Không thể khử loại sai số hệ thống này, giảm cách thay dụng cụ có cấp xác cao hay thay đổi thang đo dụng cụ (với dụng cụ đo điện) 1.2.2 Sai số hệ thống biết xác nguyên nhân độ lớn: Chẳng hạn chưa có dịng điện chạy qua, kim Ampe kế không số mà 0,1A Như kết đọc Ampe kế lớn giá trị thực 0,1A Sai số hệ thống kiểu khử cách hiệu chỉnh (cộng hay trừ) kết Chính vậy, trước đo phải kiểm tra "điểm không" dụng cụ 1.2.3 Sai số hệ thống mắc phải tính chất vật đo: Thí dụ đo khối lượng riêng chất rắn dựa theo công thức: D= m V Trong m khối lượng vật làm chất đó, đo phép cân V thể tích vật đo lượng nước trào nhúng chìm vật vào lọ picnomet Nhưng vật khơng đồng (bên vật có khoảng trống) thể tích thể tích đo lớn thể tích thực vật Do khối lượng riêng nhỏ khối lượng riêng thực vật Loại sai số hệ thống không thấy rõ chất độ lớn, song làm sai lệch hẳn kết đo Có thể giảm sai số loại cách thay đổi điều kiện đo, đo nhiều vật khác làm chất Như có sai số hệ thống nhóm thứ khơng thể khử hồn tồn Vì thế, sai số hệ thống mắc phải phép đo, phải độ xác dụng cụ (hay sai số dụng cụ) 1.3 Sai số ngẫu nhiên: Sai số ngẫu nhiên gây nguyên nhân chủ quan khách quan khác tác động cách ngẫu nhiên lên kết đo Khác với sai số hệ thống, sai số ngẫu nhiên có độ lớn dấu khác lần đo Khi sai số hệ thống nhỏ bỏ qua, sai số ngẫu nhiên nguyên nhân làm phân tán kết quanh giá trị thực Sai số ngẫu nhiên tuân theo quy luật thống kê tượng ngẫu nhiên 1.4 Một số vấn đề lý thuyết xác suất: 1.4.1 Khái niệm xác suất: - Tần suất: Tần suất để xảy tượng A đại lượng đo tỉ số số lần xuất hiện tượng A tổng số lần thử: nA N nA: số lần xuất hiện tượng A N: Tổng số lần thử - Xác xuất: tăng số lần thử N lên vơ đại lượng na tiến tới giới hạn, xác xuất để tượng A xuất Ta có: 1.4.2 Sự phân bố kết phép đo: Giả sử đo cẩn thận nhiều lần đại lượng có giá trị thực X phương pháp, dụng cụ Dựng đồ thị biểu diễn số lần xuất giá trị đo theo giá trị đo Khi số lần đo đủ lớn dụng cụ đo có độ xác cao, ta đồ thị có dạng hình chng, đối xứng qua trục thẳng đứng X đạt cực đại điểm Đường cong gọi đường cong phân bố Có thể đưa vào hàm f(x) biểu diễn đường cong gọi hàm mật độ xác xuất Khi có điểm đường cong (xoay chiều) có hoành độ giá trị kết đo tung độ số lần xuất kết Nếu chọn x = 0, đường cong phân bố đối xứng qua trục tung trục hoành biểu diễn sai số ngẫu nhiên (ký hiệu ∆xn) Phân bố gọi phân bố chuẩn (Phân bố Gauss) Trong thực nghiệm cịn gặp vài phân bố khác, phân bố Gauss phổ biến 1.4.3 Trung bình số học đại lượng đo: Giả sử đại lượng có giá trị thực X Đo trực tiếp n lần, kết sau: x1, x2,… xn Trung bình số học (trị trung bình) đại lượng là: Khi số lần đo n vơ lớn X = X Nếu n đủ lớn x ≈ X Vì thế, trung bình số học giá trị gần (tốt nhất) giá trị thực X 