bai giang thuc hanh vat ly dai cuongp2

Bài XÁC ĐỊNH HỆ SỐ NHỚT CỦA CHẤT LỎNG THEO PHƯƠNG PHÁP STỐC Mục đích yêu cầu 1.1 Mục đích Mục đích thí nghiệm trang bị cho sinh viên kiến thức kỹ thực nghiệm cần thiết để xác định hệ số nhớt chất lỏng theo phương pháp Stốc 1.2 Yêu cầu i Nắm sở lý thuyết thí nghiệm; ii Nắm cấu tạo hoạt động thiết bị thí nghiệm dùng để xác định hệ số nhớt chất lỏng theo phương pháp Stốc; iii Biết cách tiến hành thí nghiệm nhằm xác định hệ số nhớt chất lỏng theo phương pháp Stốc; iv Viết báo cáo thí nghiệm, tính sai số theo yêu cầu Cơ sở lý thuyết Xét chuyển động chất lỏng ống hình trụ theo phương song song với trục Ox ống Nếu vận tốc chuyển động chất lỏng không lớn, ta xem dòng chất lỏng phân chia thành nhiều lớp mỏng  chuyển động với vận tốc v có độ lớn thay đổi biểu diễn hình 3.21 Hình 3.21 Chuyển động chất lỏng 73 Nguyên nhân gây tượng mặt tiếp xúc lớp chất lỏng xuất lực nội ma sát có tác dụng cản trở chuyển động tương đối chúng Nguyên nhân lực nội ma sát chất lỏng đâu? Cấu tạo phân tử chất lỏng vừa có nét giống với chất rắn, vừa có nét giống với chất khí: mật độ phân tử chất lỏng lớn, gần giống chất rắn, chất lỏng phân tử lại khơng có vị trí cố định chất rắn mà di chuyển tương đối dễ dàng, gần giống chất khí Do đó, trạng thái lỏng có tính chất phức tạp Cho đến người ta chưa xây dựng lý thuyết hoàn chỉnh chất lỏng Trong số lý thuyết chất lỏng, lý thuyết nhà vật lý Nga Ia I Frenkel đề xướng cho phép giải thích nhiều tính chất chất lỏng Theo lý thuyết này, phân tử chất lỏng "lang thang" tồn thể tích chất lỏng giống người du mục Thỉnh thoảng dừng lại dao động xung quanh một vị trí cân (tại vị trí cân phân tử đạt cực tiểu địa phương) Sau thời gian, va chạm với phân tử khác, phân tử nhận động đủ lớn giúp rời bỏ vị trí cân này, bỏ để tìm đến vị trí cân Nó dao động xung quanh vị trí thời gian lại tiếp tục bỏ nơi khác… Mỗi phân tử chất lỏng tương tác mạnh với phân tử láng giềng lực tương tác lực hút, lực tương tác giảm nhanh theo khoảng cách Dựa lý thuyết này, nêu hai nguyên nhân dẫn đến lực nội ma sát chất lỏng Nguyên nhân thứ trao đổi động lượng phân tử lớp chất lỏng có vận tốc định hướng khác Trong dòng chất lỏng, phân tử chất lỏng tham gia đồng thời hai chuyển động: chuyển động có hướng chuyển động nhiệt hỗn loạn Kết ln có trao đổi phân tử lớp chất lỏng Các phân tử lớp nhanh chuyển sang lớp chậm tương tác với phân tử lớp chậm truyền bớt động lượng cho phân tử đó, làm tăng vận tốc định hướng lớp chậm Tương tự, phân tử lớp chậm chuyển sang lớp nhanh làm giảm vận tốc định hướng lớp nhanh Nguyên nhân thứ hai tương tác phân tử chất lỏng lân cận biên phân cách hai lớp chất lỏng Theo lý thuyết Frenkel, phân tử chất lỏng chịu sức hút phân tử lân cận có bên phạm vi mặt cầu bán kính r gọi mặt cầu tương tác phân tử (còn r gọi bán kính tương tác phân tử) Do