THỰCHÀNH & THÍNGHIỆM I DỤNG CỤ ĐO Bảng 1: Liệt kê số dụng cụ đo trực tiếp số thông số thường gặp TT Dụng cụ Thông số đo trực tiếp Các đại lượng thường gặp Đồng hồ Thời gian Chu kỳ Biên độ, độ giãn lò xo; chiều dài lắc đơn, bước sóng sóng cơ, Thước Đo chiều dài khoảng vân, khoảng cách hai khe đến màn… Cân Khối lượng Khối lượng vật CLLX Lực kế Lực Lực đàn hồi, lực kéo lò xo Vơn kế Hiệu điện U đoạn mạch Ampe kế Cường độ dòng I mạch nối tiếp … … … Bảng liệt kê số thông số đo gián tiếp thường gặp TT Bộ dụng cụ đo Thông số đo gián tiếp Công thức liên hệ l 4 2l T 2 �g Đồng hồ, thước Gia tốc trọng trường g T m 4 2m �k k T2 kx F/x � � F � �k� kA F/A � � T 2 Đồng hồ, cân Hoặc: Lực kế thước Hoặc: Thước đồng hồ Đo độ cứng lò xo mg mg �k k l vf D i � a D P IU R l Thước máy phát tần số Tốc độ truyền sóng sợi dây Thước Bước sóng ánh sáng đơn sắc Vôn kế, Ampe kế … Công suất … II TRÌNH TỰ THÍNGHIỆM Các bước để thựcthínghiệm B1: Bố trí thínghiệm B2: Đo đại lượng trực tiếp (Thường tiến hành tối thiểu lần đo cho đại lượng) B3: Tính giá trị trung bình sai số B4: Biểu diễn kết Để làm dạng tập em cần nắm được: dụng cụ đo công thức liên hệ đại lượng cần đo gián tiếp đại lượng đo trực tiếp III SAI SỐ VÀ XỬ LÝ SAI SỐ Có nguyên nhân: + Sai số ngẫu nhiên + Sai số dụng cụ Quy ước: Sai số dụng cụ Adc lấy 0,5 độ chia nhỏ dụng cụ Ví dụ: Đồng hồ bấm dây có độ chia nhỏ 0,01s Adc = 0,01s 0,005s Thước có độ chia nhỏ 1mm Adc = 1mm 0,5mm Có loại sai số bạn cần quan tâm: Sai số tuyệt đối A; Sai số tương đối A(%), với A đại lượng cần đo 3.1 Phép đo trực tiếp Đại lượng cần đo là: A Thực n lần đo với kết quả: A1, A1, … An (thường đo lần) Giá trị trung bình A : A= A1 +A + +A n n Sai số tuyệt đối ngẫu nhiên trung bình ΔA ΔA1 = A1 A � � ΔA = A A � ΔA1 +ΔA + +ΔA n � �� ΔA= n � � ΔA n = A n A � � Sai số tuyệt đối ΔA : ΔA=ΔA ΔA dc Sai số tương đối A: εA = Kết phép đo: A=AΔA � ΔA (%) A A=Aε� A Ví dụ: Đùng đồng hồ bấm giây có thang chia nhỏ 0,01s để đo chu kỳ (T) dao động lắc Kết lần đo thời gian dao động toàn phần bảng sau Kết chu kỳ lắc là? Lần đo T (s) 3,00 3,20 3,00 3,20 3,00 Hướng dẫn �3, 00 �3, 20 T 3, 08 s T1 3,00 3,08 0,08s � �T1 �T2 � 0,096 s �� T T2 3, 20 3,08 0,12 s � Sai số tuyệt đối: T T Tdc 0,096s 0,01s 0,106s �0,11s Sai số tương đối: ε T = Kết quả: ΔT 0,11 0, 036 3, 6% T 3, 08 T 3, 08 �0,11 (s) HOẶC T 3, 08 (s) �3, 6% Lưu ý: Lỗi thí sinh hay mắc phải quên cộng sai số dụng cụ Tdc 3.2 Phép đo gian tiếp xmyn với m, n, k >0 Trong A đại lượng cần đo zk lại không đo trực tiếp (xem bảng 2) Các đại lượng x, y, z đại lượng đo trực tiếp Để tính sai số tuyệt đối tương đối phép đo A, em làm theo bước sau: Bước 1: Tính kết phép đo x, y, z mục 3.1: Δx x = xΔx � = x ε� x với ε x x Δy y = yΔy � = y ε� y với ε y y Các em chủ yếu gặp trường hợp A= Δz z Chú ý: Nếu cho loại tập thơng thường đề cho sẵn kết cần thiết: z = zΔz � = z ε� z với ε z � = y ε� y ; z = zΔz x = xΔx � = x ε� x ; y = yΔy � = z ε� z Bước 2: + Tính giá trị trung bình A : A= x m yn