thực hành thí nghiệm vật lý bồi dưỡng học sinh giỏi THPT

Tài liệu word thực hành thí nghiệm vật lý bồi dưỡng học sinh giỏi THPT tham khảo

Kiều Thanh Bắc THPT Lương Phú SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THÁI NGUYÊN TRƯỜNG THPT LƯƠNG PHÚ ( Tài liệu dùng cho bồi dưỡng HSG THTN) - page1 - Kiều Thanh Bắc THPT Lương Phú SAI SỐ CỦA PHÉP ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG VẬT LÍ Sai số phép đo Ta luôn mong đợi kết đo xác, nhiên phép đo, ta nhận giá trị thực đại lượng đo, mà nhận giá trị gần Có nghĩa giá trị thực giá trị cho công cụ có sai số Có nhiều nguyên nhân gây sai số phép đo Trước hết công cụ đo có độ xác giới hạn, gây sai số dụng cụ Tiếp theo nguyên nhân không kiểm soát được, chẳng hạn thao táccủa người đo không chuẩn, điều kiện làm thí nghiệm không ổn định gây sai số ngẫu nhiên Sai số ngẫu nhiên không nguyên nhân rõ ràng làm cho kết phép đo tin cậy Cần kể đến nguyên nhân làm cho kết đo lớn nhỏ giá trị thực, thường điểm ban đầu dụng cụ đo bị lệch đi, hạn chế dụng cụ đo cộng với sơ suất người đo gọi sai số hệ thống Cách xác định sai số phép đo trực tiếp Để khắc phục, người ta lặp lại phép đo nhiều lần Khi đo n lần đại lượng A, ta nhận giá trị khác nhau: A1, A2, An Trung bình số học đại kượng đo giá trị gần giá trị thực A: A1 + A2 + A3 + An (1) n Số lần đo n lớn, giá trị A tiến gần đến giá trị thực A b) Sai số tuyệt đối lần đo trị tuyệt đối hiệu số: ∆A1 = A − A1 ; ∆A1 = A − A2 ; … (2) Sai số tuyệt đối lần đo : A= c) Sai số tuyệt đối trung bình n lần coi sai số ngẫu nhiên: ∆A + ∆A2 + + ∆An ∆A = (3) n Trong trường hợp không cho phép thực phép đo nhiều lần (n < 5) người ta không lấy sai số ngẫu nhiên cách lấy trung bình trên, mà chọn giá trị cực đại ΔAMax số giá trị sai số tuyệt đối thu làm sai số ngẫu nhiên d) Đối với loại dụng cụ đo chọn, có độ xác định, ta xác định sai số tuyệt đối gây dụng cụ ΔA’ theo cấp xác dụng cụ đo Thông thường, sai số dụng cụ lấy nửa độ chia nhỏ dụng cụ đo Trong số dụng cụ đo có cấu tạo phức tạp, ví dụ đồng hồ đo diện đa số, sai số dụng cụ tính theo công thức nhà sản xuất quy định Sai số tuyệt đối phép đo tổng sai số tuyệt đối trung bình sai số dụng cụ : ∆A = ∆A + ∆A' e) Sai số hệ thống lệch điểm ban đầu loại sai số cần phải loại trừ, cách ý hiệu chỉnh xác điểm không ban đầu cho dụng cụ đo trước tiến hành đo Trong đo, mắc phải sai sót Do lỗi sai sót, kết nhận khác xa giá trị thực Trong trường hợp nghi ngờ có sai sót, cần đo lại loại bỏ giá trị sai sót g) Cách viết kết đo - page2 - Kiều Thanh Bắc THPT Lương Phú Kết đo đại lượng A không cho dạng số, mà cho dạng khoảng giá trị, mà chắn giá trị thực A nằm khoảng này: A = A ± ∆A * Chú ý: Sai số tuyệt đối ΔA thu từ phép tính sai số thường viết đến tối đa chữ số có