tương tác đó, phân tử gần biên phân cách lớp bị hút 74 phân tử có bên mặt cầu tương tác phân tử thuộc lớp kia, làm cản trở chuyển động tương đối hai lớp, tức dẫn đến ma sát hai lớp Thực nghiệm chứng tỏ trị số lực nội ma sát Fms hai lớp chất lỏng có vận tốc định hướng v v + dv, nằm cách khoảng dz dọc theo phương Oz, tỷ lệ với gradien vận tốc dv (tức độ biến thiên trị số vận tốc dz đơn vị dài) theo phương Oz tỷ lệ với độ lớn diện tích mặt tiếp xúc S hai lớp chất lỏng chuyển động tương nhau: Fms   dv S dz (3.40) Hệ số tỷ lệ  gọi hệ số nhớt chất lỏng Trị số  phụ thuộc chất chất lỏng giảm nhiệt độ tăng Đơn vị đo  kg/ms Giả sử viên bi nhỏ bán kính r rơi thẳng đứng với vận tốc v khối chất lỏng, lớp chất lỏng bám dính vào mặt ngồi viên bi chuyển động với vận tốc v Do tác dụng lực nội ma sát, lớp chất lỏng kéo lớp khác nằm gần chuyển động theo Thực nghiệm chứng tỏ khoảng cách 2r tính từ mặt ngồi viên bi xa nó, vận tốc lớp chất lỏng có trị số giảm dần từ v đến (hình 3.22) r z  v x Hình 3.22 Vận tốc chất lỏng Khi gradien vận tốc theo phương Oz bằng: dv v  3v   2r dz 2r (3.41) Theo công thức (3.40), lực nội ma sát lớp chất lỏng bám dính vào mặt ngồi viên bi (S = 4r2) lớp chất lỏng tiếp xúc với có trị số bằng: 75 Fms   dv 3v S   4r dz 2r Fm s  6rv hay (3.42) Cơng thức gọi cơng thức Stốc, cho biết lực ma sát nhớt tăng tỷ lệ với vận tốc v vận tốc v không lớn (cỡ vài m/s) viên bi chuyển động chất lỏng rộng vơ hạn Có thể xác định hệ số nhớt  chất lỏng theo phương pháp Stốc (Stokes) nhờ thiết bị vật lý kiểu MN - 971A (hình 3.23) gồm: ống thuỷ tinh đựng chất lỏng giữ thẳng đứng giá đỡ 9, hai đầu cảm biến từ nối với đo thời gian số bố trí mặt phía trước hộp chân đế Khi thả rơi viên bi có khối lượng m qua phễu định tâm vào chất lỏng có hệ số nhớt  cần đo, viên bi chịu tác dụng ba lực: 11 L 10 Hình 3.23 Sơ đồ thiết bị MN – 971A  - Trọng lực P hướng thẳng đứng từ xuống có trị số bằng: P  mg  r  g (3.43) với r bán kính  khối lượng riêng viên bi, g gia tốc trọng trường  - Lực đẩy Acsimet FA hướng thẳng đứng từ lên có trị số trọng lượng khối chất lỏng bị viên bi chiếm chỗ: 76 FA  r g (3.44) với  khối lượng riêng chất lỏng  - Lực nội ma sát FC hướng thẳng đứng từ lên có trị số bằng: Fc = 6 rv (3.45) với v vận tốc viên bi  hệ số nhớt chất lỏng   dv Dưới tác dụng lực trên, viên bi chuyển động với gia tốc a  dt tuân theo phương trình động lực học:   dv   m  P  FA  FC dt (3.46) Chiếu phương trình (3.46) xuống hướng chuyển động viên bi, ta tìm được: m dv 4  r  g  r g  6rv dt 3 Nghiệm phương trình có dạng: (    )r g v (1  e  3rt 2m ) (3.47) e số lôganêpe, t thời gian chuyển động viên bi Dễ dàng nhận thấy sau khoảng thời gian t không lớn, đại lượng e nhanh tới vận tốc v viên bi đạt trị số không đổi bằng: 3 rt 2m 2 (    )r g v0   giảm (3.48)  Trong giai đoạn đầu chuyển động, gia tốc a làm cho vận