zk ΔA Δx Δy Δz m n k mε x nε y kε z A x y z + Tính sai số tương đối A: εA = + Sai số tuyệt đối ΔA : ΔA ε A A Bước Kết quả: A=AΔA � A=Aε� A Ví dụ: Đo tốc độ truyền sóng sợi dây đàn hồi cách bố trí thínghiệm cho có sóng dừng sợi dây Tần số sóng hiển thị máy phát tần f = 1000Hz 1Hz Đo khoảng cách nút sóng liên tiếp cho kết quả: d = 20cm 0,1cm Kết đo vận tốc v ? Hướng dẫn Khoảng cách nút sóng liên tiếp d = λ Suy ra: = d = 20cm 0,1cm Vận tốc: v λf 20000 cm/s Δv Δ Δf 0,6% Sai số tương đối: ε v = v f Sai số tuyệt đối: Δv ε v v = 120 cm/s Kết quả: v = 20.000 120 (cm/s) v = 20.000 cm/s 0,6% **** Chú ý: Thường người ta khơng đo dao động tồn phần để xác định chu kỳ thời gian chu kỳ ngắn Để tăng độ xác phép đo người ta đo lần cỡ 10 dao động tồn phần từ tính chu kỳ dao động Vấn đề sai số tính nào? L Trường hợp đại lượng A , với n > Để tính sai số tương đối A ta làm sau: n ΔL � = L ε� L với ε L + Tính: L = LΔL L ΔA ΔL L εL + Khi đó: A ε A A L n Một số phép đo tương ứng với trường hợp này: - Dùng đồng hồ bấm giây đo chu kỳ dao động lắc Thường người ta đo thời gian t n dao động toàn phần suy T = t/n Do vậy: ΔT Δt t T ε T T t n - Dùng thước đo bước sóng sóng dừng sợi dây đàn hồi: Người ta thường đo chiều dài L n bước sóng suy = L/n Do vậy: Δ ΔL L λ ε L n - Dùng thước đo khoảng vân giao thoa: Người ta thường đo bề rộng L n khoảng vân suy i = L/n Do vậy: Δi ΔL L i ε i i L n Ví dụ: Dùng thínghiệm giao thoa khe Young để đo bước sóng xạ đơn sắc Khoảng cách hai khe sáng S1S2 nhà sản xuất cho sẵn a = 2mm 1% Kết đo khoảng cách từ quan sát đến mặt phẳng chưa hai khe D = 2m 3% Đo khoảng cách 20 vân sáng liên tiếp L = 9,5mm 2% Kết đo bước sóng = ? Hướng dẫn Khoảng cách 20 vân sáng liên tiếp 19 khoảng vân: L = 19i i = L/19 L 9,5 Giá trị trung bình i: i 0,5mm 19 19 a i 2.0,5 Bước sóng trung bình: λ 0,5μm D Δi ΔL � εi = ε L Sai số tương đối bước sóng: i L Δ Δa Δi ΔD Δa ΔL ΔD ε a ε L + ε D 6% Suy ra: ε a i D a L D Sai số tuyệt đối bước sóng: Δ ε 6%.0,5 0,03μm Kết quả: = 0,5µm 6% = 0,5µm 0,03 µm IV CHỮ SỐ CĨ NGHĨA Định nghĩa: Chữ số có nghĩa chữ số (kể chữ số 0) tính từ trái sang phải kể từ chữ số khác không Giả sử sai số tuyệt đối tương đối đại lượng A nhận giá trị sau: + 0,97: chữ số khác không tô màu đỏ in đậm có chữ số có nghĩa + 0,0097: chữ số khác không tô màu đỏ in đậm có chữ số có nghĩa + 2,015: chữ số khác không tô màu đỏ in đậm có chữ số có nghĩa (phải tính chữ số đằng sau) + 0,0669: chữ số khác không tô màu đỏ in đậm có chữ số có nghĩa (chữ số lặp lại phải tính) + 9,0609: chữ số khác khơng tơ màu đỏ in đậm có chữ số có nghĩa Vậy xác định số chữ số có nghĩa đừng quan tâm dấu phẩy “,” BÀI TẬP TỰ LUYỆN Câu 1: Kết sai số tuyệt đối phép đo 0,0609 Số chữ số có nghĩa A B C D Câu 2: Kết sai số tuyệt đối phép đo 0,2001 Số chữ số có nghĩa A B C D Câu 3: Kết sai số tuyệt đối phép đo 1,02 Số chữ số có nghĩa A B C D Câu 4: Để đo lực kéo cực đại lò xo dao động với biên độ A ta cần dùng dụng cụ đo A Thước mét B Lực kế C Đồng hồ D Cân