Lời nói đầu Vật lý học l môn khoa häc thùc nghiƯm Thùc hμnh vËt lý lμ mét kh©u quan trọng việc rèn luyện cho sinh viên khả vận dụng kiến thức vo thực tiễn, trang bị phơng pháp v kỹ thực hnh vật lý, l khâu giúp cho sinh viên có khả xây dựng thí nghiệm để kiểm chứng lý thuyết v rèn luyện cho sinh viên đức tính cẩn thận, khéo léo cần thiết ngời dợc sĩ sau ny Chúng chọn lọc bi thực hnh vừa có tính chất giúp sinh viên hiểu sâu thêm phần học giáo trình vật lý đại cơng, vừa mang tính chất phục vụ ngnh Dợc, phơng pháp v dụng cụ, máy móc dùng ti liệu ny l dụng cụ, máy móc thông dụng phòng thí nghiệm v thực tế ngnh Dợc Nội dung giáo trình ny đợc chia thnh hai phần: Phần mở đầu nhằm giúp sinh viên hiểu rõ mục đích, yêu cầu v cách tiến hnh bi thực hnh vật lý; ®ång thêi giíi thiƯu nh÷ng vÊn ®Ị chung vỊ sai số, cách xử lý số liệu, cách viết kết v cách vẽ đồ thị thực nghiệm Phần thứ hai l bi thực hnh Cơ - Nhiệt - §iƯn – Quang – Phãng x¹ phơc vơ ngμnh nghỊ Nội dung bi đợc viết ngắn gọn, chủ yếu nhằm lm rõ mục đích, nguyên tắc v cách thức tiến hnh thí nghiệm Sinh viên sử dụng giáo trình vật lý đại cơng v ti liệu tham khảo khác để hiểu thật rõ lý thuyết trớc thực hnh, đồng thời để chuẩn bị trả lời câu hỏi nêu cho bi Tμi liƯu nμy chđ u dïng cho sinh viªn ngμnh Dợc, nhiên sinh viên ngnh khác dùng lm ti liệu tham khảo Chúng mong nhận đợc góp ý đồng nghiệp, bạn sinh viên để ti liệu ngy cng đợc hon thiện Xin chân thnh cảm ơn Thái Nguyên, ngy 28 tháng năm 2011 Bộ môn Vật lý - Lý sinh y học Những quy định chung thực hnh vật lý đại cơng Trớc thực hnh phải phải chuẩn bị kỹ nh, trả lời đợc câu hỏi, nắm đợc mục đích v cách tiến hnh bi thí nghiệm Trớc bi thực hnh giáo viên kiểm tra, thấy không chuẩn bị, giáo viên không cho lm thực hnh Phải có mặt phòng thí nghiệm giờ, sinh viên no muộn 15 phút không đợc vo thực tập buổi Phải để cặp sách v ngồi chỗ qui định, tuyệt đối giữ trật tự kỉ luật Nhóm trởng kiểm tra dụng cụ, máy đo có hỏng phải báo cho cán phụ trách phòng thí nghiệm Trong thực hnh phải tuyệt đối tuân theo hớng dẫn giảng viên v cán phụ trách phòng thí nghiệm, phải đảm bảo an ton, tính xác v phải cẩn thận, không lm h hỏng, cháy máy đo điện dụng cụ dễ vỡ khác, không đợc mắc vo ổ điện không đợc phép, không đợc tù tiƯn sư dơng c¸c dơng cơ, m¸y mãc cha đợc hớng dẫn, phải giữ vệ sinh phòng thí nghiệm, luôn giữ trật tự, yên lặng, gọn gng, Cấm ăn uống, hút thuốc, sử dụng điện thoại phòng thí nghiệm Cán hớng dẫn đình buổi thí nghiệm sinh viên vi phạm nội qui phòng thí nghiệm Cấm lm thí nghiệm giáo viên v nhân viên phòng thí nghiệm Sau buổi thí nghiệm, nhóm xếp dụng cụ vo chỗ cũ v bn giao thiết bị cho cán quản lí đầy đủ, trờng hợp hỏng, phải bồi thờng Mỗi báo cáo thí nghiệm phải có chữ ký giáo viên xác nhận số liệu thu đợc Mỗi sinh viên phải nộp bi báo cáo thí nghiệm cho giáo viên phụ trách vo đầu buổi thí nghiệm Lm đủ bi thực hnh, thiếu phải xin phÐp lμm bï ngay, chØ sau hoμn thμnh bi thực hnh đợc quyền dự thi cuối học kỳ hớng dẫn thực hnh vật lý đại cơng Mục đích thực hnh vật lý: Đối với sinh viên Dợc, thực hnh vật lý nhằm mục tiêu sau: - Hiểu sâu thêm phần lý thuyết học chơng trình vật lý đại cơng - Nắm vững nguyên tắc lý thuyết phơng pháp thực hμnh - Lμm quen vμ biÕt c¸ch sư dơng c¸c dụng các, máy thông thờng, kỹ v kinh nghiệm sử dụng dụng cụ đơn giản ny bổ ích tiếp xúc với máy phức tạp thực tiễn ngnh nghề - Biết phơng pháp lm công tác thực nghiệm: Xác định mục đích thí nghiệm, phơng pháp đạt mục đích đó, lựa chọn v chuẩn bị, ghi chép kết quả, tính toán xử lý c¸c sè liƯu, viÕt b¸o c¸o thÝ nghiƯm - RÌn luyện đức tính v tác phong ngời Dợc sỹ: Trung thùc, kh¸ch quan, thËn träng, chÝnh x¸c H−íng dÉn lμm mét bμi thùc