Giáo trình thực tập vật lý đại cương A1

TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC ÑAØ LAÏT

F 7 G

GIAÙO TRÌNH

THÖÏC TAÄP VAÄT LYÙ ÑAÏI

CÖÔNG A1

TRAÀN KIM CÖÔNG

2005

Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 1 -

MUÏC LUÏC

MUÏC LUÏC ........................................................................................- 1 -

BAØI MÔÛ ÑAÀU...................................................................................- 3 -

I/ MUÏC ÑÍCH ,YEÂU CAÀU VAØ YÙ NGHÓA CUÛA THÖÏC HAØNH VAÄT

LYÙ.................................................................................................- 3 -

II/ LYÙ THUYEÁT VEÀ SAI SOÁ. .......................................................- 3 -

1/ Sai soá heä thoáng......................................................................- 4 -

2/ Sai soá ngaãu nhieân. .................................................................- 5 -

3/ Sai soá tuyeät ñoái vaø sai soá töông ñoái. ......................................- 5 -

4/ Caùc ñònh lyù veà sai soá : ...........................................................- 5 -

5/ Qui taéc laøm troøn vaø vieát keát quaû . ..........................................- 6 -

6/ Ñoà thò ....................................................................................- 7 -

III/ TRÌNH TÖÏ LAØM MOÄT BAØI THÍ NGHIEÄM. ..........................- 9 -

BAØI 1. THÖÔÙC KEÏP – PANME....................................................- 10 -

I/ NGUYEÂN TAÉC........................................................................- 10 -

1/ Thöôùc keïp ...........................................................................- 10 -

2/ Panme : ...............................................................................- 12 -

II/ THÖÏC HAØNH :.......................................................................- 13 -

BAØI 2. CAÂN CHÍNH XAÙC..............................................................- 16 -

I/ LYÙ THUYEÁT:..........................................................................- 16 -

1. Xaùc ñònh soá 0 cuûa caân:.........................................................- 17 -

2.Xaùc ñònh ñoä nhaïy cuûa caân ....................................................- 17 -

3.Pheùp caân ñôn........................................................................- 18 -

4. Phöông phaùp caân laëp ...........................................................- 19 -

II/ THÖÏC HAØNH.........................................................................- 19 -

III/ CHUÙ YÙ ..................................................................................- 20 -

BAØI 3. CAÙC ÑÒNH LUAÄT CAÂN BAÈNG LÖÏC.................................- 21 -

I/ MUÏC ÑÍCH : ...........................................................................- 21 -

II/ LYÙ THUYEÁT :........................................................................- 21 -

III/ DUÏNG CUÏ.............................................................................- 23 -

IV/ THÖÏC HAØNH : .....................................................................- 23 -

Baøi 4. CAÙC ÑÒNH LUAÄT CHAÁT KHÍ ............................................- 27 -

I.MUÏC ÑÍCH: .............................................................................- 27 -

II. LYÙ THUYEÁT:.........................................................................- 27 -

1/ Caùc ñònh luaät thöïc nghieäm cuûa khí lyù töôûng: ......................- 27 -

2/ Phöông trình traïng thaùi khí lyù töôûng:...................................- 28 -

III. DUÏNG CUÏ:............................................................................- 28 -

IV. THÖÏC HAØNH: ......................................................................- 30 -

Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù

Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 2 -

BAØI 5. ÑO NHIEÄT HOÙA HÔI CUÛA NÖÔÙC....................................- 33 -

I. LYÙ THUYEÁT: ..........................................................................- 33 -

II. DUÏNG CUÏ:.............................................................................- 34 -

III. THÖÏC HAØNH: ......................................................................- 34 -

BAØI 6. XAÙC ÑÒNH ÑIEÄN TRÔÛ BAÈNG CAÀU UYSTON.................- 37 -

I/ LYÙ THUYEÁT...........................................................................- 37 -

II/ THÖÏC HAØNH :.......................................................................- 38 -

BAØI 7. ÑÒNH LUAÄT OHM CHO MAÏCH XOAY CHIEÀU...............- 41 -

I/ LYÙ THUYEÁT...........................................................................- 41 -

II/ THÖÏC HAØNH :.......................................................................- 44 -

BAØI 8. XAÙC ÑÒNH HEÄ SOÁ ÑAØN HOÀI CUÛA LOØ XO ......................- 46 -

I/ LYÙ THUYEÁT...........................................................................- 46 -

II/ THÖÏC HAØNH.........................................................................- 48 -

BAØI 9. SOÙNG DÖØNG......................................................................- 50 -

I/ LYÙ THUYEÁT...........................................................................- 50 -

II/ THÖÏC HAØNH.........................................................................- 52 -

Baøi 10. ÑÖÔØNG KEÁ .......................................................................- 54 -

