SAI SỐ CỦA PHÉP ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG VẬT LÍ

Đại học Lâm Nghiệp CS2 Thí nghiệm VLĐC Bài mở đầu : SAI SỐ CỦA PHÉP ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG VẬT LÍ I MỤC ĐÍCH : Phát biểu định nghĩa phép đo đại lượng vật lí Phân biệt phép đo trực tiếp phép đo gián tiếp Nắm khái niệm sai số phép đo đại lượng vật lí cách xác định sai số phép đo : a) Phát biểu sai số phép đo đại lượng vật lí b) Phân biệt hai loại sai số : sai số ngẫu nhiên, sai số hệ thống c) Biết cách xác định sai số dụng cụ, sai số ngẫu nhiên d) Tính sai số phép đo trực tiếp e) Tính sai số phép đo gián tiếp f) Biết cách viết kết phép đo, với số chữ số có nghĩa cần thiết II – PHÉP ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG VẬT LÍ HỆ ĐƠN VỊ SI Khi nghiên cứu tượng tự nhiên, Vật lí học người ta thường dùng phương pháp thực nghiệm: tiến hành phép đo đại lượng vật lí đặc trưng cho tượng, xác định mối liên hệ chúng, từ rút quy luật vật lí Để thực phép đo, ta phải có dụng cụ đo Tuy nhiên thực tế, không dụng cụ đo nào, không phép đo cho ta giá trị thực đại lượng cần đo Các kết thu gần Vì vậy? Điều có mâu thuẫn hay khơng với quan niệm cho Vật lí mơn khoa học xác? Để trả lời câu hỏi này, trước hết ta cần làm rõ khái niệm: phép đo đại lượng vật lí gì? có sai lệch giá trị thực đại lượng cần đo kết đo? Từ xác định kết đánh giá độ xác phép đo Phép đo đại lượng vật lí Ta dùng cân để đo khối lượng vật Cái cân dụng cụ đo, phép đo khối lượng vật thực chất phép so sánh khối lượng với khối lượng cân, mẫu vật quy ước có khối lượng đơn vị (1 gam, kilôgam ) bội số nguyên lần đơn vị khối lượng Vậy: Phép đo đại lượng vật lí phép so sánh với đại lượng loại quy ước làm đơn vị Công cụ để thực việc so sánh nói gọi dụng cụ đo, phép so sánh trực tiếp thông qua dụng cụ đo gọi phép đo trực tiếp Nhiều đại lượng vật lí đo trực tiếp chiều dài, khối lượng, thời gian, đại lượng vật lí khác gia tốc, khối lượng riêng, thể tích, khơng có sẵn dụng cụ đo để đo trực tiếp, xác định thơng qua công thức liên hệ với đại lượng đo trực tiếp Ví dụ, gia tốc rơi tự g xác định theo công thức g = 2s , thông qua hai phép đo trực tiếp t2 phép đo độ dài quãng đường s thời gian rơi t Phép đo gọi phép đo gián tiếp Hệ đơn vị đo Một hệ thống đơn vị đo đại lượng vật lí quy định thống áp dụng nhiều nước giới, có Việt Nam, gọi hệ SI Hệ SI quy định đơn vị bản, là: Đại học Lâm Nghiệp CS2        Thí nghiệm VLĐC Đơn vị độ dài: mét (m) Đơn vị thời gian: giây (s) Đơn vị khối lượng: kilôgam (kg) Đơn vị nhiệt độ: kenvin (K) Đơn vị cường độ dòng điện: ampe (A) Đơn vị cường độ sáng: canđela (Cd) Đơn vị lượng chất: mol (mol) Ngoài đơn vị bản, đơn vị khác đơn vị dẫn xuất, suy từ đơn vị theo cơng thức, ví dụ: đơn vị lực F niutơn (N), định nghĩa: N = kg.m/s2 lượng A, ta nhận giá trị khác : A1, A2, …An III – SAI SỐ PHÉP ĐO a) Trị tuyệt đối hiệu số trị trung bình giá trị lần đo gọi sai số tuyệt đối ứng với lần đo đó: Sai số hệ thống Giả sử vật có độ dài thực l = 32,7 mm Dùng thước có độ chia nhỏ mm để đo l, ta xác định l có giá trị nằm khoảng 32 33 mm, phần lẻ đọc thước đo Sự sai lệch này, đặc điểm cấu tạo dụng cụ đo gây ra, gọi sai số dụng cụ Sai số dụng cụ khơng thể tránh khỏi, chí cịn tăng lên điểm ban đầu bị lệch đi, mà ta sơ suất trước đo không hiệu chỉnh lại Kết giá trị đại lượng đo thu lớn hơn, nhỏ giá trị thực Sai lệch nguyên nhân gây gọi sai số