1.4.4 Sai số tồn phương trung bình (độ lệch chuẩn): Sai số tồn phương trung bình phép đo riêng biệt σ định nghĩa cơng thức: Trong đó: ei = xi - X Trong thực tế thường giá trị thực (X) đại lượng được, người ta biết giá trị trung bình ( x ) nó, giá trị ei = xi - X thay bằng: di = xi - x ( giá trị di gọi độ lệch), công thức (2) Trong trường hợp số lần đo khơng q nhỏ, ta có biểu thức gần đúng: Cơng thức (4) có chứa tổng bình phương Điều gây khó khăn tính tốn Vì thế, thực tế khơng địi hỏi xác q cao, ta áp dụng cơng thức gần sau: 10 vật kính một, hai thị kính Có loại gồm nhiều vật kính thị kính nhiều cường số khác Chẳn hạn vừa quan sát mắt, vừa dùng để chụp ảnh, vừa để chiếu ảnh phóng nhiệt độ Song chúng có chung cấu tạo gồm có: hệ kính mắt hệ kính vật, kính tụ quan, gương phản chiếu có hai mặt, mặt phẳng gương soi, mặt lõm, ốc thô chỉnh ốc vi cấp, có mâm kính để đặt tiêu mâm kính Chúng ta xét kỹ trắc vi vật kính trắc vi thị kính Trắc vi vật kính: thuỷ tinh hình trịn gắn kim loại hình chữ nhật, bảng thuỷ tinh có khoảng rộng 1mm, khoảng lại chia làm 100 khoảng nhỏ cách nhau, gọi khoảng chia trắc vi vật kính có độ rộng 1/100mm (0,01mm) Trắc vi vật kính có tác dụng làm vật biết kích thước việc đo độ khuếch đại vật Trắc vi kính: thuỷ tinh, có khắc khoảng nhau, có độ rộng 1mm Ngồi cịn thuỷ tinh khác khắc hai vạch song song ( ) vạch chéo chữ thập (+) giao điểm vào hai vạch song song Trắc vi thị kính có ốc vi chỉnh phía bên phải có ghi số vạch chia ốc Ốc vi chỉnh chia làm 100 phần Khi qua ốc vi chỉnh vịng hai vạch song song vạch chéo chữ thập di chuyển hàm (tức 100 khoảng trắc vi thị kính) Vậy khoảng chia ốc vi chỉnh trắc vi thị kính 0,01mm Trắc vi thị kính có tác dụng làm ảnh thật vật việc đo khuếch đại kính vật ảnh có kích thước biết Kính vật có loại: 6x, 8x, 10x, 20x, 40x 90x (gọi vật kính dầu hay vật kính chìm) Kính mắt có loại: 10x, 15x, 20x IV THỰC HÀNH: Chuẩn bị: Dùng khăn gạc mềm râu kính vật, kính mắt, gương phản chiếu, tụ quang, mâm kính hiển vi Quay kính vật số 8x (hay 6x, 10x) vào trục kính Làm rõ thị trường cách điều chỉnh gương phản chiếu Đo độ khuyếch đại vật kính: Thay thị kính trắc vi thị kính, lắp vào ống kính hiển vi, qua sát vạch chia trắc vi thị kính Lắp trắc vi thị kính vào mâm kính 71 Đặt mắt ngồi, nghiêng hạ kính vật, cho xuống sát trắc vi vật kính (khơng để kính vật va vào trắc vi vật kính) Đặt mắt trắc vi thị kính dùng ốc sơ chỉnh xe lăn để thấy vạch chia trắc vi vật kính trắc vi thị kính thật song song với Điều chỉnh cho hai vạch hai trắc vi chồng khớp nên Tìm hai vạch thứ chồng khớp trắc vi Đếm số khoảng cách chia trắc vi vật kính hai vạch chồng khớp, gọi nv, đếm số khoảng chia trắc vi thị kính hai vạch chồng khớp, gọi nt áp dụng công thức