I/ LYÙ THUYEÁT...........................................................................- 55 -

II/ THÖÏC HAØNH.........................................................................- 56 -

Baøi 11. KHAÛO SAÙT CAÙC HIEÄN TÖÔÏNG GIAO THOA ................- 59 -

I. LYÙ THUYEÁT: ..........................................................................- 59 -

III. DUÏNG CUÏ:............................................................................- 65 -

II.THÖÏC HAØNH:.........................................................................- 67 -

Baøi 12. QUANG HÌNH HOÏC..........................................................- 72 -

I. LYÙ THUYEÁT: ..........................................................................- 72 -

III. DUÏNG CUÏ:............................................................................- 75 -

IV.THÖÏC HAØNH: .......................................................................- 76 -

SIEÂU DAÃN NHIEÄT ÑOÄ CAO HEÂ BSCCO PHA TAÏP Pb + Sb........- 79 -

I/ Môû ñaàu :...................................................................................- 79 -

II/ phaàn thöïc nghieäm ...................................................................- 80 -

III/ Keát quaû vaø thaûo luaän .............................................................- 80 -

IV/ Keát luaän ................................................................................- 82 -

TAØI LIEÄU THAM KHAÛO ...............................................................- 83 -

Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù

Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 3 -

BAØI MÔÛ ÑAÀU

I/ MUÏC ÑÍCH ,YEÂU CAÀU VAØ YÙ NGHÓA CUÛA THÖÏC HAØNH VAÄT

LYÙ.

Vaät lyù laø moät moân khoa hoïc thöïc nghieäm. Haàu heát caùc ñònh luaät

Vaät lyù ñöôïc thieát laäp baèng con ñöôøng thöïc nghieäm. Maët khaùc, nhöõng

ñònh luaät ñöôïc xaây döïng töø lyù thuyeát thuaàn tuùy chæ coù yù nghóa khi ñaõ

ñöôïc thöïc nghieäm kieåm nghieäm. Vì vaäy thöïc nghieäm Vaät lyù coù moät yù

nghóa raát quan troïng . Muïc ñích cuûa thí nghieäm Vaät lyù laø treân cô sôû caùc

thí nghieäm , ta ñoïc giaù trò caùc ñaïi löôïng , so saùnh vôùi lyù thuyeát ñeå kieåm

nghieäm caùc ñònh luaät hoaëc tìm ra caùc qui luaät môùi. Thöïc taäp Vaät lyù ñaïi

cöông laø böôùc ñaàu taäp döôït, chuaån bò kyõ naêng caàn thieát ñeå coù theå tieáp

tuïc nghieân cöùu khoa hoïc noùi chung vaø Vaät lyù noùi rieâng.

Giaùo trình naøy nhaèm muïc ñích :

-Khaûo saùt moät soá hieän töôïng vaø kieåm nghieäm moät soá ñònh luaät ñaõ

hoïc trong chöông trình Vaät lyù ñaïi cöông.

-Laøm quen vaø söû duïng moät soá duïng cuï maùy moùc thoâng thöôøng

töông ñoái ñôn giaûn, song coù vai troø quan troïng vaø laø cô sôû ñeå sau naøy

tieáp xuùc vôùi caùc maùy moùc , duïng cuï phöùc taïp hôn trong nghieân cöùu khoa

hoïc.

Bieát phöông phaùp nghieân cöùu vaø laøm coâng taùc thöïc nghieäm ( trình

baøy keát quaû nghieân cöùu , xöû lyù soá lieäu , phaân tích keát quaû thöïc nghieäm

v.v …) .

