Khi đó vẽ đường cong thực nghiệm đi lân cận các điểm đo (không nhất thiết đi qua tất cả các điểm đo được) - Hình 2. + Trước khi tiến hành vào làm các bài thí nghiệm được giao SV ph[r]
(1)MỞ ĐẦU
PHÉP ĐO VÀ SAI SỐ
I CÁC ĐỊNH NGHĨA
- Phép đo trực tiếp đo gián tiếp:
+ Đo trực tiếp: Đo đại lượng trực tiếp so sánh với đại lượng loại cho trước chọn làm đơn vị Ví dụ đo độ dài vật, đại lượng cho trước chọn làm đơn vị thước đo
+ Đo gián tiếp: Phép đo gián tiếp đại lượng Y phép đo mà đại lượng Y xác định gián tiếp thông qua phép đo trực tiếp Hay Y hàm số đại lượng a, b, c: Y = f(a,b,c), đại lượng a, b, c đo trực tiếp Ví dụ phép đo thể tích hộp chữ nhật Y V = ABC phép đo gián tiếp, với A, B C ba chiều dài, rộng cao đo trực tiếp
1 Sai số hệ thống
- Biểu hiện: Giá trị đo bị lệch so với giá trị thực (giá trị đo lớn nhỏ giá trị thực đại lượng đo)
- Nguyên nhân: Do dụng cụ (dụng cụ bị sai sử dụng chưa phù hợp); lý thuyết đo chưa hoàn chỉnh; yếu tố ảnh hưởng môi trường xung quanh đến phép đo
- Khắc phục: Sử dụng dụng cụ đo chuẩn; hoàn thiện lý thuyết đo; loại trừ yếu tố ảnh hưởng mơi trường Ta loại trừ sai số
2 Sai số ngẫu nhiên
- Biểu hiện: Giá trị đo bị lệch so với giá trị thực
- Nguyên nhân: Ngun nhân người đo khơng quan sát tốt, thiếu trung thực,
- Khắc phục: Tiến hành đo nhiều lần để hạn chế sai số ta khơng thể loại trừ hồn tồn loại sai số
II CÁCH TÍNH SAI SỐ 1 Phép đo trực tiếp
- Giả sử đo trực tiếp đại lượng X, đo n lần giá trị: X1, X2, , Xn Tìm giá trị trung bình X (sau n lần đo)
n
X X
X
X 1 n
(2)1 X X
X
; X2 X X2 ; ; Xn X Xn + Tính sai số tuyệt đối trung bình
n
X X
X
X n
+ Tính sai số tương đối (quy %)
X X
+ Viết kết đo dạng
X X
X (đvđ)
- Nếu dụng cụ đo ghi cấp xác K (vơn kế, ampe kế, ) lấy sai số dụng cụ làm sai số tuyệt đối:
KH X
trong H giá trị lớn thang đo
- Một số trường hợp khơng xác định cấp xác dụng cụ lấy sai số tuyệt đối phép đo theo độ chia thang đo dụng cụ đo (như thước đo độ dài chẳng hạn), lấy với độ chia nhỏ thang đo
2 Phép đo gián tiếp
- Tính đại lượng Y = Y(a,b,c), biết a,a;b,b;c,c Trình tự tiến hành (áp dụng cho Y có dạng hàm tích, thương, lũy thừa, theo a, b, c)
+ Tính giá trị trung bình cách thay Y Y
a,b,c
+ Lấy lôga tự nhiên vế
LnY = LnY(a,b,c) + Lấy vi phân 2vế
dc c Y db b Y da a Y Y dY
+ Tính sai số tương đối (tỷ đối) cách thay sau
c c Y b b Y a a Y Y Y
(tính %)
+ Tính sai số tuyệt đối trung bình
Y Y + Viết kết dạng
Y Y
(3)- Ví dụ: Tính thể tích hình hộp chữ nhật ba cạnh A, B C biết A , A , B , B
, C , C : Ta có V = ABC (1) => thay V ABC, lấy loga hai vế (1) lnV = ln(ABC), lấy vi phân biểu thức => dC
C dB B dA A V
dV
Thay
cả dấu vi phân (+ trung bình sai số) =>
C C B
B A
A V
V
=>V V
III QUY ƯỚC VỀ CÁCH VIẾT KẾT QUẢ
- Các chữ số có nghĩa: Tất chữ số tính từ trái sang phải, kể từ chữ số khác không chữ số có nghĩa Chữ số khác gọi chữ số có nghĩa thứ 1, chữ số chữ số có nghĩa thứ 2, 3, 4,
- Quy tắc làm tròn số: Nếu bỏ chữ số lớn tăng số đứng trước thêm đơn vị
- Giá trị trung bình làm trịn sau dấu phẩy đến chữ số hàng với chữ số có nghĩa sai số Thơng thường, kết đo làm trịn đến chữ số hàng (đơn vị, chục, trăm, ) sau dấu phẩy
- Ví dụ: Nếu X 5,57951234, X 0,304872 để ý dùng dụng cụ đo có độ xác (là giá trị nhỏ mà dụng cụ đo được) đến 0,01 (2 số sau dấy phẩy) ta viết kết sau
X = 5,58 0,30 (đvđ)
Tuyệt đối không viết kết thí nghiệm dạng phân số IV BIỂU DIỄN KẾT QUẢ BẰNG ĐỒ THỊ
- Giả sử ta có phụ thuộc y = f(x), cách vẽ đồ thị sau:
+ Xác định trục OX OY vng góc với tỷ lệ thích hợp
+ Biểu diễn cặp (Xi, Yi) điểm tương ứng Vẽ chữ nhật sai số có tâm điểm cạnh song song với trục OX, OY với
IC
VCE ICi
VCEi
2VCE
2IC
O
(4)độ rộng 2X, 2Y
+ Vẽ đường qua ô sai số cho đường cong đường trơn không bị gãy khúc (không nối điểm đo thành đường zich-zăc) Đường cong khơng thiết phải qua điểm thực nghiệm mà cần đảm bảo trơn đều, qua ô sai số Nếu kết thí nghiệm có độ xác cao đường cong thực nghiệm gần đường cong lý thuyết
- Ví dụ: Đồ thị thực nghiệm đặc tính khuếch đại Transitor vẽ hình (Đường đặc trưng Vôn - Ampe Transitor)
- Trường hợp số điểm đo lớn, không cần phải vẽ ô sai số Khi vẽ đường cong thực nghiệm lân cận điểm đo (không thiết qua tất điểm đo được) - Hình
V CHUẨN BỊ CHO VIỆC LÀM THÍ NGHIỆM
- SV phải hồn thành cơng việc sau trước vào phịng thí nghiệm Vật lý đại cương:
+ SV phải đọc PHÉP ĐO VÀ SAI SỐ để hiểu, biết cách xử lý số liệu báo cáo thí nghiệm
+ Trước tiến hành vào làm thí nghiệm giao SV phải đọc trước nhà để hiểu biết quy trình thí nghiệm Đặc biệt phải biết rõ TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM
+ SV chuẩn bị thí nghiệm theo nội dung sau (ghi vào giấy vở): Câu 1: Mục đích thí nghiệm?
