BÀI GIẢNG THỰC HÀNH VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG

LU BCH LINH Bi ging TI LIU THC HNH MễN VT Lí I CNG TRNG I HC LM NGHIP - 2015 LI NểI U Vt lý hc l mt mụn khoa hc thc nghim Vỡ vy, cỏc thớ nghim thc hnh cú ý ngha rt quan trng i vi vic hc mụn Vt lý Thớ nghim vt lý mt mt giỳp sinh viờn nghim li nhng nh lut ó c trỡnh by cỏc bi ging lý thuyt, mt khỏc giỳp rốn luyn nhng k nng thc nghim v tớnh toỏn phc v cho nhng mụn hc tip sau Mc ớch thc hnh vt lý l dy cho sinh viờn tip cn mt cỏch sỏng to i vi cụng vic nghiờn cu thc nghim, cỏch la chn phng phỏp thc nghim phự hp v nhng dng c o thớch hp t c mc tiờu nghiờn cu thc nghim ca mỡnh Do iu kin c s vt cht phũng thớ nghim khú khn, hin hu ht cỏc trng trung hc ph thụng, hc sinh khụng cú nhiu iu kin thc hnh hc vt lý i vi phn ln sinh viờn, õy l ln u c tip xỳc vi phũng thớ nghim v ln u c t tay mỡnh tin hnh mt thc nghim vt lý Vỡ vy, c quỏ trỡnh chun b thớ nghim, thi gian tin hnh thớ nghim v x lý kt qu sau thớ nghim u gp nhiu lỳng tỳng nõng cao nng lc thc hnh ca sinh viờn, nhng nm qua, B mụn Vt lý, Trng i hc Lõm nghip ó liờn tc nõng cp, ci tin v trang b mi cỏc bi thớ nghim phc v cho cụng tỏc o to theo hc ch tớn ch Chớnh vỡ vy, vic biờn son cun bi ging thc hnh phc v mụn hc Vt lý i cng l rt cn thit nhm ỏp ng nhu cu v ti liu hng dn thc hnh ca sinh viờn Cun bi ging ny va cung cp cho sinh viờn c s lý thuyt liờn quan n ni dung bi thớ nghim, k nng thc hnh thớ nghim v kin thc cú th x lý v trỡnh by c kt qu sau thớ nghim Cui bi ging cũn cú phn ph lc sinh viờn tin tham kho, tra cu Bi ging c biờn son phự hp vi chng trỡnh mụn hc Vt lý i cng mi nht ó c Trng i hc Lõm nghip phờ duyt nm 2014 Bi ging gm 12 bi thớ nghim thuc cỏc lnh vc c, nhit, in t v quang Trong quỏ trỡnh biờn son tỏc gi ó nhn c s gúp ý ca cỏc ng nghip B mụn Vt lý Tỏc gi xin chõn thnh cm n nhng gúp ý quý bỏu ca cỏc thy cụ giỳp hon thin cun bi ging ny Mc dự ó rt c gng quỏ trỡnh biờn son v chnh sa ni dung, song õy l ln biờn son u tiờn nờn chc chn khụng th trỏnh c sai sút, rt mong nhn c s gúp ý ca cỏc ng nghip v cỏc sinh viờn hon thin bi ging nhng ln tỏi bn sau Cỏc ý kin gúp ý xin gi v: B mụn Vt lý, Khoa C in & Cụng trỡnh, Trng i hc Lõm nghip Tỏc gi Chng Lí THUYT SAI S 1.1 Vai trũ mc ớch v yờu cu ca thớ nghim vt lý 1.1.1 Vai trũ ca thớ nghim vt lý Mt nhng phng phỏp nghiờn cu c bn thit lp cỏc nh lut vt lý l tng kt cỏc quan sỏt thc t Kt qu ca cỏc quan sỏt ú cú c bng cỏch lp li nhiu ln din bin ca hin tng trờn nhng thit b ngi iu khin, ngha l bng cỏc thớ nghim vt lý Mt khỏc, mt nh lut vt lý ỳng v cú giỏ tr ch nhng kt qu o ca i lng m nh lut din t trựng vi kt qu o ca cựng i lng ú thu c bng thc t thớ nghim Thớ nghim vt lý úng vai trũ quan trng vic nghiờn cu cỏc quy lut ca t nhiờn, vic dng cỏc quy lut vt lý vo k thut v cỏc ngnh khoa hc khỏc Thớ nghim vt lý l c s chõn lý xỏc nh s ỳng n ca cỏc quy lut vt lý Thớ nghim vt lý l c s xõy dng cỏc hng s vt lý Thớ nghim vt lý cũn dựng xỏc nh cỏc yờu cu k thut, nh hng ca mụi trng n vic ỏp dng quy lut vt lý vo thc tin 1.1.2 