Bài giảng TÀI LIỆU THỰC HÀNH MÔN VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG

LƯU BÍCH LINH Bài giảng TÀI LIỆU THỰC HÀNH MƠN VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP - 2015 LỜI NÓI ĐẦU Vật lý học mơn khoa học thực nghiệm Vì vậy, thí nghiệm thực hành có ý nghĩa quan trọng việc học tập mơn Vật lý Thí nghiệm vật lý mặt giúp sinh viên nghiệm lại định luật trình bày giảng lý thuyết, mặt khác giúp rèn luyện kỹ thực nghiệm tính tốn để phục vụ cho mơn học tiếp sau Mục đích thực hành vật lý dạy cho sinh viên tiếp cận cách sáng tạo công việc nghiên cứu thực nghiệm, cách lựa chọn phương pháp thực nghiệm phù hợp dụng cụ đo thích hợp để đạt mục tiêu nghiên cứu thực nghiệm Do điều kiện sở vật chất phịng thí nghiệm khó khăn, hầu hết trường trung học phổ thông, học sinh nhiều điều kiện thực hành học vật lý Đối với phần lớn sinh viên, lần đầu tiếp xúc với phịng thí nghiệm lần đầu tự tay tiến hành thực nghiệm vật lý Vì vậy, q trình chuẩn bị thí nghiệm, thời gian tiến hành thí nghiệm xử lý kết sau thí nghiệm gặp nhiều lúng túng Để nâng cao lực thực hành sinh viên, năm qua, Bộ môn Vật lý, Trường Đại học Lâm nghiệp liên tục nâng cấp, cải tiến trang bị thí nghiệm phục vụ cho cơng tác đào tạo theo học chế tín Chính vậy, việc biên soạn giảng thực hành phục vụ môn học Vật lý đại cương cần thiết nhằm đáp ứng nhu cầu tài liệu hướng dẫn thực hành sinh viên Cuốn giảng vừa cung cấp cho sinh viên sở lý thuyết liên quan đến nội dung thí nghiệm, kỹ thực hành thí nghiệm kiến thức để xử lý trình bày kết sau thí nghiệm Cuối giảng cịn có phần phụ lục để sinh viên tiện tham khảo, tra cứu Bài giảng biên soạn phù hợp với chương trình môn học Vật lý đại cương Trường Đại học Lâm nghiệp phê duyệt năm 2014 Bài giảng gồm 12 thí nghiệm thuộc lĩnh vực cơ, nhiệt, điện từ quang Trong trình biên soạn tác giả nhận góp ý đồng nghiệp Bộ môn Vật lý Tác giả xin chân thành cảm ơn góp ý quý báu thầy để giúp hồn thiện giảng Mặc dù cố gắng trình biên soạn chỉnh sửa nội dung, song lần biên soạn nên chắn tránh sai sót, mong nhận góp ý đồng nghiệp sinh viên để hoàn thiện giảng lần tái sau Các ý kiến góp ý xin gửi về: Bộ mơn Vật lý, Khoa Cơ điện & Cơng trình, Trường Đại học Lâm nghiệp Tác giả Chương LÝ THUYẾT SAI SỐ 1.1 Vai trị mục đích u cầu thí nghiệm vật lý 1.1.1 Vai trị thí nghiệm vật lý Một phương pháp nghiên cứu để thiết lập định luật vật lý tổng kết quan sát thực tế Kết quan sát có cách lặp lại nhiều lần diễn biến tượng thiết bị người điều khiển, nghĩa thí nghiệm vật lý Mặt khác, định luật vật lý có giá trị kết đo đại lượng mà định luật diễn tả trùng với kết đo đại lượng thu thực tế thí nghiệm Thí nghiệm vật lý đóng vai trị quan trọng việc nghiên cứu quy luật tự nhiên, việc vận dụng quy luật vật lý vào kỹ thuật ngành khoa học khác Thí nghiệm vật lý sở chân lý để xác định đắn quy luật vật lý Thí nghiệm vật lý sở để xây dựng số vật lý Thí nghiệm vật lý cịn dùng để xác định yêu cầu kỹ thuật, ảnh hưởng môi trường đến việc áp dụng quy luật vật lý vào thực tiễn 1.1.2 Mục đích thí nghiệm vật lý Rèn luyện cho sinh viên kỹ thí nghiệm vật lý Rèn luyện cho sinh viên đức tính: kiên