hệ thống Sai số ngẫu nhiên Lặp lại phép đo thời gian rơi tự vật hai điểm A, B, ta nhận giá trị khác Sự sai lệch khơng có ngun nhân rõ ràng, hạn chế khả giác quan người dẫn đến thao tác đo không chuẩn, điều kiện làm thí nghiệm khơng ổn định, chịu tác động yếu tố ngẫu nhiên bên Sai số gây trường hợp gọi sai số ngẫu nhiên Giá trị trung bình Sai số ngẫu nhiên làm cho kết phép đo trở nên tin cậy Để khắc phục người ta lặp lại phép đo nhiều lần Khi đo n lần đại Giá trị trung bình chúng: A= A1 + A2 + + A n n (1) giá trị gần với giá trị thực đại lượng A Cách xác định sai số phép đo A1 = A  A1 ; A3 = A  A3 ; … A2 = A  A2 ; (2) Sai số tuyệt đối trung bình n lần đo tính theo cơng thức: A = A1 + A2 + + A n n ( 3) Giá trị A xác định theo (3) sai số ngẫu nhiên Như vậy, để xác định sai số ngẫu nhiên ta phải đo nhiều lần Trong trường hợp không cho phép thực phép đo nhiều lần (n < 5), người ta khơng tính sai số ngẫu nhiên cách lấy trung bình theo cơng thức (3), mà chọn giá trị cực đại A max , số giá trị sai số tuyệt đối thu từ (2) b) Sai số tuyệt đối phép đo tổng sai số ngẫu nhiên sai số dụng cụ: , A = A + A (4) Trong A’ sai số hệ thống gây dụng cụ, thông thường lấy nửa độ chia nhỏ dụng cụ Trong số dụng cụ đo có cấu tạo phức tạp, ví dụ đồng hồ đo điện đa số, sai số dụng cụ tính theo cơng thức nhà sản xuất quy định Đại học Lâm Nghiệp CS2 Thí nghiệm VLĐC Cách xác định sai số phép đo gián tiếp Chú ý: – Sai số hệ thống lệch điểm ban đầu loại sai số cần phải loại trừ, cách ý hiệu chỉnh xác điểm ban đầu dụng cụ đo trước tiến hành đo – Sai sót: Trong đo, cịn mắc phải sai sót Do lỗi sai sót, kết nhận khác xa giá trị thực Trong trường hợp nghi ngờ có sai sót, cần phải đo lại loại bỏ giá trị sai sót Cách viết kết đo Kết đo đại lượng A không cho dạng số, mà cho dạng khoảng giá trị chắn có chứa giá ( A –  A) < A < ( A +  A ) , hay là: A = A ± A Để xác định sai số phép đo gián tiếp, ta vận dụng quy tắc sau đây: a) Sai số tuyệt đối tổng hay hiệu tổng sai số tuyệt đối số hạng b) Sai số tỉ đối tích hay thương tổng sai số tỉ đối thừa số Ví dụ: Giả sử F đại lượng đo gián tiếp, X, Y, Z đại lượng đo trực tiếp – Nếu: F = X + Y– Z , thì:  F =  X +  Y+  Z – Nếu: F = (5) Chú ý: Sai số tuyệt đối phép đo A thu từ phép tính sai số thường viết đến tối đa hai chữ số có nghĩa, cịn giá trị trung bình A viết đến bậc thập phân tương ứng Các chữ số có nghĩa tất chữ số có số, tính từ trái sang phải, kể từ chữ số khác Ví dụ: Phép đo độ dài s cho giá trị trung bình s = 1,368 32 m, với sai số phép đo tính s = 0,003 m, kết đo viết, với s lấy chữ số có nghĩa, sau: XY , thì: Z  F =  X +  Y+  Z c) Nếu cơng thức vật lí xác định đại lượng đo gián tiếp có chứa số (ví dụ:  , e,…) số phải lấy gần đến số lẻ thập phân cho sai số tỉ đối phép lấy gần gây bỏ qua, nghĩa phải nhỏ 1/10 tổng sai số tỉ đối có mặt cơng thức tính Ví dụ: Xác định diện tích vịng trịn thơng qua phép đo trực tiếp đường kính d Biết d = 50,6  0,1 mm s = (1,368  0,003) m Ta có S = d , sai số tỉ đối phép đo S: Sai số tỉ đối S 2d      0,4%    S d Sai số tỉ đối A phép đo tỉ số sai số tuyệt đối giá trị trung bình đại lượng đo, tính phần trăm: A= A 100% A Sai số tỉ đối nhỏ phép đo xác Trong trường hợp này, phải lấy  = 3,142  < 0,04%  Nếu công thức xác định đại lượng đo gián tiếp tương đối phức tạp, dụng cụ đo trực tiếp Đại học Lâm Nghiệp CS2 Thí nghiệm VLĐC có độ xác tương đối cao, sai số phép đo chủ yếu gây yếu tố ngẫu nhiên, người ta thường bỏ qua sai số dụng cụ Đại lượng đo gián tiếp tính cho lần đo, sau đo lấy trung bình tính sai số ngẫu nhiên trung bình cơng thức (1), (2), (3) TÓM TẮT  Phép đo đại lượng vật lí phép so sánh với đại lượng loại quy ước làm đơn vị Phép so sánh trực tiếp thông qua dụng cụ đo gọi phép đo trực tiếp Phép xác định đại lượng vật lí qua cơng thức liên hệ với đại lượng đo trực tiếp, gọi phép đo gián tiếp  Giá trị trung bình đo nhiều lần đại lượng A: A= A1 + A2 + + A n , giá trị gần với n  Sai số tỉ đối A phép đo tỉ số sai số tuyệt đối giá trị trung bình đại lượng đo, tính phần trăm: A =  Sai số phép đo gián tiếp, xác định theo quy tắc: Sai số tuyệt đối tổng hay hiệu, tổng sai số tuyệt đối số hạng Sai số tỉ đối tích hay thương, tổng sai số tỉ đối thừa số BÀI TẬP Bài tập mẫu Dùng thước kẹp có ĐCNN 0,1 mm để đo lần đường kính d chiều cao h trụ thép, cho kết bảng sau: Lần đo D H (mm) (mm) 30 19,9 30,1 19,8 30 20,0 30,1 19,7 30.1 19,9 giá trị thực đại lượng A  Sai số tuyệt đối ứng với lần đo: A1 = A  A1 ; A2 = A  A2 A 100% A ; A3 = A  A3 … Sai số ngẫu nhiên sai số tuyệt đối trung bình n lần đo: A1 + A2 + + A n A = n Sai số dụng cụ A' lấy nửa độ chia nhỏ dụng cụ  Kết đo đại lượng A cho dạng: A  A  A , A tổng sai số ngẫu nhiên sai số dụng cụ: , A  A  A , lấy tối đa đến hai chữ số có nghĩa, cịn A viết đến bậc thập phân tương ứng Hãy cho biết kết phép đo d, h tính thể tích trụ thép Giải Phép đo d, h phép đo trực tiếp, giá trị trung bình sai số ngẫu nhiên tính bảng sau: Lần đo d (mm) d h (mm) h Đại học Lâm Nghiệp CS2 Thí nghiệm VLĐC 30,0 0,06 19,9 0,04 n T 30,1 0,04 19,8 0,06 0,399 30,0 0,06 20,0 0,14 0,408 30,1 0,04 19,7 0,16 0,406 30,1 0,06 19,9 0,04 0,405 TB 30,06 0,05 19,86 0,09 0,402 Sai số dụng cụ 0,1 mm Vậy:  ti  t’ TB Sai số phép đo đường kính trụ là: d = 0,05 + 0,1 = 0,15 mm Sai số phép đo chiều cao trụ là: h = 0,09 + 0,1 = 0,19 mm Kết quả: d = 30,06  0,15 (mm) h = 19,86  0,19 (mm) Thể tích trung bình trụ: V d h 3,142.30,062.19,86   14 100 (mm3) 4 a) Hãy tính thời gian rơi trung bình, sai số ngẫu nhiên, sai số dụng cụ, sai số phép đo thời gian Phép đo trực tiếp hay gián tiếp? Nếu đo lần (n=1, 2, 3) kết đo bao nhiêu? b) Dùng thước mm đo lần khoảng cách s hai điểm A, B cho giá trị 798 mm Tính sai số phép đo viết kết đo c) Cho cơng thức tính vận tốc B: v = 2s t 2s Dựa vào kết t2 Sai số tỉ đối: gia tốc rơi tự g = V d h  0,15 0,19    2   0,02  2%  30,06 19,86 V d h Sai số tuyệt đối: đo quy tắc tính sai số đại lượng đo gián tiếp học, tính v, g,  v,  g viết kết cuối cùng? V  VV  14 100.0,02  282 (mm3 ) V = (1 410  28 ).10 (mm3) Bài tập vận dụng Dùng đồng hồ đo thời gian có ĐCNN 0,001 s để đo n lần thời gian rơi tự không vận tốc đầu vật, điểm A (vA = 0) đến điểm B, kết cho bảng đây: PHỤ LỤC Công thức (5) kết đo sai số phép đo chứng minh chặt chẽ sau : Giả sử đại lượng vật lý cần đo A có giá trị thực a Khi đo n lần, ta nhận dãy giá trị khác : a1 ,a , ,a n Kí hiệu 1 , 2 , ,  n độ sai lệch so với giá trị thực a lần đo, tức : Đại học Lâm Nghiệp CS2 Thí nghiệm VLĐC a  a1  1  a  2   a n  n na  (a1  a   a n )  (1  2    n ) Sai số tuyệt đối trung bình a : a  a   a n 1  2    n a  n n a a so n  i n i 1 sánh a  Đại lượng a giá trị trung bình cộng n lần đo, a  n  i "sai số tuyệt đối lí tưởng"(sai n i 1 sai số n  a i n i 1 tuyệt đối trung  a i với sai số tuyệt đối lí tưởng n i 1 n  i , n