MỤC LỤCLời nói đầu 5PHẦN I: LÝ THUYẾT SAI SỐPHẦN II : THỰC HÀNH6Bài 1: LÀM QUEN VÀ SỬ DỤNG CÁC DỤNG CỤ ĐOĐỘ DÀIBài 2 : CÂN CHÍNH XÁC2940Bài 3: X C ĐỊNH KHỐI LƢỢNG RIÊNG CỦA VẬTRẮN BẰNG CÂN PHÂN TÍCH VÀ BÌNH TỈ TRỌNG 50Bài 4: NGHIÊN CỨU CÁC TÍNH CHẤT CỦA CHUYỂNĐỘNG NHỜ MÁY ATWOOD 57Bài 5: KHẢO SÁT HỆ VẬT CHUYỂN ĐỘNG TỊNHTIẾNQUAY X C ĐỊNH MÔMEN QUÁN TÍNH CỦA BÁNHXE VÀ LỰC MA SÁT Ổ TRỤC 69Bài 6: KHẢO S T DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC VẬTLÝ X C ĐỊNH GIA TỐC TRỌNG TRƢỜNG 78Bài 7: X C ĐỊNH NHIỆT DUNG RIÊNG CỦA CHẤTLỎNG 87Bài 8: X C ĐỊNH HỆ SỐ NHỚT CỦA CHẤT LỎNGTHEO PHƢƠNG PH P STOKES 95Bài 9: X C ĐỊNH BƢỚC SÓNG VÀ VẬN TỐC ÂMTHEO PHƢƠNG PH P CỘNG HƢỞNG SÓNG DỪNG 104Bài 10: X C ĐỊNH TỶ SỐ NHIỆT DUNG PHÂN TỬCpCV CỦA CHẤT KHÍ 122Bài 11: X C ĐỊNH HỆ SỐ CĂNG MẶT NGOÀI CỦACHẤT LỎNG 1314Bài 12: X C ĐỊNH NHIỆT DUNG RIÊNG CỦACHẤT RẮNBài 13: KHẢO S T C C PHƢƠNG TR NH TRẠNGTH I VÀ X C ĐỊNH ĐIỂM TỚI HẠN CỦA CHẤT KHÍBài 14: X C ĐỊNH NHIỆT NÓNG CHẢY CỦANƢỚC Đ138146156PHỤ LỤCTài liệu tham khảo167175PHẦN ILÝ THUYẾT SAI SỐ1.1. Phép đo các đại lƣợng Vật lý và đơn vị đo lƣờng1.1.1. Phép đo các đại lượng Vật lýVật lý học là một ngành khoa học thực nghiệm, định lƣợng, liênquan đến thế giới hiện thực. Vì vậy trong Vật lý học, để đặc trƣng chomột hiện tƣợng hoặc tính chất của sự vật ngƣời ta dùng các đại lƣợng đođƣợc (kích thƣớc, vận tốc, khối lƣợng, nhiệt độ, …).Mọi đại lƣợng Vật lý đều đo đƣợc qua các phép đo. Phép đo mộtđại lƣợng Vật lý là phép so sánh đại lƣợng cần đo với một đại lƣợng cùngloại đƣợc quy ƣớc chọn làm đơn vị đo.Kết quả của phép đo một đại lƣợng Vật lý (ví dụ nhƣ độ dài 5,2 m)bao gồm một giá trị, một đơn vị và độ chính xác. Ký hiệu “m” cho ta biếtthứ nguyên là độ dài, đơn vị đo là mét; số 5,2 đặc trƣng cho giá trị củađại lƣợng đo đƣợc và độ chính xác của phép đo.Phép đo các đại lƣợng Vật lý đƣợc chia thành hai loại: phép đo trựctiếp và phép đo gián tiếp. Phép đo trực tiếp: đại lƣợng cần đo đƣợc so sánh trực tiếp với đạilƣợng đƣợc chọn làm đơn vị, kết quả đo đƣợc đọc trực tiếp ngay trêndụng cụ đo.Ví dụ: đo chiều dài bằng thƣớc mét, đo cƣờng độ dòng điện bằngampe kế,… Phép đo gián tiếp: đại lƣợng cần đo đƣợc xác định thông qua cácđại lƣợng đo trực tiếp qua các công thức Vật lý7Ví dụ: Vận tốc của một vật chuyển động thẳng đều đƣợc xác địnhgián tiếp thông qua công thức=svttrong đó s là quãng đƣờng vật điđƣợc có thể đo trực tiếp bằng thƣớc mét và t là thời gian chuyển độngcủa vật đƣợc đo trực tiếp bằng đồng hồ bấm giây hoặc đồng hồ đo thờigian hiện số.1.1.2. Đơn vị đo lườngKết quả của một phép đo một đại lƣợng Vật lý đƣợc biểu diễn bởimột giá trị bằng số kèm theo đơn vị đo lƣờng tƣơng ứng.Ví dụ: Chiều dài của cạnh bàn là L = 1,22 m, cƣờng độ dòng điệntrong một đoạn mạch là I = 0,5 A; …Về nguyên tắc ta có thể chọn đơn vị cho từng đại lƣợng Vật lý,nhƣng do các đại lƣợng đƣợc liên hệ với nhau bằng các công thức, cácđịnh luật cho nên ta chỉ cần chọn đơn vị cho một số đại lƣợng cơ bảncòn đơn vị đo các đại lƣợng khác đều có thể suy ra từ các đơn vị đãchọn ở trên.Những đơn vị đã chọn cho các đại lƣợng cơ bản gọi là các đơn vịcơ bản còn các đơn vị khác gọi là đơn vị dẫn xuất. Tập hợp tất cả các đơnvị cơ bản và đơn vị