trì, xác, trung thực, khách quan, phẩm chất cần thiết cho người làm công tác khoa học kỹ thuật Giúp cho sinh viên quan sát số tượng, nghiệm lại số định luật vật lý, bổ sung minh họa thêm phần giảng lý thuyết, xây dựng phương pháp suy luận, nghiên cứu khoa học 1.1.3 Yêu cầu thí nghiệm vật lý Nắm phép đo vật lý bản, sử dụng số máy móc, dụng cụ vật lý Biết cách tính tốn, biểu diễn kết đánh giá độ xác số liệu thu Việc làm thí nghiệm vật lý tập dượt tiến hành cơng trình nghiên cứu thực nghiệm, nên u cầu sinh viên phải biết trình bày kết thí nghiệm thơng qua báo cáo cơng trình thực nghiệm 1.2 Lý thuyết sai số 1.2.1 Giá trị trung bình đại lượng đo Chúng ta biết, đo đại lượng vật lý, đo lần giá trị đo khơng đáng tin cậy mắc phải sai sót, ta cần thực đo nhiều lần lấy giá trị trung bình lần đo Các đại lượng vật lý cần xác định chia làm hai loại đại lượng đo trực tiếp đại lượng đo gián tiếp 1.2.1.1 Giá trị trung bình đại lượng đo trực tiếp Định nghĩa: Các đại lượng đo trực tiếp đại lượng đo thông qua dụng cụ đo Thí dụ: Đo thời gian đồng hồ, đo chiều dài thước, đo cường độ dịng điện ampe kế… Cách tính giá trị trung bình: Khi tiến hành đo đại lượng a cách trực tiếp, phải tiến hành đo đại lượng a nhiều lần lần đo có giá trị (i = 1,2,…,n) Giá trị trung bình đại lượng a là: a a1  a2  a3   an n   n n i 1 (1.1) Chú ý: Số lần đo nhiều (n lớn) giá trị trung bình đáng tin cậy 1.2.1.2 Giá trị trung bình đại lượng đo gián tiếp Định nghĩa: Các đại lượng đo gián tiếp đại lượng đo thông qua dụng cụ đo mà phải biểu diễn dạng hàm đại lượng đo trực tiếp Thí dụ: Thể tích khối trụ, thể tích khối cầu, suất điện động nguồn điện… Cách tính giá trị trung bình: Xét đại lượng đo gián tiếp A = f(x, y, z…), x, y, z…là đại lượng đo trực tiếp Để xác định giá trị trung bình A, tiến hành xác định giá trị x , z , y tính giá trị trung bình A ( A ) theo công thức: A  f ( x , y , z ) (1.2) Thí dụ: Thể tích khối trụ đặc tính cơng thức: V  d h , d đường kính hình trụ, h chiều cao hình trụ Để xác định thể tích khối trụ trên, ta cần đo trực tiếp d h nhiều lần tính giá trị trung bình d h Giá trị trung bình thể tích là: V  d h 1.2.2 Sai số phép đo Phép đo đại lượng vật lý phép so sánh với đại lượng loại qui ước chọn làm đơn vị đo Kết phép đo đại lượng vật lý biểu diễn giá trị số, kèm theo đơn vị đo tương ứng Thí dụ: Đường kính viên bi hình cầu d = 3,89 mm; khối lượng vật m = 150,5 kg Muốn thực phép đo, người ta phải xây dựng lý thuyết phương pháp đo sử dụng dụng cụ đo (thước milimét, cân, đồng hồ bấm giây, ampe kế, vôn kế ) Hiện dùng đơn vị đo quy định bảng đơn vị đo lường hợp pháp nước Việt Nam dựa sở hệ đơn vị quốc tế SI (xem thêm phụ lục 3) bao gồm: - Các đơn vị bản: độ dài: mét (m); khối lượng: kilôgam (kg); thời gian: giây (s); nhiệt độ: Kenvin (K); cường độ dòng điện: ampe (A); cường độ ánh sáng: candela (Cd); lượng chất: mol (mol) - Các đơn vị dẫn xuất: đơn vị vận tốc: mét giây (m/s); đơn vị lực: Niutơn (N = kg.m.s-2) Do nguyên nhân độ nhạy độ xác dụng cụ đo bị giới hạn, khả có hạn giác quan người đo, điều kiện lần đo không thật ổn định, lý thuyết phương pháp đo gần nên ta đo xác