tính độ khuyếch đại dài kính vật: Làm lần với giá trị khác nt nv, tính K V Chuyển sang kính vật số 20x (40x) làm hệt trên, trường hợp ta dễ ràng điều chỉnh cho vạch thứ trắc vi chồng khớp nhau, khơng tìm thấy vạch thứ trắc vi chồng khớp Ta làm sau: Lấy số nguyên khoảng chia trắc vi vật kính (nv) Ví dụ: khoảng chẳng hạn Ta thấy ứng với khoảng trắc vi vật kính tương ứng với khoảng nhỏ khoảng chia trắc vi thị kính Ta điều chỉnh cho vạch song song trắc vi thị kính kẹp vạch số trắc vi thị kính, đọc trị số ốc vi chỉnh trắc vi thị kính, gọi n1 Ví dụ n1 = Sau quay ốc vi chỉnh trắc vi thị kính đến cặp vào vạch thứ trắc vi vật kính Đọc trị số ốc vi chỉnh, gọi n2, ví dụ: n2 = 70 Vậy phần lẻ trắc vi thị kính n = n2 – n1 = 70 - = 68 (tức 68% trắc vi thị kính) Vậy trường hợp ví dụ này: nt = 3,68 nv = KV4O = 3,68 100 = 46 lần Làm lần với trị số khác nt nv Tính Kv40 Đo kích thước tế bào: Quay vật kính số trục kính Thay trắc vi vật kính tiêu khảo sát, làm ảnh tiêu Chọn tế bào để đo Phải ý đặc điểm tế bào này, vẽ đặc điểm tế bào giấy, để quay sang vật kính khác khơng bị lẫn 72 Dùng hai vạch song song hay vạch chéo chữ thập, điều chỉnh cho giao điểm vạch chéo tiếp xúc màng bên trái tế bào, đọc trị số ni ốc vi chỉnh, quay ốc vi chỉnh cho vạch chéo tiếp xúc với màng bên phải Đọc trị số n2 ốc vi chỉnh Cần ý số vòng quay ốc vi chỉnh trắc vi thị kính điều chỉnh này, vòng tương ứng với 100 khoảng chia ốc vi chỉnh trắc vi thị kính Tính kích thước thật tế bào: Làm lần với giá trị khác n Tính Φ Chuyển sang vật kính số 20x (40x) làm Tính Φ tế bào So sánh kết đo vật kính 8x Và 20x Nhận xét V CÂU HỎI: Chứng minh cơng thức tính độ phóng đại dài kính hiển vi Trình bày cơng thức cách xác định độ phóng đại dài vật kính (Kv) Nêu cơng thức cách xác định kích thước thật tế bào hai vật kính 73 (số 8x 10x 20x) Mẫu báo cáo thí nghiệm KÍNH HIẾN VI Trường Điểm đánh giá GV Lớp tổ Họ tên I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM II KẾT QUẢ THÍ NGHIÊM 5.1 Đo Kv: Kẻ hai bảng dùng cho vật kính số 8x số 20x (40x) Lần đo nt nv Kv Trung bình 5.2 Đo kích thước tế bào: Kẻ hai bảng dùng cho vật kính số 8x số 20x (40x) Lần đo n1 n2 n Φ Trung bình Biện luận nhận xét 74 Bài số 11 XÁC ĐỊNH HỆ SỐ HẤP THỤ TIA PHÓNG XẠ BẰNG MÁY ĐẾM GEIGER - MULLER I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM: Xác định hệ số hấp thụ tia phóng xạ máy đếm Geiger - muller II DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM: ống đếm Geiger - Muller Máy đếm xung điện tử số kiểu MC-965A Nguồn phóng xạ λ dựng hộp bảo vệ Các kim loại (đồng, nhôm ) dùng làm mẫu đo hệ số hấp thụ tia phóng xạ III CƠ SỞ LÝ THUYẾT Các chất urani, rađi, poloni hợp chất chúng có tính chất phát tia phóng xạ gồm ba loại: tia α hạt nhân