dẫn xuất thành hệ đơn vị đo lƣờng.Hiện nay, chúng ta dùng các đơn vị đo đƣợc quy định trong bảngđơn vị đo lƣờng hợp pháp của nƣớc Việt nam dựa trên cơ sở của hệ đolƣờng quốc tế SI (System International d‟Unites) bao gồm: Các đơn vị cơ bản:+ Độ dài mét (m);+ Khối lƣợng kilogram (kg);+ Thời gian giây (s);+ Nhiệt độ Kenvin (K);+ Cƣờng độ dòng điện Ampe (A);+ Cƣờng độ sáng cadela (Cd);8+ Lƣợng chất kilomol (kmol);+ Đơn vị phụ góc khối steradian (Sr). Các đơn vị dẫn xuất: vận tốc ms, lực N, cƣờng độ điện trƣờng Vm,…Có thể nói, hầu hết đơn vị của các đại lượng đo gián tiếp đều là đơnvị dẫn xuất.
VŨ THỊ HỒNG HẠNH (Chủ biên), ĐẶNG THỊ HƢƠNG GI O TR NH TH NGHIỆ V T ĐẠI CƢƠNG Tập NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN NĂ 2016 MÃ SỐ: 03 77 ĐHTN-2016 MỤC LỤC Lời nói đầu PHẦN I: LÝ THUYẾT SAI SỐ PHẦN II : THỰC HÀNH Bài 1: LÀM QUEN VÀ SỬ DỤNG CÁC DỤNG CỤ ĐO ĐỘ DÀI Bài : CÂN CHÍNH XÁC 29 40 Bài 3: X C ĐỊNH KHỐI LƢỢNG RIÊNG CỦA VẬT RẮN BẰNG CÂN PHÂN TÍCH VÀ BÌNH TỈ TRỌNG 50 Bài 4: NGHIÊN CỨU CÁC TÍNH CHẤT CỦA CHUYỂN ĐỘNG NHỜ MÁY ATWOOD 57 Bài 5: KHẢO SÁT HỆ VẬT CHUYỂN ĐỘNG TỊNH TIẾN-QUAY X C ĐỊNH MƠMEN QN TÍNH CỦA BÁNH XE VÀ LỰC MA SÁT Ổ TRỤC 69 Bài 6: KHẢO S T DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC VẬT LÝ X C ĐỊNH GIA TỐC TRỌNG TRƢỜNG 78 Bài 7: X C ĐỊNH NHIỆT DUNG RIÊNG CỦA CHẤT LỎNG 87 Bài 8: X C ĐỊNH HỆ SỐ NHỚT CỦA CHẤT LỎNG THEO PHƢƠNG PH P STOKES 95 Bài 9: X C ĐỊNH BƢỚC SÓNG VÀ VẬN TỐC ÂM THEO PHƢƠNG PH P CỘNG HƢỞNG SÓNG DỪNG 104 Bài 10: X C ĐỊNH TỶ SỐ NHIỆT DUNG PHÂN TỬ Cp/CV CỦA CHẤT KHÍ 122 Bài 11: X C ĐỊNH HỆ SỐ CĂNG MẶT NGOÀI CỦA CHẤT LỎNG 131 Bài 12: X C ĐỊNH NHIỆT DUNG RIÊNG CỦA CHẤT RẮN 138 Bài 13: KHẢO S T C C PHƢƠNG TR NH TRẠNG TH I VÀ X C ĐỊNH ĐIỂM TỚI HẠN CỦA CHẤT KHÍ 146 Bài 14: X C ĐỊNH NHIỆT NĨNG CHẢY CỦA NƢỚC Đ 156 PHỤ LỤC 167 Tài liệu tham khảo 175 LỜI NÓI ĐẦU Đối với sinh viên trƣờng Đại học Sƣ phạm – Đại học Thái Nguyên, thực hành Vật lý Đại cƣơng học phần thực hành bắt buộc, đƣợc thực với mục đích khảo sát tƣợng, kiểm nghiệm định luật học học phần Vật lý Đại cƣơng, có kỹ kinh nghiệm sử dụng thiết bị thí nghiệm Ngồi học phần thí nghiệm Vật lý Đại cƣơng cung cấp cho sinh viên phƣơng pháp nghiên cứu, rèn luyện tác phong đức tính cần thiết ngƣời nghiên cứu khoa học thực nghiệm Giáo trình thí nghiệm Vật lý đại cƣơng đƣợc biên soạn theo chƣơng trình Thí nghiệm Vật lý Đại cƣơng (1&2) Khoa Vật lý trƣờng Đại học Sƣ phạm – Đại học Thái nguyên Giáo trình gồm hai tập Tập trình bày hai phần: lý thuyết sai số số thí nghiệm thuộc phần – nhiệt Tập trình bày số thí nghiệm thuộc phần điện – từ quang Mỗi thí nghiệm giáo trình trình bày chi tiết mục đích thí nghiệm, giới thiệu thiết bị thí nghiệm, sở lý thuyết hƣớng dẫn thực hành Cuối thí nghiệm có câu hỏi kiểm tra phần hƣớng dẫn viết báo cáo thực hành để sinh viên trình bày kết thí nghiệm vận dụng, củng cố kiến thức học Để giáo trình có tính cập nhật đại, giáo trình có sử dụng số tài liệu tham khảo liệt kê cuối sách Nhóm tác giả bày tỏ chân thành cảm ơn lãnh đạo trƣờng Đại học Sƣ phạm – Đại học Thái nguyên tạo điều kiện việc biên soạn giáo trình, cảm ơn bạn đồng nghiệp góp nhiều ý kiến quý báu cho việc hoàn thiện sách Cuốn sách dùng làm tài liệu