tuyệt đối giá trị thực đại lượng vật lý cần đo, tức kết phép đo có sai số Như đo đại lượng vật lý việc phải xác định giá trị đại lượng cần đo, phải xác định sai số phép đo 1.2.2.1 Định nghĩa sai số phép đo đại lượng vật lý a Sai số tuyệt đối Sai số tuyệt đối phép đo đại lượng a lần đo thứ i trị tuyệt đối hiệu giá trị (trong thực tế a chưa biết, nên gần ta thay a giá trị trung bình a ) giá trị đo lần đo ai  a  (1.3) Thí dụ: Độ dài đoạn thẳng AB a = 2,2 (cm) Trong lần đo thứ 1, 2, 3… ta thu kết a1 = 2,1 (cm); a = 2,3 (cm); a = 2,4 (cm), sai số tuyệt đối phép đo độ dài đoạn thẳng AB lần đo là: a1  a  a1 = 0,1 (cm) a2  a  a2 = 0,1 (cm) a3  a  a3 = 0,2 (cm) Như vậy, sai số tuyệt đối cho biết giá trị đại lượng đo được, lệch so với giá trị thực b Sai số tương đối Sai số tương đối phép đo đại lượng a tỷ số sai số tuyệt đối phép đo đại lượng a trị số (trong thực tế a chưa biết, nên gần ta thay a giá trị trung bình a ) đại lượng cần đo a  a a hay a  a.a (1.4) Như vậy, sai số tương đối cho ta biết mức độ xác phép đo, tức phép đo sai số phần trăm Thí dụ: Khi đo hai đại lượng a, b ta kết quả: a = 1,00 (m) a = 0,01 (m) b = 10,00 (m) b = 0,01 (m) Chúng ta nhận thấy, sai số tuyệt đối hai phép đo sai số tương đối chúng khác nhau: a  a  0,01  1% a b  b  0,001  0,1% b Đánh giá hai phép đo này, thấy phép đo đại lượng b xác gấp 10 lần so với phép đo đại lượng a (đại lượng a dài 1m mà sai lệch 1cm, đại lượng b dài 10m sai lệch 1cm) 1.2.2.2 Những nguyên nhân dẫn đến sai số phép đo Khi đo đại lượng vật lý, ta ln mắc phải sai số Chúng ta cần tìm nguyên nhân gây sai số tìm cách hạn chế sai số Một số nguyên nhân chủ yếu kể đến sau: - Do dụng cụ đo khơng hồn hảo: Những dụng cụ đo dù có tinh vi đến có độ xác định Thí dụ: Thước kẹp, có loại xác đến 0,05 (mm), có loại xác đến 0,02 (mm) Mỗi dụng cụ đo có độ xác định, để đo đại lượng, khơng tìm kết có độ xác cao độ xác dụng cụ đo Thí dụ: Cân kỹ thuật phịng thí nghiệm có độ xác 10 -2 gam Nghĩa với cân ta phát khối lượng nhỏ 10 -2 gam Như vậy, dụng cụ đo số nguyên nhân gây nên sai số phép đo Loại nguyên nhân loại trừ nhờ làm thí nghiệm, người đo có hiểu biết dụng cụ, tiến hành đo cách thận trọng, xác - Do giác quan người làm thí nghiệm: Kết thí nghiệm phụ thuộc nhiều vào giác quan người đo, đặc biệt kết bị ảnh hưởng giác quan có tật, bệnh Nhờ thói quen nghề nghiệp, việc tìm hiểu kỹ dụng cụ, tiến hành phép đo cẩn thận loại trừ, hạn chế sai số mặt - Do đại lượng đo khơng có giá trị xác định Khi tiến hành đo đại lượng vật lý, chẳng hạn đo đường kính viên bi, viên bi sản xuất khơng hồn tồn hình cầu nên kết đo theo phương khác có giá trị khác nhau… Trong trường hợp ấy, khơng thể tìm trị số vật cần đo Đó nguyên nhân gây nên sai số phép đo - Ngoài thay đổi bất thường dụng cụ đo, mơi trường tiến hành thí nghiệm, nhầm lẫn người đo gây nên sai số phép đo 1.2.2.3 Phân loại sai số phép đo Có nhiều loại sai số gây nguyên nhân khác nhau, ta cần ý đến ba loại sai số sau: - Sai số ngẫu nhiên: Sai số ngẫu nhiên loại sai số khiến cho kết đo lớn hơn, nhỏ giá trị thực đại lượng cần đo Nguyên nhân gây sai số ngẫu nhiên giác quan người làm thí nghiệm