TÀI LIỆU GIẢNG DẠY MÔN VẬT LÝ LÝ SINH (PHẦN THỰC HÀNH)

Phụ lục TRƯỜNG ĐẠI HỌC TRÀ VINH KHOA KHOA HỌC CƠ BẢN TÀI LIỆU GIẢNG DẠY MÔN VẬT LÝ LÝ SINH (PHẦN THỰC HÀNH) GV biên soạn: Trương Thị Ngọc Chinh Trà Vinh, … /20 Lưu hành nội MỤC LỤC Nội dung Trang BÀI MỞ ĐẦU BÀI SỬ DỤNG THƯỚC KẸP, PANME 12 BÀI SỬ DỤNG THƯỚC KẸP, PANME 13 BÀI ĐO SỨC CĂNG MẶT NGOÀI CHẤT LỎNG 19 BÀI ĐO ĐỘ NHỚT CHẤT LỎNG 24 BÀI KHẢO SÁT HIỆU ỨNG DOPPLER 29 BÀI XÁC ĐỊNH NGƯỠNG NGHE, NGƯỠNG PHÂN BIỆT TẦN SỐ CỦA NGƯỜI 39 BÀI ĐO ĐIỆN THẾ SINH VẬT 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO .51 Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page PHỊNG THÍ NGHIỆM VẬT LÝ ĐẠI CƢƠNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC TRÀ VINH -A AN TỒN PHỊNG THÍ NGHIỆM Nội quy phịng thí nghiệm đề để đảm bảo an toàn cho tất người làm việc Sinh viên cần giáo dục để nhận thức tầm quan trọng nội qui Mỗi sinh viên cần phải nắm vững nội qui trước bắt đầu thực hành phịng thí nghiệm có lịch làm việc cụ thể Sinh viên cần phải chuẩn bị trước thực tập thông qua việc đọc tài liệu trước nhà Nhờ vậy, biết trước việc phải làm, dụng cụ, thiết bị cần dùng Đồng thời, phải nắm vững nguyên lý làm việc thiết bị, dụng cụ để sử dụng cách (Sự chuẩn bị đƣợc kiểm tra thông qua sổ tay thực hành sinh viên) */* Khi làm việc phịng thí nghiệm, sinh viên: Khơng đƣợc ăn uống, hút thuốc phịng thí nghiệm Không đƣợc chạy nhảy, đùa nghịch sử dụng dụng cụ thí nghiệm sai mục đích Nếu làm đổ, vỡ vật phịng thí nghiệm phải thông báo cho giáo viên phụ trách có trách nhiệm thu dọn trường Giáo trình thực tập, sách cần phải gọn gàng, chỗ tránh xa hóa chất, bếp lửa Sau kết thúc thí nghiệm, sinh viên phải có trách nhiệm dọn vệ sinh nơi làm việc phân cơng lẫn để dọn vệ sinh nơi dùng chung tồn phịng thí nghiệm Tài liệu giảng dạy Mơn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page B GHI CHÉP THỰC TẬP Mục đích ghi chép để chuyển kết thí nghiệm tới người khác, nhờ mà người có hội thể lặp lại thí nghiệm sử dụng kinh nghiệm đạt Có nhiều loại ghi chép khác nhau, loại phục vụ cho mục tiêu riêng Sổ ghi chép thực tập - Ghi thông tin ngắn gọn, tối thiểu thực hành Kết thí nghiệm phải ln lưu lại thao tác, thực hành Báo cáo thực tập (chi tiết) - Miêu tả chi tiết thí nghiệm sở khoa học thí nghiệm Báo cáo thực tập (ngắn gọn) - Chỉ viết vấn đề quan trọng kết thí nghiệm Báo cáo lời - Sinh viên thảo luận với nội dung thực hành đề nghị giáo viên giải đáp thắc mắc nảy sinh làm thí nghiệm Những tóm tắt, tổng kết rút từ thí nghiệm trình bày giấy khổ lớn (bé khổ A3) treo tường Sinh viên thường sử dụng cách để tiến hành thảo luận lớp Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page C SỔ THEO DÕI THỰC TẬP */* Mục đích sổ theo dõi là: Ghi vào sổ theo dõi thực tập trình chuẩn bị thí nghiệm thao tác, bước tiến hành thí nghiệm Sự thơng thạo bước tiến hành tuân thủ lịch trình giúp ta kiểm sốt thí nghiệm thực nghiệm Sự đăng kí hay xếp tốt bước tiến hành quan trắc cẩn thận giúp ích việc làm báo cáo Chúng ta nhớ hết việc làm để viết báo cáo không ghi vào sổ theo dõi Cần phải ý nhiều đến thao tác quan trắc không đề cập sách hướng dẫn Sổ theo dõi phương tiện giao tiếp tốt Những điều ghi sổ theo dõi cần phải rõ ràng để người đọc Cần phải để ý đến sổ theo dõi Sau buổi thực tập nên kiểm tra lại sổ để xem điều ghi rõ ràng chưa Các hƣớng dẫn - Cần phải có nội dung tốt - Cần phải đánh số tất trang - Cần phải dùng bút bi để viết, không dùng bút chì - Số liệu ghi số liệu thơ, nghĩa số liệu chưa tính tốn - Các số liệu phải rõ ràng để đọc - Luôn ghi số liệu trang bên phải - Trang bên trái cịn lại dùng để mơ tả số liệu - Cần phải trình bày báo cáo theo qui định - Luôn ghi thời gian, ngày thực thí nghiệm - Ln ghi số thứ tự, tên thí nghiệm - Ghi tất ngoại lệ - Ghi lại tất thiết bị sử dụng (tên, số hiệu, loại, công