nghĩa, trị trung bình viết đến bậc thập phân tương ứng Các chữ số có nghĩa tất chữ số có số tính từ trái sang phải, kể từ chữ số khác Ví dụ: Phép đo độ dài quãng đường s cho ta giá trị trung bình 1,36832m, với sai số phép đo tính 0,0031 m, kết đo viết, với Δs lấy chữ số có nghĩa, sau: s = 1,36832m ∆s = 0, 0031m suy s = 1,368 ± 0, 003m h) Sai số tỉ đối ∆A δA = 100% A Sai số tỉ đối nhỏ pháp đo xác Cách xác định sai số phép đo gián tiếp Để xác định sai số phép đo gián tiếp, ta vận dụng quy tắc sau đây: a) Sai số tuyệt đối tổng hay hiệu, tổng sai số tuyệt đối số hạng b) Sai số tỉ đối tích hay thương, tổng sai số tỉ đối thừa số Ví dụ: Giả sử F đại lượng đo gián tiếp, X, Y, Z đại lượng đo trực tiếp Nếu F = X + Y - Z F= X+ Y+ Z Nếu F = X.Y/Z F = δX + δY + δZ Nếu công thức vật lí xác định đại lượng đo gián tiếp có chứa số (ví dụ: π, ) số phải lấy gần đến số lẻ thập phân cho sai số tỉ đối phép lấy gần gây bỏ qua, nghĩa phải nhỏ giá trị 1/10 số hạng sai số tỉ đối đứng bên cạnh Ví dụ: Xác định diện tích vòng tròn qua phép đo trực tiếp đường kính d : S = πd2/4 Cho biết d = 50,6 ± 0,1mm Sai số tỉ đối phép đo tính Trong trường hợp này, phải lấy π = 3,142 π/π < 0,04% Trong trường hợp công thức xác định đại lượng đo gián tiếp tương đối phức tạp, dụng cụ đo trực tiếp có độ xác tương đối cao, sai số phép đo chủ yếu gây yếu tố ngẫu nhiên, người ta thường bỏ qua sai số dụng cụ Đại lượng đo gián tiếp tính cho lần đo, sau lấy trung bình tính sai số ngẫu nhiên trung bình biểu thức 1,2,3 - page3 - Kiều Thanh Bắc THPT Lương Phú Bài 1: KHẢO SÁT CHUYỂN ĐỘNG RƠI TỰ DO XÁC ĐỊNH GIA TỐC RƠI TỰ DO I Mục đích thí nghiệm: - Đo thời gian rơi t vật quãng đường s khác Vẽ khảo sát đồ thị s ~ t2 Nhận xét tính chất chuyển động rơi tự Xác định gia tốc rơi tự II Cơ sở lý thuyết : - Khi vật chuyển động nhanh dần không vận tốc đầu, 2s at  vật rơi tự ta có g = 2 t s= Đo s, t ta tìm gia tốc g ( khoảng từ – 10 m/s2) - Đồ thị s ~ t2 có dạng đường thẳng qua gốc tọa độ với hệ số góc tan α = III Dụng cụ thí nghiệm: Giá đỡ thẳng đứng( xem thước thẳng khoảng 1000mm), có dây rọi Giá có ba chân, dùng để điều chỉnh thăng giá Trụ sắt non, làm vật rơi tự Nam châm điện có hộp công tắc dùng để giữ thả cho vật rơi Cổng quang điện E Đồng hồ đo thời gian số Thước ba chiều Hộp đở vật rơi ( đất sét, hay cát ) IV a Lắp ráp thí nghiệm : 1.Nam châm điện N lắp đỉnh giá đỡ, nối qua công tắc vào ổ A đồng hồ đo thời gian Ổ A vừa cấp điện cho nam châm, vừa nhận tín hiệu từ công tắc chuyển Cổng E lắp dưới, nối với ổ B Sử dụng MODE đo A ↔ B, chọn thang đo 9,999s 2.Quan sát dọi, phối hợp điều chỉnh vít chân giá đỡ cho dọi nằm tâm lỗ tròn T Khi vật rơi qua lỗ tròn cổng quang điện E, chúng nằm trục thẳng đứng Khăn vải đặt nằm để đỡ vật rơi 3.Cho nam châm hút giữ vật rơi Dùng miếng ke áp sát đáy vật rơi để xác định vị trí đầu s vật Ghi giá trị s0 vào bảng 4.Nới lỏng vít dịch cổng quang điện E phía cách s khoảng s = 50 mm Nhấn nút RESET mặt đồng hồ để đưa thị số giá trị 0000 5.