Reøn luyeän taùc phong vaø nhöõng ñöùc tính caàn thieát cuûa ngöôøi laøm

coâng taùc thöïc nghieäm khoa hoïc : nghieâm tuùc , thaän troïng , tæ mæ , kieân trì

, khaùch quan vaø trung thöïc.

II/ LYÙ THUYEÁT VEÀ SAI SOÁ.

Moãi ñaïi löôïng Vaät lyù ñeàu coù moät soá caùc ñôn vò ño. Pheùp ño caùc ñaïi

löôïng goàm hai loaïi : tröïc tieáp vaø giaùn tieáp . Ñaïi löôïng ño tröïc tieáp laø ta

coù theå ño ñaïc , ñoïc tröïc tieáp qua duïng cuï, maùy moùc ño ( nhö chieàu daøi ,

thôøi gian nhieät ñoä v.v … ) . Caùc ñaïi löôïng ño giaùn tieáp ñöôïc tính thoâng

qua caùc ñaïi löôïng ño tröïc tieáp ( ví duï : vaän toác ñöôïc xaùc ñònh baèng tæ soá

quaõng ñöôøng vaø thôøi gian ño ñöôïc ). Khi ño caùc ñaïi löôïng Vaät lyù phaûi

Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù

Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 4 -

thoâng qua maùy moùc, duïng cuï vaø con ngöôøi , neân keát quaû ño ñöôïc coù ñoä

chính xaùc phuï thuoäc vaøo phöông tieän vaø con ngöôøi thöïc nghieäm. Noùi

khaùc laø keát quaû ño ñöôïc coù moät ñoä leäch naøo ñoù so vôùi giaù trò thöïc cuûa noù

goïi laø sai soá. Sai soá goàm hai loaïi sai soá ngaãu nhieân vaø sai soá heä thoáng.

Sai soá heä thoáng laø sai soá cuûa caùc keát quaû ño dieãn bieán theo moät chieàu

höôùng xaùc ñònh ( ví duï : duøng quaû caân coù sai soá 1 gam ñeå caân moät vaät

naøo ñoù thì keát quaû bao giôø cuõng sai leäch ( lôùn hôn hoaëc nhoû hôn) 1

gam). Sai soá ngaãu nhieân laø sai soá xaûy ra theo chieàu höôùng khoâng xaùc

ñònh ñöôïc (ví duï : nhieät ñoä phoøng coù theå thaêng giaùng moät caùch hoaøn

toaøn ngaãu nhieân trong quaù trình thí nghieäm, toác ñoä gioù , ñoä aåm khoâng

khí , aùp suaát khí quyeån v.v … ).

1/ Sai soá heä thoáng.

Khi thí nghieäm phaûi loaïi tröø sai soá naøy ñeán möùc toái thieåu, vì noù coù

theå laøm sai leäch haún caùc keát quaû ño. Muoán vaäy caàn phaûi bieát loaïi sai soá

heä thoáng vaø caùch loaïi tröø chuùng . Thoâng thöôøng coù moät soá loaïi sai soá

chuû yeáu sau :

* Do doä chính xaùc cuûa duïng cuï ño :

Loaïi sai soá naøy ta khoâng bieát ñöôïc chính xaùc giaù trò ño ñöôïc lôùn

hôn hay nhoû hôn giaù trò thöïc ( ví duï : duøng thöôùc keïp coù du xích 1/20

mm - coù nghóa sai soá heä thoáng cöïc ñaïi laø 1/20 mm). Loaïi sai soá naøy

khoâng theå loaïi tröø ñöôïc vì noù phuï thuoäc giôùi haïn ño ( ñoä chính xaùc) cuûa

maùy ño.

* Do sai soá ban ñaàu cuûa duïng cuï ño :

Loaïi sai soá naøy laøm cho keát quaû ño hoaëc lôùn hôn hoaëc nhoû hôn giaù

trò thöïc ( ví duï : khi chöa ño, kim ñoàng hoà voân keá ñaõ chæ 0,5V . Nhö vaäy

khi ñoïc , keát quaû ño ñöôïc ñeàu lôùn hôn giaù trò leõ ra ño ñöôïc laø 0,5V ).