tham khảo cho học viên cao học giáo viên phổ thông Thái Nguyên, tháng năm 2016 NHÓM TÁC GIẢ PHẦN I LÝ THUYẾT SAI SỐ 1.1 Phép đo đại lƣợng Vật lý đơn vị đo lƣờng 1.1.1 Phép đo đại lượng Vật lý Vật lý học ngành khoa học thực nghiệm, định lƣợng, liên quan đến giới thực Vì Vật lý học, để đặc trƣng cho tƣợng tính chất vật ngƣời ta dùng đại lƣợng đo đƣợc (kích thƣớc, vận tốc, khối lƣợng, nhiệt độ, …) Mọi đại lƣợng Vật lý đo đƣợc qua phép đo Phép đo đại lƣợng Vật lý phép so sánh đại lƣợng cần đo với đại lƣợng loại đƣợc quy ƣớc chọn làm đơn vị đo Kết phép đo đại lƣợng Vật lý (ví dụ nhƣ độ dài 5,2 m) bao gồm giá trị, đơn vị độ xác Ký hiệu “m” cho ta biết thứ nguyên độ dài, đơn vị đo mét; số 5,2 đặc trƣng cho giá trị đại lƣợng đo đƣợc độ xác phép đo Phép đo đại lƣợng Vật lý đƣợc chia thành hai loại: phép đo trực tiếp phép đo gián tiếp - Phép đo trực tiếp: đại lƣợng cần đo đƣợc so sánh trực tiếp với đại lƣợng đƣợc chọn làm đơn vị, kết đo đƣợc đọc trực tiếp dụng cụ đo Ví dụ: đo chiều dài thƣớc mét, đo cƣờng độ dòng điện ampe kế,… - Phép đo gián tiếp: đại lƣợng cần đo đƣợc xác định thông qua đại lƣợng đo trực tiếp qua cơng thức Vật lý Ví dụ: Vận tốc vật chuyển động thẳng đƣợc xác định gián tiếp thơng qua cơng thức v = s s quãng đƣờng vật t đƣợc đo trực tiếp thƣớc mét t thời gian chuyển động vật đƣợc đo trực tiếp đồng hồ bấm giây đồng hồ đo thời gian số 1.1.2 Đơn vị đo lường Kết phép đo đại lƣợng Vật lý đƣợc biểu diễn giá trị số kèm theo đơn vị đo lƣờng tƣơng ứng Ví dụ: Chiều dài cạnh bàn L = 1,22 m, cƣờng độ dòng điện đoạn mạch I = 0,5 A; … Về nguyên tắc ta chọn đơn vị cho đại lƣợng Vật lý, nhƣng đại lƣợng đƣợc liên hệ với công thức, định luật ta cần chọn đơn vị cho số đại lƣợng đơn vị đo đại lƣợng khác suy từ đơn vị chọn Những đơn vị chọn cho đại lƣợng gọi đơn vị đơn vị khác gọi đơn vị dẫn xuất Tập hợp tất đơn vị đơn vị dẫn xuất thành hệ đơn vị đo lƣờng Hiện nay, dùng đơn vị đo đƣợc quy định bảng đơn vị đo lƣờng hợp pháp nƣớc Việt nam dựa sở hệ đo lƣờng quốc tế SI (System International d‟Unites) bao gồm: - Các đơn vị bản: + Độ dài - mét (m); + Khối lƣợng - kilogram (kg); + Thời gian - giây (s); + Nhiệt độ - Kenvin (K); + Cƣờng độ dòng điện - Ampe (A); + Cƣờng độ sáng - cadela (Cd); + Lƣợng chất - kilomol (kmol); + Đơn vị phụ góc khối - steradian (Sr) - Các đơn vị dẫn xuất: vận tốc - m/s, lực - N, cƣờng độ điện trƣờng - V/m,… Có thể nói, hầu hết đơn vị đại lƣợng đo gián tiếp đơn vị dẫn xuất 1.2 Sai số phép đo đại lƣợng Vật lý 1.2.1 Định nghĩa sai số Khi đo đại lƣợng Vật lý, nhiều lý khách quan chủ quan ta khơng đo đƣợc xác tuyệt đối giá trị đại lƣợng Vật lý cần đo Độ sai lệch giá trị thực giá trị đo đƣợc đại lƣợng cần đo gọi sai số ∆x = |x1 – x| Với: (1) ∆x: sai số phép đo; x1: giá trị đo đƣợc qua phép đo; x: giá trị thực đại lƣợng cần đo 1.2.2 Phân loại sai số Dựa nguyên nhân gây sai số ngƣời ta chia sai số thành hai loại bản: sai số hệ thống sai số ngẫu nhiên 1.2.2.1 Sai số hệ thống Sai số hệ thống sai số gây yếu tố tác động nhƣ lên kết đo, độ lớn sai số không đổi lần đo đƣợc tiến hành loại dụng cụ theo phƣơng pháp Ví dụ 1: Dùng cân có sai số 0,1 g để cân vật khối lƣợng vật cân đƣợc tăng giảm lƣợng sai số Ví dụ 2: Cân vật lực kế