hμnh lý: 2.1 ChuÈn bÞ: §äc kü bμi thÝ nghiƯm ë nhμ tr−íc lμm thực hnh để vững mục đích, yêu cầu, trình tự tiến hnh, nguyên tắc cấu tạo v vận hnh dụng cụ, thiết bị thí nghiệm 2.2 Tiến hnh thí nghiệm: Xem kỹ cấu tạo, tính năng, độ xác dụng cụ: cần thận trọng v nhĐ nhμng Lμm theo tõng b−íc tiÕn hμnh bi quy định Các số liệu thực nghiệm ghi vo sổ thực hnh rõ rng, để dùng tính toán Nói chung đại lợng đo từ lần trở lên Tính kết thực nghiêm theo cách tính bi Vẽ đồ thị (nếu cã) NhËn xÐt vμ kÕt luËn Cã thÓ so sánh kết thu đợc với lý thuyết, với kết sách, ngời khác Cần nêu rõ bi thí nghiệm lm, sai số gây nên yếu tố no đáng kể, giảm bớt hay loại trừ chúng không, cải thiện phơng pháp nh no Những kinh nghiệm có đợc trình thực nghiệm Công việc nhận xét v kết luận l khâu trọng yếu thiếu đợc sau lm thí nghiệm Nó giúp ta suy nghĩ, phân tích, tổng kết v khẳng định phơng pháp, kết đo Phần ny thể rõ lực t ngời lm thí nghiệm KiĨm tra, thu dän vƯ sinh dơng cơ, bμn ghế Bn giao dụng cụ cho cán phòng thí ngiệm Báo cáo số liệu thu đợc sau thí nghiệm cho thầy giáo hớng dẫn Lm báo cáo thí nghiệm Sau bi thực hnh, sinh viên phải viết bi báo cáo (Mỗi ngời viết riêng) Bi ny đợc nộp vo bi thực hnh (các số liệu thực hnh báo cáo cho thầy gi¸o h−íng dÉn sau bi thùc hμnh) Néi dung bi báo cáo thí nghiệm phải lm theo mẫu sau: B¸o c¸o thÝ nghiƯm Bμi sè Hä vμ tªn: Líp: Tỉ (nhãm): Điểm đánh giá GV Ngy thực hnh: Giảng viên hớng dẫn: I Mơc ®Ých thÝ nghiƯm II Tóm tắt nguyên tắc lý thuyết v Các bớc tiến hnh iII Bảng số liệu thu đợc v kết Bảng số liệu Vẽ đồ thị (nếu có) Kết quả: Tuỳ thuộc vo yêu cầu bμi mμ xư lý sè liƯu, nªu nhËn xÐt vμ biện luận kết IV Trả lời câu hỏi giáo trình: (Phải trả lời đầy đủ câu hỏi phần Phơng pháp tổng quát dùng m¸y: 3.1 Khi dïng m¸y lμm thùc hμnh, ng−êi sinh viên phải: - Đọc kĩ lời dẫn cách dùng máy, ghi bi thực hnh lời dẫn đặt cạnh máy - Nhận biết tất phận máy - Dùng máy theo giai đoạn ghi dới v theo kü tht ghi tμi liƯu “ChØ dÉn sư dụng máy 3.2 Năm giai đoạn dùng máy bắt buộc phải tuân theo: 3.2.1 Nhận biết: Điều kiện sử dụng v đặc điểm máy Thí dụ: Máy dùng điện 110V hay 220V; Độ xác máy l bao nhiêu? 3.2.2 Kiểm điểm: Trớc cho máy chạy, điều kiện dùng máy hội đủ cha?(nếu mời cán phòng thí nghiệm giải quyết) Tất phận điều khiển vị trí khởi đầu 3.2.3 Điều chỉnh: Cho máy chạy v điều chỉnh máy theo kĩ thuật hớng dẫn dùng máy để thu đợc kết 3.2.4 Dùng máy: Dùng máy theo kĩ thuật định (theo ti liệu hay cán phòng thí nghiệm hớng dẫn) 3.2.5 Bảo dỡng sau dùng: Đặt tất phận điều khiển trở lại vị trí ban đầu Tắt máy Lau rửa máy móc v dụng cụ Bn giao máy cho cán phòng thí nghiệm Bi mở đầu Sai số v cách tính §å thÞ vËt lý Sai sè: 1.1 §o l−êng v loại sai số: 1.1.1 Đo lờng: Đo lờng đại lợng vật lý l tiến hnh so sánh đại lợng cần đo với đại lợng loại đợc chọn lm đơn vị Phép đo đại lợng vật lý đợc chia lm hai loại: phép đo trc tiếp v phép đo gián tiếp - Trong phép đo trực tiếp, đại lợng cần đo đợc so sánh trực tiếp với đại lợng đợc chọn lm đơn vị Thí dụ: §o chiỊu dμi b»ng th−íc - Trong phÐp ®o gián tiếp, đại lợng cần đo đợc xác định thông qua công thức vật lý nêu lên mối quan hệ đại lợng ny với đại lợng đo trực tiÕp ThÝ dơ: gia tèc r¬i tù cã thĨ đợc xác định gián tiếp nhờ công thức: g = 2h thông qua hai t2 phép đo trực tiếp l ®o ®é dμi qu·ng ®−êng h vμ thêi gian r¬i t 1.1.2 Định nghĩa v phân loại sai số: Khi đo đại lợng vật lý nhiều lý khách quan v chủ quan, ta no đạt đợc độ xác tuyệt đối Độ sai lệch giá trị đo đợc v giá trị thực đại lợng cần đo gọi l sai số Sai số đợc chia lm loại bản: Sai số hệ thống vμ sai sè ngÉu nhiªn 1.2 Sai sè hƯ thèng: Sai số hệ thống l sai số gây yếu tố tác động nh lên kết đo, có giá trị không