Loaïi sai soá naøy coù theå loaïi tröø ñöôïc baèng caùch hieäu chænh ( coäng hoaëc

tröø ñoä leäch ban ñaàu trong keát quaû ño ñöôïc).

* Do tính chaát ñoái töôïng ño :

Ví duï : khi xaùc ñònh khoái löôïng rieâng cuûa moät chaát ( ρ = m/ v) treân

cô sôû caân vaø ño theå tích vaät . Neáu trong vaät coù choã baát ñoàng nhaát (

khuyeát taät, hoác roãng … chaúng haïn ) thì theå tích ño ñöôïc seõ lôùn hôn theå

tích thöïc cuûa vaät. Nhö vaäy khoái löôïng rieâng caàn xaùc ñònh seõ nhoû hôn

khoái löôïng rieâng thöïc cuûa vaät. Loaïi sai soá naøy khoâng bieát ñöôïc roõ baûn

chaát vaø ñoä lôùn cuûa noù. Tuy nhieân coù theå loaïi tröø ñöôïc baèng caùch thay

Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù

Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 5 -

ñoåi caùc ñaïi löôïng ño vaø caùc ñieàu kieän ño ( ví duï : coù theå ño treân nhieàu

vaät khaùc nhau cuøng laøm baèng moät chaát ñeå xaùc ñònh khoái löôïng rieâng).

2/ Sai soá ngaãu nhieân.

Loaïi sai soá naøy tuaân theo qui luaät thoáng keâ ñoái vôùi caùc hieän töôïng

töï nhieân. Theo lyù thuyeát xaùc suaát thì caùc keát quaû ño seõ thaêng giaùng

xung quanh giaù trò thöïc, vaø caøng gaàn giaù trò thöïc xaùc suaát caøng cao. Sai

soá naøy coù theå giaûm thieåu ñöôïc baèng caùch ño ñaïi löôïng nhieàu laàn trong

nhöõng ñieàu kieän khaùc nhau, sau ñoù laáy trung bình caùc keát quaû ño.

3/ Sai soá tuyeät ñoái vaø sai soá töông ñoái.

Sai soá tuyeät ñoái vaø sai soá töông ñoái cuøng quyeát ñònh ñoä chính xaùc

cuûa pheùp ño . Kí hieäu sai soá tuyeät ñoái laø ∆x, sai soá ngaãu nhieân laø ∆xn,

sai soá heä thoáng laø ∆xk thì :

∆x = ∆xn + ∆xk

Ñeå thaáy roõ ñoä chính xaùc cuûa pheùp ño, ngöôøi ta ñònh nghóa sai soá

töông ñoái ∂x:

∂x = (∆x/ x ≈ ∆x / a = a( ñôn vò) ± ∂a (%)) . 100%

x laø giaù trò thöïc cuûa ñaïi löôïng ño . x laø giaù trò trung bình cuûa ñaïi löôïng

ño.

4/ Caùc ñònh lyù veà sai soá :

Lyù thuyeát veà sai soá ñaõ chöùng minh hai ñònh lyù cô baûn sau :

Ñònh lyù 1:

Sai soá tuyeät ñoái cuûa moät toång hay hieäu baèng toàng caùc sai soá tuyeät

ñoái cuûa caùc thöøa soá .

Neáu : x = a ± b

Trong ñoù : a = a ± ∆a , b = b ± ∆b

Thì : ∆x = ∆a + ∆b

Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù

Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 6 -

Ñònh lyù 2 :

Sai soá töông ñoái cuûa moät tích hay moät thöông baèng toång caùc sai soá

töông ñoái cuûa töøng thöøa soá .

Neáu : x = a.b hoaëc x = a/b

Trong ñoù : a = a ±∆a , b = b ± ∆b

Thì : a b

b

b

a

a

x

x

x = ∂ +∂ ∆+ ∆ = ∆ ∂ =

Heä quaû :

Neáu x = an

thì : ∂x =n∂a.

Chuù yù :

1/Khi aùp duïng caùc ñònh lyù treân thì a vaø b phaûi laø hai ñaïi löôïng ñoäc

laäp , neáu a vaø b khoâng ñoäc laäp thì phaûi bieán ñoåi cho chuùng thaønh ñoäc

laäp roài môùi ñöôïc aùp duïng hai ñònh lyù .