thiếu nhạy cảm, có tật, bệnh; điều kiện thí nghiệm thay đổi ngẫu nhiên ngồi khả khống chế người đo Sai số ngẫu nhiên khơng thể loại trừ hồn tồn được, ta giảm thiểu giá trị cách thực phép đo cẩn thận nhiều lần điều kiện, sau xác định giá trị trung bình dựa sở phép tính xác suất thống kê - Sai số dụng cụ: Sai số dụng cụ sai số thân dụng cụ, thiết bị gây - Sai số hệ thống: sai số lặp lại cách hệ thống, kết lệch phía (lớn nhỏ hơn) so với giá trị thực cần đo Nguyên nhân gây sai số hệ thống dụng cụ chưa chỉnh đúng, lý thuyết đo chưa hoàn thiện Sai số loại trừ cách hiệu chỉnh dụng cụ trước đo… Như vậy, phép đo mắc phải sai số Muốn giảm sai số, người làm thí nghiệm phải kiên nhẫn, khéo léo, khách quan phải tìm hiểu kỹ dụng cụ đo lường đối tượng đo trước tiến hành thí nghiệm 1.2.3 Cách tính biểu diễn kết đại lượng đo trực tiếp 1.2.3.1 Sai số tuyệt đối đại lượng đo trực tiếp Khi tiến hành đo đại lượng a cách trực tiếp, giá trị đại lượng đo lần đo thứ i (i = 1,2,…,n), giá trị trung bình đại lượng đo a Sai số tuyệt đối tương ứng lần đo phép đo đại lượng a ai  a  (i = 1,2,…,n) Khi sai số tuyệt đối phép đo nhận giá trị theo công thức: a  a i  a max (1.5) Thí dụ: Độ dài trung bình đoạn thẳng AB a = 2,2 (cm) Trong lần đo thứ 1, 2, ta thu kết a1 = 2,1 (cm); a2 = 2,3 (cm); a3 = 2,4 (cm), sai số tuyệt đối phép đo độ dài đoạn thẳng AB là: a  a  max = 0,2 (cm) 1.2.3.2 Cách tính biểu diễn kết đại lượng đo trực tiếp a Cách tính biểu diễn kết đại lượng đo trực tiếp Các đại lượng đo trực tiếp tính tốn biểu diễn kết theo bước sau: + Bước Lặp lại nhiều lần phép đo đại lượng đo trực tiếp Thí dụ: Với đại lượng a đo giá trị a1, a2, a3, a4, a5 + Bước Tính giá trị trung bình a đại lượng a a a1  a  a3  a  a5 + Bước Tính sai số tuyệt đối (sai số trung bình cực đại) đại lượng đo trực tiếp: khoảng cách xa a giá trị đo khác (đo bước 1) a  a  max a gọi sai số trung bình cực đại phép đo đại lượng a + Bước Biểu diễn kết Giá trị đại lượng a chấp nhận khoảng: a  a  a  a  a Như kết cuối phép đo biểu diễn dạng: a  a  a (đơn vị đo hệ SI) b Áp dụng Dùng thước kẹp có độ xác 0,02mm, đo đường kính khối trụ, kết thu sau: Lần đo Đường kính d (mm) 10,24 10,22 10,20 10,26 10,22 10,24 - Tính giá trị trung bình: d 10,24  10,22  10,20  10,26  10,22  10,24  10,23(mm) - Tính sai số trung bình cực đại: d  10,20  10,23  0,03(mm) - Biểu diễn kết quả: d  d  d  (10,23  0,03) mm c Chú ý - Chỉ đọc ghi kết gần nhau, loại trừ kết sai khác nhiều - Mỗi lần đo phải thay đổi điều kiện thí nghiệm chút - Nếu đại lượng a không cho phép đo nhiều lần a lấy sai số đọc Sai số đọc có giá trị nửa độ chia thiết bị Thí dụ: Đo chiều dài l AB nhiều lần kết l = 235 (mm) thước đo có độ chia 1(mm) tức độ xác tới 0,5(mm) kết đo là: l = 235,0 ± 0,5(mm) - Đối với dụng cụ đo điện, sai số tuyệt đối đại lượng x tính theo cơng thức: x  x 100 xm , x cấp xác thang đo, xm giá trị giới hạn thang đo Thí dụ: Một ampe kế có cấp xác I = 1,5, thang đo sử dụng có giá trị cực đại Im = 100 mA, sai số giá trị đo thang có giá trị bằng: I  I 100 I m = 1,5mA 1.2.4 Cách tính sai số đại lượng đo gián tiếp Như ta biết phép đo gián tiếp phép đo mà