đổi lần đo, đợc tiÕn hμnh b»ng cïng mét dông cô, theo cïng mét phơng pháp Thí dụ: Dùng cân có sai số 0,01g để cân vật, khối lợng vật tăng (hay giảm) lợng l 0,01g Khi lm thí nghiệm cần cố gắng loại trừ hay giảm tối đa sai số hệ thống Muốn cần biết loại sai số hệ thống mắc phải v khử chúng Thờng chia sai sè hÖ thèng thμnh ba nhãm: 1.2.1 Sai số hệ thống biết rõ nguyên nhân nhng xác giá trị: Sai số mắc phải thuộc loại ny l độ xác dụng cụ đạt giá trị no Đối với dụng cụ, ta biết đợc sai số hệ thống lớn mắc phải, thờng đợc ghi dụng cụ Thí dụ thớc đo chiều di ghi 0,001m, nghĩa l sai số cực đại thớc l 0,001m số dụng cụ (cả đồng hồ đo điện) sai số hệ thống cực đại đợc xác định dựa cấp xác dụng cụ Thí dụ vôn kế ghi 0,5 (cấp xác l 0,5), nghĩa l sai số hệ thống mắc phải dïng v«n kÕ lμ b»ng 0,5% toμn chia Víi dụng cụ không ghi cấp xác, thờng quy ớc sai số hệ thống cực đại nửa (hay một) giá trị chia nhỏ dụng cụ Thí dụ, cân phân tích có giá trị chia nhỏ đòn cân l 0,2mg, sai số hệ thống cực đại cân l 0,1mg Không thể khử đợc loại sai số hệ thống ny, giảm cách thay dụng cụ có cấp xác cao hay thay đổi thang đo dụng cụ (víi dơng ®o ®iƯn) 1.2.2 Sai sè hƯ thèng biết xác nguyên nhân v độ lớn: Chẳng hạn cha có dòng điện chạy qua, kim Ampe kế không số m 0,1A Nh kết đọc Ampe kế ny lớn giá trị thực 0,1A.Sai số hệ thống kiểu nμy chØ cã thĨ khư b»ng c¸ch hiƯu chØnh (céng hay trừ) kết Chính vậy, trớc đo phải kiểm tra điểm không dụng cụ 1.2.3 Sai số hệ thống mắc phải tính chất vật đo: Thí dụ đo khối lợng riêng chất rắn dựa theo công thức: D= m V Trong m l khối lợng vật lm chất đó, đợc đo phép cân V l thể tích vật đo đợc lợng nớc tro nhúng chìm vật vo lọ picnomet Nhng vật không đồng (bên vật có khoảng trống) thể tích thể tích đo đợc lớn thể tích thực vật Do khối lợng riêng nhỏ khối lợng riêng thực vật Loại sai số hệ thống ny không thấy rõ chất v độ lớn, song lm sai lệch hẳn kết đo Có thể giảm sai số loại ny cách thay đổi điều kiện đo, nh đo nhiều vật khác lμm b»ng cïng mét chÊt Nh− vËy chØ cã sai sè hƯ thèng nhãm thø nhÊt lμ kh«ng thĨ khử đợc hon ton Vì thế, sai số hệ thống mắc phải phép đo, phải ®é chÝnh x¸c cđa dơng (hay sai sè dơng cơ) 1.3 Sai sè ngÉu nhiªn: Sai sè ngÉu nhiªn gây nguyên nhân chủ quan v khách quan khác nhau, tác động cách ngẫu nhiên lên kết đo Khác với sai số hệ thống, sai số ngẫu nhiên có độ lớn v dấu khác lần đo Khi sai số hệ thèng nhá cã thĨ bá qua, sai sè ngÉu nhiªn l nguyên nhân lm phân tán kết quanh giá trị thực Sai số ngẫu nhiên tuân theo quy luật thống kê tợng ngẫu nhiên 1.4 Một số vấn đề lý thuyết xác suất: 1.4.1 Khái niệm xác suất: - Tần suất: Tần suất để xảy tợng A l đại lợng đo tỉ số số lần xuất hiện tợng A tổng số lần thử: nA N nA: Số lần xuất hiện tợng A N: Tổng số lần thử - Xác xuất: tăng số lần thử N lên vô đại lợng nA tiến tới giới hạn, l xác xuất để t−ỵng A xt hiƯn Ta cã: nA = p(A) N->∞ N lim 1.4.2 Sự phân bố kết phép đo: Giả sử đo cẩn thận nhiều lần đại lợng có giá trị thực X phơng pháp, dụng cụ Dựng đồ thị biểu diễn số lần xuất giá trị đo theo giá trị đo Khi số lần đo ®đ lín vμ dơng ®o cã ®é chÝnh x¸c cao, ta đợc đồ thị có dạng hình chuông, đối xứng qua trục thẳng đứng X v đạt cực đại điểm ny Đờng cong ny gọi l ®−êng cong ph©n bè Cã thĨ ®−a vμo hμm f(x) biĨu diƠn ®−êng cong nμy gäi lμ hμm mËt ®é xác xuất Khi có điểm đờng cong (xoay chiều) có honh độ l giá trị kết ®o vμ tung ®é lμ sè lÇn xt hiƯn kÕt Nếu chọn x = 0, đờng cong phân bè ®èi xøng qua trơc tung vμ trơc hoμnh sÏ biĨu diƠn sai sè ngÉu nhiªn (ký hiƯu Δ xn) Ph©n bè nμy gäi lμ ph©n bè chuÈn (Ph©n bè Gauss) Trong thực nghiệm gặp vi phân bố khác, nhng phân bố Gauss l phổ biến 1.4.3 Trung bình số học đại lợng đo: Giả sử đại lợng