Trong các đề thi học sinh giỏi cấp tỉnh, cấp khu vực hay quốc gia môn vật lý, vẫn thường có 1 câu phương án thí nghiệm, ... khá lạ lẫm cho những trường vùng nông thôn ít dạy thực hành. Tài liệu này tập hợp những câu phương án thí nghiệm như vậy, giúp quý thầy cô quen dần và lấy điểm được câu hỏi này trong đề thi.
Phương án thí nghiệm dùng ơn thi HSG tỉnh năm học 2010 –2011 Bài Cho dây nối, bóng đèn dây tóc có hiệu điện định mức 12V, bình acquy có suất điện động 12V điện trở bé, ôm kế, vôn kế, ampekế nhiệt kế Hãy đề xuất phương án thí nghiệm để xác định nhiệt độ dây tóc bóng đèn sáng bình thường Hệ số nhiệt độ điện trở vơnfam làm dây tóc biết Giải: Điện trở vật dẫn kim loại phụ thuộc vào nhiệt độ theo quy luật: R = R (1 + αt) (1) Như xác định điện trở dây tóc nhiệt độ đèn làm việc bình thường nhiệt độ suy nhiệt độ sáng bình thường Giả sử nhiệt độ phòng (ứng với nhiệt độ t1) điện trở dây tóc là: R1 = R (1 + αt1 ) ⇒ R = R1 + α t1 (2) Khi đèn sáng bình thường, giả sử hiệu điện cường độ dòng điện qua đèn tương ứng U I điện trở bóng đèn là: R2 = U I (3) Thay biểu thức (2) (3) vào (1), ta nhận được: R2 = R1 1 U (1 + αt ) ⇒ t = (1 + αt1 ) − 1 + α t1 α IR1 (4) Từ đưa phương án thí nghiệm theo trình tự sau: + Đọc nhiệt kế để nhận nhiệt độ phòng t1 + Dùng ơm kế để đo điện trở dây tóc bóng đèn đèn chưa thắp sáng để nhận điện trở R Khi dùng ơm kế có dòng nhỏ qua dây tóc thay đổi nhiệt độ dây tóc khơng đáng kể + Mắc mạch điện cho đèn sáng bình thường, ampe kế mắc nối tiếp vơn kế mắc song song với bóng đèn + Đọc số vôn kế ampe kế để nhận U I + Thay số liệu nhận vào cơng thức (4) để tính nhiệt độ dây tóc Bài 2.Cho dụng cụ: Một bình dạng hình hộp chữ nhật suốt, bình chứa chất lỏng, nguồn laze bán dẫn để tạo chùm sáng đơn sắc hẹp, giá, thước thẳng, giấy kẻ ô tới m m, băng dính bút chì Hãy đề xuất phương án thí nghiệm để xác định chiết suất n chất lỏng bình Giải:* Dùng băng dính dán ép thước thẳng đứng theo mặt bên bình hình 12.15 * Rót chất lỏng cần đo chiết suất vào bình cho mặt chất lỏng sát thành bình gần phẳng (không để mặt chất lỏng lồi lên hoặc lõm xuống) * Dùng tia laze chiếu vào mặt chất lỏng điểm tới gần sát vào thành bình α a α thước Tia sáng chia thành tia phản xạ tia khúc xạ Cả hai tia đập lên thước tạo thành vệt sáng nhỏ O * Kí hiệu kích thước hình 12.14 Gọi a, b tương ứng khoảng cách từ mặt chất lỏng đến vật sáng tia phản xạ tia khúc xạ tạo thành bình β (cũng thước) đó: b c tan α = a ; D c tan β = b D (1) Do điểm tới gần sát thành bình nên D coi bề rộng đáy bình * Các góc α β cũng góc tới góc khúc xạ tia sáng mặt chất lỏng theo định luật khúc xạ sáng thì: sin α = n sin β (2) D Hình 12.14 Về nguyên tắc cần đo đại lượng D, a b xác định c tan α c tanβ từ tính n Tuy nhiên giảm bớt phép đo bề rộng D bình tăng độ xác phép đo bằng cách đo nhiều lần với góc tới khác nhau, ta cần chú ý thêm: * Từ (1), ta có: − sin β b b2 D2 = ⇒ − = ⇒ sin β = sin β D sin β D D + b2 Tương tự: sin 2α = D2 D2 + a Kết hợp biểu thức với (2), ta nhận được: b2 = n2a2 + (n2 – 1) D2 Trong biểu thức ta