kết xác định gián tiếp thông qua công thức biểu diễn quan hệ hàm số đại lượng cần đo với đại lượng đo trực tiếp khác Để tính sai số đại lượng phép đo gián tiếp, áp dụng định lý áp dụng phép tính vi phân 1.2.4.1 Các định lý sai số a Định lý Sai số tuyệt đối tổng hay hiệu tổng sai số tuyệt đối số hạng có tổng hay hiệu Nếu: X = a + b – c với: a  a  a ; b  b  b ; c  c  c 10 Giá trị trung bình a = …… 5.3 Khảo sát phân bố cường độ sáng ảnh nhiễu xạ Laser Căn vào số liệu x I bảng 3.20, vẽ đồ thị : I  f (x) 5.4 Tính biểu diễn kết bước sóng chùm Laser Căn vào số liệu đo bảng 3.21 cơng thức (3.99) để tính bước sóng chùm Laser viết kết  a.d  2f   d f a    d f a 134   .              5.5 Nhận xét đánh giá kết (Trình bày ý nghĩa vật lý thí nghiệm, nhận xét đánh giá kết đo được, kiến nghị) 135 Phụ lục GIỚI THIỆU VỀ NGUỒN SÁNG LASER Tia Laser xạ điện từ có độ đơn sắc cao, có cường độ lớn, có tính kết hợp định hướng cao Dụng cụ phát tia Laser gọi nguồn sáng Laser, hay đơn giản Laser Laser viết tắt cụm từ tiếng Anh “Light Amplification by Stimulaled Emisson of Radiation” có nghĩa “Khuếch đại ánh sáng phát xạ cảm ứng” Ta tìm hiểu nguyên lí hoạt động Laser: E2 phát xạ hấp thụ E1 Hình Nguyên lý hoạt động Laser Khi chiếu xạ điện từ đơn sắc có tần số f vào chất, electron hoá trị nguyên tử mức lượng E1 hấp thụ xạ chuyển lên mức lượng kích thích E2 cao (E2 > E1) Nhưng electron tồn mức lượng kích thích E2 khoảng thời gian ngắn (cỡ 10-3-10-8 s) gọi thời gian sống  , sau chúng lại chuyển mức lượng E1và phát xạ (hình 1) Quá trình chuyển mức lượng hấp thụ phát xạ tuân theo hệ thức Anhstanh:   hf  E2  E1 với h = 6,625.10-34Js số Planck,   hf lượng photon xạ điện từ Như vậy, số electron mức lượng E1 nhiều khả để nguyên tử hấp thụ xạ lớn; số electron mức lượng kích thích E2 nhiều khả ngun tử phát xạ lớn Nói cách khác là: xác suất xảy hấp thụ tỷ lệ với mật độ N1 electron mức lượng E1 xác suất xảy phát xạ tỷ lệ với mật độ N2 electron mức lượng kích thích E2 Thơng thường N2 < N1, nên xác suất xảy phát xạ nhỏ xác suất xảy hấp thụ Trong điều kiện này, q trình phát xạ khơng có tính kết hợp 136 gọi phát xạ tự phát, xạ tự phát hồn tồn độc lập với nhau, khơng có liên hệ pha hướng Nhưng, cách tạo N2 > N1 xác suất xảy phát xạ lớn xác suất xảy hấp thụ Khi q trình phát xạ có tính kết hợp gọi phát xạ cảm ứng, xạ cảm ứng có tần số, pha, hướng độ phân cực với xạ kích thích Như vậy, điều kiện cần để xảy phát xạ cảm ứng có đảo mật độ hạt, nghĩa mật độ nguyên tử trạng thái lượng kích thích phải lớn mật độ nguyên tử trạng thái lượng Mơi trường chất trạng thái có đảo mật độ hạt gọi mơi trường kích hoạt Có thể tạo đảo mật độ hạt mơi trường kích hoạt nhờ phương pháp kích thích kiểu “bơm điện” (phóng điện qua mơi trường kích hoạt), “bơm quang” (dùng nguồn sáng thích hợp có cường độ mạnh chiếu vào mơi trường kích hoạt) theo ngun tắc sau: Giả sử chất có hai mức lượng E1, E2 (với E2 > E1) có mật độ nguyên tử tương ứng N1, N2 lúc đầu N1 > N2 Chiếu vào môi trường chất xạ kích thích có tần số f, số ngun tử “bơm” từ mức E1 lên mức E2, nên N1 giảm N2 tăng Nhưng N2 tăng, xác suất xảy phát xạ (nghĩa trình