khơng khí, trọng lƣợng vật giảm lƣợng trọng lƣợng khối khơng khí bị vật chiếm chỗ (theo định luật Archimèdes) Khi tiến hành thí nghiệm cần cố gắng loại trừ giảm tới mức tối đa sai số hệ thống cần phải biết loại sai số hệ thống cách khử chúng Thƣờng chia sai số hệ thống thành ba nhóm: - Nhóm 1: Sai số hệ thống biết rõ nguyên nhân nhƣng khơng biết xác giá trị Sai số mắc phải loại độ xác loại dụng cụ đạt giá trị Đối với loại dụng cụ ta biết giá trị lớn sai số hệ thống mắc phải, thƣờng đƣợc ghi dụng cụ đo thƣờng đƣợc gọi độ xác dụng cụ Loại sai số đƣợc gọi sai số dụng cụ thƣờng đƣợc ghi dụng cụ đo Ví dụ: Trên thƣớc đo nhiệt biểu ghi 0,050, thƣớc đo chiều dài ghi 0,001 m nghĩa độ xác nhiệt biểu 0,050 thƣớc 0,001 m Không thể khử loại sai số này, khắc phục cách thay dụng cụ có độ xác cao thay đổi thang đo dụng cụ (đối với dụng cụ đo điện) - Nhóm 2: Sai số hệ thống biết xác nguyên nhân độ lớn Sai số thuộc nhóm thông thƣờng sai lệch ban đầu dụng cụ đo Chẳng hạn chƣa có dịng điện chạy qua, kim Ampe kế không số mà 0,1A Các kết đọc Ampe kế phải hiệu chỉnh (trừ) lƣợng 0,1A Nhƣ vậy, sai số hệ thống thuộc nhóm khử đƣợc cách hiệu chỉnh (cộng trừ) vào kết đo lƣợng độ lệch ban đầu dụng cụ - Nhóm 3: Sai số hệ thống tính chất vật đo Ví dụ: Khi đo khối lƣợng riêng chất rắn đƣợc xác định công thức m (với m V khối lƣợng thể tích chất đó), V bên vật có khoảng trống dẫn đến thể tích V đo đƣợc lớn thể tích thực vật khối lƣợng riêng xác định đƣợc chắn nhỏ khối lƣợng riêng thực vật Loại sai số hệ thống không thấy rõ chất độ lớn Ngƣời ta khắc phục loại sai số cách đo nhiều mẫu vật khác nhau, lấy giá trị trung bình loại mẫu có sai số lớn Nhƣ vậy, có sai số hệ thống nhóm thứ khơng khử đƣợc hồn tồn Vì sai số hệ thống mắc phải phép đo phải sai số hệ thống loại này, nghĩa sai số hệ thống nhỏ phải độ xác (sai số) dụng cụ Độ xác dụng cụ thông thƣờng đƣợc xác định giá trị nhỏ mà dụng cụ đo đƣợc Ngồi ra, xuất sai số hệ thống phƣơng pháp tiến hành thí nghiệm đƣợc lựa chọn chƣa tối ƣu (cơng thức để tính đại lƣợng cần đo công thức gần đúng, ) 1.2.2.2 Sai số ngẫu nhiên Sai số ngẫu nhiên gây nguyên nhân chủ quan khách quan khác nhau, tác động cách ngẫu nhiên lên kết đo Sai số ngẫu nhiên có độ lớn khác lần đo Nói cách khác làm cho kết đo lớn hơn, nhỏ giá trị thực đại lƣợng cần đo Ví dụ: Dùng đồng hồ bấm giây để đo nhiều lần chu kỳ lắc đơn lắc Vật lý Do bấm, ngắt đồng hồ khơng lúc, gió ảnh hƣởng tới dao động lắc dẫn đến số kết đo có giá trị lớn hơn, số kết khác lại có giá trị nhỏ chu kỳ dao động thực lắc Với sai số ngẫu nhiên, đại lƣợng cần xác định có số lần đo đủ lớn tuân theo quy luật thống kê tƣợng ngẫu nhiên Với phƣơng pháp đo, theo phân bố Gauss, sai số ngẫu nhiên có tính chất sau: - Những sai số ngẫu nhiên độ lớn trái dấu có xác suất xảy nhƣ - Những sai số ngẫu nhiên có giá trị tuyệt đối lớn xác suất xảy nhỏ 10 HƢỚNG DẪN VIẾT BÁO CÁO THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH NHIỆT NÓNG CHẢY CỦA NƢỚC ĐÁ Họ tên Xác nhận GV Lớp học phần Ngày thực hành I Mục đích, yêu cầu thí nghiệm II Kết thí nghiệm A Bảng số liệu - Xác định giá trị vạch chia cân Bảng 14.1 Lần đo 162 Độ xác cân: (mmg) Độ xác nhiệt kế: .(oC) m1 = m2 = m3 = M1 – M2 – M3 – t1 t M2 M3 M4 A Bảng 14.2 Độ xác nhiệt kế: .