Mc ớch ca thớ nghim vt lý Rốn luyn cho sinh viờn nhng k nng c bn v thớ nghim vt lý Rốn luyn cho sinh viờn cỏc c tớnh: kiờn trỡ, chớnh xỏc, trung thc, khỏch quan, l nhng phm cht rt cn thit cho ngi lm cụng tỏc khoa hc k thut Giỳp cho sinh viờn quan sỏt mt s hin tng, nghim li mt s nh lut vt lý, b sung v minh thờm phn bi ging lý thuyt, xõy dng phng phỏp suy lun, nghiờn cu khoa hc 1.1.3 Yờu cu ca thớ nghim vt lý Nm c nhng phộp o vt lý c bn, s dng mt s mỏy múc, dng c vt lý Bit cỏch tớnh toỏn, biu din kt qu v ỏnh giỏ c chớnh xỏc ca s liu thu c Vic lm mt bi thớ nghim vt lý l mt s dt tin hnh mt cụng trỡnh nghiờn cu thc nghim, nờn yờu cu sinh viờn phi bit trỡnh by kt qu thớ nghim thụng qua mt bn bỏo cỏo nh mt cụng trỡnh thc nghim 1.2 Lý thuyt sai s 1.2.1 Giỏ tr trung bỡnh ca cỏc i lng o Chỳng ta bit, o cỏc i lng vt lý, nu ch o mt ln thỡ giỏ tr o khụng ỏng tin cy vỡ cú th mc phi cỏc sai sút, ú ta cn thc hin o nhiu ln ri ly giỏ tr trung bỡnh ca cỏc ln o Cỏc i lng vt lý cn xỏc nh c chia lm hai loi l i lng o trc tip v i lng o giỏn tip 1.2.1.1 Giỏ tr trung bỡnh ca cỏc i lng o trc tip nh ngha: Cỏc i lng o trc tip l cỏc i lng c o thụng qua cỏc dng c o Thớ d: o thi gian bng ng h, o chiu di bng thc, o cng dũng in bng ampe k Cỏch tớnh giỏ tr trung bỡnh: Khi tin hnh o i lng a mt cỏch trc tip, chỳng ta phi tin hnh o i lng a nhiu ln v mi ln o cú mt giỏ tr l (i = 1,2,,n) Giỏ tr trung bỡnh ca i lng a s l: a a1 a2 a3 an n n n i (1.1) Chỳ ý: S ln o cng nhiu (n ln) thỡ giỏ tr trung bỡnh cng ỏng tin cy 1.2.1.2 Giỏ tr trung bỡnh ca cỏc i lng o giỏn tip nh ngha: Cỏc i lng o giỏn tip l cỏc i lng khụng th o c thụng qua cỏc dng c o m phi biu din di dng hm ca cỏc i lng o trc tip Thớ d: Th tớch ca tr, th tớch ca cu, sut in ng ca ngun in Cỏch tớnh giỏ tr trung bỡnh: Xột i lng o giỏn tip A = f(x, y, z), ú x, y, zl cỏc i lng o trc tip xỏc nh c giỏ tr trung bỡnh ca A, chỳng ta tin hnh xỏc nh giỏ tr x , z , y ri tớnh giỏ tr trung bỡnh ca A ( A ) theo cụng thc: A f ( x , y , z ) (1.2) Thớ d: Th tớch ca tr c c tớnh bng cụng thc: V d h , ú d l ng kớnh hỡnh tr, h l chiu cao ca hỡnh tr xỏc nh c th tớch ca tr trờn, ta cn o trc tip d v h nhiu ln ri tớnh cỏc giỏ tr trung bỡnh d v h Giỏ tr trung bỡnh ca th tớch l: V d h 1.2.2 Sai s cỏc phộp o Phộp o mt i lng vt lý l phộp so sỏnh nú vi mt i lng cựng loi c qui c chn lm n v o Kt qu ca phộp o mt i lng vt lý c biu din bi mt giỏ tr bng s, kốm theo n v o tng ng Thớ d: ng kớnh ca viờn bi hỡnh cu l d = 3,89 mm; lng ca mt vt m = 150,5 kg Mun thc hin cỏc phộp o, ngi ta phi xõy dng lý thuyt ca cỏc phng phỏp o v s dng cỏc dng c o (thc milimột, cõn, ng h bm giõy, ampe k, vụn k ) Hin chỳng ta dựng cỏc n v o c quy nh bng n v o lng hp phỏp ca nc Vit Nam da trờn c s ca h n v quc t SI (xem thờm ph lc 3) bao gm: - Cỏc n v c bn: di: (m); lng: kilụgam (kg); thi gian: giõy (s); nhit : Kenvin (K); cng dũng in: ampe (A); cng ỏnh sỏng: candela (Cd); lng cht: mol (mol) - Cỏc n v dn xut: n v tc: trờn giõy (m/s); n v lc: Niutn (N = kg.m.s-2) Do cỏc nguyờn nhõn nh nhy v chớnh