no có giá trị thực X Đo trực tiếp n lần, đợc kết sau: x1, x2, , xn Trung bình số học (trị trung bình) đại lợng l: n x= ∑ x i n i=1 Khi sè lần đo n l vô lớn x = X Nếu n đủ lớn x X Vì thế, trung bình số học l giá trị gần (tốt nhất) giá trị thực X 1.4.4 Sai số ton phơng trung bình (độ lệch chuẩn): Sai số ton phơng trung bình phép đo riêng biệt đợc định nghĩa công thức: = lim σ * n →∞ n σ* = Víi: ∑ (x i - X)2 i=1 n n = ∑e i i=1 n (2) Trong ®ã: ei = xi X Trong thực tế thờng giá trị thực (X) đại lợng l đợc, ngời ta biết đợc giá trị trung bình ( x ) nó, giá trị ei = xi X đợc thay bằng: di = x i x ( giá trị di đợc gọi l độ lệch), công thøc (2) sÏ lμ n σ* = ∑d i i=1 n-1 (3) Trong trờng hợp số lần đo không nhỏ, ta có biểu thức gần đúng: n S = σ ≈ σ* = ∑d i i=1 n-1 (4) Công thức (4) có chứa tổng bình phơng Điều gây khó khăn tính toán Vì thế, thực tế không đòi hỏi xác cao, ta áp dụng công thức gần ®óng sau: n S=σ ≈σ = * d 5∑ i i=1 (5) n- Trên đờng cong phân bố, chọn x = 0, đờng cong có ®iĨm n t¹i x = ± σ VËy σ l thớc đo độ rộng đờng cong phân bố DƠ dμng nhËn thÊy r»ng, sai sè toμn ph−¬ng trung bình (hay gọi l độ lệch chuẩn S) phép đo phản ánh độ xác (hay độ tản mạn) phép đo 1.5 Sai số tuyệt đối v sai số tơng đối: Nếu loại trừ sai số lỗi lầm, phép đo mắc phải sai số hệ thống v sai số ngẫu nhiên Khi sai số tổng hợp (còn gọi l sai số tuyệt đối) đợc định loại sai số Gọi sai số tuyệt đối l x, sai sè hÖ thèng lμ - Δ xh, sai sè ngÉu nhiªn - Δ xn Ta cã: Δ x = Δ xh + Δ xn (6) Sai sè Δ xn đợc tính theo công thức: xn = t S n (7) Trong ®ã S (hay σ ) tÝnh theo công thức (4) (5) t = trị sè (gäi lμ chØ sè student) phô thuéc vμo sè bËc tù do: k = n – (n lμ số lần lm thí nghiệm) v vo độ tin cậy (hay xác suất) Giá trị t tra bảng thống kê (bảng student) Thí dụ: K=n-1 K 10 20 12.7 4,3 3,2 2,8 2,6 2,5 2,4 2,3 2,3 2,2 2,1 2,0 63,7 9,9 5,8 4,6 4,0 3,7 3,5 3,4 3,3 3,2 2,8 2,8 lín tα ( Víi α =0,95) tα ( Víi α =0,99) Sai sè hƯ thống - xh thờng độ xác dụng cụ đo quy định hay quy ớc nửa (cũng một) giá trị nhỏ đọc đợc dụng cụ đo Do cần ý cách dùng nh sau: Để đo cờng độ dòng điện nhỏ chạy đoạn mạch, ta dùng hai dây đo cắm vo hai lỗ "COM" (lỗ chung) v lỗ "A" đồng hồ Hai đầu cốt lại dây đo đợc mắc nối tiếp với đoạn mạch Chuyển mạch chọn thang đo đợc vặn vị trí thuộc giải đo DCA để đo dòng điện chiều, ACA để đo dòng xoay chiều Sau lỗ "A" bên đồng hồ có cầu chì bảo vệ, dòng điện đo vợt giá trị thang đo, cầu chì bị thiêu chảy, tất thang đo dòng điện nhỏ ngng hoạtđộng cầu chì đợc thay Điều tai hại tợng tự xảy mắc Ampe kế song song vớihai đầu đoạn mạch có hiƯu ®iƯn thÕ H·y rÊt thËn träng sư dơng thang đo dòng, không để cháy cầu chì! Để đo cờng độ dòng điện lớn - 10A, ta dùng hai dây đo cắm vo hai lỗ "COM" (lỗ chung) v lỗ "10A"(hoặc 20A) đồng hồ Hai đầu cốt lại dây đo đợc mắc nối tiếp với đoạn mạch Chuyển mạch chọn thang đo đợc vặn vị trí DCA - 10A để đo dòng chiều, AAC - 10A để đo dòng xoay chiều Sau lỗ 10A (hoặc 20A), bên đồng hồ cầu chì bảo vệ, bị đoản mạch thờng gây cháy, nổ mạch điện ngoi nguồn điện Do đó, cần chọn thang đo v không nhầm lẫn thao tác đo v dòng l hai yếu tố định bảo vệ an ton cho ®ång hå §Ĩ ®o hiƯu ®iƯn thÕ mét chiỊu, xoay chiều, ta dùng hai dây đo cắm vo hai lỗ "COM" (lỗ chung) v lỗ "V/ " mặtđồng hồ Hai đầu có mỏ kẹp cá sấu lại dây đo đợc mắc song song với đoạn mạch Chuyển mạch chọn thang đo đợc vặn vị trí thuộc giải đo DCV để đo hiệu điện thÕ mét chiỊu, ACV ®Ĩ ®o hiƯu ®iƯn thÕ xoay chiều Khảo sát mạch điện chiều: Xét mạch ®iƯn mét chiỊu gåm ngn ®iƯn mét chiỊu Un cung cấp diện cho bóng đèn dây tóc Đ có điện trở R (Hình 2) Hình Điện áp nguồn điện Un thay đổi đợc nhờ biến trở núm xoay P Hiệu điện U hai đầu bóng đèn