Câu 5: Cho lắc lò xo đặt nơi có gia tốc trọng trường biết Bộ dụng cụ dùng để đo độ cứng lò xo A thước cân B lực kế thước C đồng hồ cân D lực kế cân Câu 6: Để đo bước sóng xạ đơn sắc thínghiệm giao thoa khe Y âng, ta cần dùng dụng cụ đo A thước B cân C nhiệt kế D đồng hồ Câu 7Để đo công suất tiêu thụ trung bình đoạn mạch có điện trở thuần, ta cần dùng dụng cụ đo A Ampe kế B Vôn kế C Ampe kế Vôn kế D Áp kế Câu 8: Để đo gia tốc trọng trường dựa vào dao động lắc đơn, ta cần dùng dụng cụ đo A đồng hồ B đồng hồ thước C cân thước D thước Câu 9: Để đo gia tốc trọng trường trung bình vị trí (khơng u cầu xác định sai số), người ta dùng dụng cụ gồm lắc đơn; giá treo; thước đo chiều dài; đồng hồ bấm giây Người ta phải thực bước: a Treo lắc lên giá nơi cần xác định gia tốc trọng trường g b Dùng đồng hồ bấm dây để đo thời gian dao động tồn phần để tính chu kỳ T, lặp lại phép đo lần c Kích thích cho vật dao động nhỏ d Dùng thước đo lần chiều dài l dây treo từ điểm treo tới tâm vật l e Sử dụng công thức g 4 2 để tính gia tốc trọng trường trung bình vị trí T f Tính giá trị trung bình l T Sắp xếp theo thứ tự bước A a, b, c, d, e, f B a, d, c, b, f, e C a, c, b, d, e, f D a, c, d, b, f, e Câu 10: Để đo công suất tiêu thụ trung bình điện trở mạch mắc nối tiếp (chưa lắp sẵn) gồm điện trở R, cuộn dây cảm tụ điện, người ta dùng thêm bảng mạch ; nguồn điện xoay chiều ; ampe kế ; vôn kế thực bước sau a nối nguồn điện với bảng mạch b lắp điện trở, cuộn dây, tụ điện mắc nối tiếp bảng mạch c bật công tắc nguồn d mắc ampe kế nối tiếp với đoạn mạch e lắp vôn kế song song hai đầu điện trở f đọc giá trị vơn kế ampe kế g tính cơng suất tiêu thụ trung bình Sắp xếp theo thứ tự bước A a, c, b, d, e, f, g B a, c, f, b, d, e, g C b, d, e, f, a, c, g D b, d, e, a, c, f, g Câu 11: Một học sinh dùng đồng hồ bấm giây để đo chu kỳ dao động điều hòa T vật cách đo thời gian dao động Ba lần đo cho kết thời gian dao động 2,00s; 2,05s; 2,00s ; 2,05s; 2,05s Thang chia nhỏ đồng hồ 0,01s Kết phép đo chu kỳ biểu diễn A T = 2,025 0,024 (s) B T = 2,030 0,024 (s) C T = 2,025 0,024 (s) D T = 2,030 0,034 (s) Câu 12: Một học sinh làm thínghiệm đo chu kỳ dao động lắc đơn Dùng đồng hồ bấm giây đo lần thời gian 10 đao động toàn phần 15,45s; 15,10s; 15,86s; 15,25s; 15,50s Bỏ qua sai số dụng cụ Kết chu kỳ dao động A 15,43 (s) 0,21% B 1,54 (s) 1,34% C 15,43 (s) 1,34% D 1,54 (s) 0,21% Câu 13: Một học sinh làm thínghiệm đo gia tốc trọng trường dựa vào dao động lắc đơn Dùng đồng hồ bấm giây đo thời gian 10 đao động tồn phần tính kết t = 20,102 0,269 (s) Dùng thước đo chiều dài dây treo tính kết L = 0,001(m) Lấy 2=10 bỏ qua sai số số pi (π) Kết gia tốc trọng trường nơi đặt lắc đơn A 9,899 (m/s2) 1,438% B 9,988 (m/s2) 1,438% C 9,899 (m/s2) 2,776% D 9,988 (m/s2) 2,776% Câu 14: Một học sinh làm thínghiệm đo gia tốc trọng trường dựa vào dao động lắc đơn Dùng đồng hồ bấm giây đo thời gian 10 đao động toàn phần tính kết t = 20,102 0,269 (s) Dùng thước đo chiều dài dây