suất….) - Ghi lại ngày kiểm tra thiết bị gần - Ghi lại mã số tất hóa chất sử dụng - Ghi lại biện pháp an toàn áp dụng Tất nội dung cần phải ghi vào sổ theo dõi Mỗi sinh viên phải có sổ theo dõi thí nghiệm riêng họ làm nhóm Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page D VIẾT TƢỜNG TRÌNH THỰC TẬP Viết hình thức trao đổi thơng tin quan trọng ngành khoa học Để viết cách khoa học trước tiên phải lập dàn ý chung cho toàn bài, để đảm bảo khơng qn nội dung tồn cơng việc Trong thí nghiệm, tồn số liệu phải ghi sổ theo dõi thực tập Tường trình thực tập phải chứa đủ tất thông tin liên quan đến thực hành Nó phải viết cho: Người đọc thu nhận thông tin nhanh rõ ràng Những người quan tâm lặp lại thí nghiệm từ thơng tin thu dược kể Ngày nay, tường trình thực tập thường viết máy tính Ưu điểm báo cáo viết máy tính là: + Rõ ràng, + Có thể thay đổi dễ dàng + Đồ thị, bảng biểu rõ ràng, đẹp Không phải tất chi tiết thí nghiệm điều phải đưa vào tường trình thực tập mà tùy thuộc vào cụ thể, chọn lọc thơng tin để thu tường trình tốt Thơng thường, thơng tin chi tiết viết tường trình thực tập sau: Tên làm thí nghiệm Các thơng tin thân người viết tường trình: họ tên, khóa, lớp, ngày, tháng, năm, Tóm tắt, miêu tả thí nghiệm kết (nếu báo cáo tóm tắt) Mở đầu: Giới thiệu mơn học, mục đích thí nghiệm, vấn đề mà thí nghiệm giải quyết, cách tiến hành Lý thuyết: miêu tả ngắn gọn sở lí thuyết thí nghiệm Phương pháp tiến hành vật liệu nghiên cứu: miêu tả nguyên vật liệu thí nghiệm sử dụng, phương pháp tiến hành Chủ yếu tên số thứ tự nhắc tới Ngoài ra, thay đổi thực ghi chép Kết quả: phần quan trọng báo cáo Tất số liệu cần viết ngắn gọn, rõ ràng khoa học (bảng số liệu, vẽ đồ thị, …) Thảo luận kết luận: Giải thích kết đạt được, kết luận đề nghị nêu phần Tài liệu tham khảo: danh mục sách thông tin thu từ nguồn khác tạp chí, băng đĩa, mạng điện tử… 10 Sinh viên viết tường trình theo mẫu sau: Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page Lớp: ……………… Nhóm: ……….; Tổ: ……… Họ tên: ………………………MSSV…… ………………………MSSV…… ………………………MSSV…… 4…………………… MSSV… BẢNG PHÚC TRÌNH Bài: …………… Ngày thực hành: ……………… I- MỤC ĐÍCH … II- TRẢ LỜI CÂU HỎI LÝ THUYẾT … III- KẾT QUẢ THỰC HÀNH Bảng 1: Bảng 2: Bảng 3: … (chú ý: bảng có yêu cầu tính độ ngờ () đại lượng phải trình bày cách tính đại diện đại lượng đó) Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page BÀI MỞ ĐẦU  Mục tiêu học tập: Sau học xong này, người học có thể: - Giúp sinh viên hiểu cách tổng quát tiến trình thực học thực hành - Cũng cố lại kiến thức phân biệt đại lượng đo trực tiếp, gián tiếp, cách đo lường đại lượng q trình thực hành - Biết cách tính giá trị trung bình, vẽ đồ thị, tính tốn sai số trình bày kết thực hành q trình thí nghiệm * Mục đích học mơn thực hành Vật lý đại cƣơng: - Giúp sinh viên củng cố, hiểu sâu phần lý thuyết Vật lý học - Biết cách đo lường, tính tốn sai số q trình ghi nhận kết thí nghiệm - Rèn luyện cho sinh viên kỹ thực hành, thí nghiệm; đức tính: chịu khó, kiên trì, nhẫn nại, trung thực, thẫm mỹ… I ĐO LƢỜNG Đo lường thao tác quan trọng thực hành Vật lý Ta phân thành loại sau: Đại lƣợng đo lƣờng trực tiếp Là so sánh trực tiếp đại lượng cần đo với đại lượng loại chọn làm đơn vị Thí dụ: + Đo chiều dài + Cân khối lượng Đại lƣợng đo lƣờng gián tiếp Là tính tốn đại lượng so sánh trực đại lượng biết thông qua công thức định luật, định lý Vật lý Thí dụ: + Tính khối lượng riêng: ρ = m /V + Tính tốc độ: v = S / t II VẤN ĐỀ SAI SỐ Khái niệm sai số Sai số khoảng sai lệch giá trị đo giá trị thực đại lượng đo 1.1 Sai số tuyệt đối Gọi: a: giá trị thực đại lƣợng a’: giá trị đo đƣợc Thì sai số tuyệt đối định nghĩa là: da = |a’- a| Sai số tuyệt đối không phản ảnh độ xác phép đo… 1.2 Sai số tương đối Là tỉ số sai số tuyệt đối giá trị thực đại lượng: da a 'a = a a Sai số tương