i 1 ta nhận thấy giá trị  i khác dấu nên : n số ngẫu nhiên ) phép đo đại lượng A, chưa xác định a chưa biết n  i 1 i  n  a i n i 1 Để xác định sai số ngẫu nhiên, người ta phải dựa vào hai tiên đề lí thuyết Gauss , phát biểu sau : nghĩa : Các sai số có trị tuyệt đối ngược dấu, xuất với xác suất Các sai số có trị tuyệt đối lớn xác suất xuất thấp Từ tiên đề ta suy : chuỗi lần đo đại Kết phép đo cho dạng : lượng A, có sai số i  b xuất hiện, có sai số  j  b xuất với xác suất, cho i   j  , nghĩa số lần đo n   : lim( n  n  i )  n i 1 aa bình n a  a  a hay a  a  a  a  a a = a  a Sai số a xác định sai số tuyệt đối ngẫu nhiên Phép đo mắc phải sai số hệ thống gây dụng cụ Sai số hệ thống cần phải đánh giá theo đặc điểm tính năng, độ xác dụng cụ đo phương pháp đo, giả sử a ' Kết đo viết : a = a  (a  a ') Thực tế thực phép đo với số lần đo n =  , theo tiên đề 2, suy rằng, với số lần đo n đủ lớn, coi a  a sai số ngẫu nhiên xác định theo a Sai số tuyệt đối ứng với lần đo xác định trị tuyệt đối hiệu số: a1  a  a1 , a  a  a , , a n  a  a n Đại học Lâm Nghiệp CS2 Thí nghiệm VLĐC Bài 1: ĐO ĐỘ DÀI BẰNG THƯỚC KẸP - PANME ĐO KÍCH THƯỚC VÀ XÁC ĐỊNH THỂ TÍCH CỦA CÁC VẬT RẮN CĨ HÌNH DẠNG ĐỐI XỨNG BẰNG THƯỚC KẸP VÀ PANME I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM Làm quen sử dụng số dụng cụ đo độ dài thước kẹp, thước pame để đo kích thước vật rắn Xác định thể tích số vật rắn có hình dạng đối xứng II CƠ SỞ LÝ THUYẾT Thể tích khối trụ rỗng (Hình 1a) có đường kính ngồi D, đường kính d độ cao h tính theo công thức : V  D  d .h (1) Thể tích khối cầu (Hình 1b) có đường kính D tính theo cơng thức: D D (a) O Thước kẹp dụng cụ đo độ dài xác thước milimet Độ chia nhỏ đạt tới 0,1; 0,05; 0,02 mm a) Cấu tạo thước kẹp (Hình 2) gồm phần : thước dạng chữ T, thân thước khắc độ chia từ đến 150, độ chia có giá trị a = mm; thước T/ nhỏ hơn, ơm lấy thân thước T trượt dọc theo thân thước chính, gọi du xích Du xích T/ khắc thành N độ chia, cho độ dài N độ chia có giá trị độ dài (kN - 1) độ chia thước T, tức : N.b = ( kN - ) a (3) với k = tuỳ thuộc loại thước kẹp, b giá trị độ chia du xích T/ d h B Cấu tạo hoạt động R (b) Hình 2' (2) 30 10 T/ V 1' III DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM A Thành phần thiết bị Thước kẹp 150 mm, xác 0,02 mm Panme  25 mm, xác 0,01 mm Vòng đồng (khối trụ rỗng) Viên bi thép (khối cầu) T 20 10 V  D Từ (3) ta suy : Hình 150 Đại học Lâm Nghiệp CS2 a ka-b = =  N (4) Đại lượng  độ chia nhỏ (hay độ phân giải) thước kẹp Vì a = mm, nên : - N = 10  = 0,1 mm; - N = 20  = 0,05 mm; - N = 50  = 0,02 mm Đầu đo thước T gắn với hàm kẹp cố định có hai đầu đo - Đầu đo du xích T/ gắn với hàm kẹp di động có hai đầu đo 1/ - 2/ Hai đầu đo - 1/ dùng đo kích thước ngồi vật, cịn hai đầu đo - 2/ dùng đo kích thước vật Khi hàm kẹp di động 1/ - 2/ áp sát hàm kẹp cố định - vạch số du xích T/ trùng với vạch số thước T : vị trí số thước kẹp Cách đo độ dài thước kẹp : Muốn đo đường kính ngồi D vịng V, ta kéo du xích T/ trượt thân thước T kẹp vòng V hai đầu đo 1-1' hai hàm kẹp, vặn nhẹ vít để giữ cố định vị trí du xích T/ Khi vạch số du xích T/ trượt sang phải, vượt qua vạch thứ n thước T Như ta xác định phần nguyên đường kính D m milimét; phần lẻ D xác định cách quan sát hai dãy vạch đối diện du xích T/ thước T, tìm xem có cặp vạch trùng nằm sát nhất, chẳng hạn vạch thứ n du xích T/ trùng với vạch thước T phần lẻ D có