hên, tia β electron tia γ xạ điện từ có bước sóng ngắn Người ta sử dụng ống đếm Geiger - Muller để nghiên cứu tia phóng xạ, β hoặc, γ sử dụng ống đếm huỳnh quang để nghiên cứu tia phóng xạ α ống đếm Geiger - Muller tụ điện trụ đặt ống thủy tinh có chứa khí áp suất khoảng 100 mmHg (hình 1): điện cực thứ tụ điện trụ sợi dây kim loại, điện cực thứ hai lớp dẫn điện phủ lên mặt thành ống thủy tinh Vì chất khí chứa ống điện môi, nên hiệu điện hai cực tụ điện chưa đạt tới hiệu điện đánh thủng khơng có tia phóng xạ bay vào tụ điện, khơng có dịng điện chạy mạch tụ điện Khi hạt phóng xạ bay vào không gian hai điện cực ống đếm, chúng tơn hóa chất khí làm xuất electron iôn Dưới tác dụng điện trường hai điện cực electron iôn chuyển động điện cực, tạo dòng xung điện ngắn Nếu nối hai đầu a b mạch điện hình với hai 75 lệch đứng (Y) dao động ký điện tử, ta quan sát thấy xung điện có dạng hình Đại lượng δ t xác định độ dài xung điện Trong thí nghiệm này, xung điện xuất tác dụng iơn hóa tia phóng xạ ống đếm Geiger - Muller khuy ếch đại đưa vào máy đếm xung điện tử số MC- 965A Các xung điện đồng thời đưa vào tác động âm máy đếm xung điện tử để tạo tiếng kêu "chíp chíp": tiếng "chíp" báo hiệu xuất xung điện có hạt phóng xạ bay lọt vào ống đếm Theo định nghĩa, số xung điện mà máy đếm ghi phút gọi tốc độ đếm n Nếu N số xung điện ghi thời gian t phút, ta có: n= N t (l) Một đặc trưng máy đếm Geiger - Muller phơng Phơng máy đếm tốc độ đếm trung bình n(0) khơng có nguồn phóng xạ Ngun nhân gây phông máy đếm tác dụng iơn hóa tia vũ trụ nguồn phóng xạ tự nhiên đất chúng lọt vào ống đếm Chú ý: Muốn xác định phông máy đếm, phải đặt máy xa nguồn phóng xạ Nếu nguồn có cường độ phóng xạ mạnh, số hạt phóng xạ truyền tới đập vng góc vào đơn vị diện tích bao quanh điểm ta xét nhiều tốc độ đếm lớn Tốc độ đếm n giảm tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách r tính từ nguồn phóng xạ tới ống đếm, nghĩa là: n =k.r (2) với k hệ số tỷ lệ phụ thuộc nguồn phóng xạ mơi trường bao quanh nguồn Khi cho tia phóng xạ truyền qua kim loại, chúng bị kim loại hấp thụ Mức độ hấp thụ tia phóng xạ tùy thuộc chất độ dày kim loại Trong trường hợp này, tốc độ đếm n giảm nhanh theo quy luật hàm mũ tăng độ dày d kim loại n = n e μ d (3) o no tốc độ đếm khơng có kim loại chắn nguồn phóng xạ 76 ống đếm, e số lôga tự nhiên μ hệ số hấp thụ tia phóng xạ kim loại Nếu làm thí nghiệm với hai kim loại có chất có độ dày khác d1 d2 đặt chắn nguồn phóng xạ ống đếm, từ cơng thức (3) ta suy hệ số hấp thụ tia phóng xạ hai kim loại tính Trong thí nghiệm này, ta dùng máy đếm Geiger - Muller số MC -965A để đo phơng máy đếm Trên sở khảo sát thay đổi tốc độ đếm n phụ thuộc khoảng cách r xử nguồn phóng xạ tới ống đếm xác định