xỏc ca cỏc dng c o b gii hn, kh nng cú hn ca giỏc quan ngi o, iu kin cỏc ln o khụng tht n nh, lý thuyt ca phng phỏp o ch gn ỳng nờn ta khụng th o chớnh xỏc tuyt i giỏ tr thc ca cỏc i lng vt lý cn o, tc l kt qu ca phộp o bao gi cng cú sai s Nh vy o mt i lng vt lý ngoi vic phi xỏc nh giỏ tr ca i lng cn o, cũn phi xỏc nh sai s ca phộp o 1.2.2.1 nh ngha sai s ca phộp o cỏc i lng vt lý a Sai s tuyt i Sai s tuyt i ca phộp o i lng a ln o th i l tr tuyt i ca hiu gia giỏ tr ỳng (trong thc t a cha bit, nờn gn ỳng ta thay a bng giỏ tr trung bỡnh a ) v giỏ tr o c ln o y a (1.3) Thớ d: di ỳng ca on thng AB l a = 2,2 (cm) Trong cỏc ln o th 1, 2, ta ln lt thu c cỏc kt qu l a1 = 2,1 (cm); a = 2,3 (cm); a = 2,4 (cm), ú sai s tuyt i ca phộp o di ca on thng AB cỏc ln o ln lt l: a1 a a1 = 0,1 (cm) a2 a a2 = 0,1 (cm) a3 a a3 = 0,2 (cm) Nh vy, sai s tuyt i cho chỳng ta bit giỏ tr ca i lng o c, lch so vi giỏ tr thc bao nhiờu b Sai s tng i Sai s tng i ca phộp o i lng a l t s gia sai s tuyt i ca phộp o i lng a v tr s ỳng (trong thc t a cha bit, nờn gn ỳng ta thay a bng giỏ tr trung bỡnh a ) ca i lng cn o ny a a a hay a a.a (1.4) Nh vy, sai s tng i cho ta bit mc chớnh xỏc ca phộp o, tc l phộp o sai s bao nhiờu phn trm Thớ d: Khi o hai i lng a, b ta c cỏc kt qu: a = 1,00 (m) v a = 0,01 (m) b = 10,00 (m) v b = 0,01 (m) Chỳng ta nhn thy, sai s tuyt i ca hai phộp o ny bng nhng sai s tng i ca chỳng l khỏc nhau: a a 0,01 1% a b b 0,001 0,1% b ỏnh giỏ hai phộp o ny, chỳng ta thy phộp o i lng b chớnh xỏc hn gp 10 ln so vi phộp o i lng a (i lng a di 1m m sai lch 1cm, ú i lng b di 10m cng ch sai lch 1cm) 1.2.2.2 Nhng nguyờn nhõn dn n sai s cỏc phộp o Khi o cỏc i lng vt lý, ta luụn mc phi mt sai s no ú Chỳng ta cn tỡm nguyờn nhõn gõy sai s v tỡm cỏch hn ch cỏc sai s Mt s nguyờn nhõn ch yu k n nh sau: - Do dng c o khụng hon ho: Nhng dng c o dự cú tinh vi n my cng cú mt chớnh xỏc nht nh Thớ d: Thc kp, cú loi chớnh xỏc n 0,05 (mm), cú loi chớnh xỏc n 0,02 (mm) Mi dng c o cú mt chớnh xỏc nht nh, o mt i lng, chỳng ta khụng tỡm c kt qu cú chớnh xỏc cao hn chớnh xỏc ca dng c o Thớ d: Cõn k thut phũng thớ nghim cú chớnh xỏc l 10 -2 gam Ngha l vi cõn ny ta khụng th phỏt hin c lng nh hn 10 -2 gam Nh vy, dng c o l mt s nhng nguyờn nhõn gõy nờn sai s cỏc phộp o Loi nguyờn nhõn ny cú th loi tr c nh lm thớ nghim, ngi o cú hiu bit v dng c, tin hnh o mt cỏch thn trng, chớnh xỏc - Do giỏc quan ca ngi lm thớ nghim: Kt qu thớ nghim ph thuc nhiu vo giỏc quan ca ngi o, c bit kt qu s b nh hng giỏc quan cú tt, bnh Nh thúi quen ngh nghip, vic tỡm hiu k cỏc dng c, tin hnh cỏc phộp o cn thn cú th loi tr, hn ch sai s v mt ny - Do i lng o khụng cú giỏ tr xỏc nh Khi tin hnh o mt i lng vt lý, chng hn o ng kớnh viờn bi, viờn bi sn xut khụng hon ton l hỡnh cu nờn kt qu o theo cỏc phng khỏc s cú cỏc giỏ tr khỏc Trong cỏc trng hp y, chỳng ta khụng th tỡm c tr s ỳng ca vt cn o ú cng l mt nguyờn nhõn gõy nờn sai s cỏc phộp o - Ngoi s thay i bt thng ca dng c o, ca mụi trng tin hnh thớ nghim, s nhm ln ca ngi o cng gõy nờn