treo tính kết L = 0,001(m) Lấy 2=10 bỏ qua sai số số pi (π) Kết gia tốc trọng trường nơi đặt lắc đơn A 9,899 (m/s2) 0,142 (m/s2) B 9,988 (m/s2) 0,144 (m/s2) C 9,899 (m/s2) 0,275 (m/s2) D 9,988 (m/s2) 0,277 (m/s2) Câu 15: Một học sinh dùng cân đồng hồ bấm giây để đo độ cứng lò xo Dùng cân để cân vật nặng cho kết khối lượng m = 100g 2% Gắn vật vào lò xo kích thích cho lắc dao động dùng đồng hồ bấm giây đo thời gian t dao động, kết t = 2s 1% Bỏ qua sai số số pi () Sai số tương đối phép đo độ cứng lò xo A 4% B 2% C 3% D 1% Câu 16: Để đo tốc độ truyền sóng v sợ dây đàn hồi AB, người ta nối đầu A vào nguồn dao động có tần số f = 100 (Hz) 0,02% Đầu B gắn cố định Người ta đo khoảng cách hai điểm dây gần không dao động với kết d = 0,02 (m) 0,82% Tốc độ truyền sóng sợi dây AB A v = 2(m/s) 0,84% B v = 4(m/s) 0,016% C v = 4(m/s) 0,84% D v = 2(m/s) 0,016% Câu 17: Để đo tốc độ truyền sóng v sợ dây đàn hồi AB, người ta nối đầu A vào nguồn dao động có tần số f = 100 (Hz) 0,02% Đầu B gắn cố định Người ta đo khoảng cách hai điểm dây gần không dao động với kết d = 0,02 (m) 0,82% Tốc độ truyền sóng sợi dây AB A v = 2(m/s) 0,02 (m/s) B v = 4(m/s) 0,01 (m/s) C v = 4(m/s) 0,03 (m/s) D v = 2(m/s) 0,04 (m/s) Câu 18: Một học sinh làm thínghiệm đo bước sóng nguồn sáng thínghiệm khe Young Giá trị trung bình sai số tuyệt đối phép đo khoảng cách hai khe sáng a a; Giá trị trung bình sai số tuyệt đối phép đo khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến đo D D; Giá trị trung bình sai số tuyệt đối phép đo khoảng vân i i Kết sai số tương đối phép đo bước sóng tính A (%) �a i D � B (%) (a i D).100% 100% � � i D � �a a i D � C (%) (a i D).100% D (%) � 100% � � i D � �a Câu 19: Một học sinh làm thínghiệm đo bước sóng nguồn sáng thínghiệm khe Young Khoảng cách hai khe sáng 1,00 ± 0,05 (mm) Khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến đo 2000 ± 1,54 (mm); khoảng cách 10 vân sáng liên tiếp đo 10,80 ± 0,14 (mm) Kết bước sóng A 0,60m ± 6,37% B 0,54m ± 6,22% C 0,54m ± 6,37% D 0,6m ± 6,22% Câu 20: Một học sinh làm thínghiệm đo bước sóng nguồn sáng thínghiệm khe Young Khoảng cách hai khe sáng 1,00 ± 0,05 (mm) Khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến đo 2000 ± 1,54 (mm); khoảng cách 10 vân sáng liên tiếp đo 10,80 ± 0,14 (mm) Kết bước sóng A 0,600m ± 0,038m B 0,540m ± 0,034m C 0,540m ± 0,038m D 0,600m ± 0,034m 1D 11D 2C 12B 3A 13C 4B 14C 5D 15A 6A 16C 7C 17C 8B 18D 9B 19A 10D 20A ... Δv Δ Δf 0,6% Sai số tương đối: ε v = v f Sai số tuyệt đối: Δv ε v v = 120 cm/s Kết quả: v = 20.000 120 (cm/s) v = 20.000 cm/s 0,6% **** Chú ý: Thường người ta khơng đo dao động... y Các em chủ yếu gặp trường hợp A= Δz z Chú ý: Nếu cho loại tập thơng thường đề cho sẵn kết cần thi t: z = zΔz � = z ε� z với ε z � = y ε� y ; z = zΔz x = xΔx � = x ε� x ; y = yΔy � = z ε� z... T 3, 08 s T1 3,00 3,08 0,08s � �T1 �T2 � 0,096 s �� T T2 3, 20 3,08 0 ,12 s � Sai số tuyệt đối: T T Tdc 0,096s 0,01s 0,106s �0,11s Sai số tương đối: ε T =