tốc viên bi tăng dần, mặt khác vận tốc tăng lực nội ma sát tăng theo Khi vận tốc đạt đến giá trị v0 lực đẩy Acsimet lực nội ma sát triệt tiêu hoàn toàn trọng lực, viên bi chuyển động thẳng Có thể xác định trị số v0 cách đo khoảng thời gian chuyển động t viên bi rơi thẳng hai vạch chuẩn cách khoảng L: v0  L t Thay v0 vào (3.48) với d đường kính viên bi, ta tìm được: 77  (    )d gt 18 L (3.49) Dụng cụ thí nghiệm 3.1 Dụng cụ Thiết bị thí nghiệm vật lý MN - 971A (hình 3.24) gồm: - Ống thuỷ tinh cao 95 cm, chia độ mm/vạch; - Chất lỏng (glixerin) cần đo hệ số nhớt; - Các viên bi (bằng sắt vật liệu từ mềm); - Phễu định hướng dùng để thả viên bi; - Nam châm nhỏ dùng để lấy viên bi khỏi chất lỏng; - Hộp chân đế giá đỡ; - Thiết bị số đo thời gian rơi viên bi; - Cảm biến Thước panme – 25 mm, độ xác 0,01 mm Hình 3.24 Bộ thí nghiệm MN – 971A 3.2 Trình tự thí nghiệm 3.2.1 Đo đường kính d viên bi panme (xem 1) Dùng panme, thực 10 lần phép đo đường kính d viên bi vị trí khác viên bi Đọc ghi giá trị d lần đo vào bảng 3.10 3.2.2 Đo khoảng thời gian chuyển động t viên bi rơi chất lỏng a Vặn vít mặt hộp chân đế (hình 3.23) để điều chỉnh cho giá đỡ ống trụ thuỷ tinh đựng chất lỏng hướng thẳng đứng Giữ cố định vị trí cảm biến (đã điều chỉnh nằm cách miệng ống trụ thuỷ tinh khoảng lớn 20 cm cách cảm biến khoảng không đổi L = 60 cm) Cắm phích lấy điện thiết bị vật lý MN - 971A vào nguồn điện ~220 V Bấm khoá K mặt trước hộp chân đế 8: đèn LED phát sáng chữ số hiển thị cửa sổ “TIME” “N” mặt máy 78 b Điều chỉnh độ nhạy cảm biến từ đo thời gian số theo trình tự sau: - Vặn hai núm xoay ngược chiều kim đồng hồ vị trí tận bên trái Ấn nút “RESET” để chữ số thị trở - Điều chỉnh độ nhạy cảm biến (nằm phần thân ống trụ thuỷ tinh đựng chất lỏng) cách vặn từ từ núm xoay theo chiều quay kim đồng hồ chữ số thị cửa sổ “TIME” bắt đầu nhảy số dừng vặn ngược lại chút (khoảng 1/4 đến 1/2 độ chia nó) Sau đó, ấn nút “RESET” để chữ số thị trở Kiểm tra lại vị trí cách chạm nhẹ ngón tay vào đầu cọc nối dây cảm biến 5: chữ số thị cửa sổ “TIME” lại nhảy số, cảm biến điều chỉnh đủ nhạy để hoạt động - Thực động tác tương tự núm xoay để điều chỉnh độ nhạy cảm biến Bấm nút “RESET” để chữ số thị trở Chú ý: Khi hai cảm biến điều chỉnh khơng (ở vị trí vượt q ngưỡng độ nhạy) khơng thể điều chỉnh tiếp cảm biến thứ hai Trong trường hợp này, ta phải thực lại động tác (2 - b) cách cẩn thận c Thả nhẹ viên bi sắt qua phễu định tâm để rơi thẳng đứng dọc theo trục ống trụ thuỷ tinh đựng chất lỏng có hệ số nhớt  cần đo Khi viên bi chuyển động qua tiết diện ngang cảm biến (có dạng vòng dây dẫn nối với mạch cộng hưởng điện), làm xuất xung điện có tác dụng đóng ngắt đo thời gian số Vì vậy, đo thời gian số tự động đo khoảng thời gian rơi t viên bi khoảng cách L hai cảm biến Thực 10 lần động tác với viên bi chọn Đọc ghi giá trị t thị