sai s phộp o 1.2.2.3 Phõn loi sai s cỏc phộp o Cú nhiu loi sai s gõy bi cỏc nguyờn nhõn khỏc nhau, ú ta cn chỳ ý n ba loi sai s sau: - Sai s ngu nhiờn: Sai s ngu nhiờn l loi sai s khin cho kt qu o thỡ ln hn, thỡ nh hn giỏ tr thc ca i lng cn o Nguyờn nhõn gõy sai s ngu nhiờn l giỏc quan ca ngi lm thớ nghim thiu nhy cm, cú tt, bnh; iu kin thớ nghim thay i ngu nhiờn ngoi kh nng khng ch ca ngi o Sai s ngu nhiờn khụng th loi tr hon ton c, nhng ta cú th gim thiu giỏ tr ca nú bng cỏch thc hin phộp o cn thn nhiu ln cựng mt iu kin, sau ú xỏc nh giỏ tr trung bỡnh ca nú da trờn c s ca phộp tớnh xỏc sut thng kờ - Sai s dng c: Sai s dng c l sai s bn thõn dng c, thit b gõy - Sai s h thng: l sai s lp li mt cỏch h thng, kt qu ch lch v mt phớa (ln hn hoc nh hn) so vi giỏ tr thc cn o Nguyờn nhõn gõy sai s h thng l dng c cha chnh ỳng, lý thuyt o cha hon thin Sai s ny cú th loi tr c bng cỏch hiu chnh dng c trc o Nh vy, mi phộp o u mc phi sai s no ú Mun gim sai s, ngi lm thớ nghim phi kiờn nhn, khộo lộo, khỏch quan v phi tỡm hiu k cỏc dng c o lng v cỏc i tng o trc tin hnh thớ nghim 1.2.3 Cỏch tớnh v biu din kt qu ca i lng o trc tip 1.2.3.1 Sai s tuyt i ca i lng o trc tip Khi tin hnh o i lng a mt cỏch trc tip, giỏ tr ca i lng o ln o th i l (i = 1,2,,n), giỏ tr trung bỡnh ca i lng o l a Sai s tuyt i tng ng tng ln o ca phộp o i lng a s l a (i = 1,2,,n) Khi ú sai s tuyt i ca phộp o nhn giỏ tr theo cụng thc: a a i a max (1.5) Thớ d: di trung bỡnh ca on thng AB l a = 2,2 (cm) Trong cỏc ln o th 1, 2, ta ln lt thu c cỏc kt qu l a1 = 2,1 (cm); a2 = 2,3 (cm); a3 = 2,4 (cm), ú sai s tuyt i ca phộp o di ca on thng AB l: a a max = 0,2 (cm) 1.2.3.2 Cỏch tớnh v biu din kt qu ca i lng o trc tip a Cỏch tớnh v biu din kt qu ca i lng o trc tip Cỏc i lng o trc tip c tớnh toỏn v biu din kt qu theo bc sau: + Bc Lp li nhiu ln phộp o i lng o trc tip Thớ d: Vi i lng a o c cỏc giỏ tr a1, a2, a3, a4, a5 + Bc Tớnh giỏ tr trung bỡnh a ca i lng a a a1 a a3 a a5 + Bc Tớnh sai s tuyt i (sai s trung bỡnh cc i) ca i lng o trc tip: l khong cỏch xa nht gia a v cỏc giỏ tr o khỏc ca (o bc 1) a a max a gi l sai s trung bỡnh cc i ca phộp o i lng a + Bc Biu din kt qu Giỏ tr ca i lng a c chp nhn khong: a a a a a Nh vy kt qu cui cựng ca phộp o c biu din di dng: a a a (n v o h SI) b p dng Dựng thc kp cú chớnh xỏc 0,02mm, o ng kớnh ca mt tr, kt qu thu c nh sau: Ln o ng kớnh d (mm) 10,24 10,22 10,20 10,26 10,22 10,24 - Tớnh giỏ tr trung bỡnh: d 10,24 10,22 10,20 10,26 10,22 10,24 10,23(mm) - Tớnh sai s trung bỡnh cc i: d 10,20 10,23 0,03(mm) - Biu din kt qu: d d d (10,23 0,03) mm c Chỳ ý - Ch c v ghi cỏc kt qu gn nhau, loi tr cỏc kt qu sai khỏc quỏ nhiu - Mi ln o phi thay i iu kin thớ nghim i mt chỳt - Nu i lng a khụng cho phộp o nhiu ln thỡ a cú th ly bng sai s c Sai s c cú giỏ tr bng na chia ca thit b Thớ d: o chiu di l ca AB nhiu ln u c kt qu l l = 235 (mm) bng thc o cú chia 1(mm) tc l chớnh xỏc ti 0,5(mm) thỡ kt qu o l: l = 235,0 0,5(mm) - i vi cỏc dng c o in, sai s tuyt i ca i lng x c tớnh theo cụng thc: x x 