giá trị n milimét, với  giá trị độ chia nhỏ thước kẹp ghi du xích T/ Kết số đo đường kính D vịng V tính theo milimét (mm) : (5) D  m  n (mm) Thí nghiệm VLĐC Ví dụ, theo Hình ta có  = 0,1 mm đọc m = 13, n = 7, nên D = 13,7 mm Công thức (5) áp dụng để xác định độ dài vật đo thước kẹp, với sai số dụng cụ lấy giá trị độ chia nhỏ  Thước panme dụng cụ đo độ dài có giới hạn đo 25 mm độ chia nhỏ 0,01 mm a) Cấu tạo panme (Hình 3) gồm phần : V T 10  25mm 0,01mm U T / Hình cán thước hình chữ U, đầu gắn chặt với đầu tựa cố định 1, đầu lại lắp thân thước T, có dạng ống trụ trịn Dọc theo đường sinh bên ngồi thân thước T, người ta vạch đường chuẩn ngang, hai bên đường chuẩn có khắc hai dãy vạch chia độ nằm so le 0,50 mm Dãy vạch phía đường chuẩn ứng với độ dài 0, 1, 2, , 25 mm Dãy vạch phía đường chuẩn ứng với độ dài 0.5; 1.5; 2.5,…; 24,5 mm Phần bên ống trụ tròn thân thước T ren xác với bước ren 0,50 mm đầu đo di động trục ren có bước ren 0.05 mm, đầu bên phải gắn ống thước trịn T/ có núm quay Dọc theo chu vi mép bên trái ống thước tròn T/, người ta khắc 50 độ chia, độ chia ứng với số đo 0.01 mm Đại học Lâm Nghiệp CS2 Với cấu tạo trên, thước tròn T/ quay vịng (ứng với 50 độ chia thước trịn) đầu đo gắn chặt với tiến lùi bước ren 0.50 mm Như thước tròn T/ quay độ chia so với đường chuẩn ngang đầu đo dịch chuyển đoạn : 0,50mm   0,01 mm 50 (6) Đại lương  độ chia nhỏ (hayđộ phân giải) thước pan me Độ xác bước ren định độ xác pan me Để bảo vệ cấu trúc ren, tránh bị lực vặn mạnh làm hỏng, người ta không gắn cứng núm quay vào trục ren, mà thông qua cấu li hợp kiểu ma sát trượt Khi vặn núm quay để dịch chuyển đầu đo đến tiếp xúc với đầu tựa 1, nghe thấy tiếng “lách tách” ngừng lại Tại vị trí này, số thước tròn T/ nằm trùng với đường chuẩn ngang thân thước T mép ống thước trịn T/ trùng với vạch số thước T : vị trí số thước panme Chú ý : Trước đo kích thước vật panme, cần kiểm tra vị trí số panme cách sau : dùng khăn mềm lau hai mặt chuẩn đầu tựa đầu đo Vặn núm quay để mặt chuẩn đầu đo tiến sát mặt chuẩn đầu tựa nghe thấy tiếng “lách tách” ngừng lại Quan sát độ lệch ban đầu so với vị trí số thước trịn T/ để hiệu chỉnh (cộng thêm trừ bớt) số đo độ dài vật Chỉ cần thiết yêu cầu giáo viên hướng dẫn chỉnh lại số 0, để tránh làm hỏng panme b) Cách đo độ dài pan me : Muốn đo đường kính D viên bi , ta đặt viên bi áp sát đầu tựa cố định 1, vặn nhẹ núm quay để đầu đo di động tiến đến tiếp xúc với Thí nghiệm VLĐC viên bi , nghe thấy tiếng “tách tách” ngừng lại Xoay nhẹ cần gạt để hãm cố định đầu đo di động Số đo đường kính D viên bi thước panme tính theo milimét (mm) xác định theo vị trí mép thước tròn T/ sau : Nếu mép thước tròn T/ nằm sát bên phải vạch chia thứ m (so với vạch 0) thước T phía đường chuẩn ngang đường chuẩn nằm sát vạch thứ n thước trịn T/, : (7) D  m  0,01.n Nếu mép thước tròn T/ nằm sát bên phải vạch chia thứ m (so với vạch 0) thước T phía đường chuẩn ngang đường chuẩn nằm sát vạch thứ n thước trịn T/, : (8) D  m  0,5  0,01.n Ví dụ, theo Hình 4, ta có  = 0,01 mm đọc m = (phía đường chuẩn ngang) n = 8, nên theo (7) ta có : D = 5,08 mm IV TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM Đo kích thước xác định thể tích vịng đồng (khối trụ rỗng) a) Dùng thước kẹp đo đường kính ngồi D, đường kính d độ cao h vòng đồng Thực lần phép đo D, d, h vị trí khác vịng đồng Ghi giá trị D, d, h lần đo vào Bảng b) Dựa vào