Câu 2: Đại lượng cần phải đo thí nghiệm? Câu 3: Quy trình làm thí nghiệm?
Lưu ý:
1) Tuyệt đối không sử dụng điện thoại thực hành Nếu bị phát nhận 0đ
2) Khơng làm thí nghiệm nhận 0đ đồng thời cấm thi Kết thúc học phần môn Vật lý
(5)BÀI ĐO ĐỘ DÀI
I MỤC ĐÍCH
- Biết nguyên tắc cấu tạo dụng cụ đo thước kẹp, panme - Biết cách sử dụng số dụng cụ đo thường gặp thước kẹp, panme - Biết cách xử lí số liệu, tính sai số phép đo gián tiếp
II DỤNG CỤ
- Thước kẹp có du xích - Panme
- Khối hình hộp, viên bi sắt, hình trụ rỗng III CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1 Thước kẹp có du xích
Thước kẹp dụng cụ đo độ dài xác tới 0,1 0,02 mm, gồm có hai hàm AB CD (H.1)
Hàm kẹp A,C xem cố định sử dụng ta cầm lấy thân Trên thân này có thước T chia đến milimet (gọi thước chính) Hàm kẹp B, D trượt dễ dàng dọc theo chiều dài thước Trên thân hàm B, D có du xích T' Kích thước vật, đo hai hàm kẹp A B, kích thước vật đo hai hàm kẹp C D (Khoảng cách AB = CD)
Du xích loại thước nhỏ chia độ cho độ dài N khoảng du xích bằng độ dài (kN - 1) khoảng chia thước :
Na = (kN - 1)a0 (1)
a0 a độ dài khoảng chia thước T du xích T', k số nguyên Khi hàm A B khít nhau, vạch du xích trùng với vạch thước
A B
C D
T
T'
Hình
(6)Nếu ta kẹp mẫu đo vào hai hàm A B (hoặc CD) chiều dày mẫu (cũng khoảng cách hai hàm) khoảng cách hai vạch thước du xích Giả sử vạch du xích nằm vạch m m + thước (H.2), chiều dài vật L = ma0 + b
Để đọc giá trị phần lẻ ta nhìn du xích (thí dụ vạch thứ n) trùng với vạnh trước chính, ta có
MN = na + b
Thay giá trị a từ (1) vào ta MN = nka0 + (b - na0/N) n, k số nguyên nên (nka0) một số nguyên lần a0 Mặt khác, từ
(H.2) ta thấy MN số nguyên lần a0 Do (b - na0/N) số nguyên lần a0 Vì n < N nên na0/N < a0
Mặt khác, b nhỏ a0, (b - na0/N) phải nhỏ a0, số nguyên lần a0 Như vậy, (b - na0/N) 0, nghĩa b = na0/N Chiều dài vật là:
L = ma
0+
N n
a
0Bằng cách sử dụng du xích xác định độ dài với độ xác a0/N Đại lượng gọi độ xác du xích Du xích thước kẹp dùng chế tạo với N = 50, k = 1, a0 = mm Thay vào công thức trên, ta được: 50a = (1.50 - 1).1= 49 mm, nghĩa 50 khoảng chia du xích 49 mm Du xích có độ xác bằng:
a0/N =1/50 = 0,02 (mm)
nên
L = m.1
+ n.0,02
(2)
* Tóm lại: Cách đọc độ dài thước có du xích sau:- Đếm số vạch thước trước: Kể từ vạch thước đến vạch bên trái gần nhất với vạch du xích, m vạch
- Tiếp theo đếm số vạch du xích: Kể từ vạch du xích đến vạch trùng với vạch thước chính, n vạch
- Thay vào công thức (2) tìm độ dài cần đo
Ví dụ (H.3): Độ dài là:
m m
+1
M
n a
0
b a0
T
T'
Hình L
N
Vạch thứ (m = 3)
Vạch thứ 29 (n = 29)
(7)L = 3.1 + 29.0,02 = 3,58 (mm)
ở du xích có độ chia thước mm cấp xác 0,02 mm
Mẹo đọc nhanh: - Đọc thước trước: Vạch thước bên trái vạch
của du xích số milimet (phần nguyên)
- Đọc du xích: Khi xác định hai vạch trùng xem vạch nằm gần bên phải số du xích (0, 1, , 9) số thập phân thứ sau dấu ","; sau kể từ số đến vạch trùng vạch thứ mấy, đó, vạch du xích ứng với 0,02mm nên nhân với 0,02 số thập phân thứ sau dấu "," Ví dụ H.3: + Vạch thước nằm kề trái vạch du xích nên phần nguyên 3(mm) + Vạch trùng nằm bên phải số du xích nên 0,5(mm); kể từ số đến vạch trùng vạch nên ứng với 4.0,02 = 0,08(mm) Vậy kết 3,58(mm)
2 Panme
Panme dụng cụ cho phép đo độ dài xác đến 0,01mm Panme có dạng (H.4) Bộ phận đinh ốc vi cấp Đinh ốc vi cấp có bước dịch chuyển 0,5 mm xoay dễ
dàng êcu cố định Trên êcu khắc thước dài 25 mm chia độ tới 0,5 mm Để đo xác đến 0,01 mm, người ta cần gắn vào đinh ốc mũ chụp ngồi M, vành
mũ M có khắc 50 vạch Khi đinh ốc quay (nghĩa mũ M quay) vòng (quay 50 vạch) ốc dịch chuyển 0,5 mm Do độ chia mũ M tương ứng với độ dụng cụ 0,5/50 = 0,01 mm
Khi hai má A B khít vạch số vành mũ M trùng với vạch số thước Muốn đo độ dài vật, ta đặt hai má A, B xoay mũ hai má tiếp với vật ngừng vặn núm N nghe tiếng kêu "lách tách" Đường kính D vật xác định theo số nguyên milimet N thước kép nằm bên trái du xích trịn số vạch thứ n du xích trùng với đường chuẩn ngang thước kép Nếu mép du xích trịn nằm gần vạch chia phía thước chính:
D = N + 0,01n (mm)
Nếu mép du xích trịn nằm gần vạch chia phía thước chính: D = N + 0,50 + 0,01n (mm)
A B
M
N
(8)* Tóm lại: Cách đọc độ dài Panme sau:
- Đọc thước trước: Tìm số vạch từ vạch thước đến vạch gần mép du xích: Nếu vạch gần là N, vạch gần lấy N vạch cộng 0,50 (mm)
- Đọc du xích: Tìm số vạch du xích trùng với vạch ngang thước chính, n Nhân n với 0,01 cộng với phần đọc thước
Ví dụ: Hình 5.1: N = 2, n = 20 => D = + 20.0,01 = 2,2
mm
Hình 5.2: N = 3, n = 33 => D = + 0,50 + 33.0,01 = 3,83 mm
Chú ý: Để tránh làm vật biến dạng đo sai, áp hai má AB
vào vật không vặn mũ M mà phải vặn núm nhỏ N đến nghe thấy tiếng lách tách dừng lại đọc kết
IV TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM 1 Dùng thước kẹp
- Sử dụng hàm AB thước đo chiều dài (A), rộng (B), cao (C) khối hình hộp đường kính ngồi ống trụ rỗng (a)
- Sử dụng hàm CD thước đo đường kính (b) ống trụ - Sử dụng hàm AB đầu E thước đo độ sâu (h) ống trụ
- Thực phép đo lần ghi kết đo ghi vào bảng bảng Nhớ sau lần đo ta phải thay đổi vị trí đo kích thước khối hộp, ống trụ rỗng ta phải xoay sau phép đo để lấy giá trị khác nhau, kết đo thể tích xác Nếu 05 phép đo kích thước, có số trở lên cho kết có số sau dấu phẩy ta phải đo lại
2 Dùng panme
Đo đường kính viên bi thép (D), thực phép đo lần, đọc ghi kết đo vào bảng
Do viên bi thép gia cơng có độ xác cao nên số liệu đo 05 lần không sai khác nhiều, lưu ý sau lần đo ta phải xoay viên bi
V BÁO CÁO THÍ NGHỆM 1 Kết thí nghiệm
(9)Bảng
Lần đo A (mm) A (mm) B (mm) B (mm) C (mm) C (mm)
2 Giá trị TB
Bảng
Lần đo a(mm) a(mm) b(mm) b(mm) h(mm) h(mm) D(mm) D(mm)
2 Giá trị
TB
2 Xử lý kết
Thể tích hình hộp
Cơng thức: V ABC (mm3) Công thức: ΔV ΔA ΔB ΔC V
A B C
(mm 3)
Viết kết quả:
V V
V ……… … … ……… (mm3) Thể tích hình trụ rỗng
Công thức: V
a2 b2
h
(mm3)
Công thức: ΔV Δa a2 Δb b2 Δh V
a b h
(10)Viết kết quả:
V V
V ……… ……… (mm3)
Thể tích viên bi sắt Cơng thức:
6D
V (mm3) Công thức: ΔV 3ΔDV
D
(mm3) Viết kết quả:
V V
V ……… ……… (mm3)
Lưu ý: Tìm biểu thức V trong kết ta dùng cách xác định sai số gián tiếp (Lấy
(11)BÀI XÁC ĐỊNH GIA TỐC TRỌNG TRƯỜNG BẰNG CON LẮC THUẬN NGHỊCH
I MỤC ĐÍCH
Xác định giá trị gia tốc rơi tự (g) vị trí đo II DỤNG CỤ
- Con lắc vật lý
- Máy đo thời gian số MC-963 - Cổng quang điện hồng ngoại - Giá đỡ lắc hộp chân đế
- Thước dài 1000 (mm) thước kẹp - 200 (mm) III CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Con lắc vật lý vật rắn khối lượng m, dao động quanh trục cố định nằm ngang qua điểm O1 nằm cao khối tâm G (H.1) Điểm O1 gọi điểm treo lắc (tâm quay)
Vị trí cân lắc trùng với phương thẳng đứng đường thẳng O1G Kéo lắc lệch khỏi vị trí cân góc nhỏ bng thành phần Pt của trọng lực P = mg tạo mômen lực M1 = - PtL1 = - mgL1sin, trong g gia tốc trọng trường L1 = O1G, dấu (-) cho biết môment lực M1 ln kéo lắc vị trí cân Khi nhỏ ta coi gần
M1 = - mgL1 (1)
Phương trình chuyển động quay lắc quanh O1 có dạng
1
I M
(2)
ở 2
2
dt d
gia tốc góc, I1 là mơmen qn tính lắc trục quay qua O1 Kết hợp (1) với (2) đặt 12 mgL1/ I1 ta nhận phương trình dao động điều hồ lắc
0 2
dt d
(3)
Hình
O1
O2 G
P
n
P
t
(12)Nghiệm phương trình (3) có dạng
) cos(
0
t (4)
với 0 biên độ, 1 tần số góc, pha ban đầu Từ (4) ta suy chu kỳ T1 lắc
1 1 2 mgL I T (5)
Trong lắc vật lý, ta tìm thấy điểm treo (tâm quay) O2, nằm đường thẳng qua O1 G cho lắc dao động quanh trục nằm ngang qua O2 chu kỳ dao động lắc chu kỳ dao động dao động quanh trục qua O1 Khi lắc dao động quanh trục qua O2, chu kỳ dao động T2 lắc tính tốn tương tự trên, ta tìm
2 2 2 mgL I T (6)
với L2 = O2G khoảng cách từ trục quay qua điểm O2 đến khối tâm G I2 mơmen qn tính lắc trục quay qua O2 Gọi IG
là mơmen qn tính lắc trục quay qua khối tâm G song song với hai trục qua hai điểm O1 và O2 Theo định lý Stêne-Huyghen
2 1 I mL
I G (7)
2 2 I mL
I G (8)
Từ công thức (5), (6), (7), (8) ta biểu thức xác định gia tốc trọng trường
2 2 2 2 ) )( ( L T L T L L L L g
(9)
Nếu hai điểm treo O1,O2 thoả mãn T1 = T2 = T biểu thức xác định gia tốc trọng trường đơn giản thành
2
T L
g (10)
với L = L1 + L2 = O1O2 khoảng cách hai tâm quay Con lắc vật lý trở thành lắc thuận nghịch
Con lắc vật lý sử dụng thí nghiệm gồm kim loại (6), có gắn hai dao cố định
(1) (2) nằm cách khoảng L = O1O2 không đổi (H.2) Cạnh dao (1) (2) đặt tựa mặt kính phẳng nằm ngang gối đỡ (5) Hai nặng (3) (4) gắn cố định kim loại (6) Gia trọng C có dạng đai ốc dịch chuyển theo
Hình
2
C6
9
10
7
1
x
(13)thanh Gia trọng nằm nặng (4) Có thể dịch chuyển gia trọng C cách vặn nó xoay quanh trục ren (4) để thay đổi vị trí khối tâm G Tồn lắc đặt giá đỡ (8) hộp chân đế (9) có vít điều chỉnh thăng (10)
Số dao động lắc thời gian tương ứng đo máy đo thời gian số MC-963A Máy đo thời gian số ta dùng có độ chia nhỏ 0,01s)
IV TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM
Trong thực thành hai điểm O1 và O2 cho trước, khoảng cách hai điểm treo khoảng cách lưỡi dao gắn cố định Nhiệm vụ thay đổi vị trí của gia trọng C (nghĩa thay đổi khối tâm lắc) cho đổi chiều lắc, chu kỳ dao động khơng đổi chu kỳ T cần tìm Cách thực sau:
- Đưa lắc ngoài, dùng thước mét đo khoảng cách L hai lưỡi dao (điểm treo) Ghi giá trị chúng vào bảng Lấy sai số đo sai số dụng cụ L = mm
- Vặn gia trọng C vị trí cách nặng khoảng x theo yêu cầu
- Đặt nhẹ nhàng lắc lên giá đỡ theo chiều thuận (chữ "THUẬN" đặt giá 5) cho lưỡi dao nằm cân giá đỡ (chính hai bên ngồi, khơng lắc dao động tắt dần)
- Kéo lắc tới để kim loại thẳng hàng cổng quang điện sau thả để lắc dao động tự Nếu kéo lắc lệch cổng quang điện đếm 02 lần dẫn tới đo sai Bấm "RESET" máy đếm thời gian Sau quan sát đếm tự động Sau 50 chu kỳ thuận máy đếm dừng lại, ghi giá trị thời gian vào bảng (dưới cột 50T1) Lấy sai số dụng cụ 50T = 0,01 (s)
- Đảo ngược lắc (chữ "NGHỊCH" đặt giá Thực tương tự để đo thời gian 50 chu kỳ nghịch Ghi giá trị vào bảng (dưới cột 50T2)
V BÁO CÁO THÍ NGHIỆM 1 Kết thí nghiệm
Bảng1
x (mm) L = (mm) 50T1 (s) 50T2 (s)
(14)2 Vẽ đồ thị
Dựng trục hồnh biểu thị vị trí gia trọng x trục tung biểu diễn thời gian 50T Chia tỉ lệ trục thật xác Biểu diễn điểm đo hình vẽ Dựa vào điểm vẽ hai đường thẳng, đường thẳng thuận (chu kỳ thuận) qua gần với điểm đo thuận, đường thẳng nghịch (chu kỳ nghịch) qua gần điểm đo nghịch, hai đường thẳng cắt điểm Dóng ngang điểm cắt qua trục thẳng đứng thời gian 50T Chia số cho 50 để tìm T Để hai đường thẳng cắt SV không nên chia lại tỉ lệ khác hình dưới, điểm cắt nằm cách xa giới hạn x = 40 mm Tuyệt đối không nối điểm thành đường ziczac
3 Xử lý kết
- Từ đồ thị, suy điểm cắt tính chu kỳ dao động lắc T = (s)
- Tính gia tốc trọng trường
22 T
L
g (m/s2) g = ΔL 2ΔT g
L T
= (m/s
)
- Viết kết
g = (m/s2) 79
80 81 82 83
50 100 150 200
0
250 300 50T (s)
(15)BÀI XÁC ĐỊNH MƠMEN QN TÍNH CỦA VẬT RẮN ĐỐI VỚI TRỤC
ĐỐI XỨNG CỦA NÓ
I MỤC ĐÍCH
Biết cách xác định mơmen qn tính vật rắn thực nghiệm
II DỤNG CỤ
- Hệ thống bánh đà gồm (H.1):
+ Bộ điều khiển Đ (có nút bấm F, 1, 2);
+ Bánh đà M (dạng khối trụ) có trục quay gối vào hai ổ trục; + Thước thẳng T gắn cố định đứng hộp chân đế;
+ Sợi dây mảnh đầu buộc vào trục quay, đầu buộc vào vật nặng A;
+ Cổng quang điện QĐ;
+ Máy đo thời gian MC – 963; - Thước kẹp
III CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1 Cơ sở lý thuyết
Quấn dây vào trục bánh đà để đưa vật A lên độ cao h1 so với điểm thấp thả hết dây Bng cho vật rơi
xuống, rơi kéo theo bánh đà quay Khi vật rơi tới vị trí thấp nhất, quán tính nên trục quay quấn dây lại nâng vật lê độ cao h2 Xét hệ gồm bánh đà M (dạng đĩa khối trụ) vật A (khối lượng m):
+ Tại thời điểm trước thả vật, vật độ cao h1, hệ
1
1 W mgh
W t (1)
+ Tại vị trí vật độ cao h2, hệ 2
2 W mgh
W t (2)
Do có ma sát trục quay ổ trục nên khơng bảo tồn h1 > h2 Theo định luật bảo toàn biến đổi
) (
)
( 2
1
2 W A F s mg h h F h h
W ms ms ms
2
2 ) (
h h
h h mg Fms
(3)
Như vậy, cần biết m, g, h1, h2 xác định lực ma sát trục quay ổ trục Hình
(16)+ Tại vị trí thấp vật, hệ 2 2 I mv
W (4)
Theo định luật bảo toàn
1
1
3 W A F s' F h W ms ms ms (5)
Chuyển động rơi vật A chuyển động nhanh dần nên
2 , 2 1 vt h t h v gt h gt v (6) Từ dt h d v r
v 1
(7)
ở d = 2r đường kính trục quay Kết hợp phương trình (3), (4), (5), (7) suy cơng thức tính mơmen qn tính bánh đà
) (
4 1 1 2
2 2 h h h h gt md
I (8)
Như cần đo thêm đường kính trục quay d xác định mơmen qn tính bánh đà
IV TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM
- Đo đường kính trục quay d : Dùng thước kẹp đo đường kính trục quay
bánh đà ghi vào bảng (Cách dùng thước kẹp xem Bài 1)
- Quan sát vật nặng A ghi khối lượng m vào bảng
- Đo thời gian t độ cao h
2:
+ B1: Nhả nút F bấm nút quay bánh đà để quấn dây vào trục
đưa vật A lên đến độ cao h
1bảng Bấm nút F để giữ bánh đà nằm yên
Bấm RESET đồng hồ đo thời gian
+ B2: Bấm nút tiếp tục bấm nhanh nút để vật A rơi xuống mở tín hiệu
cổng quang điện Sau vật A rơi xuống vị trí thấp nhất, đồng hồ đo thời gian
ngừng đếm
+ B3: Sau vật A rơi xuống chuyển động lên đến độ cao h
2so với vị trí
(17)+ B4: Đọc ghi lại số liệu thời gian t, độ cao h
2vào bảng Tiếp tục thực
cho số liệu h
1khác từ bước đến bước
IV BÁO CÁO THÍ NGHIỆM
Tiến hành thực nghiệm kết đo ghi vào bảng sau:
BảngĐường kính trục quay d = (cm)
Khối lượng vật nặng A = (g)
h
1(cm)
82
78
74
70
66
62
58
54
50
h
2(cm)
t (s)
1 Tính lực ma sát ổ trục
ms
F (N)
ms
F (N)
ms
F (N)
ms
F (N)
ms
F (N)
ms
F (N)
ms
F (N)
ms
F (N)
ms
F (N)
Giá trị trung bình lực ma sát lần đo
ms
F ((N) Sai số tuyệt đối
Fms1 (N)
Fms2 (N)
Fms3 (N)
(18)
Fms5 (N)
Fms6 (N)
Fms7 (N)
Fms8 (N)
Fms9 (N)
Giá trị trung bình sai số lần đo
Fms ((N)
Viết kết
ms
F (N)
2 Tính mơmen qn tính bánh đà
I (kgm2)
I (kgm2)
I (kgm2)
I (kgm2)
I (kgm2)
I (kgm2)
I (kgm2)
I (kgm2)
I (kgm2)
Giá trị trung bình mơmen qn tính lần đo
I ((kgm2) Sai số tuyệt đối
(19)
I2 (kgm2)
I3 (kgm
2 )
I4 (kgm
2 )
I5 (kgm2)
I6 (kgm
2 )
I7 (kgm
2 )
I8 (kgm2)
I9 (kgm
2 ) Giá trị trung bình sai số lần đo
I (( kgm2) Viết kết
(20)BÀI NGHIỆM ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG
TRÊN ĐỆM KHƠNG KHÍ
I MỤC ĐÍCH