đối nhỏ phép đo xác Phân loại sai số theo nguyên nhân làm sai số 2.1 Sai số hệ thống Là sai số gây thiếu sót dụng cụ đo Giá trị đo xảy theo chiều (hoặc a’ > a, a’ < a, lặp lại phép nhiều lần) Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page Để tránh sai số hệ thống, cần tiến hành kiểm tra cẩn thận dụng cụ đo 2.2 Sai số ngẫu nhiên Là sai số xảy theo nhiều nguyên nhân cách ngẫu nhiên: - Do chủ quan người đo như: đọc kết không quy cách, ghi kết sai… - Do thay đổi ngẫu nhiên tượng Chẳn hạn, đo đại lượng phụ thuộc vào thời tiết, ổn định dòng điện nguồn … - Do thay đổi ngẫu nhiên dụng cụ Chẳn hạn, dùng thước khác để đo chiều dài, dùng nhiệt kế khác để đo nhiệt độ… Ta khơng thể khử hồn tồn sai số ngẫu nhiên mà làm giảm bớt cách đo nhiều lần - Trong thực hành ta ý đến sai số ngẫu nhiên Giá trị trung bình 3.1 Đối với phép đo trực tiếp Để xác định giá trị trung bình, ta thực phép đo nhiều, sau tính trung bình cộng tất giá trị đo Gọi: a1, a2, …, an giá trị n lần đo đại lượng a Ta có giá trị trung bình a là: n a1  a2   an  i 1  a = n n - Trong thực hành, thời gian có hạn, nên ta thực phép đo từ đến lần 3.2 Đối với phép đo gián tiếp Dựa vào cơng thức tính theo giá trị trung bình đại lượng khác Thí dụ: ab ab x x  c c Độ ngờ (ký hiệu: ) - Qua việc phân loại sai số, ta thấy đo đại lượng (trực tiếp hay gián tiếp) phạm phải sai số Ta gọi chung sai số phạm phải độ ngờ: 4.1 Độ ngờ phép đo trực tiếp Giả sử ta đo đại lượng a, để tính độ ngờ, ta thực sau: - Tính gia trị trung bình ( a ) lần đo - Xác định giá trị biên: Gọi: amin: giá trị nhỏ giá trị đo amax: giá trị lớn giá trị đo amax, amin: gọi giá trị biên 4.1.1 Tính độ ngờ tuyệt đối (a) Nếu | a - amin | > | a - amax | thì: a = | a - amin | Nếu | a - amin | < | a - amax | thì: a = | a - amax | 4.1.2 Tính độ ngờ tương đối a Là tỷ số: a 4.2 Độ ngờ phép đo gián tiếp 4.2.1 Tính độ ngờ tuyệt đối phép đo gián tiếp Ta thực theo qui tắc sau đây: + Qui tắc Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page Nếu đặt Time/div =1ms Số ô theo chiều ngang chu kỳ Nếu đặt Time/div q nhỏ =1µs Sẽ tạo thành sóng nằm ngang Vậy phải đặt giá trị Time/div giá trị thích hợp POSSITION: Dùng để chỉnh vị trí tia sáng theo chiều ngang X10 MAG: Phóng đại lên 10 lần CAL: Cung cấp tín hiệu 2Vp-p, 1kHz, cung cấp dạng sóng vng dùng để kiểm tra độ xác biên độ tần số máy sóng trước sử dụng – hiệu chỉnh lại máy, ngồi cịn dùng để kiểm tra méo đầu que đo (probe) gây GND: Tiếp đất thiết bị với sườn máy B: CẤU TẠO MẶT SAU Z AXIS INPUT: Cho điều biến mật độ CH1 SIGNAL OUTPUT: Cấp áp 20mV/ vạch từ máy đếm tần AC POWER: Nguồn xoay chiều FUSE: Cầu chì CÁCH VẬN HÀNH 1: Hoạt động kênh Trước khởi động máy phải đảm bảo điện áp đầu vào yêu cầu Sau bật công tắc nhân nút theo hướng dẫn sau: Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page 37 Thành phần POWER INTEN FOCUS Thiết lập Off Ở Ở Thành phần AC-GND-DC SOURCE SLOPE Thiết lập GND CH1 + VERT MODE ALT/CHOP CH2 INV POSSITION ˆˇ VOLTS/DIV VARIABLE CH1 Nhả Nhả Ở 0,5V/DIV Cal theo chiều kim đồng hồ TRIG.ALT TRIGGER MODE TIME/DIV SWP.VER POSSITION X10 MAG Nhả Auto 0,5ms/DIV Vị trí Cal Ở Nhả Sau thiết lập vị trí nút cơng tắc tiến hành nối dây diện vào máy thực bước sau  Nhấn nút Power đảm bảo đèn LED sáng Trong vịng 20s có tia xuất hình Nếu khơng thấy tia xuất hình vịng 60s nên kiểm tra lại bước thiết lập  Điều chỉnh độ sáng tối độ sắc nét núm Focus Inten  Điều chỉnh tia đường ngang trung tâm núm Trace Rotation nút Possition  Nối que đo vào đầu CH1 2Vp-p Cal  Đặt cơng tắc AC-GND-DC vị trí AC, dạng sóng xuất hình FIG 5-1 tài liệu tiếng Anh trang 15  Điều chỉnh Focus để có hình ảnh rõ nét  Hiển thị dạng sóng rõ ràng cách chỉnh núm Volts/Div Time/Div tới vị trí khác  Chỉnh núm Position ngang dọc để đọc điện áp thời gian dễ dàng Các mô tả hoạt động cho kênh