kết phép đo D, d, h, xác định thể tích V vịng đồng theo (1) Đo kích thước xác định thể tích viên bi thép (khối cầu) a) Dùng thước panme đo đường kính D viên bi thép nhỏ Thực lần phép đo vị trí khác viên bi Đại học Lâm Nghiệp CS2 Ghi giá trị D lần đo vào Bảng b) Dựa vào kết phép đo đường kính D nêu trên, xác định thể tích V viên bi thép theo cơng thức (2) V CÂU HỎI KIỂM TRA Mô tả cấu tạo cách sử dụng thước kẹp để đo đường kính ngồi đường kính vịng đồng Thí nghiệm VLĐC Viết cơng thức xác định thể tích khối trụ rỗng, từ suy cơng thức tính sai số tỉ đối phép đo thể tích Mơ tả cấu tạo cách sử dụng thước panme để đo đường kính viên bi thép Viết công thức xác định thể tích khối cầu, từ suy cơng thức tính sai số tỉ đối phép đo thể tích Đại học Lâm Nghiệp CS2 Cuối cùng, xác định vị trí tốt gia trọng C, ta đo chiều 3-5 lần để lấy sai số ngẫu nhiên, Ghi kết vào bảng Thí nghiệm VLĐC Hãy chứng minh lắc vật lý với điểm treo O1 cho trước tìm thấy điểm O2 để lắc trở thành thuận nghịch Dùng thước 1000mm đo khoảng cách L hai lưỡi dao O1, O2 Ghi vào bảng (Chỉ đo cẩn thận lần, lấy sai số dụng cụ Trình bày cách điều chỉnh gia trọng C để lắc trở thành thuận nghịch với hai điểm treo O1, O2 cho trước L = 1mm) Thực xong thí nghiệm, tắt máy đo MC-963 rút phích cắm điện khỏi nguồn ~ 220V V CÂU HỎI KIỂM TRA Con lắc vật lý so với lắc toán khác giống điểm nào? (Con lắc tốn gồm sợi dây khơng dãn, khối lượng khơng đáng kể, đầu buộc vào điểm O cố định, đầu treo tự cầu chất điểm khối lượng m) Viết biểu thức xác định chu kỳ dao động lắc thuận nghịch với biên độ nhỏ Để xác định chu kỳ dao động lắc thuận nghịch, không đo chu kỳ mà phải đo nhiều chu kỳ (50 chu kỳ chẳng hạn)? Khi đo vậy, khắc phục sai số nào? Sai số phép đo tính nào? Viết cơng thức tính sai số phép đo g lắc thuận nghịch? Trong cơng thức sai số  xác định ? Đại học Lâm Nghiệp CS2 Thí nghiệm VLĐC HƯỚNG DẪN BÁO CÁO THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH GIA TỐC TRỌNG TRƯỜNG BẰNG CON LẮC THUẬN NGHỊCH Trường: Xác nhận thầy giáo Lớp: Tổ Họ tên: I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM II KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM Bảng 1: L =  (mm) Vị trí gia trọng C (mm) 50T1 (s) 50T2 (s) x0 = mm x0+40 = mm x1 = mm Vẽ đồ thị (H5) Đại học Lâm Nghiệp CS2 Thí nghiệm VLĐC 95 90 T(s) 85 80 75 70 10 20 30 40 50 X (mm) Bảng 2: Tại vị trí tốt x1' lắc vật lý trở thành thuận nghịch T1= T2 = T: Vị trí tốt x'1 = (mm) 50T1 (s)  (50t1) Lần đo 50T2 (s)  (50t2) Trung bình Xác định chu kỳ dao động lắc thuận nghịch: * Căn vào bảng 2, tính chu kỳ dao động T lắc thuận nghịch trung bình giá trị đo 50T1 50T2: T 50  50T  50T   ( s) 2 * Sai số phép đo T: T = (T)dc + T = Đại học Lâm Nghiệp CS2 Thí nghiệm VLĐC Tính gia tốc trọng trường - Tính gia tốc trọng trường: g 4 L T = ……………………… - Tính sai số tương đối gia tốc trọng trường:  = g  L  2T    g L T  - Tính sai số tuyệt đối gia tốc trọng trường: g= .g = Viết kết phép đo gia tốc trọng trường: g = g  g =  (m/s2 ) 10 Đại học Lâm Nghiệp CS2 Thí nghiệm VLĐC Bài 5: ĐO SUẤT ĐIỆN ĐỘNG BẰNG MẠCH XUNG ĐỐI Hình Bộ thí nghiệm BKE-020 : Đo suất điện động mạch xung đối Đo suất điện động bằngVì mạch r  , nên U < Ex Như I xung vàđối I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM vậy, phép đo trực tiếp suất điện động Ex nguồn điện vônkế V mắc sai số Dùng mạch xung điện kế nhạy lớn, vơnkế V có điện trở vào RV