Ấn nút hộp công tắc để thả vật rơi, nhả nhanh nút trước vật rơi đến cổng quang điện E (*) Ghi thời gian rơi vật vào bảng Lặp lại phép đo lần ghi vào bảng 6.Nới lỏng vít hãm dịch cổng quang điện E phía dưới, cách vị trí s khoảng s 200mm; 450 mm; 800 mm ứng với giá trị s, thả vật rơi ghi thời gian t tương ứng vào bảng Lặp lại lần phép đo Kết thúc thí nghiệm : Nhấn khoá K , tắt điện đồng hồ đo thời gian số - page4 - Kiều Thanh Bắc V - THPT Lương Phú Báo cáo thí nghiệm : Lập bảng lấy giá trị lần đo t với s khác ( cho giá trị s  đo khoảng thời gian t), lấy khoảng – giá trị s, s đo ba lần t sau lấy trung bình Nên điều chỉnh cho s0 = mm ( dùng thước ba chiều) Lần đo s (m) - Thời gian rơi t t2 gi = 2s t2 vi = Vẽ đồ thị : s ~ t ; v ~ t Tìm giá trị trung bình g ∆g Biểu biễn kết phép đo : g = g ± ∆g =…………………….( 2s t ) Số liệu tham khảo : Tham khảo thêm: SGK Vật Lý 10 ( Cơ bản) - page5 - Kiều Thanh Bắc THPT Lương Phú Bài 2: ĐO HỆ SỐ MA SÁT I Mục đích thí nghiệm : - Dùng PP động lực học để nghiên cứu lực ma sát tác dụng vào vật chuyển động mặt phẳng nghiêng - Đo hệ số ma sát trượt, so sánh với giá trị thu SGK Lý 10 CB ( trang 76, bảng 13.1) II Cơ sở lý thuyết : - Khi vật nằm mặt phẳng nghiêng với góc α0 nhỏ so với phương nằm ngang - Khi ta tăng dần độ nghiêng mặt phẳng α ≥ α0 vật chuyển động trượt với gia tốc a µt – gọi hệ số ma sát trượt : a = g (sin α - µtcos α ) Bằng cách đo a α ta tìm hệ số ma sát trượt : Gia tốc a xác định công thức a = µ t = tan α − a g cos α 2s t2 III Dụng cụ thí nghiệm : Mặt phẳng nghiêng ( xem thước dài 1000 mm) có gắn thước đo góc dọi Nam châm điện gắn đầu Mp nghiêng, có công tắc để giữ thả Giá đở để thay đổi độ mặt phẳng nghiêng khớp nối Trụ kim loại Máy đo thời gian quang điện E Thước ba chiều hộp vật cao nhờ cổng IV.Lắp ráp thí nghiệm : Đặt máng nghiêng có lắp nam châm điện N cổng quang điện E lên giá đỡ Nam châm điện N lắp đầu A máng nghiêng, nối qua hộp công tắc, cắm vào ổ A đồng hồ đo thời gian nhờ phích cắm có chân Nếu đồng hồ đo thời gian bật điện, ổ A cấp điện cho nam châm hoạt động Cổng quang điện E nối vào ổ B đồng hồ đo thời gian Hạ thấp khớp nối để giảm góc nghiêng α, cho đặt mặt đáy trụ thép lên máng, trụ tự trượt Điều chỉnh thăng cho máng nghiêng nhờ chân vít giá đỡ, cho dây rọi song song với mặt phẳng thước đo góc Đặt mặt đáy trụ thép lên mặt phẳng nghiêng Tăng dần góc nghiêng α cách đẩy từ từ đầu cao nó, để trụ thép trượt ngang giá đỡ Chú ý giữ giá đỡ Khi vật bắt đầu trượt dừng lại, đọc ghi giá trị α0 vào