cửa sổ “TIME” ứng với lần đo vào bảng 3.10 Bên trái cửa sổ “TIME” có cửa sổ thị “N” để theo dõi số lần hoạt động cảm biến 5: lần viên bi qua cảm biến, chữ số thị cửa sổ “N” lại tăng thêm đơn vị Chú ý: Sau lần đo, ta lấy viên bi sắt khỏi ống nối 11 cách dùng nam châm nhỏ (đặt mặt hộp chân đế hộp 10) áp sát nam châm vào ống nối 11 vị trí có viên bi dịch chuyển nam châm 79 nhẹ nhàng để làm cho viên bi trượt dọc theo thân ống nối 11 lên tới miệng ống Chờ cho glixerin bám dính viên bi nhỏ giọt hết, ta lấy đặt lên tờ giấy thấm Câu hỏi kiểm tra 4.1 Sự xuất lực nội ma sát Giải thích chất viết biểu thức lực Đơn vị đo hệ số nhớt chất lỏng gì? 4.2 Trình bày cách xác định hệ số nhớt chất lỏng theo phương pháp Stốc Giải thích nguyên nhân gây lực cản chuyển động viên bi rơi chất lỏng 4.3 Vận tốc viên bi rơi chất lỏng thay đổi phụ thuộc thời gian nào? Tại đo thời gian rơi viên bi lại vị trí cách miệng ống trụ thuỷ tinh khoảng đủ lớn (chẳng hạn lớn 20 cm)? 4.4 Trong điều kiện nào, ta tính hệ số nhớt  chất lỏng theo cơng thức (3.49)? Báo cáo thí nghiệm Điểm Thời gian lấy số liệu: Ngày ……… tháng ……… năm ……… Chữ ký giáo viên hướng dẫn: 5.1 Mục đích thí nghiệm 5.2 Kết thí nghiệm Bảng số liệu - Khối lượng riêng  chất lỏng (glixerin):   (1,260  0,011).10 kg / m - Khối lượng riêng 0 viên bi sắt:   (7,70  0,03).10 kg / m3 - Khoảng cách L hai đầu cảm biến 5: L  (600,0  0,5).10 3 m - Gia tốc trọng trường: g  (9,787  0,012 )m / s - Nhiệt độ phòng thí nghiệm: t0C = …… (0C) 80 Kết đo Bảng 3.10 Kích thước viên bi thời gian rơi viên bi Lần đo 10 Giá trị trung bình d (mm) t (s) 5.3 Tính biểu diễn kết đại lượng đo trực tiếp d  t  d  d  d  t  t  t  5.4 Tính biểu diễn kết hệ số nhớt    0   18.L g.d t     0    L g d t  2   L g d t   .              5.5 Nhận xét đánh giá kết (Trình bày ý nghĩa vật lý thí nghiệm, nhận xét đánh giá kết đo được, kiến nghị) 81 Bài XÁC ĐỊNH TỶ SỐ NHIỆT DUNG PHÂN TỬ CỦA CHẤT KHÍ Mục đích thí nghiệm 1.1 Mục đích Mục đích thí nghiệm trang bị cho sinh viên kiến thức kỹ thực nghiệm cần thiết để xác định tỷ số nhiệt dung riêng phân tử (Cp/CV) chất khí (cụ thể khơng khí) 1.2 u cầu i Nắm sở lý thuyết thí nghiệm; ii Nắm cấu tạo hoạt động thiết bị thí nghiệm; iii Biết cách tiến hành thí nghiệm nhằm xác định tỷ số nhiệt dung phân tử (Cp/CV) chất khí; iv Viết báo cáo thí nghiệm, tính sai số theo yêu cầu Cơ sở lý thuyết Nhiệt dung riêng c chất khí đại lượng vật lý có trị số lượng nhiệt cần truyền cho đơn vị khối lượng chất khí để làm tăng nhiệt độ lên 1K (Kelvin) Gọi Q lượng nhiệt cần truyền cho khối lượng m chất khí để nhiệt độ tăng thêm lượng dT, ta có: c Q mdT (3.50) Đối với chất khí, người ta thường dùng nhiệt dung phân tử C, tức nhiệt dung mol chất khí: C = c (3.51) với  khối lượng mol chất khí Đơn vị đo c J/kgK, C J/molK  kg/mol Nhiệt dung chất khí phụ thuộc vào điều kiện nung nóng Thực vậy, theo nguyên lý thứ nhiệt động lực học: Lượng nhiệt Q truyền cho hệ vật trình biến đổi trạng thái vơ nhỏ có giá trị tổng số độ biến thiên nội dU hệ vật công A' hệ vật sinh q trình đó: Q  dU  A ' 82 (3.52) Giá trị trung bình a = …… 5.3 Khảo sát phân bố cường độ sáng ảnh nhiễu xạ Laser Căn vào số liệu x I bảng 3.20, vẽ đồ thị : I  f (x) 5.4 Tính biểu diễn kết bước sóng chùm Laser Căn vào số liệu đo bảng 3.21 cơng thức (3.99) để tính bước sóng chùm Laser viết kết  a.d  2f   d f a    d f a 134   .              5.5 Nhận xét đánh giá kết (Trình bày ý nghĩa vật lý thí nghiệm, nhận xét đánh giá kết đo được, kiến nghị) 135 Phụ lục GIỚI THIỆU VỀ NGUỒN SÁNG LASER Tia Laser xạ điện từ có độ đơn sắc cao, có cường độ lớn, có tính kết hợp định hướng cao Dụng cụ phát tia Laser gọi nguồn sáng Laser, hay đơn giản Laser Laser viết tắt cụm từ tiếng Anh “Light Amplification by Stimulaled Emisson of Radiation” có nghĩa “Khuếch đại ánh sáng phát xạ cảm ứng” Ta tìm hiểu nguyên lí hoạt động Laser: E2 phát xạ hấp thụ E1 Hình Nguyên lý hoạt động Laser Khi chiếu xạ điện từ đơn sắc có tần số f vào chất, electron hoá trị nguyên tử mức lượng E1 hấp thụ xạ chuyển lên mức lượng kích thích E2 cao (E2 > E1) Nhưng electron tồn mức lượng kích thích E2 khoảng thời gian ngắn (cỡ 10-3-10-8 s) gọi thời gian sống  , sau chúng lại chuyển mức lượng E1và phát xạ (hình 1) Quá trình chuyển mức lượng hấp thụ phát xạ tuân theo hệ thức Anhstanh:   hf  E2  E1 với h = 6,625.10-34Js số Planck,   hf lượng photon xạ điện từ Như vậy, số electron mức lượng E1 nhiều khả để nguyên tử hấp thụ xạ lớn; số electron mức lượng kích thích E2 nhiều khả ngun tử phát xạ lớn Nói cách khác là: xác suất xảy hấp thụ tỷ lệ với mật độ N1 electron mức lượng E1 xác suất xảy phát xạ tỷ lệ với mật độ N2 electron mức lượng kích thích E2 Thơng thường N2 < N1, nên xác suất xảy phát xạ nhỏ xác suất xảy hấp thụ Trong điều kiện này, q trình phát xạ khơng có tính kết hợp 136 gọi phát xạ tự phát, xạ tự phát hồn tồn độc lập với nhau, khơng có liên hệ pha hướng Nhưng, cách tạo N2 > N1 xác suất xảy phát xạ lớn xác suất xảy hấp thụ Khi q trình phát xạ có tính kết hợp gọi phát xạ cảm ứng, xạ cảm ứng có tần số, pha, hướng độ phân cực với xạ kích thích Như vậy, điều kiện cần để xảy phát xạ cảm ứng có đảo mật độ hạt, nghĩa mật độ nguyên tử trạng thái lượng kích thích phải lớn mật độ nguyên tử trạng thái lượng Mơi trường chất trạng thái có đảo mật độ hạt gọi mơi trường kích hoạt Có thể tạo đảo mật độ hạt mơi trường kích hoạt nhờ phương pháp kích thích kiểu “bơm điện” (phóng điện qua mơi trường kích hoạt), “bơm quang” (dùng nguồn sáng thích hợp có cường độ mạnh chiếu vào mơi trường kích hoạt) theo ngun tắc sau: Giả sử chất có hai mức lượng E1, E2 (với E2 > E1) có mật độ nguyên tử tương ứng N1, N2 lúc đầu N1 > N2 Chiếu vào môi trường chất xạ kích thích có tần số f, số ngun tử “bơm” từ mức E1 lên mức E2, nên N1 giảm N2 tăng Nhưng N2 tăng, xác suất xảy phát xạ (nghĩa trình nguyên tử chuyển từ mức E2 mức E1) tăng lên Do đó, N2 lại giảm N1 lại tăng Kết đạt tới trạng thái đảo mật độ hạt mơi trường kích hoạt Để tạo trạng thái đảo mật độ hạt, người ta sử dụng mơi trường kích hoạt ngun tử có ba (hoặc bốn) mức lượng E1, E2, E3 cho thời gian sống  nguyên tử mức E3 nhỏ so với thời gian sống  mức E2 Bằng phương pháp “bơm” cho nguyên tử bị kích thích chuyển từ mức E1 lên mức E3 Nhưng    , nên nguyên tử mức E3 nhanh chóng chuyển mức E2 để tạo thành trạng thái đảo mật độ hạt N2 > N1 dẫn tới tượng phát xạ cảm ứng Hiện có nhiều loại nguồn Laser, mơi trường kích hoạt chất khí, lỏng, rắn Laser khí He-Ne sử dụng chất kích hoạt hỗn hợp khí Heli (90%) khí Neon (10%) áp suất thấp Laser hồng ngọc sử dụng chất kích hoạt hồng ngọc Rubi (tinh thể Al203) có pha ion Cr+3 với tỷ lệ 0,05% 137 Trong thí nghiệm này, ta dùng diode Laser (Laser bán dẫn) Cho dòng điện chiều có cường độ thích hợp chạy qua lớp tiếp xúc p-n tạo từ chất bán dẫn GaAs, Ga(AsP), (GaAl)As, tia Laser phát trình tái hợp Đây trình biến đổi trực tiếp hiệu từ điện thành quang Laser, hiệu suất diode Laser bán dẫn n p phat IV  2% , diode phát quang (LED) xấp xỉ 0,1 đến 1% Nguyên tắc tạo trạng thái đảo mật độ hạt diode laser sau: Hai phía chuyển tiếp p-n diode Laser bán dẫn pha tạp mạnh (suy biến), chuyển tiếp p-n phân cực thuận điện tử phun vào vùng p lỗ trống phun vào vùng n Như vùng gần chuyển tiếp, mức lượng thấp vùng dẫn mức lượng cao vùng hoá trị nồng độ hạt tải tạo đủ để hiệu ứng Laser xuất hiện, tức có tượng đảo mật độ electron 138 Phụ lục BẢNG MỘT SỐ HẰNG SỐ VẬT LÝ CƠ BẢN 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 khÝ lý tuëng R 8,31J/molK 8,314510 8,4 H»ng sè Avogadro NA 6,02.1023mol-1 6,0221367 0,59 H»ng sè 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 ThĨ tÝch mol cđa khÝ lý t-ëng ë §KTC H»ng sè StefanBoltzmann 6,67260 100 §iƯn 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 H»ng sè ®iƯn o 8,85.10-12F/m 8,85418781762 13 H»ng sè tõ thÈm 0 1,26.10-6H/m 1,2563706143 14 H»ng sè Rydberg R 1,10.107m-1 1,0973731534 0,0012 15 B¸n kÝnh Bohr rB 5,29.10-11m 5,29177149 0,045 Momen tõ cña electron e 9,28.10-24J/T 9,2847700 0,34 10 Khối l-ợng electron c) me 11 16 Điện tÝch riªng electron 139 Momen tõ cđa 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 H»ng sè Planck H 6,63.10-34Js 6,6260754 0,60 c 2,43.10-12m 2,42531058 0,089 23 Khèi l-ỵng proton mp 1,67.10-27kg 1,676230 0,59 Tû sè khèi l-ỵng 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-íc sãng Compton electron 28 Khối l-ợng nguyên tử hydroc) 29 Khối l-ợng nguyên tử đơtơri c) 30 Khối l-ợng nguyên tư heli c) e Chó thÝch : a) C¸c gi¸ 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) ®ã 1u = 1,6605402.10-27 kg 140 Phụ lục BẢNG CÁC ĐƠN VỊ CƠ BẢN VÀ DẪN XUẤT Các đơn vị Các đơn vị đo lường (hệ SI) tảng sở để từ đơn vị khác suy (dẫn xuất), chúng hoàn toàn độc lập với Các định nghĩa chấp nhận rộng rãi Bảng Các đơn vị đo lường Tên Mét Ký hiệu Đại lượng m Kilôgam kg Giây s Định nghĩa Chiều dài Đơn vị đo chiều dài tương đương với chiều dài quãng đường tia sáng chân không khoảng thời gian 1/299792458 giây (CGPM lần thứ 17 (1983) Nghị số 1, CR 97) Con số xác mét định nghĩa theo cách Khối lượng Đơn vị đo khối lượng khối lượng kilôgam tiêu chuẩn quốc tế (quả cân hình trụ hợp kim platiniriđi) giữ Viện đo lường quốc tế (viết tắt tiếng Pháp: BIPM), Sèvres, Paris (CGPM lần thứ (1889), CR 3438) Cũng lưu ý kilôgam đơn vị đo có tiền tố nhất; gam định nghĩa đơn vị suy ra, 1/1000 kilôgam; tiền tố mêga áp dụng gam, khơng phải kg; ví dụ Gg, khơng phải Mkg Nó đơn vị đo lường định nghĩa nguyên mẫu vật cụ thể thay đo lường tượng tự nhiên Thời gian Đơn vị đo thời gian xác 9192631770 chu kỳ xạ ứng với chuyển tiếp hai mức trạng thái 141 siêu tinh tế nguyên tử xêzi - 133 nhiệt độ K (CGPM lần thứ 13 (1967-1968) Nghị 1, CR 103) Ampe A Cường độ Đơn vị đo cường độ dòng điện dòng điện cố dòng điện định, chạy hai dây dẫn song song dài vơ hạn có tiết diện không đáng kể, đặt cách mét chân khơng, sinh lực hai dây 2.10-7 niutơn mét chiều dài (CGPM lần thứ (1948), Nghị 7, CR 70) SI (Hệ đo lường quốc tế) 5/9 Kelvin K Nhiệt độ Đơn vị đo nhiệt độ nhiệt động học (hay nhiệt độ tuyệt đối) 1/273,16 (chính xác) nhiệt độ nhiệt động học điểm cân ba trạng thái nước (CGPM lần thứ 13 (1967) Nghị 4, CR 104) Mol mol Số hạt Đơn vị đo số hạt cấu thành thực thể với số nguyên tử 0,012 kilôgam Cacbon12 nguyên chất (CGPM lần thứ 14 (1971) Nghị 3, CR 78) Các hạt nguyên tử, phân tử, ion, điện tử Nó xấp xỉ 6,02214199.1023 hạt Candela cd Cường độ Đơn vị đo cường độ chiếu sáng cường độ chiếu sáng chiếu sáng theo hướng cho trước nguồn phát xạ đơn sắc với tần số 540.1012 héc cường độ xạ theo hướng 1/683 oát sterađian (CGPM lần thứ 16 (1979) Nghị 3, CR 100) 142 Các tiền tố hệ đơn vị Bảng Tiền tố hệ SI 10x Chữ viết liền thêm trước Viết tắt 1024 Yôta Y 1021 Zêta Z 1018 Êxa E 1015 Pêta P 1012 Têra T 109 Giga G 106 Mêga M 103 Kilô k 102 Héctô h 101 Đêca da 10−1 Đêxi d 10−2 Xenti c 143 10−3 Mili m 10−6 Micrơ µ 10−9 Nanơ n 10−12 Picơ p 10−15 Phemtơ f 10−18 Atơ a 10−21 Giéptơ z 10−24 ctơ y Một số đơn vị dẫn xuất thường gặp Các đơn vị đo ghép với để suy đơn vị đo khác cho đại lượng khác gọi đơn vị dẫn xuất Bảng Các đơn vị dẫn xuất Đại lượng Tên đơn vị Ký hiệu Góc phẳng radian rad Lực, trọng lượng newton N 144 Viết khác theo SI Thứ nguyên kg.m.s -2 Tần số hertz Hz Công, lượng joule J N.m kg.m s watt W J/s kg.m s Áp suất, ứng suất pascal Pa N/m Điện tích coulomb C Điện áp, điện volt V W/A kg.m s A Điện dung farad F C/V kg m s A Điện trở, trở kháng ohm Ω V/A kg.m s-3.A Độ tự cảm henry H Wb/A kg.m s A Công suất s-1 -2 -3 -1 -2 kg.m s s.A Vận tốc, tốc độ m/s Gia tốc m/s 145 2 -1 -3 -2 2 -2 -2 -1 m.s m.s -1 -2 -2 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt Lương Duyên Bình (chủ biên) (2007) Vật lý đại cương, NXB Giáo Dục Đỗ Trần Cát (1997) Cách xác định sai số phép đo đại lượng vật lý, Đại học Bách Khoa Hà Nội Nguyễn Văn Hòa (2008) Vật lý đại cương, Trường Đại học Lâm nghiệp Đỗ Quốc Hùng (Chủ biên)(2006) Thực hành vật lý đại cương I, II, Học viện Kỹ thuật Quân Tài liệu hướng dẫn vận hành thiết bị thí nghiệm vật lý Viện Vật lý Kỹ thuật (2003-2003) Đại học Bách Khoa HN sản xuất, Viện Vật lý Kỹ thuật, Đại học Bách Khoa Hà Nội Lương Duy Thành, Phan Văn Độ (2009) Thí nghiệm vật lý đại cương I, II, NXB Giao thông vận tải Hà Nội Tài liệu tiếng Anh David, Haliday, Robert Resnick, Jearl Walker, Fundanrental of Physics, Publishing as Wiley, 1994 146 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Chương LÝ THUYẾT SAI SỐ 1.1 Vai trò mục đích u cầu thí nghiệm vật lý 1.1.1 Vai trò thí nghiệm vật lý 1.1.2 Mục đích thí nghiệm vật lý 1.1.3 Yêu cầu thí nghiệm vật lý 1.2 Lý thuyết sai số 1.2.1 Giá trị trung bình đại lượng đo 1.2.2 Sai số phép đo 1.2.3 Cách tính biểu diễn kết đại lượng đo trực tiếp 1.2.4 Cách tính sai số đại lượng đo gián tiếp 10 1.2.5 Cách tính biểu diễn kết đại lượng đo gián tiếp 13 1.2.6 Bài tập câu hỏi kiểm tra 17 Chương CÁC DỤNG CỤ ĐO LƯỜNG TRONG VẬT LÝ 18 2.1 Dụng cụ đo điện 18 2.1.1 Giới thiệu chung dụng cụ đo điện 18 2.1.2 Các loại máy đo điện 19 2.1.3 Cách sử dụng máy đo điện thông dụng 21 2.2 Cân kỹ thuật 27 2.2.1 Cấu tạo cân kỹ thuật (cân phân tích) 27 2.2.2 Hướng dẫn sử dụng cân kỹ thuật 28 2.2.2.1 Vị trí cân độ nhạy cân 28 2.2.3 Các phương pháp cân 29 2.2.3.3 Hiệu chỉnh sức đẩy Acsimet 30 Chương CÁC BÀI THÍ NGHIỆM 32 BÀI ĐO ĐỘ DÀI BẰNG THƯỚC KẸP VÀ PANME 32 Bài XÁC ĐỊNH GIA TỐC TRỌNG TRƯỜNG BẰNG CON LẮC THUẬN NGHỊCH 41 Bài XÁC ĐỊNH LỰC MA SÁT TRONG Ổ TRỤC QUAY VÀ MÔ MEN QUÁN TÍNH CỦA BÁNH XE 51 147 Bài XÁC ĐỊNH BƯỚC SÓNG VÀ VẬN TỐC ÂM THEO PHƯƠNG PHÁP SÓNG DỪNG 59 Bài XÁC ĐỊNH HỆ SỐ SỨC CĂNG MẶT NGOÀI CỦA CHẤT LỎNG 66 Bài XÁC ĐỊNH HỆ SỐ NHỚT CỦA CHẤT LỎNG THEO PHƯƠNG PHÁP STỐC 73 Bài XÁC ĐỊNH TỶ SỐ NHIỆT DUNG PHÂN TỬ CỦA CHẤT KHÍ 82 BÀI ĐO SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CỦA NGUỒN ĐIỆN BẰNG MẠCH XUNG ĐỐI 90 BÀI 10 XÁC ĐỊNH BƯỚC SÓNG ÁNH SÁNG BẰNG GIAO THOA CHO HỆ VÂN TRÒN NIUTƠN 104 BÀI 11 KHẢO SÁT HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN NGOÀI VÀ XÁC ĐỊNH HẰNG SỐ PLĂNG 113 BÀI 12 KHẢO SÁT SỰ NHIỄU XẠ CỦA CHÙM LASER QUA CÁCH TỬ PHẲNG - XÁC ĐỊNH BƯỚC SÓNG CỦA LASER 123 Phụ lục GIỚI THIỆU VỀ NGUỒN SÁNG LASER 136 Phụ lục BẢNG MỘT SỐ HẰNG SỐ VẬT LÝ CƠ BẢN 139 Phụ lục BẢNG CÁC ĐƠN VỊ CƠ BẢN VÀ DẪN XUẤT 141 TÀI LIỆU THAM KHẢO 146 148