hệ số hấp thụ tia phóng xạ ,y kim loại (đồng, nhơm .) đặt chắn nguồn phóng xạ ống đếm IV TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM Đo phơng máy đếm Geiger - Muller số MC - 965A a ống đếm Geiger - Muller GM lắp giá đỡ BP hình 3, a Cắm đầu giác ống đếm GM vào ổ A (IMPUT GEIGHER MULLER) máy đếm xung điện tử MC - 965A cắm phích lấy điện máy đếm vào nguồn điện ~ 220V b Vặn núm chuyển mạch thang đo máy đếm xung điện tử MC -965A đặt vị trí 100 (hình 3,b) Bấm khóa đóng điện K: đèn LED thị số phát sáng c Bấm khóa K1 (START): máy đếm đo số xung điện N(0) khoảng thời gian t = 90s theo chế độ đo tự động (AUTO MODE) Đọc ghi giá trị N(0) vào bảng 77 Thực động tác lần để tính giá trị trung bình N(0) xác định phơng n(0) máy đếm theo cơng thức (1) Ghi chú: Có thể đo số xung điện thời gian tùy ý (lớn 100s) cách vặn núm chuyển mạch tới vị trí co ấn nút K2 để chuyển sang chế độ điều khiển tay (MANUAL MODE) Khảo sát tốc độ đếm n phụ thuộc khoảng cách r từ nguồn phóng xạ tới ống đếm a Giữ nguyên núm chuyển mạch thang đo máy đếm xung điện tử MC -965A vị trí 90 Lắp thêm nguồn phóng xạ RS giá đỡ phẳng BP cho cửa sổ nằm thẳng ngang với cửa sổ ống đếm GM (hình 4) Khoảng cách r từ ống đếm GM tới nguồn phóng xạ RS xác định nhờ thước thẳng milimét gắn mặt giá đỡ BP Vì nguồn phóng xạ RS nằm cách cửa sổ 1cm ống đếm GM có độ dài hiệu dụng 4,0cm, nên ta thực phép đo khoảng cách r=3+r, với r khoảng cách từ cửa sổ nguồn phóng xạ RS đến cửa sổ ống đếm GM b Đặt r’ = 1cm r 3+l = 4cm bấm khóa K1: máy đếm tự động đo số xung điện N’ thời gian t = 60s = ph Đọc ghi giá trị N’ vào bảng Trường hợp này, tốc độ đếm n’ = N' Sau trừ phông no, ta suy tốc độ đếm n tia phóng xạ phát từ nguồn RS bằng: n=n'-no (5) c Thực lại phép đo mục II.2.b ứng với khoảng cách tăng dần từ r=4cm đến r = 12cm, lần tăng thêm 1,0cm cách dịch chuyển nguồn RS xa dần ống đếm GM Đọc ghi số xung điện N’ lần đo vào bảng để tính tốc độ đếm n tương ứng d Vẽ đồ thị biểu diễn quan hệ n ~ r2 nhận xét kết quả, rút kết luận thực tế 78 Xác định hệ số hấp thụ tia phóng xạ kim loại a Đặt núm chuyển mạch thang đo máy đếm xung điện tử MC - 965A vị trí 60 Lắp đặt lại nguồn phóng xạ RS ống đếm GM hình 5, nguồn phóng xạ RS đặt ngửa lên phía ống đếm GM hướng thẳng đứng xuống phía cho cửa sổ chúng nằm đối diện sát b Nới lỏng vít hãm dịch chuyển ống đếm GM để đặt chèn vừa sát đồng kim loại có độ dày d nằm ống đếm GM nguồn phóng xạ RS Bấm khố Kl: máy đếm tự động đo số xung điện Nl thời gian t = 60s Đọc ghi giá trị Nl vào bảng Từ tính tốc độ đếm ni ứng với độ dày d đồng kim loại Thực phép đo lần để tính tốc độ đếm trung bình sai số trung bình c Dịch chuyển tiếp ống đếm GM để đặt chèn vừa sát đồng kim loại có độ dày d nằm ống đếm GM nguồn