Biên soạn tài liệu hướng dẫn cho các bộ thí nghiệm vật lý đại cương mới theo định hướng phát triển năng lực

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA VẬT LÝ HOÀNG THỊ PHƯƠNG BIÊN SOẠN TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN CHO CÁC BỘ THÍ NGHIỆM VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG MỚI THEO ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Đà Nẵng, 2017 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM ĐÀ NẴNG KHOA VẬT LÝ HOÀNG THỊ PHƯƠNG BIÊN SOẠN TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN CHO CÁC BỘ THÍ NGHIỆM VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG MỚI THEO ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành: Sư phạm Vật lý Khóa học : 2013 - 2017 Người hướng dẫn: TS NGUYỄN QUÝ TUẤN Đà Nẵng, 2017 LỜI CẢM ƠN Để hồn thành khóa luận tốt nghiệp này, em nhận hỗ trợ, hướng dẫn mặt chun mơn, góp ý chân thành lời động viên quý báu từ quý thầy cô trường Đại học Sư phạm - Đại học Đà Nẵng, bạn bè người thân Trước hết, em xin cảm ơn quý thầy cô trường Đại học Sư phạm - Đại học Đà Nẵng, quý thầy cô khoa Vật lý dìu dắt dạy cho em nhiều kiến thức, kĩ quý báu Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Nguyễn Quý Tuấn Trong q trình làm khóa luận, em thầy hướng dẫn tận tình, cung cấp nhiều kiến thức bổ ích, giúp em nhận nhiều vấn đề để hồn thiện khóa luận tốt nghiệp Em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè động viên tạo điều kiện thuận lời cho em hồn thành khóa luận Mặc dù em cố gắng để hoàn thiện khóa luận nhiên trình độ lý luận kỹ thực hành hạn chế nên khóa luận khơng thể tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận ý kiến đóng góp từ q thầy cơ, bạn bè để khóa luận em hoàn chỉnh Em xin chân thành cảm ơn! Đà Nẵng, tháng năm 2017 Sinh viên thực Hoàng Thị Phương i MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC ii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT v DANH MỤC BẢNG BIỂU vi DANH MỤC HÌNH ẢNH viii PHẦN THỨ NHẤT: MỞ ĐẦU 1 Lí chọn đề tài Mục đích nghiên cứu .2 Nhiệm vụ nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu PHẦN THỨ HAI: NỘI DUNG CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN DẠY HỌC THEO ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC NGƯỜI HỌC 1.1 Lý luận dạy học theo định hướng phát triển lực người họ 1.2 Xây dựng lực theo định hướng phát triên lực cho người học 1.2.1 Xây dựng lực chung .7 1.2.2 Năng lực chuyên biệt môn Vật lý 11 1.2.3 Cấu trúc lực thực nghiệm dạy học Vật lý 13 CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH GIẢNG DẠY CÁC BÀI THÍ NGHIỆM VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG MỚI 15 2.1 Bài thí nghiệm: “Xác định momen quán tính vật rắn đối xứng” .15 2.1.1 Chuẩn đầu thí nghiệm .15 2.1.2 Dụng cụ thí nghiệm 15 2.1.3 Cơ sở lý thuyết 16 ii 2.1.4 Tiến trình thực hành 17 2.1.5 Kết thí nghiệm xử lý số liệu 18 2.2 Bài thí nghiệm: “Xác định sức căng bề mặt chất lỏng” 21 2.2.1 Chuẩn đầu thí nghiệm .21 2.2.3 Cơ sở lý thuyết 22 2.2.4 Tiến trình thực hành 23 2.2.5 Kết thí nghiệm sử lý số liệu 24 2.3 Bài thí nghiệm: “Đo vận tốc âm khơng khí ống Kundt máy phát chức năng” 26 2.3.1 Chuẩn đầu thí nghiệm 26 2.3.2 Dụng cụ thí nghiệm 26 2.3.4 Cơ sở lý thuyết 29 2.3.5 Tiến trình thực hành 30 2.3.6 Kết thí nghiệm xử lý số liệu 31 2.4 Bài thí nghiệm: “Xác định điện tích riêng e/m electron” 33 2.4.1 Chuẩn đầu thí nghiệm .33 2.4.2 Dụng cụ thí nghiệm 33 2.4.3 Cơ sở lý thuyết 36 2.4.4 Tiến trình thực hành 37 2.4.5 Kết thí nghiệm xử lý số liệu 38 CHƯƠNG 3: TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH VÀ SỐ LIỆU KẾT QUẢ MẪU 41 3.1 Bài thí nghiệm: “Xác định momen quán tính vật rắn đối xứng” .41 3.1.1 Chuẩn đầu thực hành 41 3.1.2 Dụng cụ thí nghiệm 41 3.1.3 Cơ sở lý thuyết 44 3.1.4 Lắp đặt tiến trình thí nghiệm 48 iii 3.1.5 Kết thí nghiệm xử lý số liệu 49 3.2 Bài thí nghiệm: “Xác định sức căng bề mặt chất lỏng” 56 3.2.1 Chuẩn đầu thí nghiệm .56 3.2.2 Dụng cụ thí nghiệm 56 3.2.3 Cơ sở lý thuyết 58 3.2.4 Lắp đặt tiến hành thí nghiệm 60 3.2.5 Kết thí nghiệm xử lý số liệu 62 3.3 Bài thí nghiệm: “Đo vận tốc âm khơng khí ống Kundt máy phát chức năng” 66 3.3.1 Chuẩn đầu thí nghiệm .66 3.3.2 Dụng cụ thí nghiệm 66 3.3.3 Cơ sở lý thuyết 71 3.3.4 Lắp đặt tiến hành thí nghiệm 71 3.3.5 Kết thí nghiệm xử lý số liệu 73 3.4 Bài thí nghiệm: “Xác định điện tích riêng e/m electron” 77 3.4.1 Chuẩn đầu thí nghiệm .77 3.4.2 Dụng cụ thí nghiệm 77 3.4.3 Cơ sở lý thuyết 81 3.4.4 Lắp đặt tiến hành thí nghiệm 83 3.4.5 Kết thí nghiệm xử lý số liệu 86 KẾT LUẬN .91 TÀI LIỆU THAM KHẢO 92 Ý KIẾN CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN 93 iv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT STT Viết tắt Nội dung GV Giáo viên HS Học sinh ICT Công nghệ thông tin truyền thông NLTP Năng lực thành phần NXB Nhà xuất TW Trung ương v DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1.1: Các đặc trưng chương trình định hướng nội dung chương trình định hướng phát triển lực Bảng 1.2.1: Bảng lực chung .7 Bảng 1.2.2: Năng lực chuyên biệt môn Vật lý 11 Bảng 2.1.1: Đường kính rịng rọc .18 Bảng 2.1.2: Thời gian chuyển động đĩa quay góc 𝜃 = ⋯ .19 Bảng 2.1.3: Thời gian chuyển động đĩa quay gắn thêm hình trụ góc 𝜃 = ⋯ 19 Bảng 2.1.4: Thời gian chuyển động đĩa quay gắn