thấy b phụ thuộc bậc vào a2.Vì vật đo giá trị a b với góc tới khác vẽ đờ thị phụ thuộc (dạng đường thẳng) Từ đó, giấy kẻ ôli xác định độ nghiêng đờ thị – n2 tính n Bài 3.Tính tỉ số cảm ứng từ hai nam châm Thiết bị: Giá đỡ có kẹp (1) Đĩa nhơm có trục quay (2) nam châm Mỗi gồm hai cực (3) cách khe rộng bề dày đĩa Cảm ứng từ khe có giá trị B1 B2 cân, nặng gấp đôi (4,5) dây nhỏ để treo cân Đồng hồ bấm giây, thước Khi đĩa nhơm quay cạnh nam châm dòng cảm ứng (dòng Phu cơ) xuất cản trở quay Quấn dây vào trục đĩa, đầu móc cân thả cho cân rơi đĩa quay tăng tốc đạt vận tốc không đổi Vận tốc phụ thuộc vào nhiều yếu tố riêng vào cảm ứng từ Hãy xây dựng phương án đo tỉ số B1 B2 Trình bày lí thuyết làm thí nghiệm để tìm tỉ số Ước lượng sai số Giải Ta tìm bằng lí thuyết liên hệ giữa vận tốc giới hạn (cuối) cân cảm ứng từ Hình 21.6 Gọi J mơmen qn tính đĩa, r bán kính trục, m khối lượng cân, M mômen cản dòng Phu - gây ra, M ms momen cản ma sát (không đổi) T = m(g - a) lực căng dây Phương trình quay đĩa là: Jγ = Tr - M - Mms (1) γ= a r gia tốc góc đĩa Dòng cảm ứng I tỉ lệ với tốc độ biến đổi từ thông qua đĩa nghĩa tỉ lệ với cảm ứng từ B vận tốc góc ω Lực điện từ cản chuyển động lại tỉ lệ với B với I, thành tỉ lệ với B ω Mơmen cản M tỉ lệ với lực nên viết M = kB 2ω, k hệ số tỉ lệ khơng đổi B có giá trị B B2 Đưa vào (1) ta có Jγ = m(g - a) - kB2ω - Mms Khi đĩa quay γ = 0, a = 0, vc = ω= gr M ms m − gr ÷ kB2 vC , vClà vận tốc cuối cân Lúc ấy: r Ta thấy rằng vC hàm bậc m Với giá trị m, m = m 1, m2, m1 + m2 ta đo vận tốc cuối với nam châm B rồi nam châm B2 Đường biểu diễn vC theo m hai đường thẳng cắt trục m điểm M m = ms gr (H.21.15) Vì B2 > B1 nên điểm ứng với B3 ° vc B1 điểm ứng với B1) Ta đo độ dốc suy tgα1 = B1 tgα = B2 tgα1 gr , kB12 tgα = gr kB22 ° ° m0 m1 ° ° B2 m2 Hình 21.15 ° m m2+m2 Đo vận tốc cuối: Đo thời gian để cân khoảng 20cm cuối Nhưng trước phải kiểm xem cân rơi đoạn h bằng đạt vận tốc cuối Trong với can nhẹ h ≥ 1m với cân nặng h ≥ 1,3m Kết quả: B1 = 0,69 ± 0,03 B2 Bài 4: Có hai cầu có kích thước, khối lượng, bề ngồi hồn tồn giống Hai cầu làm từ hai kim loại khác (khối lượng riêng chúng khác nhau), có đặc, rỗng bên trong, phần rỗng có dạng hình cầu đờng tâm với vật Với ván phẳng, đủ rộng, không biến dạng (kích thước phù hợp theo yêu cầu người làm nghiệm), giá thí nghiệm phù hợp thước gắn dọc theo ván, lập phương án thực nghiệm xác định tỉ số khối lượng riêng hai cầu Giải:- Gọi I1, I2 lần lượt mơmen qn tính cầu đặc cầu rỗng Nếu cầu đặt mặt phẳng nghiêng góc α gia tốc hai cầu là: a1 = m I m + 12 r gsin α; a2 = m I m + 22 r gsin α - Chọn thước bằng gỗ đủ to để đặt đờng thời hai cầu lên thả cho hai cầu lăn thước - Để hai cầu độ cao khác thước cho lăn xuống hai cầu chạm đất lúc, tỉ lệ quãng đường hai cầu di chuyển tỉ lệ gia tốc (vì s = at 2/2) Quãng đường khoảng cách l1 l2 từ vị trí thả hai cầu đến mặt đất, đo I2 l1 a1 m + r = = Ta có l2 a m + I1 r2 2 r − r '5 Với: I1 = mr ; I = m '3 ; Trong r’ bán 5 r −r r − r '5 + '3 l1 a1 5r r − r ⇒ = = l2 a 1+ 7k − − x Đặt x = r’/r (0