bảng - page6 - Kiều Thanh Bắc THPT Lương Phú Đồng hồ đo thời gian làm việc MODE A↔ B, thang đo 9,999s Nhấn khoá K để bật điện cho đồng hồ Xác định vị trí ban đầu s0 trụ thép : Đặt vật trụ kim loại lên đầu A máng nghiêng, sát với nam châm, mặt đáy tiếp xúc với mặt phẳng nghiêng Dùng miếng ke áp sát mặt nghiêng, đẩy ke đến vị trí chạm vào trụ kim loại, để xác định vị trí đầu s trụ thước đo Ghi giá trị s0 vào bảng Nới lỏng vít để dịch chuyển cổng quang điện E đến vị trí cách s0 khoảng s = 400mm, vặn chặt vít, cố định vị trí cổng E máng nghiêng Lặp lại thí nghiệm lần ghi giá trị đo vào bảng Kết thúc thí nghiệm : Tắt điện đồng hồ đo thời gian V Báo cáo thí nghiệm : - Lập bảng đo hệ số ma sát α0 = ……………….; s0 = mm ; Lần đo t α = ………………… s = ………………… a= 2s t2 µ t = tan α − a g cos α ∆µ t Giá trị trung bình - Viết kết đo : µ t = µ t ± ∆µ t = …………………… ( ) Số liệu tham khảo Tham khảo thêm: SGK Vật Lý 10 ( Cơ bản) - page7 - Kiều Thanh Bắc THPT Lương Phú Bài 3: ĐO HỆ SỐ CĂNG BỀ MẶT CỦA CHẤT LỎNG I - Mục đích : Khảo sát tượng căng bề mặt chất lỏng Đo hệ số căng bề mặt II Cơ sở lý thuyết: - Mặt thoáng chất lỏng có lực căng, theo phương tiếp tuyến với mặt thoáng Những lực căng làm cho mặt thoáng chất lỏng nơi tiếp xúc có xu hướng co lại đến diện tích nhỏ ( lực căng nguyên nhân giải thích nhền nhện nước lại mặt nước vài tượng khác …) Nhìn chung, lực căng nhỏ N[...]... bước b Đo và ghi số liệu từ thí nghiệm a1 vào bảng Lặp lại bước này 1 lần nữa ( a2 )và ghi vào bảng  tính giá trị trung bình e So sánh kết quả thí nghiệm với kết quả tính toán và rút ra kết luận f Lặp lại các bước từ b  d một lần nữa với AB = 16 cm Kết thúc thí nghiệm: tháo các thiết bị dụng cụ và vệ sinh tại chỗ thí nghiệm V Báo cáo thí nghiệm : - page12 - Kiều Thanh Bắc THPT Lương Phú Bảng: Tổng... chỉnh biến trở sao cho ampe kế A1 chỉ giá trị IB lớn nhất Ghi giá trị của IB và IC tương ứng vào bảng Lặp lại hai lần thí nghiệm và ghi các giá trị vào bảng Kết thúc thí nghiệm: gạt công tắc, tắt các đồng hồ đo điện, sau đó mới tháo các dụng cụ và vệ sinh nơi thực hành V Báo cáo thí nghiệm : 1 Khảo sát đặc tính chỉnh lưu của Diode bán dẫn : Diode phân cực thuận U (V) Ith (mA) Diode phân cực nghịch U... Thanh Bắc THPT Lương Phú Bài 4 : TỔNG HỢP HAI LỰC I - Mục đích : Kiểm nghiệm lại quy tắc tổng hợp hai lực đồng quy và quy tắc tổng hợp hai lực song song cùng chiều Rèn luyện kỹ năng sử dụng lực kế II Cơ sở lý thuyết: 1 Tổng hợp hai lực đồng quy : Để tổng hợp hai lực đồng quy ta sử dụng quy tắc hình bình hành Trong thí nghiệm, ta cho hai lực cùng tác dụng vào một điểm của vật ( ta tính toán bằng lý thuyết...  - page14 - Kiều Thanh Bắc III - THPT Lương Phú Dụng cụ thí nghiệm : Bộ thí nghiệm “ Dòng điện không đổi” với các dụng dụ sau : Pin cũ, pin mới cần xác định Biến trở núm xoay ( có giá trị từ 10 - 100Ω) Hai đồng hồ đo điện đa năng hiện số: dùng làm DCmA và DCV Điện trở bảo vệ RO có giá trị khoảng 820 Ω Và RA khoảng 5,5 Ω Bộ dây dẫn Khóa điện Bảng điện IV Lắp ráp thí nghiệm : Mắc mạch điện như hình vẽ... C và tìm hệ số khuếch đại transisitor dựa vào biểu thức: β= IC IB - page17 - Kiều Thanh Bắc THPT Lương Phú Tham khảo thêm về nguyên tắc hoạt động của transistor và Diode trong SGK lý 11 ( CB và NC), trong SGK công nghệ 12 III Dụng cụ thí nghiệm : 1 Khảo sát đặc tính chỉnh lưu của Diode bán dẫn: Bộ dụng cụ thí nghiệm dòng điện không đổi, gồm các dụng cụ cần thiết sau: - Đồng hồ đo điện đa năng hiện số... Điểm đặt của lực R được xác định A G B P1 P P2 F1 l 2 GB = = Trong bài này, ta cho hai lực P1 và P2 cùng F2 l1 AG tác dụng vào một vật ( thước thẳng) rồi dùng các công thức trên xác định bằng lý thuyết, sau đó chúng ta kiểm chứng bằng thực nghiệm III 1 2 - Dụng cụ thí nghiệm : Tổng hợp hai lực đồng quy : Bảng sắt có chân đế Hai lực kế ống 5N có gắn nam châm vĩnh cữu Một vòng dây cao su va dây chỉ Một... cụ thí nghiệm dòng điện không đổi, gồm các dụng cụ cần thiết sau: - Đồng hồ đo điện đa năng hiện số : 2 cái - Transistor lưỡng cực : 1 cái - Nguồn điện U ( AC/DC) - Biến trở núm xoay ( loại 10 - 100Ω) - Điện trở bảo vệ RC = 820 Ω - Điện trở bảo vệ RB = 300 kΩ - Bảng mạch điện Các dây dẫn và khóa K IV Lắp ráp thí nghiệm : 1 Khảo sát đặc tính chỉnh lưu của Diode bán dẫn: Lắp mạch theo hình vẽ: Trong thí. .. khóa K và ghi trị của hiệu điện đế và cường độ dòng điện qua diode khi thay đổi giá trị của biến trở vào bảng ( nên lấy khoảng 5 – 7 số liệu) Kết thúc thí nghiệm: gạt công tắc, tắt các đồng hồ đo điện, sau đó mới tháo các dụng cụ và vệ sinh nơi thực hành 2 Khảo sát đặc tính khuếch đại của Transistor: Lắp mạch theo hình vẽ:  Lưu ý: - Khóa K ở vị trí OFF - Các giá trị của điện trở có thể không giống... sánh và rút ra kết luận: Bảng: Tổng hợp hai lực song song cùng chiều P từ tính toán TN P1 (N) P2 (N) P (N) OA (mm) P (N) a1 P từ thí nghiệm OA = a ( mm) a a2 ∆a a =a ± ∆ a 1 2 * So sánh và rút ra kết luận: Tham khảo thêm: SGK Vật Lý 10 ( Nâng cao) - page13 - Kiều Thanh Bắc THPT Lương Phú Bài 5 : XÁC ĐỊNH SUẤT ĐIỆN ĐỘNG VÀ ĐIỆN TRỞ TRONG CỦA MỘT PIN ĐIỆN HÓA I Mục đích : - Áp dụng biểu thức hiệu điện... hình bình hành xác định hợp lực R của hai lực F1, F2 Đo chiều dài l của R và tính giá trị của R theo tỷ lệ xích chọn trước  ghi các giá trị của l và R vào bảng e Dùng lực kế xác định lại giá trị của R bằng thực nghiệm ( gọi là R 1) bằng cách kéo lực kế ra đến vị trí của dây cao sụ đã đánh dấu ở bước c Lặp lại bước này thêm hai lần nữa để lấy các giá trị của R2, R3 và ghi vào bảng f Tiến hành các bước