CH1, kênh CH2 hoạt động tương tự 2: Thao tác kênh hoạt động  Đặt Vert Mode Dual, nối đầu dò vào Cal, đặt AC-GND-DC AC chỉnh núm Position để thấy dạng sóng riêng biệt hình FIG 5-2 trang 15  Khi nhả nút Alt/Chop hình hiển thị luân phiên liệu kênh  Khi nhấn nút Alt/Chop hiển thị đồng thời tín hiệu kênh  Khi chọn chế độ ADD  liệu cộng tổng hợp CH1 CH2 hiển thị hình Dữ liệu khác CH1 CH2 nhấn CH2 INV  Câu hỏi (bài tập) củng cố: Câu 1: Thế hiệu ứng doppler? Câu : Hiệu ứng Doppler sử dụng ứng dụng y học nào? Câu 3: Khi có thay đổi tương đối nguồn phát nguồn thu tần số bước sóng có thay đổi khơng? Tại sao? Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page 38 BÀI XÁC ĐỊNH NGƢỠNG NGHE, NGƢỠNG PHÂN BIỆT TẦN SỐ CỦA NGƢỜI  Mục tiêu học tập: Sau học xong này, người học có thể: - Khảo sát đặc tính vật lý đặc tính sinh lý âm : Tần số-độ cao , cường độ mức cường độ- độ to âm, xác định ngưỡng nghe, ngưỡng phân biệt tần số âm người I CƠ SỞ LÝ THUYẾT Sóng âm: Tần số cường độ âm, âm thanh, hạ âm , siêu âm Các dao động học truyền lan không gian môi trường đàn hồi tạo thành sóng âm Sóng âm truyền lan khơng khí, mơi trường lỏng (nước), rắn ( kim loại…),nhưng truyền chân không Vật phát dao động học tạo thành sóng âm gọi nguồn âm Tần số sóng âm tần số dao động nguồn âm Khi truyền qua mơi trường khác nhau, tần số sóng âm khơng thay đổi, tốc độ truyền sóng thay đổi nên bước sóng thay đổi theo Theo thang tần số sóng âm người ta chia ba loại : sóng âm có tần số khoảng từ 16Hz đến 20.000 Hz gọi âm thanh, sóng âm có tần số nhỏ 16Hz gọi hạ âm, sóng âm có tần số lớn 20.000 Hz gọi siêu âm Khi xa nguồn âm, biên độ dao động sóng âm giảm dần: sóng âm bị tắt dần khơng gian Cường độ sóng âm đặc trưng lượng sóng truyền qua đơn vị diện tích vng góc với phương truyền sóng đơn vị thời gian, có đơn vị W/m2 Ví dụ : nguồn âm có cơng suất P (W) phát sóng cầu truyền đẳng hướng không gian, môi trường không hấp thụ âm, điểm M cách nguồn khoảng R, sóng âm có cường độ I bằng: (W/m2 ) (1) Có giá trị cường độ âm quy định cường độ âm chuẩn I0, có độ lớn -12 10 W/m2 Âm khẽ, tai người thật tinh không gian tĩnh lặng nghe Người ta đưa đại lượng “Mức cường độ âm” L để đánh giá cường độ âm I so với cường độ âm chuẩn I0, L định nghĩa : (B) (2) L có đơn vị Ben ( viết tắt B), đặt từ tên nhà vật lý người Mỹ A.G Ben, người có nhiều cơng nghiên cứu cảm thụ âm người Thực tế thường sử dụng đơn vị đề-xi Ben (dB), 1dB = 0.1 B : (dB) (3) Đặc tính sinh lý âm Con người cảm thụ âm nhờ quan thính giác, giúp họ cảm nhận vận động giới xung quanh Tai người nhận biết âm cao thấp , to nhỏ, với âm sắc khác Đó đặc tính sinh lý âm Độ cao thấp âm liên quan trực tiếp với tần số âm Tần số lớn âm nghe cao, tần số nhỏ âm nghe trầm Tuy nhiên, tai người nghe âm trầm có tần số nhỏ 16 Hz ( hạ âm), nghe âm cao có tần số lớn 20.000Hz ( siêu âm), ngưỡng phân biệt tần số âm hạ Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page 39 âm, âm siêu âm người, số loài vật cá voi nghe hạ âm, dơi, chó nghe siêu âm… Tai người cịn phân biệt âm to, nhỏ khác Độ to âm phụ thuộc mức cường độ tần số âm Với âm có mức cường độ 60dB tần số 1000Hz cho ta cảm giác nghe to, mức cường độ tần số 50Hz lại cho ta cảm giác nghe nhỏ Mức cường độ âm nhỏ tần số mà tai người cịn nghe gọi ngưỡng nghe tần số Một người có thính lực bình thường nghe âm khẽ, chẳng hạn tiếng tích tắc đồng hồ đeo tay để cách tai khoảng 10cm vào lúc đêm khuya, nghe tiếng đứng phố ồn Như kết xác định ngưỡng nghe người không phụ thuộc mức cường độ âm, tần số âm, cấu tạo lực quan thính giác ( thính lực), mà cịn phụ thuộc phơng tiếng ồn môi trường đo Hơn khoảng cường độ “nghe được” tai người rộng, từ 10-13 W/m2 (-10dB) đến 10 W/m2 (130dB), thực tế tai người khó phân biệt độ to hai âm có cường độ hàng chục lần Vì ”ngưỡng nghe” khơng phải đại lượng vật lý