100 xm , ú x l cp chớnh xỏc ca thang o, xm l giỏ tr gii hn ca thang o Thớ d: Mt ampe k cú cp chớnh xỏc I = 1,5, thang o s dng cú giỏ tr cc i Im = 100 mA, thỡ sai s ca bt k giỏ tr no o c trờn thang ny cng cú giỏ tr bng: I I 100 I m = 1,5mA 1.2.4 Cỏch tớnh sai s ca i lng o giỏn tip Nh ta ó bit phộp o giỏn tip l phộp o m kt qu ca nú c xỏc nh giỏn tip thụng qua cụng thc biu din quan h hm s gia i lng cn o vi cỏc i lng o trc tip khỏc tớnh sai s ca cỏc i lng phộp o giỏn tip, chỳng ta ỏp dng cỏc nh lý hoc ỏp dng phộp tớnh vi phõn 1.2.4.1 Cỏc nh lý v sai s a nh lý Sai s tuyt i ca mt tng hay mt hiu bng tng cỏc sai s tuyt i ca cỏc s hng cú tng hay hiu ú Nu: X = a + b c vi: a a a ; b b b ; c c c 10 Giỏ tr trung bỡnh a = 5.3 Kho sỏt s phõn b cng sỏng nh nhiu x Laser Cn c vo s liu x v I bng 3.20, v th : I f (x) 5.4 Tớnh v biu din kt qu bc súng ca chựm Laser Cn c vo s liu o bng 3.21 v cụng thc (3.99) tớnh bc súng ca chựm Laser v vit kt qu a.d 2f d f a d f a 134 . 5.5 Nhn xột v ỏnh giỏ kt qu (Trỡnh by ý ngha vt lý ca bi thớ nghim, nhn xột v ỏnh giỏ kt qu o c, kin ngh) 135 Ph lc GII THIU V NGUN SNG LASER Tia Laser l mt bc x in t cú n sc cao, cú cng ln, cú tớnh kt hp v nh hng cao Dng c phỏt tia Laser gi l ngun sỏng Laser, hay n gin l Laser Laser l vit tt ca cm t ting Anh Light Amplification by Stimulaled Emisson of Radiation cú ngha l Khuch i ỏnh sỏng bng phỏt x cm ng Ta hóy tỡm hiu v nguyờn lớ hot ng ca Laser: E2 phỏt x hp th E1 Hỡnh Nguyờn lý hot ng ca Laser Khi chiu bc x in t n sc cú tn s f vo mt cht, electron hoỏ tr ca cỏc nguyờn t mc nng lng c bn E1 hp th bc x v chuyn lờn mc nng lng kớch thớch E2 cao hn (E2 > E1) Nhng cỏc electron ch tn ti mc nng lng kớch thớch E2 khong thi gian ngn (c 10-3-10-8 s) gi l thi gian sng , sau ú chỳng li chuyn v mc nng lng c bn E1v phỏt bc x (hỡnh 1) Quỏ trỡnh chuyn mc nng lng hp th hoc phỏt x u tuõn theo h thc Anhstanh: hf E2 E1 vi h = 6,625.10-34Js l hng s Planck, hf l nng lng photon ca bc x in t Nh vy, nu s electron mc nng lng c bn E1 cng nhiu thỡ kh nng nguyờn t hp th bc x cng ln; cũn nu s electron mc nng lng kớch thớch E2 cng nhiu thỡ kh nng nguyờn t phỏt x cng ln Núi cỏch khỏc l: xỏc sut xy hp th t l vi mt N1 ca electron mc nng lng E1 v xỏc sut xy phỏt x t l vi mt N2 ca electron mc nng lng kớch thớch E2 Thụng thng thỡ N2 < N1, nờn xỏc sut xy phỏt x nh hn xỏc sut xy hp th Trong iu kin ny, quỏ trỡnh phỏt x khụng cú tớnh kt hp v 136 c gi l phỏt x t phỏt, ú cỏc bc x t phỏt hon ton c lp vi nhau, khụng cú s liờn h v pha v hng Nhng, nu bng cỏch no ú to c N2 > N1 thỡ xỏc sut xy phỏt x ln hn xỏc sut xy hp th Khi ú quỏ trỡnh phỏt x cú tớnh kt hp v c gi l phỏt x cm ng, ú cỏc bc x cm ng cú cựng tn s, cựng pha, cựng hng v cựng phõn cc vi bc x kớch thớch Nh vy, iu kin cn cú th xy phỏt x cm ng l cú s o mt ht, ngha l mt nguyờn t trng thỏi nng lng kớch thớch phi ln hn mt nguyờn t trng thỏi nng lng c bn Mụi trng cht trng thỏi cú s o mt ht c gi l mụi trng kớch hot Cú th to s o mt ht mụi trng kớch hot nh phng phỏp kớch thớch kiu bm in (phúng in