THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH VỀ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU I. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM - Nghiệm lại sự phụ thuộc của cảm kháng và dung kháng vào tần số của dòng điện xoay chiều. - Khảo sát hiện tượng cộng hưởng trong mạch điện xoay chiều RLC nối tiếp. - Xác định hệ số tự cảm của cuộn dây. II. DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM Bộ thí nghiệm như trên hình 1, gồm: - Hộp gỗ kích thước (230x320x125)mm, trong có khay xốp để chứa các linh kiện. - Bảng lắp ráp mạch điện - Điện trở 10Ω - 20W - Tụ điện 1µF (2 cái), 2µF (2 cái) - Cuộn dây có lõi thép chữ I, dây quấn bằng đồng - Đồng hồ đo điện đa năng - Máy phát âm tần - Dây nối III. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 1. Sự phụ thuộc của dung kháng vào tần số của dòng điện xoay chiều - Mắc mạch điện như hình 2. - Chọn tần số của máy phát âm tần là f 1 , đọc số chỉ của vônkế và ampekế, từ đó tính được Z 1 của tụ điện. - Thay đổi tần số của máy phát âm tần đến f 2 , đọc số chỉ của vônkế và ampe kế, từ đó tính được Z 2 của tụ điện. - Nếu f 2 = 2f 1 thì Z 1 =2Z 2 . Khi tần số tăng gấp đôi thì dung kháng giảm đi một nửa. 2. Sự phụ thuộc của cảm kháng vào tần số của dòng điện xoay chiều - Mắc mạch điện như hình 3. - Chọn tần số của máy phát âm tần là f 1 , đọc số chỉ của vônkế và ampekế, từ đó tính được Z 1 của cuộn dây. - Thay đổi tần số của máy phát âm tần đến f 2 , đọc số chỉ của vônkế và ampe kế, từ đó tính được Z 2 của cuộn dây. - Nếu f 2 > f 1 thì Z 2 > Z 1 . Khi tần số tăng thì cảm kháng tăng và ngược lại. - Áp dụng công thức tổng trở, ta có: ( ) ( ) 2 2 2 1 1 2 2 2 2 2 Z r 2 f L Z r 2 f L = + π = + π 1 Hình 1: Bộ thí nghiệm thực hành về dòng điện xoay chiều A V ~ Hình 3: Xác định tổng trở của cuộn dây A V ~ Hình 2: Xác định dung kháng của tụ điện Từ hệ phương trình trên, biết f 1 , f 2 , Z 1 , Z 2 ta tính được r và L của cuộn dây. 3. Khảo sát hiện tượng cộng hưởng điện. Xác định L của cuộn dây. - Mắc mạch như hình 4. - Giữ nguyên hiệu điện thế giữa hai đầu mạch điện khoảng 3V. Thay đổi tần số dầndần từ thấp lên cao. Ghi lại giá trị của cường độ dòng điện ở mỗi tần số vào bảng số liệu. - Vẽ đồ thị I theo f và nhận xét dạng đồ thị, từ đó xác định tần số cộng hưởng (Tần số tại đó cường độ dòng điện đạt cực đại. - Khi xảy ra cộng hưởng, 1 2 fL 2 fC π = π . Biết f, C ta tính được L của cuộn dây. So sánh giá trị này với giá trị tính được ở phần 2. THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH XÁC ĐỊNH BƯỚC SÓNG ÁNH SÁNG LAZE I. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM - Quan sát hiện tượng giao thoa ánh sáng qua khe I-âng - Đo bước sóng Laze. II. DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM Bộ thí nghiệm như trên hình5, bao gồm: - Giá thí nghiệm bằng nhôm dài (25x32x1200)mm, có chân đế. - Nguồn sáng Laze. - Khe I-âng gồm 2 bản có giá đỡ: a = 0,10 mm và a = 0,15 mm - Màn quan sát bằng kim loại sơn màu trắng có giá đỡ, chia độ đến mm. - Nguồn điện 1 chiều. - Dây nối. III. BỐ TRÍ VÀ TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM Bố trí thí nghiệm như trên hình 5. Điều chỉnh cho chùm sáng chiếu vào một trong hai khe I-âng ta sẽ quan sát được hệ vân giao thoa trên màn. Khoảng vân trên màn được tính theo công thức D i a λ = . Xác định D, đo được i, ta sẽ tính được bước sóng theo công thức ia D λ = . Chúng ta sẽ tiến hành lần lượt các thí nghiệm như sau: 2 A V ~ Hình 4: Khảo sát hiện tượng cộng hưởng trong mạch RLC nối tiếp Hình 5: Bộ thí nghiệm giao thoa ánh sáng bằng khe I-âng - Chọn D = 1m, a = 0,10 mm. Xác định khoảng cách giữa 3 hoặc 5 vân sáng trên màn, từ đó suy ra i và tính được λ . - Chọn D = 1m, a = 0,15 mm. Xác định khoảng cách giữa 3 hoặc 5 vân sáng trên màn, từ đó suy ra i và tính được λ . - Chọn D = 0,5 m, a = 0,10 mm. Xác định khoảng cách giữa 3 hoặc 5 vân sáng trên màn, từ đó suy ra i và tính được λ . So sánh kết quả đo trong 3 lần thí nghiệm. BỘ THÍ NGHIỆM MÔ MEN QUÁN TÍNH CỦA VẬT RẮN I. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM - Xác định mô men quán tính của vật rắn quay quanh một trục cố định. - Nghiệm lại công thức tính mômen quán tính của một số vật rắn có hình dạng đặc biệt. II. DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM Bộ thí nghiệm như trên hình 6, gồm có: - Giá thí nghiệm thẳng đứng, trên có gắn các cổng quang điện, đĩa nằm ngang có trục quay cố định, ròng rọc và nam châm điện. - Các vật rắn hình trụ đặc, hình trụ rỗng, hình cầu, hình nón. - Đồng hồ đo thời gian hiện số. - Biến thế nguồn. III. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM Bố trí thí nghiệm như trên hình 6: - Các cổng quang điện được nối với đồng hồ đo thời gian, nam châm điện được nối vào đồng hồ qua hộp công tắc. Dùng gia trọng để tạo ra mô men lực và đo gia tốc của quả nặng để suy ra gia tóc góc và mô men quán tính của hệ. - Cuốn dây vào đĩa sao cho quả nặng treo ở đầu dây chạm vào nam châm. - Để đồng hồ ở chế độ A ↔ B. Đặt cổng quang điện 1 ở vị trí 5 cm, cổng quang điện 2 ở vị trí 20 cm. Ấn công tắc cho quả nặng chuyển động xuống, đổng hồ chỉ thời gian chuyển động qua hai cổng quang điện τ 1 . - Đặt cổng quang điện 1 ở vị trí 20 cm, cổng quang điện 2 ở vị trí 45 cm. Ấn công tắc cho quả nặng chuyển động xuống, đồng hồ chỉ thời gian chuyển động qua hai cổng quang điện τ 2 . Ta có τ 1 = τ 2 nên có thể khẳng định quả nặng chuyển động nhanh dần đều. - Tính gia tốc của quả nặng rồi suy ra gia tốc góc của vật rắn quay. 1. Xác định mô men quán tính của vật rắn. 3 Hình 6: Bộ thí nghiệm mô men quán tính của vật rắn Cách đo mô men quán tính của vật rắn bất kỳ được tiến hành như sau: - Sửdụng gia trọng khối lượng m, không đặt vật nào trên đĩa để tiến hành thí nghiệm đo mô men quán tính ban đầu của hệ là I 0 , ta có: 0 0 0 0 0 0 2 0 0 a M T .r (mg ma )r I I r g I mr ( 1) a = = − = γ = ⇒ = − - Đặt vật lên đĩa, lặp lại thí nghiệm, ta có: 0 0 2 0 a M T.r (mg ma)r (I I ) (I I ) r g I I mr ( 1) a = = − = + γ = + ⇒ + = − 2 0 g g I mr ( ) a a ⇒ = − Khối lượng m của gia trọng, bán kính r của đĩa và gia tốc trọng trường g đã biết. Từ thí nghiệm ta đo được a và a 0 , từ đó tính được I. 2. Nghiệm lại công thức tính mô men quán tính của một số vật rắn có hình dạng đặc biệt. Để nghiệm lại công thức tính mô men quán tính của một vật rắn có hình dạng nào đó, trước hết ta tính mô men quán tính của vật đó bằng công thức, sau đó đo mô men quán tính của nó bằng thí nghiệm như trình bày ở trên. Đối chiếu kết quả lý thuyết và thực nghiệm để khẳng định tính đúngđắn của công thức lý thuyết. Sửdụng bộ thí nghiệm này chúng ta có thể nghiệm lại công thức tính mô men quán tính đối với trục quay đối xứng của một số vật rắn có hình dạng đặc biệt: hình trụ đặc, hình trụ rỗng, hình cầu, hình nón. - Vật hình trụ đặc: 2 1 I= MR 2 (R là bán kính đáy) - Hình trụ rỗng: 2 2 1 2 1 I= M(R R ) 2 + (R 1 và R 2 là bán kính trong và bán kính ngoài) - Hình cầu đặc: 2 2 I= MR 5 (R là bán kính của hình cầu) - Hình nón đặc: 2 3 I= MR 10 (R là bán kính đáy) BỘ THÍ NGHIỆM GHI ĐỒ THỊ DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC ĐƠN I. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM 4 Ghi đồ thị dao động của con lắc đơn. II. DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM Bộ thí nghiệm như trên hình 7, gồm: - Hộp gỗ kích thước (500x300x60)mm, có gắn động cơ một chiều, ổ cắm, công tắc điện, con lăn. - Giá thí nghiệm. - Nam châm điện sửdụng điện áp 6V – 12V. - Quả nặng bằng thép, gắn bút lông - Tấm ghi đồ thị - Mực - Biến thế nguồn - Dây nối III. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM - Treo quả nặng lên giá lắp thẳng đứng trên hộp gỗ. - Cung cấp nguồn vào cho động cơ và nam châm hoạt động thông qua 2 chốt trên hộp gỗ. - Nhỏ mực vào đầu bút lông. - Đặt quả nặng vào vị trí nam châm điện - Đặt tấm nhựa vào vị trí con lăn của động cơ - Ngắt công tắc điện của nam châm để cho quả nặng dao động - Bật công tắc của động cơ. Khi đó đầu bút dạ sẽ ghi lại hình dạng của đồ thị dao động của con lắc đơn. - Thao tác lại một vài lần với tốc độ của động cơ khác nhau rồi quan sát đồ thị. BỘ THÍ NGHIỆM PHẢN XẠ, NHIỄU XẠ VÀ GIAO THOA SÓNG NƯỚC I. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM Quan sát các hiện tượng phản xạ, nhiễu xạ và giao thoa sóng trên mặt nước. II. DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM Bộ thí nghiệm như trên hình 8, gồm có: - Giá thí nghiệm - Gương phẳng - Bộ rung - Cần tạo sóng - Thanh chắn sóng 5 Hình 7: Bộ thí nghiệm ghi đồ thị dao động của con lắc đơn Hình 8: Bộ thí nghiệm về sóng trên mặt nước - Nguồn sáng - Biến thế nguồn - Dây nối III. BỐ TRÍ VÀ TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM - Lắp đèn lên giá thí nghiệm. - Dùng dây nối từ nguồn cung cấp điện cho đèn và bộ rung thông qua hộp chiết áp. - Lắp cần tạo sóng lên bộ rung. - Đổ nước vào khay tạo sóng sao cho đầu rung của cần tạo sóng vừa chạm vào mặt nước. - Bật công tắc nguồn và điều chỉnh tốc độ chiết áp để quan sát sóng. - Thay đổi các loại cần rung và dùng tấm chắn sóng để quan sát hiện tượng giao thoa, tán xạ, nhiễu xạ, phản xạ,… BỘ THÍ NGHIỆM TÁN SẮC ÁNH SÁNG VÀ PHÁT HIỆN TIA HỒNG NGOẠI, TIA TỬ NGOẠI I. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM - Quan sát hiện tượng tán sắc ánh sáng. - Thí nghiệm về ánh sáng đơn sắc. - Thí nghiệm tổng hợp ánh sáng trắng. - Thí nghiệm phát hiện tia hồng ngoại và tia tử ngoại. II. DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM Bộ thí nghiệm như trên hình 9, gồm có: - Bảng thép, kích thước (450 x 800) mm, có chân đế. - Đèn loại 12V - 21W - Bộ 2 lăng kính tam giác đều, có đế nam châm - Màn chắn bằng vật liệu đảm bảo độ bền cơ học, có khe chắn hẹp, có đế nam châm - Màn quan sát bằng vật liệu đảm bảo độ bền cơ học, màu trắng đục, có đế nam châm - Dụng cụ phát hiện tia hồng ngoại, tia tử ngoại - Biến thế nguồn - Điện kế chứng minh - Dây nối III. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 1. Hiện tượng tán sắc ánh sáng 6 Hình 9: Bộ thí nghiệm về quang phổ - Thí nghiệm được bố trí như trên hình 10. - Điều chỉnh để chùm sáng từ đèn chiếu vào mặt bên của lăng kính. Dùng màn để hứng chùm ló ra khỏi lăng kính. Trên màn sẽ quan sát được dải màu có màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím. 2. Ánh sáng đơn sắc - Thí nghiệm được bố trí như trên hình 11. - Điều chỉnh để chùm sáng từ đèn chiếu vào mặt bên của lăng kính. Dùng màn chắn có khe hẹp để chắn ngang chùm ló, chỉ cho một tia sáng màu đi qua và chiếu vào mặt bên của lăng kính thứ hai. Dùng màn để hứng tia ló ra khỏi lăng kính. Trên màn sẽ quan sát được một vệt sáng màu. Điều đó chứng tỏ ánh sáng đơn sắc không bị tán sắc khi qua lăng kính. 3. Tổng hợp ánh sáng trắng Thí nghiệm được bố trí tương tự như thí nghiệm về ánh sáng đơn sắc trên hình 11. Trong thí nghiệm này ta không dùng màn chắn có khe hẹp mà để cho chùm ló ra khỏi lăng kính thứ nhất chiếu thẳng vào mặt bên của lăng kính thứ hai. Dịch chuyển màn chắn chùm ló ra khỏi lăng kính thứ hai ta sẽ tìm được vị trí mà tại đó vệt sáng trên màn có màu trắng. Nhờ lăng kính thứ hai, dải sáng màu từ đỏ đến tím đã được tổng hợp lại thành ánh sáng trắng. 3. Thí nghiệm phát hiện tia hồng ngoại và tia tử ngoại. - Thí nghiệm được bố trí như trên hình 12. Màn chắn có 7 Hình 10: Thí nghiệm tán sắc ánh sáng Hình 11: Thí nghiệm ánh sáng đơn sắc Hình 12: Thí nghiệm phát hiện tia hồng ngoại và tia tử ngoại gắn quan trở và mạch khuếch đại được đặt chắn chùm ló và quan sát được dải sáng màu từ đỏ đến tím. - Đặt màn sao cho quang trở nằm trong vùng ánh sáng trông thấy, kim điện kế bị lệch. - Dịch chuyển màn cho quang trở nằm ngoài vùng đỏ, kin điện kế vẫn bị lệch. ở vùng đó vẫn có bức xạ nhưng mắt không trông thấy, gọi là tia hồng ngoại. - Dịch chuyển màn cho quang trở nằm ngoài vùng tím, kin điện kế vẫn bị lệch. ở vùng đó vẫn có bức xạ nhưng mắt không trông thấy, gọi là tia tử ngoại. 8 . góc của vật rắn quay. 1. Xác định mô men quán tính của vật rắn. 3 Hình 6: Bộ thí nghiệm mô men quán tính của vật rắn Cách đo mô men quán tính của vật rắn. công thức lý thuyết. Sử dụng bộ thí nghiệm này chúng ta có thể nghiệm lại công thức tính mô men quán tính đối với trục quay đối xứng của một số vật rắn có