xác định xác Tuy nhiên việc xác định ngưỡng nghe người tần số khác để dựng lên biểu đồ gọi “thính lực đồ” giúp đánh giá thính lực người mức độ Theo chuyên gia thính lực học : - Nếu ngưỡng nghe mức -10dB đến 25dB : quan thính giác bình thường - Từ 25 40 dB : điếc nhẹ, “nặng tai”, “nghễnh ngãng” - Từ 40 60 dB : điếc vừa - Từ 60 90 dB : Điếc nặng - Trên 90 dB : Điếc sâu Người bị điếc sâu nghe tiếng bom nổ, tiếng sét đánh… Bộ dụng cụ thí nghiệm Hình 5.1 Thí nghiệm đặc tính sinh lý âm – Xác định ngưỡng nghe, ngưỡng phân biệt tần số người Máy phát hàm số 0,2 Hz- 2Mhz, có dải đo, thị tần số , biên độ số, hai nút suy giảm 20 dB 40 dB Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page 40 Dao động kí điện tử Hai kênh 20 MHz, ĐCNN 5mV/cm Bộ phối hợp HF Stereo Ampl MC -254 MIKE Ampl MC-253 Loa điện động Máy đo mức cường độ âm Microphone áp điện Giá thí nghiệm Cáp đồng trục dây tín hiệu II THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM Dụng cụ thí nghiệm 1.1 Cấu tạo sử dụng máy phát hàm Hình : Máy phát hàm Máy phát hàm ( H2) dùng tạo điện áp hình sin tần số điều chỉnh liên tục từ 0.2 Hz đến 2.000.000 Hz, biên độ điều chỉnh liên tục từ 2V-10 V độ suy giảm 20-40 dB Cách sử dụng Máy phát hàm VC2002 Mặt trước có : - Núm xoay tần số (F.Adj) : dùng điều chỉnh tần số tín hiệu phạm vi thang chọn ( xem (7) - Núm xoay Biên độ ( A.Adj) : dùng điều chỉnh biên độ tín hiệu - Núm xoay nghiêng tín hiệu (D.Adj): Dùng cân chỉnh dạng tín hiệu hình sin, điều chỉnh tạo dạng cho tín hiệu cưa từ tín hiệu hình tam giác - Lỗ cắm đồng trục “OUT”cho tín hiệu - Nút nhấn “ATT” suy giảm tín hiệu 20dB 40dB - Nút nhấn “WAVE” dùng để chọn dạng sóng : “1”: Hình sin; “2”: Xung vng; “3”: Tam giác, cưa - Nút nhấn “RANGE “dùng chọn thang tần số, có dải tần , biểu thị số từ đến 7: “1” : 0.2 - Hz; “2” : 2- 20 Hz; “3” : 15 - 250 Hz ; “4”: 125 - 2500 Hz; “5” : - 25 kHz; “6”: 20- 200 kHz; “7” : 200 - 2000 kHz Trong thí nghiệm này, ta dùng thang “3”, “4” “5” Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page 41 - Nút nhấn "RUN", cho máy "chạy", thực tất lệnh đặt - Nút nhấn “RESET” : dùng để thiết lập lại trạng thái "0" ban đầu 10 - Cửa số hiển thị số , có chữ số, để hiển thị biên độ điện áp tín hiệu theo đơn vị V mV 11 - Cửa số hiển thị số , có chữ số, dùng để hiển thị Mode hoạt động (1- 3: dạng sóng ), số thang tần số (thang 1-7), giá trị tần số tín hiệu thiết lập sau nhấn nút RUN Mặt sau có: Cơng tắc nguồn dây cắm nguồn 220V 50Hz Lưu ý : - Các núm xoay chọn tần số (1), điều chỉnh biên độ ( 2) điều chỉnh độ nghiêng tín hiệu (3) có cấu tạo tinh vi, xoay cần thao tác chậm nhẹ nhàng tránh làm hỏng Khi xoay đến cữ phải dừng ngay, vặn gây hư hỏng nghiêm trọng 1.2 Cấu tạo sử dụng Dao động kí điện tử Cách sử dụng máy dao động kí Oscilloscope Gos – 630 1.3 Bộ phối hợp HF Stereo AMPL MC-254 Hình 5.3 Bộ phối hợp HF Stereo AMPL MC – 254 Trên mặt máy : - Chuyển mạch K1: Chuyển tín hiệu từ máy phát qua mạch Tai nghe (HP) Loa điện động (SP) - Input Hz : Đưa tín hiệu vào từ máy phát - HP volume : Điều chỉnh âm lượng tai nghe - HP ( Single/ Dual ) Lỗ cắm tai nghe ( nghe tai, hai tai) - K2 ( L/R) Chuyển mạch tai nghe (tai trái /tai phải) dùng cho lỗ cắm Single - OUT HP : Đưa tín hiệu tai nghe ngõ đồng trục BCN chuyển tới Dao động kí điện tử - SP Volume: Điều chỉnh âm lượng loa điện động - SP : Ổ chân , đưa tín hiệu loa điện động - OUT SP : Đưa tín hiệu LOA ngõ đồng trục BCN để chuyển tới input CH2 Dao động kí điện tử 1.4 Máy đo mức cường độ âm Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page 42 Hình Máy đo mức cường độ âm - Microphone áp điện mũ lọc gió - Màn hình - Tốc độ lấy mẫu ( nhanh/chậm) 4- Nút công tắc nguồn Lăp ráp thí nghiêm Kết nối phối hợp MC-254 với thiết bị ngoại vi: Sử dụng cáp đồng trục BCN để nối với lối tín hiệu máy phát hàm VC2002, lối