phóng xạ RS Bấm khố Kl: Máy đếm tự động đo số xung điện N2 thời gian t = 60s Đọc ghi giá trị N2 vào bảng Từ tính tốc độ đếm n2 ứng với độ dày d2 = 4d bốn đồng kim loại Thực phép đo lần để tính tốc độ đếm trung bình sai số trung bình Như theo cơng thức (4), hệ số hấp thụ phóng xạ μ đồng kim loại bằng: d Thay đồng kim loại nhơm kim loại có độ dày d' Thực lại phép đo tương tự mục II.3b II.3c để đo số xung điện Nl', N2' Từ suy tốc độ đếm trung bình n'1 , n'2 xác định hệ số hấp thụ phóng xạ μ nhôm kim loại: V CÂU HỎI KIỂM TRA 79 Kể tên nêu rõ chất thành phần có tia phóng xạ urani hợp chất cua Giải thích nguyên lý hoạt động máy đếm Geiger - Muller Định nghĩa tốc độ đếm phông máy đếm.Nêu rõ cơng thức tính đơn vị đo tốc độ đếm Trình bày phương pháp đo phông máy đếm Geiger - Muller số MC - 965A dùng thí nghiệm Nêu rõ quy luật thay đổi tốc độ đếm phụ thuộc vào khoảng cách từ nguồn phóng xạ tới ống đếm Geiger - Muller Nêu rõ quy luật thay đổi tốc độ đếm phụ thuộc vào độ dày kim loại đặt chắn nguồn phóng xạ ống đếm Geiger - Muller Trình bày phương pháp xác định hệ số hấp thụ tia phóng xạ γ kim loại máy đếm Geiger - Muller số MC - 965A 80 Mẫu báo cáo thí nghiệm XÁC ĐỊNH HỆ SỐ HẤP THỤ TIA PHÓNG XẠ BẰNG MÁY ĐẾM GEIGER - MULLER Trường Điểm đánh giá GV Lớp tổ Họ tên I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM II KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM Đo phông máy đếm Geiger - Muller số MC - 965A Bảng Lần đo n0 ∆n0 Trung bình (chọn ∆n0 max) = Kết phép đo phông máy đếm: no=……………………±………………… Khảo sát tốc độ đếm n phụ thuộc khoảng cách r từ nguồn phóng xạ tới ống đếm R (cm) Tốc độ đếm n Đo lần Đo lần Đo lần Trung bình 10 11 12 81 a Vẽ đồ thị n ~ 1/r b Nhận xét kết luận: Đồ thị n ~ 1/r có dạng đường (thẳng, cong, ) Điều chứng tỏ quy luật phụ thuộc tốc độ đếm n vào khoảng cách r từ nguồn phóng xạ tới ống đếm (phù hợp không phù hợp) với công thức (2) Xác định hệ số hấp thụ tia phóng xạ kim loại Bảng Khoảng thời gian đo xung điện: t = 60s Đồng kim loại Lần đo tấm: d1= d = (mm) n1 ∆n1 tấm: d2 = 4d : (mm) n2 ∆n2 Trung bình Nhôm kim loại Lần đo tấm: d1 = d = (mm) n1 ∆n1 tấm: d2 = 4d = (mm) n2 ∆n2 82 Trung bình I Đối với đồng kim loại Tính sai số tương đối trung bình hệ số hấp thụ tia phóng xạ γ : Tính giá trị trung bình hệ số hấp thụ phóng xạ γ theo cơng thức (5): Tính sai số tuyệt đối trung bình hệ số hấp thụ phóng xạ γ : ∆ μ = δ1.μ1 = = Viết kết quả: μ = μ1 ± Δμ1 = …………………… ±……………………………… I Đối với nhôm kim loại Tính sai số tương đối trung bình hệ số hấp thụ tia phóng xạ γ : Tính giá trị trung bình hệ số hấp thụ phóng xạ γ theo cơng thức (5): Tính sai số tuyệt đối trung bình hệ số hấp thụ phóng xạ γ : Δμ = δ μ =…………………………………….