nguyên tử chuyển từ mức E2 mức E1) tăng lên Do đó, N2 lại giảm N1 lại tăng Kết đạt tới trạng thái đảo mật độ hạt mơi trường kích hoạt Để tạo trạng thái đảo mật độ hạt, người ta sử dụng mơi trường kích hoạt ngun tử có ba (hoặc bốn) mức lượng E1, E2, E3 cho thời gian sống  nguyên tử mức E3 nhỏ so với thời gian sống  mức E2 Bằng phương pháp “bơm” cho nguyên tử bị kích thích chuyển từ mức E1 lên mức E3 Nhưng    , nên nguyên tử mức E3 nhanh chóng chuyển mức E2 để tạo thành trạng thái đảo mật độ hạt N2 > N1 dẫn tới tượng phát xạ cảm ứng Hiện có nhiều loại nguồn Laser, mơi trường kích hoạt chất khí, lỏng, rắn Laser khí He-Ne sử dụng chất kích hoạt hỗn hợp khí Heli (90%) khí Neon (10%) áp suất thấp Laser hồng ngọc sử dụng chất kích hoạt hồng ngọc Rubi (tinh thể Al203) có pha ion Cr+3 với tỷ lệ 0,05% 137 Trong thí nghiệm này, ta dùng diode Laser (Laser bán dẫn) Cho dòng điện chiều có cường độ thích hợp chạy qua lớp tiếp xúc p-n tạo từ chất bán dẫn GaAs, Ga(AsP), (GaAl)As, tia Laser phát trình tái hợp Đây trình biến đổi trực tiếp hiệu từ điện thành quang Laser, hiệu suất diode Laser bán dẫn n p phat IV  2% , diode phát quang (LED) xấp xỉ 0,1 đến 1% Nguyên tắc tạo trạng thái đảo mật độ hạt diode laser sau: Hai phía chuyển tiếp p-n diode Laser bán dẫn pha tạp mạnh (suy biến), chuyển tiếp p-n phân cực thuận điện tử phun vào vùng p lỗ trống phun vào vùng n Như vùng gần chuyển tiếp, mức lượng thấp vùng dẫn mức lượng cao vùng hoá trị nồng độ hạt tải tạo đủ để hiệu ứng Laser xuất hiện, tức có tượng đảo mật độ electron 138 Phụ lục BẢNG MỘT SỐ HẰNG SỐ VẬT LÝ CƠ BẢN Giá trị thực nghiệm tốt (1986) Stt Hằng số Kí hiệu Giá trị làm tròn Giá trị (a) Sai số t-ơng đối (b) Hằng số hấp dẫn G 6,67.1011 m /s kg Tốc độ ánh sáng chân không C 3,00.108m/s 2,99792458 Hằng số khÝ lý tuëng R 8,31J/molK 8,314510 8,4 H»ng sè Avogadro NA 6,02.1023mol-1 6,0221367 0,59 H»ng sè Boltzmann K 1,38.10-23J/K 1,380657 11 Vm 2,24.10-2m3/mol 2,24109 8,4  5,67.10-8 W/m2.K4 5,67050 34 ThĨ tÝch mol cđa khÝ lý t-ëng ë §KTC H»ng sè StefanBoltzmann 6,67260 100 §iƯn tích nguyên tố E 1,60.10-19C 1,6217738 0,30 Khối l-ợng electron me 9,11.10-31kg 9,1093897 0,59 5,49.10-4u 5,48579902 0,023 e/me 1,76.1011C/kg 1,75881961 0,30 12 H»ng sè ®iƯn o 8,85.10-12F/m 8,85418781762 13 H»ng sè tõ thÈm 0 1,26.10-6H/m 1,2563706143 14 H»ng sè Rydberg R 1,10.107m-1 1,0973731534 0,0012 15 B¸n kÝnh Bohr rB 5,29.10-11m 5,29177149 0,045 Momen tõ cña electron e 9,28.10-24J/T 9,2847700 0,34 10 Khối l-ợng electron c) me 11 16 Điện tÝch riªng electron 139 Momen tõ cđa proton p 1,41.10-26J/T 1.41060761 0,34 18 Manheton Bohr B 9,27.10-24J/T 9,2740154 0,34 19 Manheton hạt nhân N 5,50.10-27J/T 5,0507865 0,34 20 Hằng số Faraday F 9,65.104C/mol 9,6485309 0,30 21 H»ng sè Planck H 6,63.10-34Js 6,6260754 0,60 c 2,43.10-12m 2,42531058 0,089 23 Khèi l-ỵng proton mp 1,67.10-27kg 1,676230 0,59 Tû sè khèi l-ỵng 24 proton khối l-ợng electron mp/ me 1840 1836,152701 0.020 25 Khối l-ợng nơtron mn 1,68.10-27kg 1,6749286 0,59 26 Khối l-ợng protonc) mp 1,0073u 1,007266470 0,012 27 Khối l-ợng nơtonc) mn 1,0087u 1,008664704 0,14 M1H 1,0078u 1,007825036 