nhỏ, nguồn điện áp chuẩn chiều để đo nguồn điện Ex có điện trở r xác suất điện động nguồn điên cần lớn đo (pin điện hoá, pin nhiệt điện, ) I CƠ SỞ LÝ THUYẾT Để đo xác suất điện động Suất điện động Ex nguồn điện thường nguồn điện, ta dùng phương pháp so sánh đo trực tiếp vônkế V nối với suất điện động Ex nguồn điện cần đo với hai cực nguồn điện tạo thành mạch suất điện động E0 nguồn điện chuẩn kín có dịng điện I chạy qua (Hình 3) mạch xung đối (Hình 4) gồm : - Nguồn điện E ( có điện áp lớn E x E0 ) dùng cung cấp dòng điện I cho mạch điện hoạt động, Ex r I   - Một cầu dây điện trở dài 1000mm có trượt Z V Hình Nếu điện trở nguồn điện r , số vơnkế V cho biết hiệu điện U hai cực nguồn điện : U = Ex - I.r - Một điện kế nhạy G có số thang đo dùng phát cường độ dòng điện nhỏ (cỡ 5.10-6 A) chạy qua (9) 11 Đại học Lâm Nghiệp CS2 A I Thí nghiệm VLĐC với UXZ độ giảm (sụt áp) đoạn dây điện trở XZ  E  K Ex + - B I I2 G X Z I1 Y Hình Nguồn điện E0 Ex mắc xung nguồn điện E, tức cực dương (+) nguồn điện E0 Ex nối với cực dương (+) nguồn điện E điểm X Dòng điện I2 nguồn điện E0 Ex phát chạy tới điểm X có chiều ngược với dòng điện I nguồn điện E cung cấp nên chúng bù trừ (xung đối) Nếu đóng khóa K có dịng điện chạy qua nguồn điện E x kim điện kế G bị lệch khỏi số Dịch chuyển trượt Z dọc theo dây điện trở XZY, ta tìm vị trí thích hợp Z cho kim điện kế G trở số Khi cường độ dòng điện chạy qua nguồn điện Ex điện kế G có giá trị khơng : I2 = IG = , dòng điện chạy qua dây điện trở XZY có cường độ với dịng điện nguồn E cung cấp cho mạch : I2 = I Áp dụng định luật Kirchoff thứ hai cho mạch vịng kín XBGZ, ta có : I (rx  RG )  I1 RXZ   Ex (10) với rx điện trở nguồn Ex , RG điện trở điện kế G RXZ điện trở đoạn dây điện trở XZ Khi I2 = IG = , I1 = I phương trình (10) có dạng : U XZ  I RXZ  Ex (11) Thay nguồn điện cần đo Ex nguồn điện áp chuẩn có suất điện động E0 biết Khi ta phải dịch chuyển trượt đến vị trí Z/ thích hợp cho cường độ dòng điện chạy qua nguồn điện áp chuẩn E0 điện kế G không (IG = 0) Trong trường hợp này, dòng điện chạy qua đoạn dây điện trở XZ/Y có cường độ khơng đổi I phương trình (10) có dạng : U XZ /  I RXZ /  E (12) Chia (11) cho (12), ta tìm : E x = E0 R XZ R XZ / (13) Vì đoạn dây điện trở XY đồng chất tiết diện đều, nên ta viết : E x = E0 l1 l1/ (14) l1 l1/ độ dài tương ứng đoạn dây điện trở XZ XZ/ Khi biết suất điện động E0 nguồn điện áp chuẩn sau đo độ dài l1 l1/ đoạn dây điện trở XZ XZ/, ta xác định suất điện động Ex nguồn điện cần đo theo công thức (14) II DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM Ngồi dụng cụ dùng chung với Phần (Hình 1), gồm : Cầu dây dài 1000 mm, có trượt Điện kế số (5.10-6 A) Đồng hồ đo điện số DT 9205A Nguồn điện chiều ổn áp  6V/ 50200mA Dây nối mạch điện có đầu cốt phích 12 Đại học Lâm Nghiệp CS2 Còn cần thêm dụng cụ sau : Nguồn điện áp chuẩn 1,000  0,001 V 10 Pin điện cần đo Ex 11 Giá đỡ pin điện cần đo III TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM Mắc mạch điện xung đối a) Vặn núm xoay nguồn điện E vị trí Dùng dây dẫn nối nguồn điện E với miliampe kế A, pin điện cần đo Ex , điện kế G cầu dây điện trở XZY theo sơ đồ mạch điện Hình 4, : - Điện kế số đặt vị trí thang đo G - Con trượt Z đặt dây điện trở XZY vị trí 500mm thước milimét Chú ý : Mắc cực +  nguồn điện U, miliampe kế A pin điện Ex Sau mắc xong mạch điện, phải mời thày giáo tới kiểm tra hướng dẫn