vào kênh dao động kí điện tử Dùng dây tín hiệu có phích chân nối với loa điện động, jắc cắm tai nghe Stereo nối vào DUAL Microphone áp điện cắm vào lỗ cắm INPUT Bộ khuếch đai MIKE MC-253, lỗ cắm AC output MC-253 nối với kênh dao động kí điện tử Các dụng cụ dùng để quan sát dạng sóng âm Lắp máy đo mức cường độ âm Microphone áp điện lên giá quang học vị trí 1000 100 mm, tương ứng Loa điện động đặt cách đầu thu máy đo mức cường độ âm 100cm Tiến hành đo 3.1 Đo ngưỡng phân biệt tần số : Bật điện máy phát hàm Nhấn nút WAVE lần để chọn dạng sóng “1” ( hình sin) Nhấn nút RANGE để chọn thang tần số “5” (1200Hz – 25.000Hz Hz ) Nhấn nút RUN chạy chức thiết lập Trên hình, hiển thị tần số, biên độ tín hiệu Núm D.Adj đặt vị trí thang Đeo tai nghe , điều chỉnh múm âm lượng vừa đủ nghe âm phát từ tai nghe Xoay thật từ từ núm chọn tần số “F.Adj” bên phải để nghe thấy âm cao dần, đồng thời quan sát giá trị tần số hiển thị hình, dạng sóng hình sin dao động kí điện tử, tai không nghe âm phát Ghi lại ngưỡng tần cao vào bảng Nhấn nút RANGE để chọn thang số “3” (15-250Hz) , rối nhấn nút RUN để chạy chức thiết lập Tai nghe nghe thấy tần số thấp âm Giảm dần tần số âm đồng thời quan sát hình, khơng nghe âm Ghi lại giá trị ngưỡng tần số thấp vào bảng Lặp lại thí nghiệm để đo ba lần Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page 43 Bảng 1: Ngƣỡng tần số cao Lần đo (Hz) ̅ (Hz) (Hz) ̅ Lần đo Lần đo Lần đo Bảng 2: Ngƣỡng tần số thấp Lần đo (Hz) ̅ (Hz) (Hz) ̅ Lần đo Lần đo Lần đo 3.2 Đo ngưỡng nghe : Việc đo ngưỡng nghe cần thực phòng cách âm yên tĩnh, có mức cường độ tiếng ồn nhỏ cỡ 30-35 dB Trước hết ta phải xác định mối quan hệ công suất điện loa tiêu thụ cường độ âm điểm quan sát M, cách nguồn âm 1m Chọn tần số 1000Hz Tắt công tắc nối vào tai nghe HP, bật sang SP ( Loa ) Bật máy đo mức cường độ âm Điều chỉnh âm lượng loa để máy đo mức cường độ âm đạt đến giá trị 60dB Quan sát tín hiệu kênh dao động kí điện tử, ghi lại biên độ điện áp U* đặt vào loa ( Xem phần cách đo biên độ tín hiệu dao động kí điện tử) Công suất điện loa tiêu thụ xác định : (W) (4) Trong r điện trở loa Nếu tồn cơng suất chuyển đổi thành lượng sóng âm, gây điểm M cường độ âm I*: I* = (W/m2 ) (5) Tuy nhiên máy đo mức cường độ âm M đo mức cường độ âm L, tương ứng cường độ âm I : I = 10L I0 = 10L 10-12 (W/m2) (6) Từ ta xác định hệ số chuyển đổi : (7) Bây ta giảm nhỏ công suất loa đến tối thiểu nghe (ngưỡng nghe), đọc giá trị biên độ điện áp Un tương ứng dao động kí , thay vào cơng thức (4), (5) để tính In*, từ tính cường độ âm tương ứng M: (8) Ngưỡng nghe tần số 1000 Hz xác định : Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page 44 Ln= 10.lgIn + 120 (dB) (9) Bảng 3: Xác định ngƣỡng nghe Tần số r ( ) R (m) U* (V) L (dB) Un In (W/m2) Ln (dB) (W/m2) 125 500 1000 2000 4000 8000  Dựa vào kết bảng 3, dựng biểu đồ tần số – ngưỡng nghe , đánh giá thính lực người đo  Câu hỏi (bài tập) củng cố: Phân tích liên quan đặc trưng vật lý âm đặc trưng cảm giác âm quan thính giác người Ngưỡng phân biệt tần số hạ âm, siêu âm người có khác khơng? Tại sao? Để thực thí nghiệm xác cần phải lưu ý điều gì? Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page 45 BÀI ĐO ĐIỆN THẾ SINH VẬT  Mục tiêu học tập: Sau học xong này, người học có thể: - Khảo sát tác dụng dòng điện lên thể sinh vật - Thực hành đo điện sinh vật: điện tĩnh, điện hoạt động, điện tổn thương I CƠ SỞ LÝ THUYẾT Trong tế bào mô quan luôn tồn loại điện khác nhau, song tùy theo nguyên nhân xuất người ta chia làm nhóm : điện tĩnh, điện hoạt động điện tổn thương Điện tĩnh Trong thể động vật, tế bào, mô sống thường xuất tồn nhiều loại điện khác Các loại điện có nguồn gốc tuỳ theo nguyên nhân xuất hiện, phương pháp đo đạc điều kiện thí nghiệm mà ta phân chia thành nhiều loại có tên gọi khác Đó loại điện điện