±………………………… Viết kết quả: μ = μ ± Δμ =……………………………………±………………………… 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lý sinh y học - Phan Sỹ An (Chủ biên) - NXB Y học 2005 [2] Vật lý đại cương (3 tập) - Lương Duyên Bình (Chủ biên) - NXB Giáo dục 2001 [3] Cơ sở vật lý (6 tập) - David Halliday tác giả - NXB Giáo dục 2001 [4] Vật lý đại cương - Bộ môn Vật lý - Toán - Đại học Dược Hà Nội - 2000 [5] Cơ học - Đào Văn Phúc - Phạm Viết Trinh - NXB Giáo dục 1990 [6] Vật lý phân tử nhiệt học - Lê Văn - NXB Giáo dục 1978 [7] Điện học - Vũ Thanh Khiết - Nguyễn Phúc Thuần - NXB Giáo dục 1992 [8] Quang học - Vũ Quang - Vũ Đào Chỉnh - NXB Giáo dục 1967 [9] Vật lý nguyên tử hạt nhân - Lê Chấn Hùng - Lê Trọng Tường - NXB Giáo dục 2000 [10] Thực tập vật lý đại cương - Trần Chí Minh - Viện Vật lý kĩ thuật, trường Đại học Bách khoa Hà Nội 2001 [11] Thực hành vật lý đại cương - Nguyễn Duy Thắng - NXB Đại học Sư phạm 2005 [12] Thực hành vật lý đại cương - Khoa Vật lý - Trường Đại học sư phạm, Đại học Thái Nguyên 2002 [13] Thực tập vật lý đại cương - Bộ môn vật lý ứng dung, Khoa Vật lý - Trường Đại học Khoa học tự nhiên TP Hồ Chí Minh 200 [14] Giáo trình Thực tập vật lý - Bộ mơn Vật lý - Tốn - Trường Đại học Dược Hà nội 1999 84 MỤC LỤC Trang Lời nói đầu Bài giới thiệu:HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG .4 Bài mở đầu: SAI SỐ VÀ CÁCH TÍNH ĐỒ THỊ VẬT LÝ Bài số 1: ĐO KÍCH THƯỚC VÀ XÁC ĐỊNH THỂ TÍCH CỦA CÁC VẬT RẮN CĨ HÌNH DẠNG ĐỐI XỨNG 19 Bài số 2: CÂN KHỐI LƯỢNG CỦA MỘT VẬT TRÊN CÂN KĨ THUẬT 25 Bài số 3: XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG RIÊNG CỦA VẬT RẮN CĨ HÌNH DẠNG HÌNH HỌC 29 Bài số 4: ĐO HỆ SỐ MẶT CĂNG BỀ NGOÀI CỦA CHẤT LỎNG 33 Bài số 5: KHẢO SÁT ĐẶC TUYẾN VÔN - AMPE CỦA DÂY TÓC BÓNG ĐÈN 38 Bài số 6: NGHIÊN CỨU MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU .46 Bài Số 7: ĐO CHIẾT SUẤT DUNG DỊCH ĐƯỜNG BẰNG KHÚC XẠ KẾ 55 Bài số 8: PHÂN CỰC NGHIỆM 60 Bài Số 9: ĐỊNH LƯỢNG SO MẦU BẰNG QUANG SẮC KẾ 64 Bài số 10: KÍNH HIỂN VI 69 Bài số 11: XÁC ĐỊNH HỆ SỐ HẤP THỤ TIA PHÓNG XẠ BẰNG MÁY ĐẾM GEIGER MULLER 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 84 85 ... thực hành vật lý: Đối với sinh viên Dược, thực hành vật lý nhằm mục tiêu sau: - Hiểu sâu thêm phần lý thuyết học chương trình vật lý đại cương - Nắm vững nguyên tắc lý thuyết phương pháp thực hành. .. nói đầu Vật lý học môn khoa học thực nghiệm Thực hành vật lý khâu quan trọng việc rèn luyện cho sinh viên khả vận dụng kiến thức vào thực tiễn, trang bị cho phương pháp kỹ thực hành vật lý, khâu... cho giáo viên phụ trách sau làm thí nghiệm Làm đủ thực hành, thiếu phải xin phép làm bù ngay, sau hoàn thành thực hành quyền dự thi cuối học kỳ HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG Mục đích thực