0,011 M2H 2,0141u 2,0141019 0,053 M4H 4,0026u 4,0026032 0,067 17 22 B-íc sãng Compton electron 28 Khối l-ợng nguyên tử hydroc) 29 Khối l-ợng nguyên tử đơtơri c) 30 Khối l-ợng nguyên tư heli c) e Chó thÝch : a) C¸c gi¸ trị ghi cột phải đơn vị có bậc luỹ thừa 10 nh- giá trị làm tròn b) Tính phần triệu c) Khối l-ợng đ-ợc ghi theo đơn vị khối nguyên tử (u) ®ã 1u = 1,6605402.10-27 kg 140 Phụ lục BẢNG CÁC ĐƠN VỊ CƠ BẢN VÀ DẪN XUẤT Các đơn vị Các đơn vị đo lường (hệ SI) tảng sở để từ đơn vị khác suy (dẫn xuất), chúng hoàn toàn độc lập với Các định nghĩa chấp nhận rộng rãi Bảng Các đơn vị đo lường Tên Mét Ký hiệu Đại lượng m Kilôgam kg Giây s Định nghĩa Chiều dài Đơn vị đo chiều dài tương đương với chiều dài quãng đường tia sáng chân không khoảng thời gian 1/299792458 giây (CGPM lần thứ 17 (1983) Nghị số 1, CR 97) Con số xác mét định nghĩa theo cách Khối lượng Đơn vị đo khối lượng khối lượng kilôgam tiêu chuẩn quốc tế (quả cân hình trụ hợp kim platiniriđi) giữ Viện đo lường quốc tế (viết tắt tiếng Pháp: BIPM), Sèvres, Paris (CGPM lần thứ (1889), CR 3438) Cũng lưu ý kilôgam đơn vị đo có tiền tố nhất; gam định nghĩa đơn vị suy ra, 1/1000 kilôgam; tiền tố mêga áp dụng gam, khơng phải kg; ví dụ Gg, khơng phải Mkg Nó đơn vị đo lường định nghĩa nguyên mẫu vật cụ thể thay đo lường tượng tự nhiên Thời gian Đơn vị đo thời gian xác 9192631770 chu kỳ xạ ứng với chuyển tiếp hai mức trạng thái 141 siêu tinh tế nguyên tử xêzi - 133 nhiệt độ K (CGPM lần thứ 13 (1967-1968) Nghị 1, CR 103) Ampe A Cường độ Đơn vị đo cường độ dòng điện dòng điện cố dịng điện định, chạy hai dây dẫn song song dài vơ hạn có tiết diện không đáng kể, đặt cách mét chân khơng, sinh lực hai dây 2.10-7 niutơn mét chiều dài (CGPM lần thứ (1948), Nghị 7, CR 70) SI (Hệ đo lường quốc tế) 5/9 Kelvin K Nhiệt độ Đơn vị đo nhiệt độ nhiệt động học (hay nhiệt độ tuyệt đối) 1/273,16 (chính xác) nhiệt độ nhiệt động học điểm cân ba trạng thái nước (CGPM lần thứ 13 (1967) Nghị 4, CR 104) Mol mol Số hạt Đơn vị đo số hạt cấu thành thực thể với số nguyên tử 0,012 kilôgam Cacbon12 nguyên chất (CGPM lần thứ 14 (1971) Nghị 3, CR 78) Các hạt nguyên tử, phân tử, ion, điện tử Nó xấp xỉ 6,02214199.1023 hạt Candela cd Cường độ Đơn vị đo cường độ chiếu sáng cường độ chiếu sáng chiếu sáng theo hướng cho trước nguồn phát xạ đơn sắc với tần số 540.1012 héc cường độ xạ theo hướng 1/683 oát sterađian (CGPM lần thứ 16 (1979) Nghị 3, CR 100) 142 Các tiền tố hệ đơn vị Bảng Tiền tố hệ SI 10x Chữ viết liền thêm trước Viết tắt 1024 Yôta Y 1021 Zêta Z 1018 Êxa E 1015 Pêta P 1012 Têra T 109 Giga G 106 Mêga M 103 Kilô k 102 Héctô h 101 Đêca da 10−1 Đêxi d 10−2 Xenti c 143 10−3 Mili m 10−6 Micrơ µ 10−9 Nanơ n 10−12 Picơ p 10−15 Phemtơ f 10−18 Atơ a 10−21 Giéptơ z 10−24 ctơ y Một số đơn vị dẫn xuất thường gặp Các đơn vị đo ghép với để suy đơn vị đo khác cho đại lượng khác gọi đơn vị dẫn xuất Bảng Các đơn vị dẫn xuất Đại lượng Tên đơn vị Ký hiệu Góc phẳng radian rad Lực, trọng lượng newton N 144 Viết khác theo SI Thứ nguyên kg.m.s -2 Tần số hertz Hz Công, lượng joule J N.m kg.m s watt W J/s kg.m s Áp suất, ứng suất pascal Pa N/m