(oC) Độ xác đồng hồ: .(s) (s) toC Vẽ đồ thị ngoại suy nhiệt độ hệ trục toạ độ toC, Mỗi lần thí nghiệm với bì khác tính nhiệt nóng chảy nƣớc đá Viết kết phép đo a = III Trả lời câu hỏi kiểm tra 163 PHỤ LỤC GIỚI THIỆU DỤNG CỤ THƢỜNG DÙNG TRONG THÍ NGHIỆM V T LÍ I Các loại dụng cụ thuỷ tinh Trong thí nghiệm Vật lí hố học có thí nghiệm dùng đến dụng cụ thuỷ tinh, sứ, thạch anh,… Chất thuỷ tinh dùng thí nghiệm vật lí phải có tính bền vững mặt hố học, học chịu nhiệt Những dụng cụ thí nghiệm chất lƣợng cao thƣờng làm loại thuỷ tinh đặc biệt; vật lí thƣờng phân loại thành loại thành loại thuỷ tinh chịu nhiệt (dùng để đốt nóng) thuỷ tinh khơng chịu nhiệt Trong phịng thí nghiệm có nhiều loại dụng cụ thuỷ tinh hãng Đức sản xuất Những dụng cụ vỏ có in hình chữ nhật mài ráp (hoặc sơn tráng ráp) loại dụng cụ chế tạo thuỷ tinh chịu nhiệt Nhiệt độ chảy mềm thuỷ tinh tuỳ loại từ 5650C đến 6250C hệ số giãn nở nhiệt độ từ 33.10-7/10C đến 88.10-7/10C Những dụng cụ thuỷ tinh thạch anh đặc biệt chịu nhiệt tốt, nhiên hình dạng bên ngồi khó phân biệt Hình b.1 Một số dụng cụ thuỷ tinh dùng thí nghiệm 164 Các loại dụng cụ thuỷ tinh thƣờng đƣợc sử dụng thí nghiệm Vật lí gồm: ống nghiệm Cốc thuỷ tinh Bình thuỷ tinh ống đong burét pipet Bình làm khơ Lọ pitcomet II Các loại dụng cụ thƣờng dùng thí nghiệm học 2.1 Cân kỹ thuật Cân kỹ thuật có độ xác từ 10 mg đến 25 mg Cân kỹ thuật thƣờng loại cân quang có tải tối đa 200 gam Cân kỹ thuật có trục hãm cân nhằm làm cho cân khơng dao động gây ma sát vơ ích khơng cần thiết Khi sử dụng cân, cần kiểm tra rọi lắp cân xem cân vị trí nằm ngang chƣa Hình b.2 Cân kỹ thuật 165 Trên đáy đĩa cân quang cân có đánh số đánh dấu, lắp cân cần lắp bên, tránh nhầm lẫn Để điều chỉnh thăng đòn cân ta chỉnh ốc vít đầu địn cân Các cân đƣợc đặt hộp có kẹp để gắp cân, tuyệt đối không dùng tay bốc cân Chỉ đặt cân đĩa cân vị trí hộp, khơng đặt cân lung tung, tránh làm rơi, gây biến dạng, sứt… * Những điểm cần ý sử dụng cân kỹ thuật: - Trƣớc đặt cân hay vật lên đĩa, lấy phải hãm cân - Quả cân đặt đĩa phải, vật cần cân đặt đĩa trái (trong phƣơng pháp cân thƣờng) Bì phải đặt đĩa cân trái, cân vật cần cân đặt đĩa cân phải (trong phƣơng pháp cân Mendeleep) - Khi xếp cân lên đĩa phải lấy từ to đến nhỏ 2.2 Cân phân tích Có nhiều loại cân phân tích nhƣng chia làm hai loại chính: Cân phân tích thƣờng cân phân tích điện Cân phân tích có độ xác từ 10-3g - 10-4 g Loại cân phân tích thƣờng có phận thị kim cân, giống cân kỹ thuật Loại cân phân tích điện có phận thị hệ thống quang học số Cân phân tích điện có cấp xác cao có cân, đƣợc cấu tạo theo nguyên lý phƣơng pháp cân Mendeleev nhƣ loại cân S2000 Anh, loại cân số không cần cân Loại cân phân tích có ngun tắc sử dụng giống nhau, nên trình bày cách sử dụng cân phân tích thƣờng Hình b.3 Cân phân tích điện 166 Các cân phân tích đƣợc đặt tủ kính có cánh hai bên trƣớc mặt Khi cân mở cửa hai bên để lấy vật thay đổi cân, phải thƣờng xuyên đóng để tránh ảnh hƣởng gió, độ ẩm,… Quả cân phân tích xác, cân nhỏ có khối lƣợng mg Ngồi để thay đổi khối lƣợng nhỏ, sử dụng mã (tối đa mã 10 mg), ta thay đổi mg cách đặt mã vị trí khác địn cân Các cân nhỏ thƣờng đƣợc làm nhôm đƣợc mạ vàng để tránh ơxy hố Cân phân tích phải đƣợc bảo quản phịng khơ ráo, khơng có hoá chất đƣợc đặt cố định giá để hạn chế rung động Cân phải để cố định, không di chuyển từ nơi sang nơi khác Mỗi cân phải có chổi lơng mềm để chải bụi cân * Những điểm cần ý sử dụng cân phân tích: Ngồi ý nhƣ cân kỹ thuật, cân phân tích đƣợc thực phép cân cần làm theo bƣớc sau: - Kiểm tra tình trạng cân cân - Tìm điểm thực cân tức vị trí kim cân khơng tải vị trí cân (thƣờng ký hiệu ao) - Xác định giá trị độ chia cách đặt cân nhỏ có khối lƣợng m lên đĩa cân xác định giá trị cân kim m (ký hiệu vị trí a) Khi ta có giá trị vạch chia là: a ao (mg/ độ chia) - Nghịch đảo giá trị độ chia gọi độ nhạy cân Độ nhạy cân lúc có tải không tải thƣờng khác - Chỉ mở chốt hãm để cân dao động kim dao động quanh điểm thang chia độ Nếu kim lệch bên phải hãm kim III Các dụng cụ thƣờng dùng thí nghiệm nhiệt 3.1 Đèn khí đốt Để đốt nóng cung cấp nhiệt thí nghiệm ta thƣờng dùng loại đèn đốt khí đốt Bộ phận chủ yếu đèn khí đốt đèn Cấu tạo đèn nói chung gồm ống dẫn khí có khố điều chỉnh, vịng điều chỉnh khơng khí vào đèn, ống thu lửa đế đèn 167 Muốn đốt đèn ta phải làm nhƣ sau: Vặn vòng điều chỉnh khí để khơng cho khơng khí vào đèn mở khố điều chỉnh để khí đốt vào đèn với lƣợng nhỏ châm cho lửa cháy Ngọn lửa lúc đỏ có khói Muốn lửa khơng màu ta điều chỉnh vịng điều chỉnh khí để khơng khí vào thêm đèn Chiều cao lửa đƣợc điều chỉnh khố điều chỉnh Hình b.4 Đèn khí đốt dùng gas Khi mở vịng điều chỉnh khí nhiều q lửa bốc cháy bên đèn, nghe thấy tiếng phì phì đặc trƣng, lửa kéo dài thành lƣỡi nhọn đèn nóng nhiều Lúc cần vặn lại vịng điều chỉnh khí khơng cho khơng khí vào để đèn tắt đốt lại đèn theo cách nói Khơng nên để lửa cháy đèn, đèn nóng, thƣờng lửa tắt đốt toả phòng, dễ gây hoả hoạn gây cháy nổ Để ngăn không cho lửa cháy vào đèn chụp lƣới sắt đầu đèn Chú ý, dùng đèn khí thiết phải theo quy tắc dẫn 3.2 Tủ sấy Tủ sấy loại dụng cụ đốt nóng có nhiệt độ tối đa 200oC Cơng suất tủ sấy thƣờng từ 800 – 2500W Thời gian để đạt nhiệt độ tối đa tuỳ theo công suất dung tích tủ, trung bình từ 20 phút đến 60 phút kể từ 168 lúc đóng cơng tắc điện Tủ sấy hình hộp chữ nhật trụ tròn đặt nằm ngang Thành tủ gồm hai lớp kim loại, có chất cách nhiệt chèn chặt Khoang tủ đƣợc chia làm – ngăn nhờ giá đỡ kim loại Trên tủ có lỗ thông nhiệt kế, lỗ bố trí phía sau phía trƣớc tủ, phía đáy tủ, hai bên thành phía có dây may so đốt nóng Để khơng khí tủ đƣợc điều hồ, có loại tủ sấy cịn có quạt gió, nhƣ loại Trung Quốc Hình b.5 Tủ sấy Muốn sấy vật, ta để vật giá tủ, đóng cửa đóng cơng tắc điện Điều chỉnh rơle nhiệt tủ tới nhiệt độ cần thiết, thông thƣờng sai số rơle 10C 20C, khoảng nhiệt độ 80oC - 150oC Khoảng 20 phút đến 30 phút vật đạt tới nhiệt độ khơng khí buồng sấy * Những điểm cần lưu ý sử dụng tủ sấy: - Phải nối dây tiếp đất cho vỏ tủ để đề phịng rị điện - Khơng để vật dễ cháy, nổ tủ sấy 169 - Không vặn phận rơle để giảm nhiệt độ nhƣ dễ làm hỏng rơle Muốn giảm nhiệt độ phải rút điện khỏi tủ tắt công tắc tủ - Khi lấy vật cần sấy khỏi tủ phải nhanh chóng đóng tủ lại để nhiệt độ tủ khơng giảm nhiều 3.3 Lị nung Lị nung có cấu tạo gần giống tủ sấy, nhƣng nhiệt độ lò đạt tới 10000C – 12000C Phía lị gạch