qua mụi trng kớch hot), hoc bm quang (dựng ngun sỏng thớch hp cú cng mnh chiu vo mụi trng kớch hot) theo nguyờn tc sau: Gi s mt cht cú hai mc nng lng E1, E2 (vi E2 > E1) cú mt nguyờn t tng ng l N1, N2 v lỳc u N1 > N2 Chiu vo mụi trng cht y bc x kớch thớch cú tn s f, mt s nguyờn t c bm t mc E1 lờn mc E2, nờn N1 gim v N2 tng Nhng N2 tng, xỏc sut xy phỏt x (ngha l quỏ trỡnh nguyờn t chuyn t mc E2 v mc E1) cng tng lờn Do ú, N2 li gim v N1 li tng Kt qu l khụng th t ti trng thỏi o mt ht mụi trng kớch hot to trng thỏi o mt ht, ngi ta s dng mụi trng kớch hot ú nguyờn t cú ba (hoc bn) mc nng lng E1, E2, E3 cho thi gian sng ca nguyờn t mc E3 rt nh so vi thi gian sng mc E2 Bng phng phỏp bm cho cỏc nguyờn t b kớch thớch s chuyn t mc E1 lờn mc E3 Nhng vỡ , nờn cỏc nguyờn t mc E3 nhanh chúng chuyn v mc E2 to thnh trng thỏi o mt ht N2 > N1 v dn ti hin tng phỏt x cm ng Hin ó cú nhiu loi ngun Laser, ú mụi trng kớch hot cú th l cht khớ, lng, rn Laser khớ He-Ne s dng cht kớch hot l hn hp khớ Heli (90%) v khớ Neon (10%) ỏp sut thp Laser hng ngc s dng cht kớch hot l hng ngc Rubi (tinh th Al203) cú pha ion Cr+3 vi t l 0,05% 137 Trong thớ nghim ny, ta dựng diode Laser (Laser bỏn dn) Cho mt dũng in mt chiu cú cng thớch hp chy qua lp tip xỳc p-n to t cỏc cht bỏn dn c bn nh GaAs, Ga(AsP), (GaAl)As, tia Laser s c phỏt quỏ trỡnh tỏi hp õy l mt quỏ trỡnh bin i trc tip khỏ hiu qu t in nng thnh quang nng Laser, hiu sut ca diode Laser bỏn dn n p phat IV 2% , ca diode phỏt quang (LED) xp x 0,1 n 1% Nguyờn tc to trng thỏi o mt ht diode laser nh sau: Hai phớa chuyn tip p-n ca diode Laser l cỏc bỏn dn c pha rt mnh (suy bin), chuyn tip p-n ny c phõn cc thun cỏc in t c phun vo vựng p cũn cỏc l trng phun vo vựng n Nh vy vựng gn chuyn tip, gia cỏc mc nng lng thp ca vựng dn v cỏc mc nng lng cao ca vựng hoỏ tr nng ht ti c to hiu ng Laser xut hin, tc l cú hin tng o mt electron 138 Ph lc BNG MT S HNG S VT Lí C BN Giá trị thực nghiệm tốt (1986) Stt Hằng số Kí hiệu Giá trị làm tròn Giá trị (a) Sai số t-ơng đối (b) Hằng số hấp dẫn G 6,67.1011 m /s kg Tốc độ ánh sáng chân không C 3,00.108m/s 2,99792458 Hằng số khí lý tuởng R 8,31J/molK 8,314510 8,4 Hằng số Avogadro NA 6,02.1023mol-1 6,0221367 0,59 Hằng số Boltzmann K 1,38.10-23J/K 1,380657 11 Vm 2,24.10-2m3/mol 2,24109 8,4 5,67.10-8 W/m2.K4 5,67050 34 Thể tích mol khí lý t-ởng ĐKTC Hằng số StefanBoltzmann 6,67260 100 Điện tích nguyên tố E 1,60.10-19C 1,6217738 0,30 Khối l-ợng electron me 9,11.10-31kg 9,1093897 0,59 5,49.10-4u 5,48579902 0,023 e/me 1,76.1011C/kg 1,75881961 0,30 12 Hằng số điện o 8,85.10-12F/m 8,85418781762 13 Hằng số từ thẩm 1,26.10-6H/m 1,2563706143 14 Hằng số Rydberg R 1,10.107m-1 1,0973731534 0,0012 15 Bán kính Bohr rB 5,29.10-11m 5,29177149 0,045 Momen từ electron e 9,28.10-24J/T 9,2847700 0,34 10 Khối l-ợng electron c) me 11 16 Điện tích riêng electron 139 Momen từ proton p 1,41.10-26J/T 1.41060761 0,34 18 Manheton Bohr B 9,27.10-24J/T 9,2740154 0,34 19 Manheton hạt nhân N 5,50.10-27J/T 5,0507865 0,34 20 Hằng số Faraday F 