thêm khối cầu đặc góc 𝜃 = ⋯ .19 Bảng 2.1.5: Thời gian chuyển động đĩa quay gắn thêm khối nón đặc góc 𝜃 = ⋯ .19 Bảng 2.1.6: Momen quán tính vật rắn đối xứng (lý thuyết) .20 Bảng 2.2.1: Đường kính ngồi vịng nhơm 24 Bảng 2.2.2: Lực căng bề mặt chất lỏng nước nhiệt độ phịng 24 Bảng 2.3.1: Sóng dừng xảy ống trụ với chiều dài l1 31 Bảng 2.3.2: Sóng dừng xảy ống trụ với chiều dài l2 31 Bảng 2.3.3: Sóng dừng xảy ống trụ với chiều dài l3 31 Bảng 2.4.1: Đường kính vịng dây Helmoltz 38 Bảng 2.4.2: Hiệu điện gia tốc electron U1 = (V) 38 Bảng 2.4.3: Hiệu điện gia tốc electron U2 = (V) 38 Bảng 2.4.4: Hiệu điện gia tốc electron U3 = (V) 38 Bảng 3.1.1: Bán kính rịng rọc 49 Bảng 3.1.2: Thời gian chuyển động đĩa quay rịng rọc góc 𝜃 = 180° .50 Bảng 3.1.3: Thời hian chuyển động đĩa quay gắn thêm khối trụ đặc góc 𝜃 = 180° 51 Bảng 3.1.4: Thời gian chuyển động đĩa quay gắn thêm khối cầu đặc góc 𝜃 = 180° 52 Bảng 3.1.5: Thời gian chuyển động đĩa quay gắn thêm khối nón đặc góc 𝜃 = 180° 53 Bảng 3.1.6: Momen quán tính vật rắn đối xứng 54 vi Bảng 3.2.1: Đường kính ngồi vịng nhơm 62 Bảng 3.2.2: Lực căng bề mặt chất lỏng nước cất nhiệt độ phòng .62 Bảng 3.2.3: Lực căng bề mặt chất lỏng nước phụ thuộc vào nhiệt độ 63 Bảng 3.3.1: Sóng dừng xảy ống trụ với chiều dài l1=550mm .73 Bảng 3.3.2: Sóng dừng xảy ống trụ với chiều dài l2=500mm .73 Bảng 3.3.3: Sóng dừng xảy ống trụ với chiều dài l3=450mm .73 Bảng 3.4.1: Đo đường kính vịng dây Helmholtz .86 Bảng 3.4.2: Hiệu điện gia tốc electron U = 150V .86 Bảng 3.4.3: Hiệu điện gia tốc electron U = 175V 86 Bảng 3.4.4: Hiệu điện gia tốc electron U = 200V 87 Đồ thị 3.1.1: Mối quan hệ t2 1/m đĩa quay ròng rọc 50 Đồ thị 3.1.2: Mối quan hệ t2 1/m khối trụ đặc .51 Đồ thị 3.1.3: Mối quan hệ t2 1/m khối cầu đặc 52 Đồ thị 3.1.4: Mối quan hệ t2 khối nón đặc 53 Đồ thị 3.2.1: Sự phụ thuộc sức căng mặt nước vào nhiệt độ 63 Đồ thị 3.3.1: Sự phụ thuộc bước sóng λ vào 1/f 74 Đồ thị 3.4.1: Đồ thị phụ thuộc I vào 1/r .88 vii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1.1: Mơ tả cổng quang điện với đồng hồ đo thời gian số 15 Hình 2.2.1: Mơ tả nút chức máy khuấy từ 21 Hình 2.3.1: Mô tả cấu tạo máy phát chức 27 Hình 2.3.2: Mơ tả cách điều chỉnh tần số 27 Hình 2.3.3: Mơ tả nút máy khuếch đại tần số 28 Hình 2.4.1: Mơ tả nút chức nguồn cơng suất “Netigerat universal” 34 Hình 2.4.2: Mô tả nút chức nguồn công suất “DC – Constanter Geregeltes Netzgerat 600V ” .35 Hình 2.4.3: Từ trường tạo vòng dây mang dòng điện .36 Hình 3.1.1: Mơ tả nút chức cổng quang điện với đồng hồ đo thời gian số .44 Hình 3.1.2 47 Hình 3.1.3: Bố trí thí nghiệm để xác định momen quán tính 48 Hình 3.2.1: Mơ tả cấu tạo máy khuấy từ gia nhiệt .58 Hình 3.2.2: Bố trí thí nghiệm khảo sát sức căng mặt ngồi nước 60 Hình 3.2.2: Mô tả cách đặt đầu đo nhiệt 60 Hình 3.3.1: Mơ tả nút chức máy phát chức 68 Hình 3.3.2: Mơ tả cách điều chỉnh tần số 69 Hình 3.3.3: Mơ tả nút chức máy khuếch đại tần số .70 Hình 3.3.4: Lắp đặt thí nghiệm để xác định vận tốc truyền âm khơng khí .71 Hình 3.3.6: Mơ tả cách nối loa với máy khuếch đại tần số .72 Hình 3.4.1: Mơ tả nút chức nguồn công suất “Netigerat universal” 79 Hình 3.4.2 Mơ tả nút chức nguồn công suất “DC – Constanter Geregeltes Netzgerat 600V ” .80 Hình 3.4.3: Từ trường tạo vịng dây mang dịng điện .81 Hình 3.4.4: Từ trường tạo hai cuộn Helmholtz 82 Hình 3.4.5: Bố trí thí nghiệm để xác định điện tích riêng e/m 83 Hình 3.4.6: Sơ đồ đấu dây cuộn Helmholtz 84 Hình 3.4.7: Sơ đồ đấu dây ống chùm tia hẹp 84 viii 10 Dây nối (đỏ, 07335-01 32A, 25cm) 11 Dây nối 07335-04 (xanh, 32A, 25cm) 12 Đồng hồ đa 3.4.2.2 Hướng dẫn sử dụng dụng cụ 3.4.2.2.1 Nguồn dịng cơng suất “Netigerat universal” Hình 3.4.1: Mơ tả nút chức nguồn công suất “Netigerat universal” 79 (1) Cái núm xoay điều chỉnh hiệu điện nguồn điện chiều Hiệu điện điều chỉnh từ đến 18V Cường độ dòng điện lấy từ nguồn điện chiều có giái trị nhỏ giá trị dòng điện điều chỉnh núm điều chỉnh (3) Nếu đèn (4) không sáng ta cần điều chỉnh tiếp núm hiệu điện (1) (2) Lỗ cắm đầu ra, 18V- 5A Cặp lỗ cắm giúp đưa hiệu điện chiều ra, cực dương màu đỏ, cực âm màu xanh biển (3) Cái núm xoay điều chỉnh giới hạn dòng điện Điều chỉnh cường độ dòng điện cực đại (4) Đèn báo “chế độ dòng điện khơng đổi” Đèn sáng cường độ dịng điện đạt đến giá trị giới hạn chỉnh (5) Lỗ cắm nối đất (6) Lỗ cắm đầu ra, 15V ~/5A (7) Nút ngắt mạch tải (8) Đèn báo on/off 3.4.2.2.2 Nguồn công suất “DC – Constanter Geregeltes Netzgerat 600V ” Hình 3.4.2 Mơ tả nút chức nguồn công suất “DC – Constanter Geregeltes Netzgerat 600V ” 80 (1) Lỗ cắm đầu ra, 12V-/ 0,5A (2) Lỗ cắm đầu ra, 50V-/ 50mA (3) Lỗ cắm đầu ra, 300V-/ 50mA (4) Lỗ cắm nỗi đất (5) Lỗ cắm đầu ra, 300V-/ 50mA (6) Lỗ cắm đầu ra, 6,3V~2A (8) Cái núm xoay điều chỉnh giới hạn dòng điện 0-12A (9) Cái núm xoay điều chỉnh giới hạn dòng điện 0-50A (10) Cái núm xoay điều chỉnh giới hạn dòng điện 0-300A 3.4.3 Cơ sở lý thuyết [3] 3.4.3.1 Từ trường tạo cuộn dây Helmholtz Cảm ứng từ điểm P nằm trục vòng dây tròn bán kính 𝑅, mang dịng điện cường độ 𝐼, cách tâm vịng đoạn 𝑥 hình 3.4.3 có dạng: 𝐵= với μ0 = 4π×10−7 Vs Am 𝜇0 𝐼 ( = 1,257 10−6 R2 𝑅 + 𝑥 )2 Vs Am : hệ số từ thẩm tuyệt đối chân khơng Hình 3.4.3: Từ trường tạo vịng dây mang dịng điện Nếu cuộn dây có N vịng dây quấn chiều, cảm ứng từ trục vòng dây có dạng: 𝐵𝑥 = 𝜇0 𝑁𝐼 ( 81 R2 𝑅 + 𝑥 )2 Trong trường hợp cuộn dây Helmholtz có bán kính 𝑅, số vòng dây 𝑁, đặt cách khoảng 𝑎 = 𝑅 hình 4.3, cảm ứng từ điểm trục hai vòng dây cách trung điểm hai vịng trịn khoảng 𝑥 có dạng: 𝑅 2 𝐵𝑥 = 𝜇0 𝑁 𝐼 𝑅 {(𝑅 + (𝑥 − ) ) 2 −3/2 −3/2 𝑅 + (𝑅 + (𝑥 + ) ) 2 } Hình 3.4.4: Từ trường tạo hai cuộn Helmholtz Tại trung điểm tâm hai cuộn dây Helmholtz, 𝑥 = 0, cảm ứng từ tính theo biểu thức: 3/2 B=( ) μ0 N I R (3.4.1) Từ hình 3.4.4, cảm ứng từ tổng cộng hai cuộn dây Helmholtz khơng đổi nên xem từ trường 3.4.3.2 Xác định điện tích riêng e/m từ trường Nếu electron có khối lượng m điện tích e chuyển động từ Katot sang Anot cơng lực tĩnh điện A= e.UA Công chuyển hoàn toàn thành động electron: 𝑒 𝑈𝐴 = 𝑚𝑣 (3.4.2) Trong 𝑣 vận tốc electron xác định từ hiệu điện Anot 𝑈𝐴 Từ đó, suy : 2.𝑒.𝑈𝐴 𝑣=√ (3.4.3) 𝑚 82 Khi electron chuyển động với vận tốc khơng đổi v ⃗⃗ từ trường đều, có vecto cảm ứng từ ⃗B⃗ vng góc với phương chuyển động, electron bị từ trường tác dụng lực gọi lực Lorentz: ⃗⃗ 𝐹⃗ L = -e.𝑣⃗ ×𝐵 ⃗⃗, lực Lorentz có độ lớn: Nếu v ⃗⃗ vng góc B 𝐹𝐿 = 𝑒 𝑣 𝐵 (3.4.4) Lực Lorentz FL có hướng vng góc với v ⃗⃗, đóng vai trị lực hướng tâm có tác dụng làm cho electron chuyển động quỹ đạo trịn với bán kính r xác định bởi: 𝐹𝐿 = 𝑒 𝑣 𝐵 = 𝑚𝑣 𝑟 (3.4.5) Từ đó, ta suy phương trình xác định giá trị điện tích riêng : e m = v (3.4.6) rB Từ (3.4.3) (3.4.6) suy ra: 𝑒 𝑚 = 2.𝑈𝐴 (3.4.7) 𝑟 2𝐵2 Vì vậy, muốn xác định tỉ số e/m, ta phải đo cường độ dòng điện I chạy qua cuộn Helmholtz quỹ đạo electron có bán kính r giá trị hiệu điện gia tốc 𝑈𝐴 3.4.4 Lắp đặt tiến hành thí nghiệm 3.4.4.1 Lắp đặt thí nghiệm - Bố trí dụng thí nghiệm hình 3.4.5 Hình 3.4.5: Bố trí thí nghiệm để xác định điện tích riêng 83 𝒆 𝒎 - Đặt hai cuộn dây quay phía cách bố trí cuộn Helmholtz Dịng điện phải giống hai cuộn dây, kết nối theo thứ tự thích hợp để kết nối song song Dịng điện cho phép không vượt 4A - Thực đấu dây cuộn Helmholtz giống hình 3.4.6 Hình 3.4.6: Sơ đồ đấu dây cuộn Helmholtz Cực dương DC: 18V/0 5A nguồn công suất “Netigerat universal” mắc với ampe kế, cổng 20A Còn cực âm lại mắc với (2) cuộn Helmholtz Nối (1) với (1) cuộn Helmholtz Vị trí số (2) cịn lại nối với ampe kế, cổng COM Vặn núm đo amper kế sang thang đo 20 A - Thực đấu dây ống chùm hẹp giống hình 3.4.7 Hình 3.4.7: Sơ đồ đấu dây ống chùm tia hẹp 84 + Nối -50V cuộn Helmholtz với cực âm DC: 50V/50mA nguồn cơng suất Cịn +250V cuộn Helmholtz với cực dương DC: 300V/50mA nguồn công suất + Nối cực dương DC: 50V/50mA với cực âm DC: 300V/50mA nguồn công suất + Nối cuộn Helmholtz nối đất nguồn công suất Nối đầu nối đất với cực âm DC: 300V/50mA + Nối nguồn 6,3 V cuộn Helmholtz với AC: 6,3V~ 2A nguồn công suất + Mắc song song vôn kế với cuộn Helmholtz ( -50V với , +250V với ) 3.4.4.2 Tiến hành thí nghiệm Bước 1: Đo đường kính ngồi cuộn Helmholtz ghi gái trị vào bảng 3.4.1 Bước 2: Kiểm tra cẩn thận cách đấu dây thiết bị thí nghiệm Gắn nguồn công suất với nguồn điện Bước 3: Tiến hành điều chỉnh núm (9) nguồn công suất tăng chậm để vôn kế tăng lên 20V Bước 4: Điều chỉnh núm (8) nguồn công suất tăng chậm để vôn kế tăng lên 150V Lúc này, buồng tối quan sát chùm tia electron phát sáng bay thẳng dứng lên Bước 5: Điều chỉnh chậm núm số (3) nguồn dòng lên vị trí 4A để dịng điện Imax nguồn cơng suất không vượt 4A Vặn núm số (1) nguồn dòng để tăng dòng điện chạy qua hai cuộn Helmholtz Lúc này, bán kính cong quỹ đạo electron giảm dần Tăng chậm dòng diện để điều chỉnh bán kính quỹ đạo electron trùng với bán kính xác định dấu vết sáng Khi chùm electron đập vào ngang có sơn phủ huỳnh quang, chúng phát sáng Sau đó, điều chỉnh dịng điện để bán kính quỹ đạo 5cm, 4cm, 3cm, 2cm Ứng với bán kính đo lần Quan sát lấy số liệu ampe kế ghi số liệu vào bảng 3.4.2 Bước 6: Tiến hành điều chỉnh núm số (8) nguồn để vôn kế tăng lên 175V Sau đó, điều chỉnh bán kính vòng tròn 5cm, 4cm, 3cm, 2cm 85 Ứng với bán kính đo lần Quan sát lấy số liệu ampe kế ghi số liệu vào bảng 3.4.3 Bước 7: Tiến hành điều chỉnh núm số (8) nguồn để vôn kế tăng lên 200V Sau đó, điều chỉnh bán kính vòng tròn 5cm, 4cm, 3cm, 2cm Ứng với bán kính đo lần Quan sát lấy số liệu ampe kế ghi số liệu vào bảng 3.4.4 3.4.5 Kết thí nghiệm xử lý số liệu 3.4.5.1 Bảng số liệu xử lí số liệu theo phương pháp đồ thị Bảng 3.4.1: Đo đường kính vịng dây Helmholtz Lần đo Đường kính Đường kính Bán kính vịng ngồi dây 𝐷 (cm) 𝑑 (cm) 𝑟 (cm) 41 38 19,75 0,11 41,5 39 20,13 0,27 40,5 38,5 19,75 0,11 𝑅̅ = 19,86 ∆𝑅̅ = 0,16 Trung bình ∆𝑅 (cm) Bảng 3.4.2: Hiệu điện gia tốc electron 𝑼 = 𝟏𝟓𝟎𝑽 Bán kính 𝑟 (𝑚) 𝐼1 (A) 𝐼2 (A) 𝐼3 (A) I̅ (A) 0,05 1,11 1,11 1,11 1,11 0,04 1,40 1,40 1,41 1,40 0,03 1,91 1,92 1,92 1,92 0,02 2,98 2,97 2,98 2,98 Bảng 3.4.3: Hiệu điện gia tốc electron 𝑼 = 𝟏𝟕𝟓𝑽 Bán kính 𝑟 (𝑚) 𝐼1 (A) 𝐼2 (A) 𝐼3 (A) I̅ (A) 0,05 1,23 1,23 1,23 1,23 0,04 1,54 1,55 1,55 1,55 0,03 2,11 2,13 2,12 2,12 0,02 3,25 3,25 3,26 3,25 86 Bảng 3.4.4: Hiệu điện gia tốc electron 𝑼 = 𝟐𝟎𝟎𝑽 Bán kính r (𝑚) 𝐼1 (A) 𝐼2 (A) 𝐼3 (A) I̅ (A) 0,05 1,33 1,33 1,33 1,33 0,04 1,67 1,68 1,68 1,67 0,03 2,27 2,27 2,27 2,27 0,02 3,50 3,50 3,52 3,50 - Tính giá trị trung bình cường độ dòng điện I: I̅ = I1 +I2 +I3 Thay (3.4.1) (3.4.7) ta được: e m Suy : I = √ = 2UA r2 B2 2UA = ( )3/2 μ0 n r2 ( I) R 2UA 3/2 r μ0.n e ( 5) ( ) m R Ta đặt 𝑦 = 𝐼 𝑥 = 𝑟 (3.4.8) (3.4.9) ta thu phương trình bậc có dạng: 𝑦 = 𝑎𝑥 + 𝑏 Vẽ đồ thị 𝐼 theo làm khớp đường thẳng theo hàm bậc 𝑟 ta thu hệ số góc 𝑎= √ 2UA 3/2 μ0.n e ( 5) ( ) m R (3.4.10) Từ ta thu điện tích riêng electron: 𝑒 𝑚 = 2UA ( )3/2 μ0 n 𝑎2( ) R 87 (3.4.11) Sự phụ thuộc I theo 1/r y = 0,07x - 0,042 R² = 0,9991 y = 0,0651x - 0,04 R² = 0,9991 y = 0,0596x - 0,048 R² = 0,9984 Cường độ dòng điện [A] 3.5 2.5 U=150V 1.5 U=175V U=200V 0.5 0 10 20 -0.5 30 40 50 60 1/r [1/m] 𝟏 Đồ thị 3.4.1: Đồ thị phụ thuộc I vào 𝒓 - Đồ thị có dạng đường thẳng qua gốc tọa độ - Khi 𝑟 tăng 𝐼 giảm - Từ đồ thị công thức (3.4.11) ta tính tỉ số e/m dựa vào hệ số góc 𝑎 𝑒 (×1011 C/kg) 𝑒 (×1011 C/kg) U (V) Hệ số góc 𝑎 150 0,0596 1,73 0,03 175 0,0651 1,70 0,00 200 0,0700 1,68 0,02 ̅𝒆 = 1,70×1011 ∆ ̅ = 0,02×1011 𝑚 Trung bình ∆ 𝒆 𝒎 Vậy: 𝐞 𝐦 𝑚 𝒎 𝒆 𝒆 = ̅ + ∆ ̅ = (𝟏, 𝟕𝟎 ± 𝟎, 𝟎𝟐) 𝟏𝟎𝟏𝟏 (C/kg) 𝒎 𝒎 3.4.5.2 Xử lý số liệu theo phương pháp thơng thường + Tính giá trị trung bình cường độ dòng điện I: I̅ = I1 +I2 +I3 + Sai số tuyệt đối trung bình: ∆𝐼 ̅ = |I̅ − 𝐼1 | + |I̅ − I2 | + |I̅ − 𝐼3 | = ⋯ (A) 88 = ⋯(A) + Từ cơng thức (3.4.8) ta có: 𝑒 𝑚 2𝑈𝐴 = 2𝑈𝐴 3/2 ( ) 𝜇0 𝑛 𝑟2( 𝐼) 𝑅 = 𝑟 2𝐵2 𝑒 Nên ̅ tính theo cơng thức: 𝑚 ̅𝑒 = 𝑚 ̅𝐴 2𝑈 3/2 ̅ ( ) 𝜇0 𝑛 ̅ 𝑟̅ ( 𝐼) ̅ 𝑅 = ⋯ C/kg) + Tính sai số tương đối trung bình: 𝜀 = 𝑒 𝑚 𝑒 ̅ ∆ 𝑚 𝑒 ̅ = 𝑚 ̅̅̅̅ ∆𝑈 𝐴 ̅̅̅̅ 𝑈 𝐴 + ( ∆𝑛̅ ∆𝑟̅ + 𝑛 𝑟̅ + ∆𝑅̅ 𝑅̅ ∆𝐼 ̅ + ̅) = ⋯ 𝐼 + Sai số tuyệt đối: ∆ ̅ = 𝜀 ̅ = ⋯ (C/kg) 𝑒 𝑒 𝑚 𝑚 𝑒 + Kết đo điện tích riêng electron : 𝑚 𝒆 𝒎 Lần đo Bán kính 𝑟 (𝑚) 𝐼1 (A) 𝐼2 (A) 𝐼3 (A) 𝒆 𝒆 = ̅ ± ∆ ̅ = ⋯ (C/kg) 𝒎 𝒎 I̅ ∆𝐼 ̅ (A) (A) 𝑒 ̅̅̅ 𝑚 ∆ 𝑒 ̅ 𝑚 (×1011 C/kg) (×1011 C/kg) 0,05 1,33 1,33 1,33 1,33 0,01 1,85 0,03 0,04 1,67 1,68 1,68 1,67 0,01 1,84 0,03 0,03 2,27 2,27 2,27 2,27 0,01 1,77 0,02 0,02 3,50 3,50 3,52 3,50 0,01 1,67 0,02 𝑒 Trung bình 𝑚 𝑒 𝑒 = ̅±∆̅ 𝑚 𝑚 = (1,78 ± 0,03)(×1011 C/kg) 3.4.5.3 Nhận xét a Nhận xét kết đo - Từ cách xử lý số liệu trên, ta thu kết xấp xỉ gần với giá trị lý thuyết + Xử lý số liệu theo phương pháp thơng thường cho ta kết xác 89 + Tuy nhiên xử lý số liệu theo phương pháp đồ thị cách sử dụng phần mềm nhanh hơn, thuận tiện, phức tạp đồng thời kết thu xác + Đặc biệt, thơng qua đồ thị, ta thấy mối quan hệ cường độ dịng điện I bán kính vịng dây b Nhận xét dụng cụ đo * Ưu điểm: + Bộ thí nghiệm “Xác định điện tích riêng e/m electron” thí nghiệm mới, kết thu xác, sai số khơng đáng kể * Nhược điểm: Giá thành đắt, đặc biệt cuộn dây Helmholtz Kết luận: Bài thí nghiệm giúp cho người học hiểu rõ kiến thức từ trường tạo cuộn dây Helmholtz; nguyên lý chức nguồn suất; biết cách xử lí số liệu, kiến thức sai số; biểu diễn số liệu dạng bảng biểu 90 KẾT LUẬN Thí nghiệm Vật lý đại