- Nghiệm lại định luật bảo toàn động lượng trường hợp vật chuyển động với hệ số ma sát nhỏ
II DỤNG CỤ
- Đệm khơng khí giá đỡ có thước thẳng milimét vít điều chỉnh cân bằng, hai đầu cảm biến thu phát quang điện hồng ngoại
- Bơm khơng khí ống dẫn khí
- Hai xe trượt có chắn sáng (Bản chắn sáng có hình dạng )
- Hai đầu va chạm đàn hồi, hai đầu va chạm mềm có vải gai móc dính, hai gia trọng khối lượng 100g
- Một máy đo thời gian số với chức truy xuất liệu III CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1 Định luật bảo toàn động lượng
Một chất điểm chịu tác dụng lực, chuyển động có gia tốc (H.1) Theo định luật II Niutơn: Gia tốc a chất điểm tỷ lệ thuận với lực tổng hợp F tác dụng lên chất điểm tỷ lệ nghịch với khối lượng m nó: F ma (1)
Từ phương trình (1) suy hệ sau: Nếu lực tổng hợp tác dụng lên vật triệt tiêu
0
F v const
dt v d
a 0, vật chuyển động thẳng Khi v = s/t, với s đoạn đường vật khơảng thời gian t
Thay dt
v d
a vào phương trình (1) ý m = const ta F
dt K d dt
v m d
) (
(2)
Véc tơ K mv gọi động lượng vật, đặc trưng cho trạng thái động lực học vật Áp dụng phương trình (4) đối với hệ lập gồm hai vật có khối lượng m1 m2 tương tác với lực F1và F2 (H.1)
m2
1 F
Hình
F
m1
(21)Ta có: ( 2) 1 F dt v m d dt K d
( 1) 2
F dt v m d dt K d
Cộng vế với vế hai phương trình ta được:
2 2 1
1 ( ) ( ) F F
dt v m d dt v m d dt K d dt K d
hay ( 2) ( 1 2) F1 F2 dt v m v m d dt K K d
Theo định luật III Niutơn F1 F2, nên F1 F2 0, suy ra:
K1K2 m1v1m2v2 const (3)
Cơng thức (3) gọi định luật bảo tồn động lượng phát biểu sau: "Tổng động lượng
của hệ vật lập bảo tồn"
Nếu hệ lập gồm n vật, phương trình (3) viết thành:
n i iiv const
m K
1
(4)
Đối với hệ vật không cô lập, tổng hợp ngoại lực tác dụng lên hệ vật triệt tiêu tổng động lượng hệ vật bảo toàn
2 Khảo sát trình va chạm hai vật
Giả sử hệ gồm hai vật có khối lượng m1 m2 chuyển động không ma sát theo phương ngang tới va chạm xuyên tâm với Do tổng hợp ngoại lực (gồm trọng lực phản lực mặt giá đỡ) tác dụng lên hệ vật triệt tiêu nhau, nên theo (3), tổng động lượng hệ vật bảo toàn Gọi v1,v2,v1',v2'là vận tốc hai vật m1 m2 trước sau va chạm Xét hai trường hợp:
a/ Va chạm đàn hồi: Sau va chạm, hai vật m1 và m2 chuyển động với vận tốc v1' v2' Biểu thức (3) áp dụng cho hai vật viết dạng đại số:
m1v1+ m2v2 = m1v'1 + m2v'2 (5) Nếu trước va chạm vật m2 đứng yên (v2 = 0) (5) có dạng:
m1v1 = m1v'1 + m2v'2 (6)
* Lưu ý: (6) biểu thức đại số, giá trị v1, v'1, v'2 mang giá trị âm dương tùy thuộc chiều dương chọn
b/ Va chạm mềm: Sau va chạm, hai vật m1 và m2 chuyển động với vận tốc 'v Biểu thức (3) áp dụng cho hai vật trường hợp viết dạng đại số:
m1v1 + m2v2= (m1 + m2)v' (7) Nếu trước va chạm vật m2 đứng n (v2 = 0) (7) có dạng:
(22)Trong này, ta nghiệm lại định luật bảo tồn động lượng đệm khơng khí (H.2) Thiết bị đệm khơng khí gồm hộp H kim loại (dài khoảng 1200 cm), đầu bịt kín đầu cịn lại nối thơng với bơm nén khơng khí P
Hộp H có dạng trụ tiết diện tam giác hai mặt tương ứng có hai dãy lỗ nhỏ phân bố để khí nén ngồi Hai xe trượt X1 X2 chuyển động trên mặt hộp H
IV TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM
1 Điều chỉnh đệm khơng khí nằm cân thẳng ngang
Sinh viên không điều chỉnh ốc V1, V2, Đ1, Đ2 giá trượt H 2 Khảo sát trình va chạm đàn hồi
a Lắp hai vòng lò xo va chạm đàn hồi vào hai xe Đặt xe trượt X1 (không mang gia trọng) nằm bên trái cảm biến Đ1 Đặt thêm xe trượt X2 (đã mang thêm hai gia trọng m' hai bên) nằm bên trái cảm biến Đ2 Bấm nút “RESET” máy đo thời gian để đưa số thị cửa sổ "TIME" chuyển trạng thái
b Đẩy nhẹ xe trượt X1 chuyển động qua cảm biến Đ1 tới va chạm vào xe trượt X2 đang đứng yên Sau va chạm, xe X1 đổi chiều chuyển động qua cảm biến Đ1 lần thứ hai xe X2 chuyển động (cùng chiều với xe X1 trước va chạm) qua cảm biến Đ2 Sau hai xem khoảng hai cảm biến, giữ chúng lại nhẹ nhàng tay Gọi t1,t1' tương ứng các khoảng thời gian C1 qua cảm biến Đ1 trước, sau va chạm; t2' khoảng thời gian bản C2 qua cảm biến Đ2 sau va chạm; Các giá trị đọc máy đo thời gian sau: Bấm "MODE" máy thời gian để đèn báo hiệu "Ta" sáng, sau bấm "DATA" lần thứ cho đồng hồ L1 cho thời gian t1, tiếp tục bấm "DATA" lần để L2 cho thời gian t'1 Tiếp theo bấm "MODE" để đèn "Tb" sáng, đồng hồ t'2 Ghi vào bảng giá trị
X1 X2
V1 V2
Đ2 Đ1
m' C2
C1
H Máy đo thời gian
Hình
(23)c Thực động tác lần Ghi giá trị đo vào bảng để tính vận tốc v1, v'1, v'2
Định luật bảo toàn động lượng nghiệm trường hợp va chạm đàn hồi tổng đại số động lượng trước sau va chạm hai xe trượt X1 X2 nhau:
M1v1 = M1v'1 + M2v'2 (11) Biểu thức độ lớn là:
M1v1 = - M1v'1 + M2v'2 (11') Vận tốc chuyển động hai xe X1 và X2 trước sau va chạm tính theo cơng thức:
2 1
1
' ' , ' ' , ,
t S v t
S v v
t S
v (12)
Trong S = (cm) khoảng cách hai mép bên trái bên phải chắn sáng Ở M1 = m1 + m01 + m11: khối lượng tổng cộng xe X1
M2 = m2 + m02 + m21 + 2m': khối lượng tổng cộng xe X2 Với m1, m2: khối lượng xe X1, X2
m01 = m02:khối lượng chắn sáng
m11 = m21: khối lượng đầu va chạm đàn hồi (vòng lò xo lá) m': khối lượng gia trọng gắn vào xe trượt
3 Khảo sát trình va chạm mềm
a Tháo chắn C2 khỏi xe trượt X2 (Xe mang hai gia trọng 2m') Thay hai đầu va chạm đàn hồi hai xe X1 và X2 hai đầu va chạm mềm có vải gai móc dính Sau đó, đặt hai xe trượt X1 X2 vị trí mục III.3.a Bấm nút "RESE" máy đo thời gian để số cửa sổ"TIME" chuyển trạng thái
b Đẩy xe trượt X1 chuyển động qua cảm biến Đ1 với vận tốc vừa đủ tới va chạm vào xe trượt X2 đang đứng yên (v2 = 0) Sau va chạm, hai xe dính vào chuyển động với vận tốc v' qua cảm biến Đ2 Đọc giá trị t1, t' ghi vào bảng cách bấm "MODE" để "Ta" sáng, đồng hồ t1 Bấm "MODE" để chuyển sang "Tb" sáng, đồng hồ t'
c Thực động tác lần Ghi giá trị đo vào bảng để tính vận tốc v1 và v'
Vận tốc hai xe trượt X1 và X2 trước sau va chạm tính theo công thức:
' ' ' ' ,
, 2
1
t S v v v v
t S
v (13)
(24)M'1v1 = (M'1 + M'2)v' (14) ở M'1 = m1 + m01 + m'12: khối lượng tổng cộng xe X1
M'2 = m2 + m'22 + 2m': khối lượng tổng cộng xe X2 và m'12 = m'22 khối lượng đầu va chạm mềm (có gai móc dính) IV BÁO CÁO THÍ NGHIỆM
1 Kết thí nghiệm a Giá trị đại lượng
m1 =m2 = 150,0 1,0 (gam) m' = 32,0 1,0 (gam)
S = 50,0 1,0 (mm)
m01 = m02 = 14.3 0,2 (gam) m11 = m21 = 14,0 0,2 (gam) m'12 = m'22 = 10,5 0,2 (gam) b Nghiệm lại định luật bảo toàn động lượng va chạm đàn hồi
Bảng Lần
đo
Trước va chạm Sau va chạm
v2 = (m/s) t1 (s) v1 (m/s) t'1 (s) v'1 (m/s) t'2 (s) v'2 (m/s)
2
Bảng
Lần đo
Trước va chạm Sau va chạm Sai số tỷ đối Kt = M1v1
(kgm/s)
Ks = - M1v'1 + M2v'2
(kgm/s) t
t s
t K
K K K
K
2
Tính sai số tương đối trung bình: = %
Lưu ý: Đổi đơn vị S, M1, M2 đơn vị tính tốn Do (6) biểu thức đại số
(25)c Nghiệm lại định luật bảo toàn động lượng va chạm mềm Bảng
Lần đo Trước va chạm Sau va chạm
v2 = (m/s) t1 (s) v1 (m/s) t' (s) v'1 = v'2 = v' (m/s)
2
- Xử lý kết
Bảng
Lần đo
Trước va chạm Sau va chạm Sai số tỷ đối Kt = M'1v1
(kgm/s)
Ks = (M'1 + M'2)v'
(kgm/s) t
t s
t K
K K K
K
2
(26)BÀI ĐO ĐIỆN TRỞ BẰNG MẠCH CẦU WHEASTON
I MỤC ĐÍCH
- Biết cách sử dụng hộp điện trở núm xoay - Rèn luyện kỹ mắc mạch điện
- Nghiệm lại công thức mắc điện trở nối tiếp song song II DỤNG CỤ
- Các hộp điện trở núm xoay giới hạn 0,1 - 9999,0 - Nguồn điện chiều 12 V Điện kế
- Các điện trở Rx, Ry dây nối III CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Xét mạch cầu Wheaston hình 1: Các điện trở R1, R2 biết, Rv biến trở, Rx điện trở cần đo Điều chỉnh Rv cho điện kế G số 0, ta nói mạch cầu cân Khi ta có
B N B M N A M A V V V V V V V V (1) hay 2 1 R I R I R I R
I x v
(2) => x Rv R R R
2
(3)
Biết giá trị R1, R2 Rv, thay vào (3) ta xác định Rx IV TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM
- Tìm hiểu cách thức sử dụng điện trở núm xoay
- Nguồn điện chiều đặt cố định En = 4,5 V (SV không thay đổi) 1 Đo Rx
- Mắc mạch hình Đặt R2 = 100 , R1 = 100
- Xoay Rv cho điện kế G số 0, đọc giá trị Rv ghi vào bảng
- Giữ nguyên giá trị R2, đặt R1= 200 ; R1= 300 làm tương tự ta thu giá trị Rv Ghi giá trị Rv vào bảng
- Gỡ Rx khỏi mạch cầu 2 Đo Ry
- Thay điện trở Rx mạch điện hình Ry
(27)- Thực thao tác tương tự với việc đo Rx Đọc ghi giá trị Rv vào bảng
- Gỡ Ry khỏi mạch cầu
3 Đo Rx nối tiếp Ry
- Mắc nối tiếp hai điện trở Rx Ry với
- Mắc mạch tương tự hình 1, có điều ta dùng đoạn mạch Rx nối tiếp Ry thay cho Rx mạch cầu
- Thực thao tác tương tự với việc đo Rx Đọc ghi giá trị Rv vào bảng
- Gỡ đoạn mạch Rx nối tiếp Ry khỏi mạch cầu
4 Đo Rx song song Ry
- Mắc song song hai điện trở Rx Ry với
- Mắc mạch tương tự đo Rx nối tiếp Ry Ở thay đoạn mạch Rx song song Ry cho đoạn mạch Rx nối tiếp Ry
- Thực thao tác tương tự với việc đo Rx nối tiếp Ry Đọc ghi giá trị của Rv vào bảng
Bảng
R1() Rv() Rx() Rv() Ry() Rv() Rnt() Rv() Rss() 100
200 300
V BÁO CÁO THÍ NGHIỆM 1 Tính Rx
3 x x x
x
R R R
R = ()
3
3
1 x x x x
x x x
R R R R R R
R
= ()
x x x
R R
= %
x x
x R R
R () 2 Tính Ry
3 y y y
y
R R R
(28)3
3
1 y y y y
y y y R R R R R R
R
= () y y y R R = %
y y
y R R
R () 3 Tính Rx nối tiếp Ry
3
3 nt nt nt
nt
R R R
R = ()
3
3
1 nt nt nt nt nt nt nt R R R R R R
R
= () nt nt nt R R = %
nt nt
nt R R
R () 4 Tính Rx song song Ry
3
3 ss ss ss
ss
R R R
R = ()
3
3
1 ss ss ss ss ss ss ss R R R R R R
R
= () ss ss ss R R = %
ss ss
ss R R
R () 5 Tính Rnt Rss theo lý thuyết
y x
nt R R
R = ()
(29)BÀI KHẢO SÁT HIỆN TƯỢNG GIAO THOA BỞI KHE YOUNG
I MỤC ĐÍCH