9,65.104C/mol 9,6485309 0,30 21 Hằng số Planck H 6,63.10-34Js 6,6260754 0,60 c 2,43.10-12m 2,42531058 0,089 23 Khối l-ợng proton mp 1,67.10-27kg 1,676230 0,59 Tỷ số khối l-ợng 24 proton khối l-ợng electron mp/ me 1840 1836,152701 0.020 25 Khối l-ợng nơtron mn 1,68.10-27kg 1,6749286 0,59 26 Khối l-ợng protonc) mp 1,0073u 1,007266470 0,012 27 Khối l-ợng nơtonc) mn 1,0087u 1,008664704 0,14 M1H 1,0078u 1,007825036 0,011 M2H 2,0141u 2,0141019 0,053 M4H 4,0026u 4,0026032 0,067 17 22 B-ớc sóng Compton electron 28 Khối l-ợng nguyên tử hydroc) 29 Khối l-ợng nguyên tử đơtơri c) 30 Khối l-ợng nguyên tử heli c) e Chú thích : a) Các giá trị ghi cột phải đơn vị có bậc luỹ thừa 10 nh- giá trị làm tròn b) Tính phần triệu c) Khối l-ợng đ-ợc ghi theo đơn vị khối nguyên tử (u) 1u = 1,6605402.10-27 kg 140 Ph lc BNG CC N V C BN V DN XUT Cỏc n v c bn Cỏc n v o lng c bn (h SI) di õy l nn tng c s t ú cỏc n v khỏc c suy (dn xut), chỳng l hon ton c lp vi Cỏc nh ngha di õy c chp nhn rng rói Bng Cỏc n v o lng c bn Tờn Một Ký hiu i lng m Kilụgam kg Giõy s nh ngha Chiu di n v o chiu di tng ng vi chiu di quóng ng i c ca mt tia sỏng chõn khụng khong thi gian 1/299792458 giõy (CGPM ln th 17 (1983) Ngh quyt s 1, CR 97) Con s ny l chớnh xỏc v c nh ngha theo cỏch ny Khi lng n v o lng bng lng ca kilụgam tiờu chun quc t (qu cõn hỡnh tr bng hp kim platinirii) c gi ti Vin o lng quc t (vit tt ting Phỏp: BIPM), Sốvres, Paris (CGPM ln th (1889), CR 3438) Cng lu ý rng kilụgam l n v o c bn cú tin t nht; gam c nh ngha nh l n v suy ra, bng 1/1000 ca kilụgam; cỏc tin t nh mờga c ỏp dng i vi gam, khụng phi kg; vớ d Gg, khụng phi Mkg Nú cng l n v o lng c bn nht cũn c nh ngha bng nguyờn mu vt c th thay vỡ c o lng bng cỏc hin tng t nhiờn Thi gian n v o thi gian bng chớnh xỏc 9192631770 chu k ca bc x ng vi s chuyn tip gia hai mc trng thỏi c bn 141 siờu tinh t ca nguyờn t xờzi - 133 ti nhit K (CGPM ln th 13 (1967-1968) Ngh quyt 1, CR 103) Ampe A Cng n v o cng dũng in l dũng in c dũng in nh, nu nú chy hai dõy dn song song di vụ hn cú tit din khụng ỏng k, t cỏch chõn khụng, thỡ sinh mt lc gia hai dõy ny bng 2.10-7 niutn trờn mt chiu di (CGPM ln th (1948), Ngh quyt 7, CR 70) SI (H o lng quc t) 5/9 Kelvin K Nhit n v o nhit nhit ng hc (hay nhit tuyt i) l 1/273,16 (chớnh xỏc) ca nhit nhit ng hc ti im cõn bng ba trng thỏi ca nc (CGPM ln th 13 (1967) Ngh quyt 4, CR 104) Mol mol S ht n v o s ht cu thnh thc th bng vi s nguyờn t 0,012 kilụgam Cacbon12 nguyờn cht (CGPM ln th 14 (1971) Ngh quyt 3, CR 78) Cỏc ht cú th l cỏc nguyờn t, phõn t, ion, in t Nú xp x 6,02214199.1023 ht Candela cd Cng n v o cng chiu sỏng l cng chiu sỏng chiu sỏng theo mt hng cho trc ca mt ngun phỏt bc x n sc vi tn s 540.1012 hộc v cng bc x theo hng ú l 1/683 oỏt trờn mt steraian (CGPM ln th 16 (1979) Ngh quyt 3, CR 100) 142 Cỏc tin t h n v c bn Bng Tin t h SI 10x Ch vit lin thờm trc Vit tt 1024 Yụta Y 1021 Zờta Z 1018 ấxa E 1015 Pờta P 1012 Tờra T 109 Giga G 106 Mờga M 103 Kilụ k 102 Hộctụ h 101 ờca da 101 ờxi d 102 Xenti c 143 103 Mili m 106 