2/ Trong tröôøng hôïp chung ta coù theå aùp duïng caùch tính sau :

Neáu y = f(x1 , x2 , … , xn)

Thì :

∑ ⎟

⎟

⎠

⎞

⎜

⎜

⎝

⎛

∆

∂

∂ ∆ = =

n

j

j

j

x

x

f y

1

2

Trong nhieàu tröôøng hôïp , khi khoâng caàn ñoä chính xac cao , ngöôøi

ta laáy giôùi haïn treân (cöïc ñaïi ) cuûa sai soá ñeå tính toùan theo coâng thöùc ñôn

giaûn hôn :

( ) ∑

=

∆

∂

∂ ∆ = n

j j

j

x

x

f y

1 max

5/ Qui taéc laøm troøn vaø vieát keát quaû .

* Laøm troøn sai soá :

Do keát quaû ño ñöôïc vaø do ñoù bieåu thöùc tính sai soá chæ laø gaàn ñuùng

khi soá laàn ño bò haïn cheá . Vì vaäy khi thöïc nghieäm khoâng caàn ñoä chính

xaùc cao thì soá laàn ño ñaïi khoâng lôùn (≈ ≥ 5 laàn) vaø trong sai soá chæ giöõ laïi

moät chöõ soá khaùc khoâng (ví duï : 2, 300 ,0.07 , 0.9) . Tuy nhieân khi tính

toaùn thì coù theå ñöôïc sai soá goàm nhieàu chöõ soá . Do vaäy phaûi laøm troøn sai

Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù

Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 7 -

soá . Ñeå giaù trò cuûa pheùp ño vaãn naèm trong khoûang tin caäy thì sai soá phaûi

laøm troøn theo chieàu taêng (ví duï 1,693 → 2 ; 0,82 → 0,9 ) .

Moät soá tröôøng hôïp neáu laøm troøn theo qui taéc treân , sai soá seõ taêng

quùa nhieàu (ví duï : 0,12 → 0,2 ) . Nhö vaäy sai soá do laøm troøn quaù lôùn thì

coù theå giöõ nguyeân hai chöõ soá .

* Laøm troøn vaø vieát keát quaû :

Keát quaû ñöôïc laøm troøn ñeán chöõ soá coù nghóa töông öùng vôùi haøng

chöõ soá coù nghóa cuûa sai soá .

Ví duï : ∆a = 0,15m vaø a = 7,6427m thì a ñöôïc laøm troøn thaønh

7.65m . Keát quaû ñöôïc vieát döôùi daïng :

a =( a ± ∆a ) (ñôn vò )

hay : a = a( ñôn vò) ± ∂a (%)

Nhö ví duï treân , ta vieát :

a = (7,65 ± 0,15)m

hay a = 7,65 m ± 2 %

Chuù yù :

* Vì sai soá ñöôïc laøm troøn ñeán moät chöõ soá coù nghóa , neân neáu

trong bieåu thöùc tính sai soá coù soá haïng nhoû hôn 1/10 soá haïng khaùc thì coù

theå boû qua .

Ví duï : ∆a = ∆b + ∆c + ∆d

Trong ñoù : ∆a = 1,57 ; ∆c = 4,32 ; ∆d = 0,123

Ta thaáy : ∆d/∆c < 1/10 → khi tính bieåu thöùc treân ta coù theå boû qua

∆d .

* Sai soá tuyeät ñoái cuûa moät ñaïi löôïng laø ñoä leäch cöïc ñaïi cuûa giaù trò

ño ñöôïc so vôùi giaù trò trung bình :

∑

=

= n

j 1

j

n

a

a vaø i max

a= a −a

vôùi : n laø soá laàn ño .

aj laø giaù trò ñaïi löôïng a trong laàn ño thöù j

6/ Ñoà thò

Ñoà thò bieåu dieãn moái töông quan giöõa hai ñaïi löôïng : töø ñoù coù theå

bieát ñöôïc qui luaät moái quan heä phuï thuoäc vaø cuõng töø ñoù coù theå ngoïai

Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù