TÀI LIỆU GIẢNG DẠY THỰC HÀNH VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG A1

Phụ lục TRƯỜNG ĐẠI HỌC TRÀ VINH KHOA KHOA HỌC CƠ BẢN TÀI LIỆU GIẢNG DẠY THỰC HÀNH VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG A1 GV biên soạn: Đặng Diệp Minh Tân Trà Vinh, … /2014 Lưu hành nội MỤC LỤC Nội dung Trang BÀI MỞ ĐẦU: Tài liệu giảng dạy thực hành Vật lý đại cương A1 PHÒNG THÍ NGHIỆM VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TRÀ VINH -A AN TOÀN PHỊNG THÍ NGHIỆM Nội quy phòng thí nghiệm đề để đảm bảo an toàn cho tất người làm việc Sinh viên cần giáo dục để nhận thức tầm quan trọng nội qui Mỗi sinh viên cần phải nắm vững nội qui trước bắt đầu thực hành phòng thí nghiệm có lịch làm việc cụ thể Sinh viên cần phải chuẩn bị trước thực tập thông qua việc đọc tài liệu trước nhà Nhờ vậy, biết trước việc phải làm, dụng cụ, thiết bị cần dùng Đồng thời, phải nắm vững nguyên lý làm việc thiết bị, dụng cụ để sử dụng cách (Sự chuẩn bị kiểm tra thông qua sổ tay thực hành sinh viên) */* Khi làm việc phòng thí nghiệm, sinh viên: Khơng ăn uống, hút thuốc phòng thí nghiệm Khơng chạy nhảy, đùa nghịch sử dụng dụng cụ thí nghiệm sai mục đích Nếu làm đổ, vỡ vật phòng thí nghiệm phải thơng báo cho giáo viên phụ trách có trách nhiệm thu dọn trường Giáo trình thực tập, sách cần phải gọn gàng, chỗ tránh xa hóa chất, bếp lửa Sau kết thúc thí nghiệm, sinh viên phải có trách nhiệm dọn vệ sinh nơi làm việc phân công lẫn để dọn vệ sinh nơi dùng chung tồn phòng thí nghiệm Tài liệu giảng dạy Thực hành Vật lý đại cương A1 B GHI CHÉP THỰC TẬP Mục đích ghi chép để chuyển kết thí nghiệm tới người khác, nhờ mà người có hội thể lặp lại thí nghiệm sử dụng kinh nghiệm đạt Có nhiều loại ghi chép khác nhau, loại phục vụ cho mục tiêu riêng Sổ ghi chép thực tập - Ghi thông tin ngắn gọn, tối thiểu thực hành Kết thí nghiệm phải ln lưu lại thao tác, thực hành Báo cáo thực tập (chi tiết) - Miêu tả chi tiết thí nghiệm sở khoa học thí nghiệm Báo cáo thực tập (ngắn gọn) - Chỉ viết vấn đề quan trọng kết thí nghiệm Báo cáo lời - Sinh viên thảo luận với nội dung thực hành đề nghị giáo viên giải đáp thắc mắc nảy sinh làm thí nghiệm Những tóm tắt, tổng kết rút từ thí nghiệm trình bày giấy khổ lớn (bé khổ A3) treo tường Sinh viên thường sử dụng cách để tiến hành thảo luận lớp Tài liệu giảng dạy Thực hành Vật lý đại cương A1 C SỔ THEO DÕI THỰC TẬP */* Mục đích sổ theo dõi là: Ghi vào sổ theo dõi thực tập trình chuẩn bị thí nghiệm thao tác, bước tiến hành thí nghiệm Sự thơng thạo bước tiến hành tuân thủ lịch trình giúp ta kiểm sốt thí nghiệm thực nghiệm Sự đăng kí hay xếp tốt bước tiến hành quan trắc cẩn thận giúp ích việc làm báo cáo Chúng ta nhớ hết việc làm để viết báo cáo không ghi vào sổ theo dõi Cần phải ý nhiều đến thao tác quan trắc không đề cập sách hướng dẫn Sổ theo dõi phương tiện giao tiếp tốt Những điều ghi sổ theo dõi cần phải rõ ràng để người đọc Cần phải để ý đến sổ theo dõi Sau buổi thực tập nên kiểm tra lại sổ để xem điều ghi rõ ràng chưa Các hướng dẫn - Cần phải có nội dung tốt - Cần phải đánh số tất trang - Cần phải dùng bút bi để viết, không dùng bút chì - Số liệu ghi số liệu thơ, nghĩa số liệu chưa tính tốn - Các số liệu phải rõ ràng để đọc - Luôn ghi số liệu trang bên phải - Trang bên trái lại dùng để mơ tả số liệu - Cần phải trình bày báo cáo theo qui định - Luôn ghi thời gian, ngày thực thí nghiệm - Ln ghi số thứ tự, tên thí nghiệm - Ghi tất ngoại lệ - Ghi lại tất thiết bị sử dụng (tên, số hiệu, loại, công suất….) - Ghi lại ngày kiểm tra thiết bị gần - Ghi lại mã số tất hóa chất sử dụng - Ghi lại biện pháp an toàn áp dụng Tất nội dung cần phải ghi vào sổ theo dõi nh Mỗi sinh viên phải có sổ theo dõi thí nghiệm riêng họ làm nhóm Tài liệu giảng dạy Thực hành Vật lý đại cương A1 D VIẾT TƯỜNG TRÌNH THỰC TẬP Viết hình thức trao đổi thơng tin quan trọng ngành khoa học Để viết cách khoa học trước tiên phải lập dàn ý chung cho tồn bài, để đảm bảo khơng qn nội dung tồn cơng việc Trong thí nghiệm, tồn số liệu phải ghi sổ theo dõi thực tập Tường trình thực tập phải chứa đủ tất thông tin liên quan đến thực hành Nó phải viết cho: Người đọc thu nhận thông tin nhanh rõ ràng Những người quan tâm lặp lại thí nghiệm từ thơng tin thu dược kể Ngày nay, tường trình thực tập thường viết máy tính Ưu điểm báo cáo viết máy tính là: + Rõ ràng, + Có thể thay đổi dễ dàng + Đồ thị, bảng biểu rõ ràng, đẹp Không phải tất chi tiết thí nghiệm điều phải đưa vào tường trình thực tập mà tùy thuộc vào cụ thể, chọn lọc thơng tin để thu tường trình tốt Thơng thường, thơng tin chi tiết viết tường trình thực tập sau: Tên làm thí nghiệm Các thơng tin thân người viết tường trình: họ tên, khóa, lớp, ngày, tháng, năm, Tóm tắt, miêu tả thí nghiệm kết (nếu báo cáo tóm tắt) Mở đầu: Giới thiệu mơn học, mục đích thí nghiệm, vấn đề mà thí nghiệm giải quyết, cách tiến hành Lý thuyết: miêu tả ngắn gọn sở lí thuyết thí nghiệm Phương pháp tiến hành vật liệu nghiên cứu: miêu tả nguyên vật liệu thí nghiệm sử dụng, phương pháp tiến hành Chủ yếu tên số thứ tự nhắc tới Ngoài ra, thay đổi thực ghi chép Kết quả: phần quan trọng báo cáo Tất số liệu cần viết ngắn gọn, rõ ràng khoa học (bảng số liệu, vẽ đồ thị, …) Thảo luận kết luận: Giải thích kết đạt được, kết luận đề nghị nêu phần Tài liệu tham khảo: danh mục sách thông tin thu từ nguồn khác tạp chí, băng đĩa, mạng điện tử… 10 Sinh viên viết tường trình theo mẫu sau: Tài liệu giảng dạy Thực hành Vật lý đại cương A1 Lớp: ……………… Nhóm: ……….; Tổ: ……… Họ tên: ………………………MSSV…… ………………………MSSV…… ………………………MSSV…… 4…………………… MSSV… BẢNG PHÚC TRÌNH Bài: …………… Ngày thực hành: ……………… I- MỤC ĐÍCH … II- TRẢ LỜI CÂU HỎI LÝ THUYẾT … III- KẾT QUẢ THỰC HÀNH Bảng 1: Bảng 2: Bảng 3: … (chú ý: bảng có u cầu tính độ ngờ () đại lượng phải trình bày cách tính đại diện đại lượng đó) Tài liệu giảng dạy Thực hành Vật lý đại cương A1 BÀI MỞ ĐẦU  Mục tiêu học tập: Sau học xong này, người học có thể: - Giúp sinh viên hiểu cách tổng quát tiến trình thực học thực hành - Cũng cố lại kiến thức phân biệt đại lượng đo trực tiếp, gián tiếp, cách đo lường đại lượng trình thực hành - Biết cách tính giá trị trung bình, vẽ đồ thị, tính tốn sai số trình bày kết thực hành q trình thí nghiệm * Mục đích học môn thực hành Vật lý đại cương: - Giúp sinh viên củng cố, hiểu sâu phần lý thuyết Vật lý học - Biết cách đo lường, tính tốn sai số q trình ghi nhận kết thí nghiệm - Rèn luyện cho sinh viên kỹ thực hành, thí nghiệm; đức tính: chịu khó, kiên trì, nhẫn nại, trung thực, thẫm mỹ… I ĐO LƯỜNG Đo lường thao tác quan trọng thực hành Vật lý Ta phân thành loại sau: Đại lượng đo lường trực tiếp Là so sánh trực tiếp đại lượng cần đo với đại lượng loại chọn làm đơn vị Thí dụ: + Đo chiều dài + Cân khối lượng Đại lượng đo lường gián tiếp Là tính tốn đại lượng khơng thể so sánh trực đại lượng biết thông qua công thức định luật, định lý Vật lý Thí dụ: + Tính khối lượng riêng: ρ = m /V + Tính tốc độ: v = S / t II VẤN ĐỀ SAI SỐ Khái niệm sai số Sai số khoảng sai lệch giá trị đo giá trị thực đại lượng đo 1.1 Sai số tuyệt đối Gọi: a: giá trị thực đại lượng a’: giá trị đo Thì sai số tuyệt đối định nghĩa là: da = |a’- a| Tài liệu giảng dạy Thực hành Vật lý đại cương A1 Sai số tuyệt đối khơng phản ảnh độ xác phép đo… 1.2 Sai số tương đối Là tỉ số sai số tuyệt đối giá trị thực đại lượng: da a '− a = a a Sai số tương đối nhỏ phép đo xác Phân loại sai số theo nguyên nhân làm sai số 2.1 Sai số hệ thống Là sai số gây thiếu sót dụng cụ đo Giá trị đo xảy theo chiều (hoặc a’ > a, a’ < a, lặp lại phép nhiều lần) Để tránh sai số hệ thống, cần tiến hành kiểm tra cẩn thận dụng cụ đo 2.2 Sai số ngẫu nhiên Là sai số xảy theo nhiều nguyên nhân cách ngẫu nhiên: - Do chủ quan người đo như: đọc kết không quy cách, ghi kết sai… - Do thay đổi ngẫu nhiên tượng Chẳn hạn, đo đại lượng phụ thuộc vào thời tiết, ổn định dòng điện nguồn … - Do thay đổi ngẫu nhiên dụng cụ Chẳn hạn, dùng thước khác để đo chiều dài, dùng nhiệt kế khác để đo nhiệt độ… Ta khơng thể khử hồn tồn sai số ngẫu nhiên mà làm giảm bớt cách đo nhiều lần - Trong thực hành ta ý đến sai số ngẫu nhiên Giá trị trung bình 3.1 Đối với phép đo trực tiếp Để xác định giá trị trung bình, ta thực phép đo nhiều, sau tính trung bình cộng tất giá trị đo Gọi: a1, a2, …, an giá trị n lần đo đại lượng a Ta có giá trị trung bình a là: n a = a1 + a2 + + an = n ∑a i =1 i n - Trong thực hành, thời gian có hạn, nên ta thực phép đo từ đến lần 3.2 Đối với phép đo gián tiếp Dựa vào cơng thức tính theo giá trị trung bình đại lượng khác Thí dụ: Tài liệu giảng dạy Thực hành Vật lý đại cương A1 x= a+b c  x= a+b c Độ ngờ (ký hiệu:  ) - Qua việc phân loại sai số, ta thấy đo đại lượng (trực tiếp hay gián tiếp) ln phạm phải sai số Ta gọi chung sai số phạm phải độ ngờ: 4.1 Độ ngờ phép đo trực tiếp Giả sử ta đo đại lượng a, để tính độ ngờ, ta thực sau: - Tính gia trị trung bình ( a ) lần đo - Xác định giá trị biên: Gọi: amin: giá trị nhỏ giá trị đo amax: giá trị lớn giá trị đo amax, amin: gọi giá trị biên 4.1.1 Tính độ ngờ tuyệt đối (a) Nếu | a - amin | > | a - amax | thì: a = | a - amin | Nếu | a - amin | < | a - amax | thì: a = | a - amax | 4.1.2 Tính độ ngờ tương đối Là tỷ số: ∆a a 4.2 Độ ngờ phép đo gián tiếp 4.2.1 Tính độ ngờ tuyệt đối phép đo gián tiếp Ta thực theo qui tắc sau đây: + Qui tắc a Lấy vi phân toàn phần cong thức tính đại lượng b Thay ký hiệu vi phân (d) ký hiệu độ ngờ () c Đổi dấu (-) đứng trứơc độ ngờ () thành dấu (+) d Thay gia trị đại lượng thành giá trị trung bình Thí dụ 1: cho x = a + b – c Tính độ ngờ x: a Lấy vi phân: dx = da + db - dc b Thay kí hiệu  vào: x = a + b - c c Đổi dấu: x = a + b + c Kết độ ngờ: x = a + b + c Tài liệu giảng dạy Thực hành Vật lý đại cương A1 BÀI 4: ĐO TỈ TRỌNG CỦA CHẤT LỎNG  Mục tiêu học tập: Sau học xong này, người học có thể: Làm bậc liên hệ lý thuyết thực tiễn thông qua xây dựng phép đo, tiến hành đo; làm quen với số dụng cụ đo vật lý; rèn luyện cho sinh viên kỹ thực hành I NHỮNG CƠ SỞ ĐỂ LÀM BÀI THỰC HÀNH Định nghĩa công thức tỉ trọng chất lỏng tỉ trọng vật rắn - Tỉ trọng chất lỏng hay vật rắn tỉ số khối lượng riêng chất lỏng hay vật rắn với khối lượng riêng nước - Nói cách khác, tỉ trọng chất lỏng hay vật rắn tỉ số khối lượng vật rắn với khối lượng riêng nước có thể tích, áp suất nhiệt độ Nếu ta gọi: r: tỉ trọng chất lỏng (chất rắn) ρ : khối lượng riêng chất lỏng (chất rắn) d: khối lượng riêng nước Ta có: r= Với ρ ρ V m = = d d V m′ (1) m = ρ V khối lượng chất lỏng tích V m′ = ρ V khối lượng nước tích V (chất lỏng nước có thể tích nhau) Từ cơng thức (1) ta thấy muốn tìm r, phải biết m m′ Cân Roberval Tài liệu giảng dạy Thực hành Vật lý đại cương A1 - Muốn xác định khối lượng chất lỏng, chất rắn khối lượng nước có thể tích ta phải dùng cân thủy tĩnh Vì khơng có cân thủy tĩnh nên ta dùng cân Roberval thay (Xem hình 4.1) Đĩa C Đĩa B Hình 4.1 - Bộ phận cân Roberval đòn cân A Ở đòn cân có gắn dao hình lăng trụ tam giác - Ở đòn cân có gắn que kim E bảng chia G để xác định cân cân Hai đầu đòn cân có gắn hai đĩa cân (qui ước: đĩa cân trái người thực hành đĩa B, đĩa C) Các phép cân đo Để xác định khối lượng chất lỏng, chất rắn nước, ta thực phép cân sau: */* Chú ý : Trước cân vật, cần phải xác định vị trí cân cân không tải Tức xác định xem kim E dao động quanh điểm bảng G Và đưa chạy cân vị trí 3.1 Đo tỉ trọng chất lỏng phương pháp (tính trực tiếp lực đẩy Archiméde) 3.1.1 Phép cân - Đặt cân 500g làm bì đĩa cân B Trên đĩa cân C đặt cân m1 - Treo kim loại M vào đĩa cân C (nhờ Giáo viên mốc treo) - Gọi: Q: Khối lượng cân dùng làm bì M: Khối lượng kim loại m1 : Khối lượng cân đặt đĩa cân C g: Gia tốc trọng trường - Khi cân cân bằng, ta có biểu thức sau: Tài liệu giảng dạy Thực hành Vật lý đại cương A1 Q.g = ( M g + m1 g ) (2) 3.1.2 Phép cân - Treo kim loại cho ngập vào cốc đựng chất lỏng cần xác định tỉ trọng Lúc này, kim loại chịu tác dụng lực đẩy Archiméde chất lỏng từ lên - Bên đĩa cân B ta giữ nguyên cân dùng làm bì, ta tiến hành cân tương tự phép cân kim E dao động vị trí cân - Gọi: F: lực đẩy Archiméde chất lỏng lên kim loại m2 : khối lượng cân đĩa cân C phép cân lần thứ - Khi cân cân bằng, ta có biểu thức sau: Q.g = ( M g + m2 g − F ) (3) 3.1.3 Phép cân - Treo kim loại cho ngập vào cốc đựng nước Cũng trường hợp, kim loại chịu tác dụng lực đẩy Archiméde nước từ lên - Trên đĩa cân B ta giữ nguyên cân làm bì, ta tiến hành cân tương tự phép cân kim E dao động vị trí cân Gọi: F ′ : lực đẩy Archiméde nước lên kim loại m3 : khối lượng cân đĩa cân C - Khi cân cân bằng, ta có biểu thức sau: Q.g = ( M g + m3 g − F ′) (4) - Từ phép cân trên, ta tính đại lượng sau: + So sánh (2) (3) ta suy lực đẩy Archiméde chất lỏng là: F = ( m2 − m1 ).g (5) + So sánh (2) (4) ta suy lực đẩy Archiméde nước là: F ′ = ( m3 − m1 ).g (6) - Mặt khác, ta biết rằng: lực đẩy Archiméde chất lưu vật nhúng chìm trọng lượng phần chất lưu vật chiếm chổ Nghĩa là: F = m.g (7) F ′ = m′.g (8) Với: m : khối lượng chất lỏng tích thể tích V kim loại m′ : khối lượng nước tích thể tích V kim loại + So sánh (7) với (5); (8) với (6), ta có: Tài liệu giảng dạy Thực hành Vật lý đại cương A1 m = m2 − m1 m′ = m − m1 - Theo cơng thức (1), ta có cơng thức tỉ trọng chất lỏng : r= m m2 − m1 = m′ m3 − m1 (9) - Công thức (9) cho phép tính tỉ trọng biểu kiến chất lỏng Biểu kiến chưa hiệu chỉnh lực đẩy Archiméde khơng khí Nếu ta để ý đến yếu tố tính : r= m2 − m1  e e 1 −  + m3 − m1  d  d - Trong điều kiện phòng thí nghiệm, ta khơng hiệu chỉnh lực đẩy Archiméde khơng khí cân Roberval có độ nhạy 0,1g Do sai số dụng cụ trường hợp lớn phần hiệu chỉnh Archiméde khơng khí nằm sai số phép đo 3.2 Đo tỉ trọng chất lỏng phương pháp Thực phương pháp cân lặp sau: 3.2.1 Phép cân - Đặt bì đĩa trái, lọ không cân m bên đĩa phải cho có cân Ta có: Bì = lọ + m1 (10) (Chú ý: ta lấy cân 500 g làm bì) 3.2.2 Phép cân - Giữ nguyên bì, lấy lọ đổ chất lỏng vào lọ cho chất lỏng dâng lên đến vạch 200 ml lọ thủy tinh phòng thí nghiệm - Sau đó, đặt lọ vào đĩa cân thay cân m cân m2 để có cân Ta có: Bì = lọ + chất lỏng (M) + m2 (11) 3.2.3 Phép cân - Giữ nguyên bì, thay lọ chất lỏng lọ nước, ý cho nước vào lọ 200 ml lọ phép cân - Sau đó, đặt lọ nước vào đĩa cân thay cân m cân m3 để có cân Ta có: Bì = lọ + nước (M’) + m3 (12) - Từ (10), (11), (12) Ta rút giá trị M (của chất lỏng) M’ nước M = m – m2 Tài liệu giảng dạy Thực hành Vật lý đại cương A1 M’ = m1 – m3 - Từ đó, suy tỷ trọng x chất lỏng: r= M M ' = m1 − m2 m1 − m3 (13) 3.3 Đo tỷ trọng chất rắn - Ta thực lần cân bằng: 3.3.1 Phép cân - Đặt bì đĩa trái, đĩa phải ta đặt lọ nước (nước vạch 200 ml) cân m3 để có cân Ta có Bì = lọ + nước (M’) + m3 (14) Ta sử dụng kết cơng thức (11) 3.3.2 Phép cân - Giữ nguyên bì lọ nước đĩa cân, ta thêm vật rắn vào đĩa cân chứa lọ nước sử dụng cân m4 để có cân Ta có: Bì = lọ + nước (M’) + vật rắn M + m4 (15) (Chú ý: Sử dụng tối đa vật rắn phòng cung cấp được) 3.3.3 Phép cân - Giữ nguyên bì, lấy lọ nước vật rắn khỏi đĩa cân Sau đó, ta bỏ vật rắn vào lọ, nước dâng lên - Khi đó, ta đổ nước lọ bên ngoài, cho mực nước vạch 200 ml, xong đặt trở lại đĩa cân thay đổi cân để có cân Bì = lọ + Vật rắn M lọ + nước – Khối lượng M’’ thể tích nước đổ thể tích vật + m5 (16) Từ (14), (15), (16), ta rút ra: M = m3 – m M’’= m5 – m4 - Suy ra, tỷ trọng y vật rắn: y= m − m4 M = '' M m5 − m4 (17) III THỰC HÀNH Dụng cụ thí nghiệm - Gồm cân Roberval - Một hộp cân - Một cốc đựng chất lỏng cần tính tỉ trọng - Một cốc đựng nước - Một kim loại có móc Tài liệu giảng dạy Thực hành Vật lý đại cương A1 Thực phép cân 2.1 Đo tỉ trọng chất lỏng phương pháp - Bước 1: Sử dụng cân 500g làm bì đĩa cân B Lần lượt thực theo thứ tự phép cân nêu trên, phép cân, ta cân lần Ghi kết vào bảng Bảng Khối lượng Lần cân Lần Lần m ∆m m = m ± ∆m m1 ( g ) m2 ( g ) m3 ( g ) - Bước : Dựa vào cơng thức (9) tính giá trị trung bình tỉ trọng ( r ) sai số ∆r Lập bảng Bảng r= ∆r m2 − m1 m3 − m1 r = r ± ∆r 2.2 Đo tỉ trọng chất lỏng phương pháp - Bước : Sử dụng cân 500g làm bì đĩa cân B Lần lượt thực theo thứ tự phép cân trên, phép cân, ta cân lần Ghi kết vào bảng Bảng Khối lượng Lần cân Lần Lần m ∆m m = m ± ∆m m1 ( g ) m2 ( g ) m3 ( g ) - Bước : Dựa vào công thức (9) tính giá trị trung bình tỉ trọng ( r ) sai số ∆r Lập bảng Bảng r= m2 − m1 m3 − m1 ∆r 2.3 Đo tỉ trọng vật rắn M Tài liệu giảng dạy Thực hành Vật lý đại cương A1 r = r ± ∆r - Bước : Sử dụng cân 500g làm bì đĩa cân B Lần lượt thực theo thứ tự phép cân trên, phép cân, ta cân lần Ghi kết vào bảng Bảng Khối lượng cân Lần Lần Lần m ∆m m = m ± ∆m m3 ( g ) m4 ( g ) m5 ( g ) - Bước : Dựa vào cơng thức (9) tính giá trị trung bình tỉ trọng ( r ) sai số ∆r Lập bảng Bảng y= ∆y M m3 − m = '' M m5 − m y = y ± ∆y  Câu hỏi (bài tập) củng cố: Lập công thức định nghĩa tỉ trọng chất lỏng Từ công thức (9) (13) tính độ ngờ ∆r Tại thực thí nghiệm ta nên sử dụng cân 500g làm bì mà khơng dùng cân nhỏ Với dụng cụ thực hành, trình bày cách xác định thể tích kim loại treo đĩa cân C Hãy cho biết độ xác cân Roberval sử dụng thí nghiệm bao nhiêu? Trình bày bước chuẩn bị cân Roberval trước thực hành Với dụng cụ lọ thủy tinh thực hành phòng thí nghiệm Ta chọn mức nước lớn hay nhỏ 200ml không? Tại sao? Từ kết thí nghiệm ta có nhận xét khối lượng riêng chất lỏng nước? Hãy cho biết sử dụng đến thước phụ cân Roberval 10 Khi thực phép cân người thực thí nghiệm cần ý để khơng xãy sai số? (tại thực phép cân kim loại phải ngập hoàn toàn vào nước) Tài liệu giảng dạy Thực hành Vật lý đại cương A1 BÀI 5: XÁC ĐỊNH NHIỆT DUNG RIÊNG CỦA VẬT RẮN  Mục tiêu học tập: Sau học xong này, người học có thể: Giúp sinh viên hiểu khái niệm nhiệt dung riêng vận dụng để x ác định phương pháp xác định nhiệt dung riêng vật rắn I NHỮNG CƠ SỞ ĐỂ LÀM BÀI THỰC HÀNH Nguyên tắc Nhiệt dung riêng chất đại lượng vât lý có giá trị nhiệt lượng cần truyền cho đơn vị khối lượng chất để làm tăng nhiệt độ lên độ bách phân Giả sử vật rắn có khối lượng M, nhiệt độ T, nhiệt dung riêng x Cho vật rắn vào nhiệt lượng kế (có que khuấy) chứa nước nhiệt độ T1 Gọi: m1: khối lượng nhệt lượng kế que khuấy C1 = 0,22 cal/gđộ: nhiệt dung riêng chất làm nhiệt lượng kế que khuấy m2: Khối lượng nước chứa nhiệt lượng kế Nếu T > T1 vật rắn tỏa lượng Q nhiệt độ vật giảm từ T xuống T2 (nhiệt độ cân hệ) Q1 = M (T– T2) Đồng thời nhiệt lượng kế que khuấy nước nhận số nhiệt lượng để tăng nhiệt độ từ T1 đến T2 Q2 = (m1C1 + m2C2).(T2 – T1) Tài liệu giảng dạy Thực hành Vật lý đại cương A1 Khi hệ cô lập đạt trạng thái cân nhiệt: Q1 = Q2  x= ( m1C1 + m2C2 ) + ( T2 − T1 ) M ( T − T2 ) (*) Thiết bị thí nghiệm Nhiệt kế Đũa khuấy Nắp đậy Nước đá Bình thủy Hình 5.1 - Một nhiệt lượng kế dùng đựng nước que khuấy (hình 5.1) - Một bình nhơm có lớp vỏ A B (hình 5.2) Đỗ nước vào lớp vỏ đến gần đầy Mặt đáy vỏ A nghiêng có ống G nghiêng, thơng ngồi Đầu ống G nghiêng có nấp đậy mở cách kéo lên cao - Một nhiệt kế số, chia tới 0,1độ để đo nhiệt độ nước nhiệt lượng kế Một nhiệt kế dài chia tới độ để đo nhiệt độ vật rắn - Một bếp điện để đun - Một cân Roberval hộp cân Nhiệt kế B A Nắp Hình 5.2 G Bếp đun bình vỏ II Thực hành: Tài liệu giảng dạy Thực hành Vật lý đại cương A1 - Đỗ nước vào lớp vỏ (hình 5.2) đến gần đầy đun bếp điện (bếp dầu, bếp than, ) chờ đội nước sôi ta tiến hành phép cân Dùng cân Roberval để cân khối lượng vật rắn, khối lượng nhiệt kế que khuấy, khối lượng nước phương pháp cân Mendeleev Phép cân 1: Bì (500g) cân với cân M1 Phép cân 2: Bì (500g) cân với cân M2 + vật (khối lượng M) Phép cân 3: Bì (500g) cân với cân M + nhiệt lượng kế que khuấy (khối lượng m1) Phép cân 4: Bì (500g) cân với cân M + nhiệt lượng kế que khuấy chứa nước (khối lượng nước m2) (4) Kết hợp (Phép cân 1) (Phép cân 2) suy ra: M = M1 - M2 Kết hợp (Phép cân 1) (Phép cân 3) suy ra: m1 = M1 – M3 Kết hợp (Phép cân 3) (Phép cân 4) suy ra: m2 = M3 - M4 Ghi kết vào bảng cuối bài: - Sau cân xong, bỏ vật vào bình A, nắp ống G đậy kín Cắm nhiệt kế dài cho đầu nhiệt xúc với vật - Dùng que khuấy khuấy nước nhiệt lượng kế Cắm nhiệt kế số vào nhiệt lượng kế đọc nhiệt độ T1 nước nhiệt lượng kế - Theo dõi nhiệt độ bình hai vỏ, nhiệt độ lên tới khoảng 96 – 98 không thay đổi, đọc nhiệt độ T vật Đưa nhiệt lượng kế vào sát ống G, mở nắp thả vật thật nhanh vào nhiệt lượng kế, khuấy nước, theo dõi nhiệt độ nước nhiệt kế cắm nhiệt lượng kế nhiệt độ thay đổi, đọc nhiệt độ T Sai số phép đo sai số dụng cụ Ghi giá trị T, T1, T2 vào bảng Chú ý: - Đổ nước vào nhiệt lượng kế với lượng vừa phải (gấp 4, lần thể tích tổng viên bi) - Cho vật vào nhiệt lượng kế thật nhanh để vật khỏi bị hạ nhiệt độ Song cần cẩn thận tránh gãy nhiệt kế dài Các đại lượng cần đo Thí nghiệm lần (g) Thí nghiệm lần Thí nghiệm lần (g) (g) T T C C C (cal/g) Trong cơng thức: giá trị tình cơng thức lí thuyết Tài liệu giảng dạy Thực hành Vật lý đại cương A1 Trình bày kết (cal/g)  Câu hỏi (bài tập) củng cố: Định nghĩa nhiệt dung riêng vật rắn, lập cơng thức tính nhiệt dung riêng vật rắn Trình bày phương pháp đo nhiệt dung riêng vật rắn Tính từ cơng thức (*) BÀI 6: NHIỆT NÓNG CHẢY CỦA NƯỚC ĐÁ  Mục tiêu học tập: Sau học xong này, người học có thể: Giúp sinh viên hiểu khái niệm nhiệt nóng chảy nước đá vận dụng để xác định nhiệt nóng chảy (L) nước đá I NHỮNG CƠ SỞ ĐỂ LÀM BÀI THỰC HÀNH Nguyên tắc: Nhệt nóng chảy nước đá nhiệt lượng cần thiết phải cung cấp 1g nước đá tan thành nước thể lỏng 00C 0C Để xác định nhiệt nóng chảy nước đá ta dựa vào sở sau: - Nếu đặt tiếp xúc hai vật có nhiệt độ khác ta có q trình truyền từ vật nóng sang vật lạnh Quá trình chấm dứt trạng thái cân hai vật thực - Trong hệ cô lập gồm vật trao đổi nhiệt, đạt trạng thái cân nhiệt, nhiệt lượng vật tỏa nhiệt lượng vật hấp thu vào Thực thí nghiệm: Giả sử lượng nước đá có khối lượng M hòa tan cho khối lượng nước chứa nhiệt lượng kế nhiệt độ Ti Tài liệu giảng dạy Thực hành Vật lý đại cương A1 Nước đá nhận nhiệt lượng kế nước đá tan ra, cuối hệ cân nhiệt độ Tf Gọi: m1: khối lượng nhiệt lượng kế que khuấy C1= 0,22 cal/gđộ: nhiệt dung riêng chất làm nhiệt lượng kế que khuấy m2: khối lượng nước chứa nhiệt lượng kế Nhiệt lượng nhiệt lượng kế nước tỏa là: Q1 = (m1C1 + m2C2)(Ti – Tj) Nhiệt lượng M (g) nước đá thu vào để tan thành nước thể lỏng 0C cuối tăng nhiệt độ Tf là: Q2 = ML + MC2Tf Khi hệ cô lập đạt trạng thái cân nhiệt: Q1 = Q2  L= m1C1 + m2 C (Ti − T f ) − C T f M (*) Thiết bị thí nghiệm - Một bình nhôm dung làm nhiệt lượng kế - Một đua khuấy nhôm - Một nhiệt kế - Một cân Robreval hộp cân Nhiệt kế ngắn Que khuấy Vỏ cách nhiệt Nhiệt lượng kế III Thực hành: Ta dùng cân xác định m1, m2, M dùng nhiệt lượng kế xác định Ti, Tf Tài liệu giảng dạy Thực hành Vật lý đại cương A1 - Xác định m1, m2 Lần lượt thực phép cân: Phép cân 1: Bì (500g) cân với cân M1 Phép cân 2: Bì (500g) cân với cân M + nhiệt lượng kế que khuấy (khối lượng m1) Phép cân 3: Bì (500g) cân với cân M + nhiệt lượng kế que khuấy chứa nước (khối lượng nước m2) Kết hợp (Phép cân 1) (Phép cân 2) suy ra: m1 = M1 - M2 Kết hợp (Phép cân 2) (Phép cân 3) suy ra: m2 = M2 - M3 - Xác định Ti, Tf Đặt nhiệt kế vào nhiệt lượng kế (đặt tất bình thủy tinh), ta khuấy nhẹ Khi nhiệt độ nhiệt kế đứng yên, ghi nhiệt độ Ti vào bảng cuối Lấy khối nước đá (đủ bỏ không tràn nhiệt lượng kế có đũa khuấy nước), lau nhanh thả vào nhiệt lượng kế Tay khuấy nhẹ nhiệt độ không giảm, ghi nhiệt độ Tf vào bảng cuối - Xác định M Sau nhiệt độ Tf mang nhiệt lượng kế cân lại giữ nguyên bì lần trước Phép cân 4: Bì (500g) cân với cân M + nhiệt lượng kế que khuấy chứa nước (khối lượng nước nước đá hòa tan M) Kết hợp (Phép cân 3) (Phép cân 4) suy ra: M = M3 - M4 Chú ý: - Khối nước đá bỏ vào nhiệt lượng kế phải đủ nhỏ để tan thành nước - Lau khối nước bám quanh bên nhiệt lượng kế que khuấy trước cân Tiến hành phép cân nhiều lần Mỗi lần tính giá trị trung bình đại lượng tính độ ngờ ghi vào bảng sau: Các đại lượng cần đo Thí nghiệm lần Thí nghiệm lần (g) (g) (g) C Ti - Tf C C Tài liệu giảng dạy Thực hành Vật lý đại cương A1 Thí nghiệm lần (cal/g) Trong cơng thức: giá trị Trình bày kết quả: tính cơng thức lí thuyết (cal/g)  Câu hỏi (bài tập) củng cố: Tại phải khuấy nhẹ tay làm thí nghiệm? Tại phải lau nước đá trước bỏ vào nhiệt lượng kế? Trị số L xác định lớn hay nhỏ trị số lí thuyết? Tại sao? Nếu dung khối nước đá nhỏ đủ giảm hay 20C có bất lợi gì? Tại khơng cân khối nước đá trước Tính từ cơng thức (*) TÀI LIỆU THAM KHẢO  TÀI LIỆU THAM KHẢO ĐỂ BIÊN SOẠN NỘI DUNG MÔN HỌC: - Đặng Diệp Minh Tân – Bài giảng Vật lý đại cương A1 (Cơ, Nhiệt đại cương) Trường đại học Trà Vinh - Bài giảng môn học Thực hành Vật lý đại cương (lưu hành nội bộ) - Bộ môn Vật lý – khoa Khoa học Cơ - trường Đại học Trà Vinh - Giáo trình thực hành thí nghiệm Vật lý phổ thông – Bộ môn Vật lý – Khoa Sư Phạm – trường Đại học Cần Thơ - Giáo trình thực tập Cơ Nhiệt – Bộ môn Vật lý – Khoa Sư Phạm – trường Đại học Cần Thơ - Giáo trình thực hành Cơ Nhiệt đại cương– Bộ mơn Vật lý – Khoa Khoa học – trường Đại học Cần Thơ Tài liệu giảng dạy Thực hành Vật lý đại cương A1  TÀI LIỆU THAM KHẢO ĐỀ NGHỊ CHO HỌC VIÊN: - Đặng Diệp Minh Tân - Vật lý đại cương A1 (Cơ, Nhiệt) - Trường Đại học Vinh Trà - Bài giảng môn học Thực hành Vật lý đại cương (lưu hành nội bộ) - Bộ môn Vật lý – khoa Khoa học Cơ - trường Đại học Trà Vinh Tài liệu giảng dạy Thực hành Vật lý đại cương A1