- Định lượng phân bố cường độ sáng ảnh giao thoa qua khe Young - Xác định bước sóng ánh sáng
II DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM
- Diode DL (3,8V - 5mW) phát chùm tia Laser - Hệ khe Young
- Giá trượt G
- Màn ảnh A gắn với Panme P
- Khe cảm biến quang điện silicon QĐ gắn ảnh A - Đồng hồ khuyếch đại MC897A
III CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Giao thoa ánh sáng chồng chất hai hai hay nhiều sóng ánh sáng kết hợp (dao động phương, có tần số hiệu số pha không đổi theo thời gian) không gian tạo thành vân sáng vân tối xen kẽ nhau Sự phân bố cường độ sáng (I) theo vị trí vân sáng với tượng giao thoa hai sóng kết hợp thể hình Vân sáng
trung tâm có cường độ lớn (sáng nhất) Vân có bậc cao cường độ sáng thấp (sáng yếu)
Xét tượng giao thoa ánh sáng qua khe Young (H.2) Ánh sáng đơn sắc phát từ nguồn S, truyền qua hai khe hở hẹp song song S1, S2 nằm gần cách khoảng a chắn N Đặt ảnh A song song với chắn N cách P
I
Hình
O x1 x2 x3 x x-1
x-2 x-3
O x M S1
S2 S
d1
d2
D
Hình 2
(30)khoảng D để quan sát ảnh giao thoa Giả sử dao động sáng S1 S2 biểu diễn phương trình
ft
E
E 0cos2 Tại M A dao động có dạng
/ cos / cos 02 01 d ft E E d ft E E Dao động sáng M có giá trị tổng hai dao động sáng thành phần EM = E1 + E2
Biên độ E0M sóng tổng hợp
( )
2 cos
2
02 01 02 01 d d E E E E
E M
Vì cường độ sáng I tỷ lệ với 0 M
E , nên tùy thuộc vào hiệu pha
d d d
2 1
với d2 d1 d hiệu đường hai sóng ánh sáng
Giá trị cực đại Imax ứng với vân sáng hay cực đại giao thoa
k d d cos
với k = 0, 1, 2, Giá trị cực tiểu Imin ứng với vân tối hay cực tiểu giao thoa
2 cos k d dvới k = 0, 1, 2,
Vị trí vân sáng xác định công thức
a D k xk
Vân sáng ứng với k = trùng với điểm O ảnh A gọi vân sáng trung tâm Các vân sáng khác ứng với k = 1, 2,… nằm đối xứng với hai phía vân sáng Vị trí vân tối xác định cơng thức
a D k
xt
Các vân tối nằm đối xứng với hai phía vân sáng O nằm xen kẽ vân sáng
(31)a D i
Như vậy, ta xác định bước sóng ánh sáng đơn sắc, biết trước khoảng cách a, D đo khoảng vân i
Trong thí nghiệm này, ta xác định giá trị khoảng vân i suy bước sóng chùm tia laser Đồng thời khảo sát tượng giao thoa chùm tia laser cách khảo sát phân bố cường độ sáng ảnh giao thoa cho khe Young
IV TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM
1 Bố trí thí nghiệm (SV tham khảo, thực bố trí TN - Chỉ làm mục 2) Thí nghiệm bố trí hình
- Để tìm ảnh giao thoa chùm tia laser qua khe Young:
+ Cắm nguồn điện, bật K1 nguồn DL, ta nhận chùm tia Laser màu đỏ - Thực việc "chuẩn trực" hệ quang học khe Young (SV không thực hiện công việc 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7):
1 Đặt khe Young Y nằm nghiêng, không chắn chùm tia laser
2 Điều chỉnh chùm sáng tia Laser dọi vào khe cảm biến QĐ (trên A) Sau giữ cố định nguồn Laser DL suốt trình đo
3 Đặt mép N bàn trượt chứa khe Young vị trí 97 cm thước gắn với giá G Khi ta có khoảng cách từ khe Young đến 1000 mm, giữ cố định khoảng cách suốt trình thực phép đo
4 Dựng khe Young vng góc với chùm tia Laser, điều chỉnh khe Young giá đỡ khe Young cho chùm tia Laser qua hai khe Young có thơng số 0.1 - 0.3 - 0.1 (hệ khe chính giữa, nghĩa a = 0,4 mm) Sao cho ảnh giao thoa thu rõ
A
K1 DL
G
NA Y
QĐ
K.Đại
Hình
A
(32)- Điều chỉnh khuyếch đại KĐ:
5 Bấm khóa K KĐ đèn LED sáng, chọn thang RANGES thang 1,5 (mV), vặn núm Rf tận bên trái
6 Trong trường hợp kim đồng hồ lệch hết thang đo vân trung tâm lọt vào khe quang điện điều chỉnh từ từ núm qui "0" để kim lệch giá trị khoảng 1,0 mV
7 Giữ nguyên vị trí núm qui "0" suốt thời gian tiến hành thí nghiệm 2 Khảo sát phân bố cường độ sáng xác định bước sóng chùm tia Laser qua ảnh giao thoa cho khe Young
Cách thực hiện:
- Vặn Panme vị trí mm;
- Vặn Panme P từ mm đến 20 mm để xác định vị trí vân sáng (x) cường độ sáng tương ứng (I) Trong khoảng vặn này, có nhiều vân sáng xen lẫn vân tối nên lần vân sáng lọt qua khe quang điện, kim bị lệch qua phải Mỗi lần kim bị lệch qua phải tinh chỉnh Panme chút (vặn vào - chút) kim lệch nhiều nhất, dừng lại đọc giá trị I (trên máy khuếch đại) vị trí x (trên Panme P - cách đọc Panme tham khảo Đo độ dài) Ghi số liệu đọc giấy nháp theo bảng Sau hoàn thành vặn Panme đến giá trị 20 mm, nhìn vào bảng nháp xem giá trị I cao (kim lệch nhiều nhất), giá trị I0 cần tìm vị trí x0 tương ứng, vân sáng trung tâm Chọn vân sáng ghi lại giá trị vào bảng theo thứ tự tăng dần x từ trái qua phải
Bảng
x-3 (mm) x-2 (mm) x-1 (mm) x0 (mm) x1 (mm) x2 (mm) x3 (mm) I-3 (V) I-2 (V) I-1 (V) I0 (V) I1 (V) I2 (V) I3 (V)
Chú ý: + Kết đo phải thoả mãn điều kiện:
I0 > I1(I-1) > I2(I-2) > I3(I-3); I1 I–1; I2 I–2; I3 I–3;
+ Từ giá trị x-3 đến x3 có giá trị tăng dần giảm dần gần cấp số cộng.
V KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
- Từ số liệu bảng 1, tính khoảng cách L vân sáng đối xứng qua vân sáng giữa:
1 x x
L = (m)
2 x x
(33)3 3 x x
L = (m) - Suy khoảng cách vân là:
2 1
L
i = (m)
4 2
L
i = (m)
6 3
L
i = (m) - Tính giá trị
3 i i i
i = (m)
1 i i i
= (m)
2 i i i
= (m)
3 i i i
= (m) Khi
3
3 i i
i
i
= (m) - Tính bước sóng
D i a
= (m) - Tính sai số
Cho a0,01 (mm); D1,00 (mm)
D D a
a i
i
= (%)
= (m) - Kết
(34)BÀI NGHIÊN CỨU ĐẶC TUYẾN CỦA TRANSITOR
I MỤC ĐÍCH
- Nghiên cứu tính chất khuyếch đại Transitor - Vẽ đường đặc tuyến truyền qua
- Tính hệ số khuếch đại Transitor BD137 II DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM
- Transitor BD137 (Transitor NPN) - Đồng hồ vạn
- ampe kế - điện trở
- Nguồn điện chiều, bảng mạch điện, dây nối III CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1 Chất bán dẫn khiết (tinh khiết)
Điển Ge, Si; ngun tố thuộc nhóm IV bảng tuần hồn Các chất có cấu trúc mạng tinh thể nhiệt độ thấp điện tử liên kết bền vững với nguyên tử Nhưng nhiệt độ tăng, bị kích thích, số điện tử khỏi liên kết trở thành điện tử tự tạo lỗ trống Điện tử lân cận lấp lỗ trống lại tạo lỗ trống vị trí Quá trình tiếp diễn Như vậy, chất bán dẫn có hai loại hạt dẫn điện điện tử lỗ trống Do vậy, điều kiện chúng có khả dẫn điện 2 Chất bán dẫn loại P chất bán dẫn loại N
Để tăng tính dẫn điện bán dẫn người ta tăng nồng độ điện tử lỗ trống bằng cách pha thêm vào bán dẫn lượng nhỏ tạp chất
Khi tạp chất ngun tố thuộc nhóm III (ví dụ B (Bo)) tạo chất bán dẫn loại P với đặc điểm nồng độ lỗ trống lớn nhiều so với nồng độ điện tử Như chất bán dẫn loại P, lỗ trống hạt dẫn điện đa số điện tử hạt dẫn điện thiểu số Ngược lại, tạp chất ngun tố thuộc nhóm V (ví dụ P (Phốt pho)) tạo chất bán dẫn loại N điện tử hạt dẫn điện đa số cịn lỗ trống hạt dẫn điện thiểu số
3 Transitor
(35)nhất có độ dầy bé (cỡ m) miền bagiơ (B) Các dây nối hàn với miền tương ứng gọi cực emitơ, colectơ bagiơ
Các miền transitor tạo lớp tiếp giáp PN Nếu miền P tiếp giáp nối với điện cao miền N nối với điện thấp tiếp giáp phân cực thuận Trường hợp ngược lại ta nói tiếp giáp phân cực ngược
Để hoạt động chế độ khuyếch đại tiếp giáp E - B phải phân cực thuận tiếp giáp C - B phân cực ngược (H.2) Với Transitor NPN, tác dụng điện áp phân cực trên, điện tử từ miền emitơ phun qua lớp tiếp giáp E - B tạo nên dòng emitơ IE Chúng tới vùng bagiơ tiếp tục khuyếch tán hướng tới tiếp giáp B - C Trên đường khuyếch tán phần nhỏ điện tử tái hợp với lỗ trống (là hạt đa số bagiơ) tạo nên dòng bagiơ IB Gần toàn điện tử khuyếch tán tới bờ tiếp giáp B - C và bị điện trường qua miền colectơ tạo nên dịng IC Ta có hệ thức (gần đúng) giữa dịng điện sau: IE = IB + IC IC, IE >> IB ; hệ số khuyếch đại dịng:
B C
I I
Nếu IB thay đổi IC thay đổi theo Đồ thị biểu diễn phụ thuộc IC vào IB UCE không đổi gọi đặc tuyến truyền qua transitor: IC = f(IB)
Hình 1 B
C
E P P
N B
C
E N P N Colectơ
Emitơ Bagiơ
Colectơ
Emitơ Bagiơ
Hình
Dịng e
N P N
IE IC
IB E
B
C - +
- + RB
(36)Phân cực hoạt động cho Transitor NPN thể hình IV TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM
1 Đo điện trở cực emitơ, colectơ bagiơ
- Dùng đồng hồ vạn đo điện trở cực E, B C Transitor Áp hai que đồng hồ vạn vào hai chân Transitor, đọc ghi giá trị đo vào bảng
Bảng
RCB () REB () REC ()
2 Khảo sát đặc tuyến Transitor
- Mắc mạch điện sơ đồ hình (GV mắc trước, SV xem tuyệt đối không mắc lại mạch điện)
- Điện áp nguồn giáo viên chọn trước (SV tuyệt đối không vặn chiết áp nguồn bên phải, dễ làm hỏng dụng cụ)
- Đặt thang đo lớn cho ampe kế (SV tuyệt đối không thay đổi thang đo này, việc làm hỏng ampe kế gây sai): A kế đặt thang đo 50A, mA kế đặt thang đo 2.5mA
- Vặn chiết áp nguồn (hình núm xoay nguồn bên trái) ngược chiều kim đồng hồ vị trí (A số 0)
- Tăng từ từ giá trị chiết áp từ vị trí theo chiều kim đồng hồ đến lúc A giá trị cần đo (theo bảng 2) dừng lại đọc giá trị của mA ghi vào bảng
Hình - Cách đọc giá trị ampe kế sau:
(37)+ Với A kế: Chọn đọc thang đo lớn 50, vạch thang đo ứng với 1A Kim lệch số vạch ứng với giá trị A tương ứng
+ Với mA kế: Chọn đọc thang đo lớn 10, vạch thang đo ứng với 0.05 mA Kim lệch vạch số lấy số vạch nhân với 0.05 có giá trị mA tương ứng
Bảng
Chú ý: Khi tính hệ số khuếch đại phải đổi IB , IC đơn vị IB (A) IC (mA) I /C IB
0 0
1 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40
V BÁO CÁO THÍ NGHIỆM 1 Tính sai số tuyệt đối
(38)các điểm thành đường trơn tru không gãy khúc Tuyệt đối không nối điểm thành đường cong ziczac Cần lưu ý vẽ đường đặc tuyến, phải vẽ dự đoán giá trị lớn 40m (chỉ cần vẽ đến giá trị Ib = 50m được)