Đ đợc đo vônkếmột chiều V v cờng độ dòng điện I chạy qua bóng đèn ®−ỵc ®o b»ng ampe kÕ mét chiỊu A 29 Theo định luật Ôm đoạn mạch chiều: I= U R (3) Nếu R không đổi I tỉ lệ bậc với U Đồ thị I = f(U) - gọi l đặc tuyến vôn - ampe, có dạng đờng thẳng qua gốc toạ độ với hệ số góc: tgα = =G R (4) Trong ®ã G lμ ®é dÉn ®iƯn cđa ®o¹n m¹ch Nh−ng hiƯu øng Jun - Lenxơ, nhiệt độ dây tóc bóng đèn tăng lên v đợc tính theo công thức gần đúng: Rt = R0 (1 + α t) (5) Víi Rt lμ ®iƯn trë ë t0C, R0 lμ ®iƯn trë ë 00C vμ α = 4,82.10-3K-1 lμ hƯ sè nhiƯt cđa điện trở Kết l cờng độ dòng điện I chạy qua dây tóc bóng đèn Đ không tăng tỉ lệ tuyến tính theo hiệuđiện U hai đầu dây tóc bóng đèn Đặc tuyến vôn ampe I = f(U) dây tóc bóng đèn có dạng đờng cong v nhiệt độ dây tóc nóng sáng đợc tính theo công thức: t= Rt ⎢ (1 + α t p ) − 1⎥ α ⎢⎣ R p ⎥⎦ (6) Rp lμ ®iƯn trë cđa dây tóc bóng đèn nhiệt độ phòng IV Trình tự thí nghiệm: Kiểm tra hoạt động ngn ®iƯn 12V - 3A (AC - DC power supply) Bộ nguồn điện 12V - 3A/AC - DC (hình 3) cung cấp: Hình - Điện áp chiều - 12V đợc lấy từ haicọc đấu dây 12V phía phải, cung cấp dòng tối đa 3A, điều chỉnh liên tục nhừ núm xoay P Hai đồng hồ A v V lắp mặt nguồn dùng thị gần điện áp v dòng điện (>1,5%) - Điện áp xoay chiều cố định 12V lấy từ hai lỗ đấudây phía trái 30 - Kiểm tra hoạt dộng củ nguồn cách: + Cắm phích lấy điện nguồn ny vo ổ diƯn xoay chiỊu 220V trªn bμn thÝ nghiƯm + BÊm khoá K mặt nguồn: đèn LED phát sáng báo hiệu sẵn sng hoạt động + Vặn tõ tõ nóm xoay P theo chiỊu kim ®ång hå đồng thời quan sát vôn kế V mặt nguồn Nếu kim thị dịch chuyển đặn ton thang đo (0 12V) l đạt yêu cầu + Vặn trả lại núm xoay P vị trí tận cùngbên trái Bấm khoá K để tắt nguồn Vẽ đặc tuyến vôn - ampe bóng đèn dây tóc a Mắc mạch điện bảng lắp theo sơ đồ hình Bộ nguồn điện 12V - 3A/Ac - Dc cung cấp điện áp chiều biến ®ỉi - 12V (lÊy trªn hai cùc ±12V cđa nó) cho bóng đèn dây tóc Đ (12V - 3W) Dùng hai đồng hồ đa số DT9202 lm v«nkÕ mét chiỊu V vμ ampe kÕ mét chiỊu A b Chọn thang đo cho hai đồng hồ: - Vônkế V đặt thang đo chiều DCV20V Lỗ "V/ " l cực dơng (+), lỗ "COM" l cực âm (-) vônkế Sử dụng hai dây đo có hai đầu phích (hoặc có mỏ kẹp cá sấu) để nối vônkế song song với mạch điện - Ampe kế A đặt thang đo chiều DCA 10A Lỗ "20A" l cực dơng (+), lỗ "COM" l cực âm (-) Sử dụng hai dây đo có hai đầu cốt để mắc Ampe kế nối tiếp với mạch diện Sau thiết lập xong, mời thầy giáo kiểm tra mạch điện trớc cấp điện cho mạch Bấm khoá K mặt nguồn: đèn LED phát sáng, báo hiệu sẵn sng hoạt động c Tiến hnh đo: Bấm nút "ON/OFF" vôn kế V v ampekế A cho chúng hoạt động Vặn từ từ núm xoay P nguồn để điều chỉnh hiệu điện U (hiển thị vôn kế số V), tăng dần 0,5 vôn một, từ đến 10V Đọc v ghi giá trị cờng độ dòng điện I tơng ứng (hiển thị vôn kế A) vo bảng d Kết thúc phép đo: Vặn nhẹ núm xoay P tận bên trái Bấm khoá K để tắt nguồn Bấm nút "ON/OFF" hai đồng hồ để tắt điện cho chúng Xác định nhiệt độ nóng sáng dây tóc bóng đèn Để xác định nhiệt độ nóng sáng dây tóc đèn,ta phải đo điện trở dây tóc bóng đèn nhiệt độ phòng Tháo vôn kế V khỏi mạch điện, vặn chuyển mạch chọn thang 31 đo vị trí "200 " dùng lm ômkế để đo điện trở Các cực "V/ " v "COM" ômkế đợc nối với hai đầu bóng đèn Đ Bấm nút "ON" mặt ômkế, đọcgiá trị điện trở dây tóc đèn v ghi vo bảng Đọc v ghi giá trị nhiệt độ phòng nhiệt kế - 1000C vo bảng Bấm nút "OFF" để tắt điện cho ômkế Ghi vo bảng 1: Giá trị giới hạn, độ nhạy, cấp xác v số n quy định thang đo chọn vôn kế V v Ampekế A (xem bảng thông số kĩ thuật đồng hồ số DT 9202 bảng sau) V Câu hỏi kiểm tra Căn vo cặp giá trị I, U tơng ứng bảng 1, vẽ đặc tuyến vôn - ampe I = f(U) bóng đèn dây tóc Đặc tuyến ny l đờng thẳng hay cong? Từ suy quan hệ cờng độ dòng điện chạy qua dây tóc bóng đèn Đ v hiệu điện U hai đầu có tuân theo định luật Ôm không? Giải thích sao? áp dụng định luật ôm để xác định giá trị điện trở Rt dây tóc bóng đèn Đ nhiệt độ nóng sáng t0C hiệu điện hai đầu đèn l U = 10V Xác định nhiệt độ t0C công thức (6) 32 Báo cáo thí nghiệm Khảo sát đặc tuyến Vôn - Ampe dây tóc bóng đèn Trờng Điểm đánh giá GV Líp Tỉ Hä tªn I Mơc ®Ých thÝ nghiƯm II kết thí nghiệm Kháo sát đặc tuyến Vôn - Ampe dây tóc bóng đèn: Bảng Nhiệt ®é phßng: = 0C U (V) I (A) U (V) I (A) U (V) I (A) U (V) I (A) 0,0 3,0 6,0 9,0 0,5 3,5 6,5 9,5 1,0 4,0 7,0 10,0 1,5 4,5 7,5 2,0 5,0 8,0 2,5 5,5 8,5 V«n kÕ V: Um = δ U = α = n = Ampe kÕ A: Im = δ I = α = n = ¤m kÕ: Rm = δ R = α = n = Vẽ đờng đặc tuyến Vôn - Ampe I = f(U) 33 Xác định điện trở dây tóc bóng đèn: - Điện trở dây tóc bóng đèn nhiệt độ phòng Rp = - Điện trở dây tóc bóng ®Ìn ë nhiƯt ®é nãng s¸ng t0C hiƯu ®iƯn hai đầu đèn l U = 10V Rt = - Xác định nhiệt độ nóng sáng dây tóc đèn (ứng với U = 10V) t = 0C 34 Bμi số xác định hệ số hấp thụ tia phóng xạ máy đếm geiger - muller I Mục đích thí nghiệm: - Khảo sát tốc độ đếm n phụ thuộc khoảng cách từ nguồn phóng xạ tới ống đếm - Xác định hệ số hấp thụ tia phóng xạ máy đếm Geiger - muller II Dụng cụ thí nghiệm: ống đếm Geiger - Muller Máy đếm xung ®iƯn tư hiƯn sè kiĨu MC-965A Ngn phãng xạ đựng hộp bảo vệ Các kim lọai (đồng, nhôm ) dùng lm mẫu đo hệ số hấp thụ tia phóng xạ iii Cơ sở lý thuyết Các chất nh urani, rađi, poloni v hợp chất chúng có tính chất phát tia phóng xạ gồm ba lọai: tia l hạt nhân hêli, tia l electron v tia l xạ điện từ có bớc sóng ngắn Ngời ta sử dụng ống đếm Geiger - Muller để nghiên cứu tia phóng xạ v sử dụng ống đếm huỳnh quang để nghiên cứu tia phóng xạ ống đếm Geiger - Muller l tụ điện trụ đặt ống thủy tinh có chứa khí áp suất khoảng 100 mmHg (hình 1) : điện cực thứ tụ điện trụ l sợi dây kim lọai, điện cực thứ hai l lớp dẫn điện phủ lên mặt cđa thμnh èng thđy tinh V× chÊt khÝ chøa ống l điện môi, nên hiệu điện hai cực tụ điện cha đạt tới hịêu điện đánh thủng v tia phóng xạ bay vo tụ điện, dòng điện chạy mạch tụ điện Hình Khi hạt phóng xạ bay vo không gian hai điện cực ống đếm, chúng iôn hóa chất khí lm xuất electron v iôn Dới tác dụng điện trờng hai điện cực, electron v iôn chuyển động điện cực, tạo 35 dòng xung điện ngắn Nếu nối hai đầu a v b mạch điện hình với hai lệch đứng (Y) dao động ký điện tử, ta quan sát thấy xung điện có dạng nh hình Đại lợng t xác định độ di xung điện Hình Trong thí nghiệm ny, xung điện xuất tác dụng iôn hóa tia phóng xạ ống đếm Geiger - Muller đợc khuyếch đại v đa vo máy ®Õm xung ®iƯn tư hiƯn sè MC- 965A C¸c xung điện ny đồng thời đợc đa vo tác động âm máy đếm xung điện tử để tạo tiếng kêu "chíp chíp": tiếng "chíp" báo hiệu xuất xung điện cã mét h¹t phãng x¹ bay lät vμo èng đếm Theo định nghĩa, số xung điện m máy đếm ghi đợc phút gọi l tốc độ đếm n Nếu N l số xung điện ghi đợc thêi gian t phót, th× ta cã: n= N t (1) Một đặc trng máy đếm Geiger - Muller l phông Phông máy đếm l tốc độ đếm trung bình n(0) nguồn phóng xạ Nguyên nhân gây phông máy đếm l vật chất xung quanh ta (C©y cèi, nhμ cưa, vËt dơng ) bao giê còng chứa lợng đồng vị phóng xạ tự nhiên no Kết l dù nguồn phóng xạ nhân tạo mạnh no gần ta bị chiếu xạ lợng nhỏ, l phông phóng xạ tự nhiên Do khảo sát mật độ (hay cờng độ) nguồn ta phải loại trừ phông phóng xạ tự nhiên kết thu đợc xác Chú ý: Muốn xác định phông máy đếm, phải đặt máy xa nguồn phóng xạ Nếu nguồn có cờng độ phóng xạ cng mạnh, số hạt phóng xạ truyền tới đập vuông góc vo đơn vị diện tích bao quanh điểm ta xét cng nhiều v tốc độ đếm cng lớn Tốc độ đếm n giảm tỷ lệ nghịch với bình phơng