nghỉ, điện tổn thương, điện hoạt động, điện chỗ Điện tĩnh hay gọi điện nghỉ Đó điện đặc trưng cho trạng thái sinh lý bình thường đối tượng sinh vật Nói cách khác, điện đặc trưng cho tính chất điện hệ thống sống trạng thái trao đổi chất bình thường Điện tĩnh hiệu điện bình thường tồn hai phía màng, xác định cách ghi đo chênh lệch hiệu tế bào chất dịch ngoại bào Để khảo sát biến đổi dòng điện đo hiệu điện màng tế bào (mô sống hay sợi thần kinh ) đó, thơng thường ta hay sử dụng phương pháp ghi đo vi điện cực nội bào Đặt hai điện cực phía ngồi Đặt điện cực bên Cắm hai vi điện cực xuyên màng sinh học vi điện cực xuyên qua qua màng màng Kết thí nghiệm cho thấy: Giữa mặt ngồi tế bào khơng bị tổn thương mơi trường bên ngồi khơng có chênh lệch điện Ngược lại phần bên tế bào mơi trường bên ngồi ln ln tồn hiệu điện Sự chênh lệch điện gọi điện nghỉ hay điện tĩnh màng (Resting membrane potential) 1.1 Đặc điểm Điện nghỉ có hai đặc điểm sau: - Mặt tế bào sống ln ln có giá trị điện âm so với mặt bên ngồi Nói cách khác chiều điện nghỉ khơng đổi - Bình thường điện nghỉ có giá trị điện biến đổi chậm theo thời gian Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page 46 Bằng phương pháp kỷ thuật ghi đo tốt, ta trì dịng điện thời gian dài Độ lớn điện giảm chậm theo thời gian Giá trị giảm chức tế bào, hay sợi bắt đầu xuất 1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến điện nghỉ Điện nghỉ đặc trưng cho trạng thái sinh lý bình thường hệ thống sống Nếu thay đổi trạng thái sinh lý liên quan đến trạng thái chức hệ Do yếu tố làm ảnh hưởng đến trình trao đổi chất bình thường ảnh hưởng đến điện nghỉ hệ, chẳng hạn như: - Dưới tác dụng dịng điện bên ngồi - Giá trị điện bị thay đổi làm thay đổi thành phần ion môi trường - Sự tác động số độc tố lên hệ thống sống làm biến đổi nhanh điện màng - Khi thay đổi lượng oxy môi trường liên quan đến trình hơ hấp mơ, , làm ảnh hưởng đến điện nghỉ Ở loại tế bào khác điện nghỉ có giá trị khác Giá trị thay đổi khoảng từ -10mV đến -100mV Sự chênh lệch điện tồn phần khác hệ sinh vật yếu tố đặc trưng cho thể sống Điện tổn thƣơng Điện tổn thương hiệu điện xuất chênh lệch điện vùng bị tổn thương vùng không bị tổn thương Sự tổn thương xảy nhiều nguyên nhân khác (như tác động học, nhiệt, điện, hoá học ) làm xuất chênh lệch điện Loại điện có dạng đối tượng sinh vật Đặc trưng điện tổn thương là: - Giá trị hiệu điện giảm dần biến đổi chậm theo thời gian - Điện tổn thương phụ thuộc nhiều vào điều kiện khảo sát phương pháp ghi đo - Độ lớn điện bị ảnh hưởng nhiều tuỳ thuộc vào điều kiện sinh lý đối tượng nghiên cứu 2.1 Đối tượng động vật Thực nghiệm cho thấy rằng, trạng thái sinh lý bình thường thành phần ion mặt màng tế bào (mơ, ) phía bên ngồi có phân bố ổn định Cịn vị trí khác mơi trường bên ngồi khơng bị tổn thương so với mơi trường xung quanh khơng có chênh lệch điện Nói cách khác, trạng thái sinh lý bình thường ta thấy có phân bố điện tích ban đầu hai phía màng sinh học Nếu tế bào (mô) bị tổn thương, làm ảnh hưởng đến trình vận chuyển chất, mà cụ thể trao đổi chất qua màng tế bào Nói tóm lại, tổn thương đối tượng sống mà cụ thể tế bào (mô, cơ, ) làm thay đổi trạng thái chức tế bào hay làm thay đổi trạng thái sinh lý bình thường đối tượng nghiên cứu 2.2 Đối tượng thực vật Khảo sát tính chất điện đối tượng thực vật cho thấy có nhiều điểm tương tự động vật, là: - Có chênh lệch điện vùng bị tổn thương vùng không bị tổn thương - Điện tổn thương có giá trị âm - Điện tồn khoảng thời gian ngắn - Giá trị điện giảm nhanh theo thời gian tuỳ thuộc vào điều kiện thí nghiệm, phụ thuộc vào khoảng cách vùng khảo sát - Khả xuất điện khu trú vùng bị thương tổn 2.3 Các yếu tố ảnh hưởng Thực nghiệm chứng tỏ rằng, yếu tố làm ảnh hưởng đến trình trao đổi chất bình thường tế bào mô làm thay đổi giá trị điện tổn thương