cách tiến hành phép đo để tránh làm hỏng dụng cụ thí nghiệm ! Đo suất điện động Ex pin điện a) Vặn từ từ núm xoay nguồn điện U để dòng điện chạy qua miliampekế A có cường độ khơng đổi I = 100  120mA Giữ nguyên giá trị suốt trình đo tiếp sau b) Bấm trượt Z tiếp xúc với dây điện trở XZY Nếu kim điện kế G lệch khỏi số 0, ta phải di chuyển từ từ trượt Z dọc theo đoạn dây điện trở XZY đến vị trí thích Thí nghiệm VLĐC hợp cho kim điện kế G quay trở số (IG = 0) Thực lần phép đo Ghi giá trị tương ứng độ dài l1 = XZ lần đo vào Bảng c) Vặn núm xoay nguồn điện U vị trí Thay pin điện Ex nguồn điện áp chuẩn E0 (cực + nối với điểm X) Làm lại động tác (b) nêu để tìm vị trí thích hợp Z/ trượt cho kim điện kế G lại quay số Thực lần phép đo Ghi giá trị tương ứng độ dài l1/ = XZ/ lần đo vào Bảng c) Ghi số liệu sau vào Bảng : - Độ xác l thước thẳng milimét - Suất điện động E0 nguồn điện áp chuẩn V CÂU HỎI KIỂM TRA Trình bày phương pháp đo suất điện động pin điện mạch xung đối Vẽ sơ đồ mạch điện Thiết lập công thức xác định suất điện pin điện mạch xung đối Nêu ưu điểm phương pháp đo suất điện động nguồn điện mạch xung đối so với phương pháp dùng vônkế đo trực tiếp suất điện động nguồn điện Tại phải ln giữ dịng điện chạy qua miliampekế A có cường độ nhỏ khơng đổi suốt trình đo suất điện động 13 Đại học Lâm Nghiệp CS2 Thí nghiệm VLĐC BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐO SUẤT ĐIỆN ĐỘNG BẰNG MẠCH XUNG ĐỐI Xác nhận thày giáo Trường Lớp Tổ Họ tên I Mục đích thí nghiệm II Kết thí nghiệm Bảng - Suất điện động nguồn chuẩn : - Độ xác thước thẳng : Lần đo l1 (mm) E0 = … (V) l  …… (mm) l1 (mm) l1/ (mm) l1/ (mm) Trung bình l1  l1  l1/  l1/  Tính giá trị trung bình sai số phép đo suất điện động Ex a) Sai số dụng cụ : ( l1 ) dc  ( l1/` ) dc  mm; ; l1'  l1'  (l1' )dc = l1  l1  (l1 )dc = b) Giá trị trung bình : Ex  E0 l1 = …………………………… (V) l1 14 Đại học Lâm Nghiệp CS2 c) Sai số tỉ đối :  d) Sai số tuyệt đối : Thí nghiệm VLĐC E0 l1 l1/ Ex = …………………………    E0 l1 Ex l1/ Ex    E x  (V) Viết kết phép đo suất điện động Ex Ex  Ex  Ex   (V) 15 Đại học Lâm Nghiệp CS2 Thí nghiệm VLĐC Bài 6: KHẢO SÁT GIAO THOA CHO HỆ VÂN TRÒN NEWTON XÁC ĐỊNH BƯỚC SĨNG ÁNH SÁNG I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM Biết sử dụng thiết bị dụng cụ : kính hiển vi đo lường, thấu kính phẳng-lồi tạo nêm khơng khí, gương bán mạ phản xạ-truyền qua, nguồn sáng đơn sắc để quan sát tượng giao thoa cho vân tròn Niutơn ứng với ánh sáng đơn sắc khác Vận dụng kết đo, xác định bước sóng ánh sáng đơn sắc sai số phép đo II CƠ SỞ LÝ THUYẾT Nếu chiếu chùm sáng song song đơn sắc có bước sóng  vng góc với mặt phẳng phẳng thuỷ tinh P tia sáng phản xạ từ mặt mặt nêm không khí giao thoa với nhau, tạo thành hệ vân sáng vân tối hình trịn đồng tâm nằm xen kẽ - gọi hệ vân tròn Newton Trong trường hợp này, hiệu đường tia sáng phản xạ hai mặt nêm khơng khí vị trí ứng với độ dày dk : Giao thoa cho hệ vân tròn Newton Giao thoa cho hệ vân tròn Newton tượng giao thoa sóng sáng truyền qua nêm khơng khí nằm giới hạn mặt lồi thấu kính phẳng-lồi L đặt tiếp xúc với thuỷ tinh phẳng P (Hình 1)  = 2.dk +  (1) Đại lượng  / xuất ánh sáng truyền qua nêm khơng khí tới mặt bản, bị phản xạ mặt phẳng thuỷ tinh P, chiết quang khơng khí  , với k = 0,1,2,3 ta có cực tiểu giao thoa, ứng với độ dày : Khi  = (2k+1) dk = k R L P dk rk ri  (2) Gọi R bán kính mặt lồi thấu kính L Vì dk