khoảng cách r tính từ nguồn phóng xạ tới ống đếm, nghĩa l: n = k.r-2 (2) víi k lμ mét hƯ sè tû lƯ phơ thc nguồn phóng xạ v môi trờng bao quanh nguồn 36 Khi cho tia phóng xạ truyền qua tÊm kim läai, chóng sÏ bÞ tÊm kim läai hÊp thụ Mức độ hấp thụ tia phóng xạ tùy thuộc chất v độ dy kim lọai Trong trờng hợp ny, tốc độ đếm n giảm nhanh theo quy luật hm mũ tăng độ dy d cña tÊm kim läai n = n e − μ.d (3) ®ã n0 lμ tèc ®é ®Õm kim lọai chắn nguồn phóng xạ v ống đếm, e l số lôga tự nhiên v l hệ số hấp thụ tia phãng x¹ cđa tÊm kim läai NÕu lμm thÝ nghiƯm với hai kim loại có chất nhng có độ dy khác d1 v d2 đặt chắn nguồn phóng xạ v ống đếm, từ công thøc (3) ta suy hƯ sè hÊp thơ c¸c tia phãng x¹ cđa hai tÊm kim läai nμy tÝnh b»ng μ= lnn − lnn d − d1 (4) Trong thí nghiệm ny, ta dùng máy đếm Geiger - Muller số MC -965A để đo phông máy đếm Trên sở khảo sát thay đổi tốc độ đếm n phụ thuộc khoảng cách r từ nguồn phóng xạ tới ống đếm v xác định hệ số hấp thụ tia phóng xạ kim lọai (đồng, nhôm.) đặt chắn nguồn phóng xạ v ống đếm IV.Trình tự thí nghiệm Đo phông máy đếm Geiger - Muller hiƯn sè MC - 965A a èng ®Õm Geiger - Muller GM đợc lắp giá đỡ BP nh hình 3, a Cắm đầu giắc ống đếm GM vo ổ A (INPUT GEIGHER MULLER) máy đếm xung ®iƯn tư MC - 965A vμ c¾m phÝch lÊy ®iƯn máy đếm ny vo nguồn điện 220V Hình 3.a b Vặn núm chuyển mạch thang đo máy ®Õm xung ®iƯn tư MC -965A vμ ®Ỉt nã ë vị trí 100 (hình 3.b) Bấm khóa đóng điện K: đèn LED thị số phát sáng 37 Hình 3.b: Máy đếm phóng xạ MC - 965A c Bấm khóa K1 (START): máy đếm đo số xung điện N(0) khoảng thời gian t= 90s theo chế độ đo tự động (AUTO MODE) Đọc v ghi giá trị N(0) vo bảng Thực động tác ny lần để tính giá trị trung bình N (0) v xác định phông n(0) máy đếm theo công thøc (1) n ( 0) = N ( 0) (5) t Ghi chó: Cã thĨ ®o sè xung ®iƯn thời gian tùy ý (lớn 100s) cách vặn núm chuyển mạch tới vị trí v ấn nút K2 ®Ĩ chun sang chÕ ®é ®iỊu khiĨn b»ng tay (MANUAL MODE) Khảo sát tốc độ đếm n phụ thuộc khoảng cách r từ nguồn phóng xạ tới ống đếm a Giữ nguyên núm chuyển mạch thang đo máy đếm xung điện tử MC -965A vị trí 90 Lắp thêm nguồn phóng xạ RS giá đỡ ph¼ng BP cho cưa sỉ cđa nã n»m th¼ng ngang với cửa sổ ống đếm GM (hình 4) Khoảng cách r từ ống đếm GM tới nguồn phóng xạ RS đợc xác định nhờ thớc thẳng milimét gắn mặt giá đỡ BP r 38 Vì nguồn phóng xạ RS nằm cách cửa sổ 1cm nên nên bắt đầu đo từ khoảng cách no cách r = 1+ r', với r' l khoảng cách từ cửa sổ nguồn phóng xạ RS đến cửa sổ ống đếm GM b Đặt r' = 3cm ®ã r = 3+1 = 4cm bÊm khóa K1: máy đếm tự động đo số xung điện N' thêi gian t = 60s = Đọc v ghi giá trị N' vo bảng Trờng hợp ny, tốc độ đếm n' = N' Sau trừ phông n0, ta suy tốc độ đếm n tia phóng xạ phát tõ nguån RS b»ng: n = n' - n0 (5) c Thực lại phép đo mục II.2.b ứng với khoảng cách tăng dần từ r = 4cm đến r = 12cm, lần tăng thêm 1,0cm cách dịch chuyển nguồn RS xa dần ống đếm GM Đọc v ghi số xung điện N' lần ®o vμo b¶ng ®Ĩ tÝnh tèc ®é ®Õm n tơng ứng d Vẽ đồ thị biểu diễn quan hệ n ∼ r-2 nhËn xÐt kÕt qu¶, vμ rót kết luận thực tế Xác định hệ số hấp thụ tia phóng xạ kim loại a Đặt núm chuyển mạch thang đo máy đếm xung điện tử MC 965A vị trí 60 Lắp đặt lại nguồn phóng xạ RS v ống đếm GM nh hình 5, nguồn phóng xạ RS đợc đặt ngửa lên phía v ống đếm GM hớng thẳng ®øng xng phÝa d−íi cho c¸c cưa sỉ cđa chúng nằm đối diện sát Hình b Nới lỏng vít hãm v dịch chuyển ống đếm GM để đặt chèn vừa sát đồng kim loại có ®é dμy d n»m gi÷a èng ®Õm GM vμ nguån phóng xạ RS Bấm khoá K1: máy đếm tự động ®o sè xung ®iÖn N1 thêi gian t = 60s Đọc v ghi giá trị N1 vo bảng Từ tính đợc tốc độ đếm n1 ứng với độ dy d đồng kim loại Thực phép đo ny lần để tính tốc độ đếm trung bình v sai số trung