như: Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page 47 - Ảnh hưởng nhiệt độ môi trường - Thay đổi thành phần môi trường, Oxy liên quan nhiều trình trao đổi chất - Sự tác động trường lực điện bên (điện trường, từ trường ) liên quan đến chuyển dịch ion qua màng - Sự tác động độc tố vào mơi trường có liên quan đến thay đổi điều kiện sinh lý bình thường Điện hoạt động Điện hoạt động dao động nhanh điện màng Dao động điện màng xuất tế bào thần kinh, cơ, số tế bào khác có sóng hưng phấn truyền qua Do dịng điện làm xuất điện gọi dòng điện hưng phấn Tất tế bào sống có đặc tính dễ bị kích thích, tức có khả chuyển từ điều kiện sinh lý bình thường trạng thái tĩnh sang trạng thái hoạt hoá Dưới ảnh hưởng tác nhân kích thích đó, tế bào dễ dàng bị thay đổi tính chất hố lý màng Khi có sóng hưng phấn truyền đến, dấu hiệu điện tích hai phía màng tế bào bị đảo ngược hẳn lại so với giá trị điện nghỉ lúc ban đầu Hiệu điện xuất có chênh lệch giá trị điện hai phía màng Lúc giá trị điện mặt bên âm so với điện mặt bên Để xác định điện hoạt động, thông thường ta sử dụng kỹ thuật ghi đo vi điện cực nội bào THỰC HÀNH 1.Thiết bị hóa chất mẫu vật - Điện kế - Điện cực đo điện - Dụng cụ giết mổ ếch: Khay, Dao, Kéo, Que chọc, phanh kẹp - Nguồn điện kích thích - Mẫu vật : Ếch, Các bƣớc tiến hành 2.1 Chuẩn bị mẫu để đo: Chuẩn bị mẫu vật - Ếch chọc hủy tủy ếch (đảm bảo ếch sống cố định suốt q trình thí nghiệm - Cắt mở khoang bụng theo dõi hoạt động tim (để theo dõi ếch sống suốt q trình thí nghiệm) - Cắt mở da đùi ếch Chuẩn bị dụng cụ - Điện kế chỉnh đơn vị mV - Chọn điện cực âm, điện cực dương - Điện cực âm sơn cách điện phần phân điện cực, có phần đầu tiếp xúc đầu điện cực âm cắm vào đùi ếch châm vào bên dây thần kinh đùi ếch; Đầu cắm vào đầu “COM” điện kế - Điện cực dương không sơn cách điện đặt tiếp xúc trực tiếp với bên màng 2.2 Đo điện Tiến hành đo đùi ếch trường hợp sau giải thích trường hợp - Đo ghi kết cắm điện cực màng Bảng Thời 0s 20s 40s 60s Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh 80s 100s … Page 48 gian U1(V) - Đo ghi kết cắm điện cực màng Bảng Thời gian U2(V) 0s 20s 40s 60s 80s 100s …  Nhận xét bảng bảng - Đo ghi kết cắm điện cực điện cực màng Bảng Thời gian U1(V) 0s 20s 40s 60s 80s 100s … 60s 80s 100s …  Vẽ đồ thị y = (t, U), nhận xét đồ thị Đo ghi kết kích điện đùi ếch Bảng Thời gian U4(V) 0s 20s 40s  Vẽ đồ thị y = (t, U), nhận xét đồ thị Chọc hủy tủy ếch Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page 49 Đo điện đùi ếch (điện cực điện cực màng) Đo điện đùi ếch (2 điện cực màng)  Câu hỏi (bài tập) củng cố: Câu 1: Thế điện nghỉ, điện hoạt động điện thề tổn thương Câu 2: Giải thích thay đổi điện kích điện vào đùi sợi thần kinh ếch Câu 3: So sánh thay đổi điện sợi thần kinh ếch đo điện cắm điện cực sợi thần kinh đo điện cắm điện cực điện cực bên sợi thần kinh Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO  TÀI LIỆU THAM KHẢO ĐỂ BIÊN SOẠN NỘI DUNG MÔN HỌC: - Phan Sỹ An (2012), Lý Sinh, NXB Giáo Dục Việt Nam - Phan Sỹ An cộng (2006), Vật lý – Lý sinh y học - Nguyễn Thị Kim Ngân, Lý Sinh Học, NXB Đại học Quốc Gia Hà Nội - Đoàn Suy Nghĩ, Lê Văn Trọng (2006), Lý Sinh, ĐH Huế - Đặng Diệp Minh Tân (2014), Giáo trình Vật lý Đại cương A1 Trường ĐH Trà Vinh - Nguyễn Văn Sáu (2014), Giáo trình Vật lý Đại cương A2 Trường ĐH Trà Vinh - Giáo trình thực hành Cơ Nhiệt đại cương– Bộ môn Vật lý – Khoa Khoa học – trường Đại học Cần Thơ  TÀI LIỆU THAM KHẢO ĐỀ NGHỊ CHO HỌC VIÊN: - Bài giảng môn học Vật lý Lý sinh (lưu hành nội bộ) - Bộ môn Vật lý – khoa Khoa học Cơ - trường Đại học Trà Vinh - Bài giảngThực hành Vật lý Lý sinh (lưu hành nội bộ) - Bộ môn Vật lý – khoa Khoa học Cơ - trường Đại học Trà Vinh - Phan Sỹ An (2012), Lý Sinh, NXB Giáo Dục Việt Nam Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page 51