Micrụ 109 Nanụ n 1012 Picụ p 1015 Phemtụ f 1018 Atụ a 1021 Giộptụ z 1024 Yúctụ y Mt s n v dn xut thng gp Cỏc n v o c bn cú th ghộp vi suy nhng n v o khỏc cho cỏc i lng khỏc gi l cỏc n v dn xut Bng Cỏc n v dn xut i lng Tờn n v Ký hiu Gúc phng radian rad Lc, trng lng newton N 144 Vit khỏc theo SI Th nguyờn kg.m.s -2 Tn s hertz Hz Cụng, nng lng joule J N.m kg.m s watt W J/s kg.m s p sut, ng sut pascal Pa N/m in tớch coulomb C in ỏp, in th volt V W/A kg.m s A in dung farad F C/V kg m s A in tr, tr khỏng ohm V/A kg.m s-3.A t cm henry H Wb/A kg.m s A Cụng sut s-1 -2 -3 -1 -2 kg.m s s.A Vn tc, tc m/s Gia tc m/s 145 2 -1 -3 -2 2 -2 -2 -1 m.s m.s -1 -2 -2 TI LIU THAM KHO Ti liu ting Vit Lng Duyờn Bỡnh (ch biờn) (2007) Vt lý i cng, NXB Giỏo Dc Trn Cỏt (1997) Cỏch xỏc nh sai s ca phộp o cỏc i lng vt lý, i hc Bỏch Khoa H Ni Nguyn Vn Hũa (2008) Vt lý i cng, Trng i hc Lõm nghip Quc Hựng (Ch biờn)(2006) Thc hnh vt lý i cng I, II, Hc vin K thut Quõn s Ti liu hng dn hnh thit b thớ nghim vt lý Vin Vt lý K thut (2003-2003) i hc Bỏch Khoa HN sn xut, Vin Vt lý K thut, i hc Bỏch Khoa H Ni Lng Duy Thnh, Phan Vn (2009) Thớ nghim vt lý i cng I, II, NXB Giao thụng ti H Ni Ti liu ting Anh David, Haliday, Robert Resnick, Jearl Walker, Fundanrental of Physics, Publishing as Wiley, 1994 146 MC LC LI NểI U Chng Lí THUYT SAI S 1.1 Vai trũ mc ớch v yờu cu ca thớ nghim vt lý 1.1.1 Vai trũ ca thớ nghim vt lý 1.1.2 Mc ớch ca thớ nghim vt lý 1.1.3 Yờu cu ca thớ nghim vt lý 1.2 Lý thuyt sai s 1.2.1 Giỏ tr trung bỡnh ca cỏc i lng o 1.2.2 Sai s cỏc phộp o 1.2.3 Cỏch tớnh v biu din kt qu ca i lng o trc tip 1.2.4 Cỏch tớnh sai s ca i lng o giỏn tip 10 1.2.5 Cỏch tớnh v biu din kt qu ca i lng o giỏn tip 13 1.2.6 Bi v cõu hi kim tra 17 Chng CC DNG C O LNG TRONG VT Lí 18 2.1 Dng c o in 18 2.1.1 Gii thiu chung v dng c o in 18 2.1.2 Cỏc loi mỏy o in 19 2.1.3 Cỏch s dng cỏc mỏy o in thụng dng 21 2.2 Cõn k thut 27 2.2.1 Cu to cõn k thut (cõn phõn tớch) 27 2.2.2 Hng dn s dng cõn k thut 28 2.2.2.1 V trớ cõn bng v nhy ca cõn 28 2.2.3 Cỏc phng phỏp cõn 29 2.2.3.3 Hiu chnh sc y Acsimet 30 Chng CC BI TH NGHIM 32 BI O DI BNG THC KP V PANME 32 Bi XC NH GIA TC TRNG TRNG BNG CON LC THUN NGHCH 41 Bi XC NH LC MA ST TRONG TRC QUAY V Mễ MEN QUN TNH CA BNH XE 51 147 Bi XC NH BC SểNG V VN TC M THEO PHNG PHP SểNG DNG 59 Bi XC NH H S SC CNG MT NGOI CA CHT LNG 66 Bi XC NH H S NHT CA CHT LNG THEO PHNG PHP STC 73 Bi XC NH T S NHIT DUNG PHN T CA CHT KH 82 BI O SUT IN NG CA NGUN IN BNG MCH XUNG I 90 BI 10 XC NH BC SểNG NH SNG BNG GIAO THOA CHO H VN TRềN NIUTN 104 BI 11 KHO ST HIN TNG QUANG IN NGOI V XC NH HNG S PLNG 113 BI 12 KHO ST S NHIU X CA CHM LASER QUA CCH T PHNG - XC NH BC SểNG CA LASER 123 Ph lc GII THIU V NGUN SNG LASER 136 Ph lc BNG MT S HNG S VT Lí C BN 139 Ph lc BNG CC N V C BN V DN XUT 141 TI LIU THAM KHO 146 148 ... từ kim đứng yên Máy đo loại có ưu điểm sau: - Độ nhạy độ xác cao, thang chia độ đều, số ổn định nhanh, không bị ảnh hưởng từ trường bên ngoài; 19 - Năng lượng tiêu hao nhỏ; - Độ bền cao Tuy nhiên