cương học phần sinh viên khoa Vật lý Hiện nay, có nhiều thí nghiệm đem nước mà có người nghiên cứu, tìm hiểu Vì việc xây dựng thí nghiệm sử dụng thiết bị đại quan trọng cần thiết Khóa luận tốt nghiệp này,em làm việc sau: - Hệ thống hóa sở lý thuyết thí nghiệm - Biên soạn hướng dẫn sử dụng số loại thiết bị có đề tài - Biên soạn bước tiến hành thí nghiệm theo hướng hình thành lực người học: + Xác định momen quán tính vật đối xứng + Xác định sức căng bề mặt chất lỏng + Đo vận tốc âm khơng khí ống Kundt máy phát chức + Xác định điện tích riêng e/m electron - Thực thí nghiệm bước tiến trình biên soạn đưa kết tính tốn - Trình bày ưu, nhược điểm thí nghiệm - So sánh phương pháp đồ thị phương pháp thông thường cho thí nghiệm - Sau thực hành theo hướng dẫn này, người học phát triển lực thực nghiệm như: Thiết kế phương án thí nghiệm, lắp ráp dụng cụ thí nghiệm 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Lăng Bình, Đỗ Hương Trà, Cao Thị Thặng (2010), Dạy học tích cực Một số phương pháp kĩ thuật dạy học, NXB ĐHSP Hà Nội [2] Trần Ngọc Hợi, Phạm Văn Thiều, Vật lí đại cương- Các nguyên lí ứng dụng (Tập một: Cơ học nhiệt học), NXB Giáo dục Việt Nam (2009) [3] Vũ Thanh Khiết, Điện học, NXB Giáo dục (1998) [4] Tạ Thị Huỳnh Như (chủ biên), Giáo trình thí nghiệm Vật lý đại cương (dành cho sinh viên ngành kĩ thuật), NXB Đại học Quốc gia TP.HCM [5] Bùi Văn Thiện- Nguyễn Quang Đơng, Giáo trình thực hành Vật lý đại cương dành cho sinh viên ngành dược [6] Tài liệu tập huấn dạy học kiểm tra, đánh giá kết học tập theo định hướng phát triển lực học sinh môn Vật lý cấp trung học phổ thông (2014), Nhà xuất giáo dục Hà Nội 92 Ý KIẾN CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN Nhận xét: Ý kiến: Đánh dấu (X) vào ô lựa chọn Đồng ý thông qua báo cáo Không đồng ý thông qua báo cáo Đà Nẵng, ngày tháng năm 2017 NGƯỜI HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) 93 ...TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM ĐÀ NẴNG KHOA VẬT LÝ HOÀNG THỊ PHƯƠNG BIÊN SOẠN TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN CHO CÁC BỘ THÍ NGHIỆM VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG MỚI THEO ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC KHÓA LUẬN TỐT... triển lực người học Từ lí trên, tơi định chọn đề tài: ? ?Biên soạn tài liệu hướng dẫn cho thí nghiệm vật lý đại cương theo định hướng phát triển lực? ?? Mục đích nghiên cứu Xây dựng tiến trình tài liệu. .. dành cho sinh viên ngành y dược Tuy nhiên, phịng thí nghiệm Vật lý đại cương khoa Vật lý trường Đại học Sư phạm – Đại học Đà Nẵng đầu tư thêm số thí nghiệm mới, đại Các tài liệu thí nghiệm có tài