bình c Dịch chuyển tiếp ống đếm GM để đặt chèn vừa sát đồng kim loại có độdy d nằmgiữa ống đếm GM v nguồn phóng xạ RS Bấm khoá K1: Máy đếm 39 tự động đo số xung điện N2 thêi gian t = 60s §äc vμ ghi giá trị N2 vo bảng Từ tính đợc tèc ®é ®Õm n2 øng víi ®é dμy d2 = 4d bốn đồng kim loại Thực phép ®o nμy lÇn ®Ĩ tÝnh tèc ®é ®Õm trung bình v sai số trung bình Nh theo công thøc (4), hĐ sè hÊp thơ phãng x¹ μ1 cđa đồng kim loại bằng: = ln n2 − ln n1 ln n2 − ln n1 = d d1 3d (9) d Thay đồng kim loại nhôm kim loại có độ dy d' Thực lại phép đo tơng tù mơc II.3b vμ II.3c ®Ĩ ®o sè xung ®iƯn N1' , N2' Tõ ®ã suy tèc ®é ®Õm trung bình n1' , n '2 v xác định hệ số hấp thụ phóng xạ nhôm kim loại: ln n2' ln n1' ln n2' − ln n1' μ2 = = d − d1 3d ' V Câu hỏi kiểm tra Kể tên v nêu rõ chất, tính chất thnh phần có tia phóng xạ xesi dùng bi thí ghiệm Giải thích nguyên lý hoạt động máy đếm Geiger - Muller Định nghĩa tốc độ đếm v phông máy đếm Nêu rõ công thức tính v đơn vị đo tốc độ đếm Trình by phơng pháp đo phông máy đếm Geiger - Muller hiÖn sè MC - 965A dïng thÝ nghiệm ny Nêu rõ quy luật thay đổi tốc độ đếm phụ thuộc vo khoảng cách từ nguồn phóng xạ tới ống đếm Geiger - Muller Nêu rõ quy lt thay ®ỉi tèc ®é ®Õm phơ thc vμo độ dy kim loại đặt chắn nguồn phóng xạ v ống đếm Geiger - Muller Trình by phơng pháp xác định hệ số hấp thụ tia phóng xạ kim loại máy đếm Geiger - Muller hiƯn sè MC - 965A 40 B¸o cáo thí nghiệm xác định hệ số hấp thụ tia phóng xạ máy đếm geiger - muller Trờng Điểm đánh giá cđa GV Líp Tỉ Hä tªn I Mơc ®Ých thÝ nghiƯm II kết thí nghiệm Đo phông máy ®Õm Geiger - Muller hiƯn sè MC - 965A B¶ng - Khoảng thời gian đo xung điện: t = 60s Lần đo n0 n0 (chọn n0 max) = Trung bình Kết phép đo phông máy đếm: n0 = Khảo sát tốc độ đếm n phụ thuộc khoảng cách r từ nguồn phóng xạ tới ống đếm Tốc độ đếm n r (cm) Đo lần Đo lần 10 11 12 41 Đo lần Trung bình a Vẽ đồ thị n ∼ r-2 b NhËn xÐt vμ kÕt luËn: §å thị n r-2 có dạng đờng (thẳng, parabol, ) §iỊu nμy chøng tá quy lt phơ thuộc tốc độ đếm n vo khoảng cách r từ nguồn phóng xạ tới ống đếm l (phù hợp không phù hợp) với công thức (2) Xác định hệ số hấp thụ tia phóng xạ kim loại Bảng Khoảng thời gian đo xung điện: t = 60s Đồng kim loại Lần đo tấm: d1 = d = …………… (mm) n1 Δ n1 tÊm: d2 = 4d = ………… (mm) n2 Δ n2 Trung bình Nhôm kim loại Lần đo tấm: d1 = d = …………… (mm) n1 Δ n1 Trung b×nh 42 tÊm: d2 = 4d = (mm) n2 n2 I Đối với đồng kim loại Tính sai số tơng đối trung bình hƯ sè hÊp thơ tia phãng x¹ δ1 = Δμ1 μ1 = ⎡ Δn2 Δn1 ⎤ Δd + = = ⎢ ⎥− 3μ1.d ⎣ n2 n1 ⎦ d TÝnh gi¸ trị trung bình hệ số hấp thụ phóng xạ μ1 = γ: γ theo c«ng thøc (5): ln n2 − ln n1 = = 3d TÝnh sai số tuyệt đối trung bình hệ số hấp thơ phãng x¹ γ: Δμ1 = δ1 μ1 = = ViÕt kÕt qu¶: μ1 = μ1 ± Δμ1 = ± II Đối với nhôm kim loại Tính sai số tơng đối trung bình hệ số hấp thụ tia phãng x¹ δ2 = Δμ2 μ2 = ⎡ Δn2 Δn2 ⎤ Δd ' + = = ⎢ ⎥− 3μ2 d ⎣ n2 n2 d ' Tính giá trị trung bình hệ số hấp thụ phóng xạ = γ: γ theo c«ng thøc (5): ln n2 ' − ln n1 ' = = 3d ' Tính sai số tuyệt đối trung bình hệ sè hÊp thơ phãng x¹ γ: Δμ = δ μ = = ViÕt kÕt qu¶: μ = μ ± Δμ = ± 43 ... häc kú h−íng dÉn thực hnh vật lý đại cơng Mục đích thực hnh vật lý: Đối với sinh viên Dợc, thực hnh vật lý nhằm mục tiêu sau: - Hiểu sâu thêm phần lý thuyết học chơng trình vật lý đại cơng -...Những quy định chung thực hnh vật lý đại cơng Trớc thực hnh phải phải chuẩn bị kỹ nh, trả lời đợc câu hỏi, nắm đợc mục đích v cách tiến hnh bi thí nghiệm Trớc bi thực hnh giáo viên kiểm tra, thấy... lợng vật lm chất đó, đợc đo phép cân V l thể tích vật đo đợc lợng n−íc trμo nhóng ch×m vËt vμo lä picnomet Nhng vật không đồng (bên vật có khoảng trống) thể tích thể tích đo đợc lớn thể tích thực