chịu lửa; bọc phía ngồi vỏ kim loại Miệng lị có nắp gạch chịu lửa có đục lỗ nhỏ để quan sát lò Lò nung dùng để đốt, nung nóng chảy vật liệu cần nghiên cứu… Quy trình sử dụng lị nung giống nhý tủ sấy Tuy nhiên, cần ý nhiệt độ lò cao nên vật nung lò cần đƣợc để hạ thấp nhiệt độ dần cách mở cửa lò lúc đem ra, tránh thay đổi nhiệt độ đột ngột dễ gây nứt, vỡ,… Hình b.6 Lị nung 3.4 Tủ lạnh Tủ lạnh dùng để lƣu giữ bảo quản vật phẩm, chất… cần giữ nhiệt độ thấp cung cấp nƣớc đá cho thí nghiệm Nguyên tắc hoạt động làm lạnh tủ lạnh dựa nguyên tắc cho bay chất lỏng dễ bay nhƣ amoniac, freon 12 hỗn hợp đặc biệt khác để hạ nhiệt độ 170 Mơ hình ngun lý tủ lạnh nén khô gồm phận sau: - Động dùng để hút khí, tác nhân làm lạnh từ dàn bay 3, nén lại bơm vào dàn ngƣng dƣới áp suất cao Động – máy nén đƣợc lắp đồng trục đặt vỏ hình trụ (thƣờng gọi blốc máy) - Dàn ngưng cịn gọi dàn nóng có dạng hình ruột gà phẳng, đặt sau tủ vách tủ lạnh, làm ống thép đồng có đƣờng kính – mm Nó có tác dụng truyền nhiệt từ tác nhân sang môi trƣờng xung quanh - Dàn bay gọi dàn lạnh thiết bị trao đổi nhiệt, qua tác nhân làm lạnh theo nhiệt buồng lạnh - Ống mao dẫn ống đồng có đƣờng kính khoảng 0,8 mm dài 3m nối liền hai miền có áp suất cao áp suất thấp tổ hợp Khi tổ hợp làm việc, ống tạo độ giảm áp suất cần thiết phần tác nhân làm lạnh vào dàn bay phần nằm lại dàn ngƣng Ống có tác dụng nhƣ van tiết lƣu chu trình hoạt động tủ lạnh Ngồi ống mao dẫn khơng bị tắc tủ cịn có ống lọc đƣợc đặt trƣớc cửa mao dẫn - Chất làm lạnh (tác nhân làm lạnh) đƣợc chứa ống ngƣng hơi; máy nén – động làm việc, áp suất dàn bay giảm Chất làm lạnh đƣợc hút vào dàn bay bị bay hơi; dẫn đến giảm nhiệt độ buồng lạnh Hơi bay đƣợc hút vào xi lanh máy nén nén tới vài atmơtphe Hơi bị nén nóng tới 2000C – 3000C sang phận ngƣng tụ, đƣợc làm lạnh đẳng áp đến nhiệt độ bên hoá lỏng Chất lỏng đƣợc hút vào ống ngƣng tiếp tục chu trình Trong buồng lạnh có rơle nhiệt đảm bảo cho máy nén hoạt động nhiệt độ buồng lạnh cao nhiệt độ điều chỉnh * Những điểm cần lưu ý sử dụng tủ lạnh: - Tủ lạnh cần để gọn gàng nơi cố định, tránh va chạm mạnh làm hở ống dẫn chất làm lạnh 171 - Khơng ngắt điện đóng mạch để tránh “sặc ga” Khi ngắt điện phút sau lại đƣợc đóng điện lại - Khơng để vật nặng lên ngăn tủ - Cần giữ tủ ln - Khi ngăn đá có phủ lớp băng dày cần ngắt điện, xả đá cắm điện tiếp Không dùng vật cứng, sắc để cậy đá 3.5 Máy giữ nhiệt ổn định dùng chất lỏng Máy giữ nhiệt ổn định dùng chất lỏng có tính chất giống tủ sấy nhƣng dùng chất lỏng để điều hoà nhiệt độ Nguyên tắc hoạt động máy nhƣ sau: Môtơ điện M nối liền với bơm để đẩy nƣớc lên vòi qua ống cao su vào vòi trở thùng chứa Cuối mơtơ M có cánh quạt để khuấy nƣớc Ống ruột gà nối với nguồn lạnh chế độ làm việc cần thấp nhiệt độ phòng Bộ phận điều chỉnh nhiệt độ rơ le nhiệt kế thuỷ ngân nối tiếp với phận đun nóng Khoảng nhiệt độ máy làm việc thƣờng từ 500C – 2000C tuỳ theo chất lỏng sử dụng máy Công suất máy từ 800W – 1200W Hình b.7 Máy giữ nhiệt ổn định dùng chất lỏng 172 PHỤ LỤC 2: KHỐI ƢỢNG RIÊNG CỦA NƢỚC THEO NHIỆT ĐỘ t (0C) d (g/cm3) t (0C) d (g/cm3) t (0C) d (g/cm3) 3,98 10 15 18 20 0,99987 1,00000 0,99999 0,99973 0,99913 0,99862 0,99823 25 28 30 35 38 40 