Điện tích coulomb C Điện áp, điện volt V W/A kg.m s A Điện dung farad F C/V kg m s A Điện trở, trở kháng ohm Ω V/A kg.m s-3.A Độ tự cảm henry H Wb/A kg.m s A Công suất s-1 -2 -3 -1 -2 kg.m s s.A Vận tốc, tốc độ m/s Gia tốc m/s 145 2 -1 -3 -2 2 -2 -2 -1 m.s m.s -1 -2 -2 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt Lương Duyên Bình (chủ biên) (2007) Vật lý đại cương, NXB Giáo Dục Đỗ Trần Cát (1997) Cách xác định sai số phép đo đại lượng vật lý, Đại học Bách Khoa Hà Nội Nguyễn Văn Hòa (2008) Vật lý đại cương, Trường Đại học Lâm nghiệp Đỗ Quốc Hùng (Chủ biên)(2006) Thực hành vật lý đại cương I, II, Học viện Kỹ thuật Quân Tài liệu hướng dẫn vận hành thiết bị thí nghiệm vật lý Viện Vật lý Kỹ thuật (2003-2003) Đại học Bách Khoa HN sản xuất, Viện Vật lý Kỹ thuật, Đại học Bách Khoa Hà Nội Lương Duy Thành, Phan Văn Độ (2009) Thí nghiệm vật lý đại cương I, II, NXB Giao thông vận tải Hà Nội Tài liệu tiếng Anh David, Haliday, Robert Resnick, Jearl Walker, Fundanrental of Physics, Publishing as Wiley, 1994 146 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Chương LÝ THUYẾT SAI SỐ 1.1 Vai trị mục đích u cầu thí nghiệm vật lý 1.1.1 Vai trị thí nghiệm vật lý 1.1.2 Mục đích thí nghiệm vật lý 1.1.3 Yêu cầu thí nghiệm vật lý 1.2 Lý thuyết sai số 1.2.1 Giá trị trung bình đại lượng đo 1.2.2 Sai số phép đo 1.2.3 Cách tính biểu diễn kết đại lượng đo trực tiếp 1.2.4 Cách tính sai số đại lượng đo gián tiếp 10 1.2.5 Cách tính biểu diễn kết đại lượng đo gián tiếp 13 1.2.6 Bài tập câu hỏi kiểm tra 17 Chương CÁC DỤNG CỤ ĐO LƯỜNG TRONG VẬT LÝ 18 2.1 Dụng cụ đo điện 18 2.1.1 Giới thiệu chung dụng cụ đo điện 18 2.1.2 Các loại máy đo điện 19 2.1.3 Cách sử dụng máy đo điện thông dụng 21 2.2 Cân kỹ thuật 27 2.2.1 Cấu tạo cân kỹ thuật (cân phân tích) 27 2.2.2 Hướng dẫn sử dụng cân kỹ thuật 28 2.2.2.1 Vị trí cân độ nhạy cân 28 2.2.3 Các phương pháp cân 29 2.2.3.3 Hiệu chỉnh sức đẩy Acsimet 30 Chương CÁC BÀI THÍ NGHIỆM 32 BÀI ĐO ĐỘ DÀI BẰNG THƯỚC KẸP VÀ PANME 32 Bài XÁC ĐỊNH GIA TỐC TRỌNG TRƯỜNG BẰNG CON LẮC THUẬN NGHỊCH 41 Bài XÁC ĐỊNH LỰC MA SÁT TRONG Ổ TRỤC QUAY VÀ MÔ MEN QUÁN TÍNH CỦA BÁNH XE 51 147 Bài XÁC ĐỊNH BƯỚC SÓNG VÀ VẬN TỐC ÂM THEO PHƯƠNG PHÁP SÓNG DỪNG 59 Bài XÁC ĐỊNH HỆ SỐ SỨC CĂNG MẶT NGOÀI CỦA CHẤT LỎNG 66 Bài XÁC ĐỊNH HỆ SỐ NHỚT CỦA CHẤT LỎNG THEO PHƯƠNG PHÁP STỐC 73 Bài XÁC ĐỊNH TỶ SỐ NHIỆT DUNG PHÂN TỬ CỦA CHẤT KHÍ 82 BÀI ĐO SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CỦA NGUỒN ĐIỆN BẰNG MẠCH XUNG ĐỐI 90 BÀI 10 XÁC ĐỊNH BƯỚC SÓNG ÁNH SÁNG BẰNG GIAO THOA CHO HỆ VÂN TRÒN NIUTƠN 104 BÀI 11 KHẢO SÁT HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN NGOÀI VÀ XÁC ĐỊNH HẰNG SỐ PLĂNG 113 BÀI 12 KHẢO SÁT SỰ NHIỄU XẠ CỦA CHÙM LASER QUA CÁCH TỬ PHẲNG - XÁC ĐỊNH BƯỚC SÓNG CỦA LASER 123 Phụ lục GIỚI THIỆU VỀ NGUỒN SÁNG LASER 136 Phụ lục BẢNG MỘT SỐ HẰNG SỐ VẬT LÝ CƠ BẢN 139 Phụ lục BẢNG CÁC ĐƠN VỊ CƠ BẢN VÀ DẪN XUẤT 141 TÀI LIỆU THAM KHẢO 146 148 ... từ kim đứng n Máy đo loại có ưu điểm sau: - Độ nhạy độ xác cao, thang chia độ đều, số ổn định nhanh, không bị ảnh hưởng từ trường bên ngoài; 19 - Năng lượng tiêu hao nhỏ; - Độ bền cao Tuy nhiên