45 0,99707 0,99623 0,99567 0,99406 0,99299 0,99224 0,99025 50 55 60 70 80 90 100 0,98807 0,98573 0,98324 0,97781 0,97183 0,96534 0,9583 173 PHỤ LỤC 3: BẢNG NHIỆT ĐỘ VÀ ÁP SUẤT HƠI TỚI HẠN CỦA MỘT SỐ CHẤT Nhiệt độ tới hạn Áp suất tới hạn (tuyệt đối) −122,4 °C (150,8 K) 48,1 atm (4.870 kPa) 132,4 °C (405,5 K) 111,3 atm (11.280 kPa) Brom 310,8 °C (584,0 K) 102 atm (10.300 kPa) Caesium 1.664,85 °C (1.938,00 K) 94 atm (9.500 kPa) Clo 143,8 °C (416,9 K) 76,0 atm (7.700 kPa) Etanol 241 °C (514 K) 62,18 atm (6.300 kPa) Flo −128,85 °C (144,30 K) 51,5 atm (5.220 kPa) Heli −267,96 °C (5,19 K) 2,24 atm (227 kPa) Hydro −239,95 °C (33,20 K) 12,8 atm (1.300 kPa) Krypton −63,8 °C (209,3 K) 54,3 atm (5.500 kPa) CH4 (metan) −82,3 °C (190,8 K) 45,79 atm (4.640 kPa) Neon −228,75 °C (44,40 K) 27,2 atm (2.760 kPa) Nitơ −146,9 °C (126,2 K) 33,5 atm (3.390 kPa) Ôxy −118,6 °C (154,6 K) 49,8 atm (5.050 kPa) CO2 31,04 °C (304,19 K) 72,8 atm (7.380 kPa) N2O 36,4 °C (309,5 K) 71,5 atm (7.240 kPa) H2SO4 654 °C (927 K) 45,4 atm (4.600 kPa) Xenon 16,6 °C (289,8 K) 57,6 atm (5.840 kPa) Liti 2.950 °C (3.220 K) 652 atm (66.100 kPa) Thủy ngân 1.476,9 °C (1.750,1 K) 1.720 atm (174.000 kPa) Lƣu huỳnh 1.040,85 °C (1.314,00 K) 207 atm (21.000 kPa) Sắt 8.227 °C (8.500 K) Vàng 6.977 °C (7.250 K) Nhôm 7.577 °C (7.850 K) Nƣớc 373,946 °C (647,096 K) Chất Argon Ammoniac 174 [4] 5.000 atm (510.000 kPa) 217,7 atm (22,06 MPa) TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Xuân Chi, Trần Chí Minh (2002), Thí nghiệm thực tập vật lý đại cương, tài liệu Đại học Bách Khoa Hà Nội Đào Văn Phúc, Phạm Viết Trinh (1990), Cơ học, Nxb Giáo dục Nguyễn Huy Sinh (2009), Nhiệt học, Nxb Giáo dục Phạm Quốc Triệu (2008), Phương pháp thực nghiệm Vật lý, Trƣờng Đại học Khoa học tự nhiên, Đại học quốc gia Hà Nội Nguyễn Duy Thắng (2006), Thực hành Vật lí đại cương, dự án đào tạo giáo viên THCS, Nxb Đại học Sƣ phạm 175 NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN Địa chỉ: Phƣờng Tân Thịnh - Thành phố Thái Nguyên - Tỉnh Thái Nguyên Điện thoại: 0280 3840023; Fax: 0280 3840017 Website: nxb.tnu.edu.vn * E-mail: nxb.dhtn@gmail.com GI O TR NH TH NGHIỆ V T ĐẠI CƢƠNG Tập Chịu trách nhiệm xuất bản: PGS.TS NGUYỄN ĐỨC HẠNH Giám đốc - Tổng biên tập Biên tập: Thiết kế bìa: Trình bày: Sửa in: DƢƠNG MINH NHẬT LÊ THÀNH NGUYÊN LÊ THÀNH NGUYÊN PHẠM VĂN VŨ ISBN: 978-604-915-398-3 In 300 cuốn, khổ 16 x 24 cm, Công ty TNHH In Thƣơng mại Trƣờng Xuân (Địa chỉ: Khu X1, Phạm Hùng, Từ Liêm, Hà Nội) Giấy phép xuất số 19822016/CXBIPH/03-77/ĐHTN Quyết định xuất số: 142/QĐ-NXBĐHTN In xong nộp lƣu chiểu quý II năm 2016 176 ... nghiệm Vật lý đại cƣơng đƣợc biên soạn theo chƣơng trình Thí nghiệm Vật lý Đại cƣơng (1&2) Khoa Vật lý trƣờng Đại học Sƣ phạm – Đại học Thái nguyên Giáo trình gồm hai tập Tập trình bày hai phần: lý. .. dụng rộng rãi thí nghiệm Vật lý Phƣơng pháp cho phép: - Thể môt cách trực quan phụ thuộc hàm số đại lƣợng Vật lý vào đại lƣợng Vật lý khác, đồng thời tìm hệ số tỷ lệ quy luật Vật lý - Nội suy,... viên cao học giáo viên phổ thông Thái Nguyên, tháng năm 2016 NHÓM TÁC GIẢ PHẦN I LÝ THUYẾT SAI SỐ 1.1 Phép đo đại lƣợng Vật lý đơn vị đo lƣờng 1.1.1 Phép đo đại lượng Vật lý Vật lý học ngành