Đang tải... (xem toàn văn)
Hướng dẫn thực hành thí ngHướng dẫn thực hành thí nghiệm vật lý đại cương Hướng dẫn thực hành thí nghiệm vật lý đại cương Hướng dẫn thực hành thí nghiệm vật lý đại cương Hướng dẫn thực hành thí nghiệm vật lý đại cương Hướng dẫn thực hành thí nghiệm vật lý đại cương Hướng dẫn thực hành thí nghiệm vật lý đại cương Hướng dẫn thực hành thí nghiệm vật lý đại cương Hướng dẫn thực hành thí nghiệm vật lý đại cương Hướng dẫn thực hành thí nghiệm vật lý đại cương Hướng dẫn thực hành thí nghiệm vật lý đại cương Hướng dẫn thực hành thí nghiệm vật lý đại cương Hướng dẫn thực hành thí nghiệm vật lý đại cương Hướng dẫn thực hành thí nghiệm vật lý đại cương Hướng dẫn thực hành thí nghiệm vật lý đại cương Hướng dẫn thực hành thí nghiệm vật lý đại cương Hướng dẫn thực hành thí nghiệm vật lý đại cương Hướng dẫn thực hành thí nghiệm vật lý đại cương Hướng dẫn thực hành thí nghiệm vật lý đại cương Hướng dẫn thực hành thí nghiệm vật lý đại cương Hướng dẫn thực hành thí nghiệm vật lý đại cương Hướng dẫn thực hành thí nghiệm vật lý đại cương Hướng dẫn thực hành thí nghiệm vật lý đại cương Hướng dẫn thực hành thí nghiệm vật lý đại cương Hướng dẫn thực hành thí nghiệm vật lý đại cương Hướng dẫn thực hành thí nghiệm vật lý đại cương Hướng dẫn thực hành thí nghiệm vật lý đại cương Hướng dẫn thực hành thí nghiệm vật lý đại cương
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Th.S PHAN VĂN TIẾN Th.S PHAN NHẬT NGUYÊN HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG LƯU HÀNH NỘI BỘ Nha Trang, tháng 06 năm 2015 MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM VẬT LÝ 1 LÝ THUYẾT VỀ SAI SỐ VÀ ĐỒ THỊ THÍ NGHIỆM…………………………………. 2 1. THÍ NGHIỆM CƠ HỌC TRÊN ĐỆM KHÍ 5 2. THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT HIỆN TƯỢNG NHIỆT ĐIỆN 17 3. THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH CỦA DIODE 26 4. THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT HIỆN TƯỢNG GIAO THOA ÁNH SÁNG VÀ ĐO BƯỚC SÓNG CỦA TIA LASER 40 5. ĐO PLANCK 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO MỞ ĐẦU Vật lý là môn khoa học thực nghiệm. Hầu hết các định luật Vật lý đều được hình thành từ thực nghiệm, ngay cả những định luật được rút ra từ lí thuyết cũng chỉ được chấp nhận khi đã được thực nghiệm kiểm chứng. Hiện nay, phương pháp thực nghiệm vẫn được coi là phương pháp chủ yếu khi nghiên cứu và giảng dạy Vật lý. Do đó, thí nghiệm là phần không thể thiếu được trong quá trình giảng dạy Vật lý. Hơn nữa, thí nghiệm là nguồn tri thức của Vật lý, vì thế hoạt động thí nghiệm cũng được sử dụng để giúp sinh viên tìm tòi và khám phá ra tri thức mới. Mặc khác, thí nghiệm còn đóng vai trò kiểm tra những tri thức Vật lý đã được hình thành từ mọi con đường. Lúc này thí nghiệm được coi là một phần của thực tiễn, đóng vai trò là chân lí của nhận thức. Ngoài ra, thông qua hoạt động thí nghiệm sinh viên còn được rèn luyện tác phong và những đức tính cần thiết của người làm nghiên cứu khoa học như: cẩn thận, khách quan và trung thực. Tài liệu Hướng dẫn thực hành Vật lý đại cương này được biên soạn cho sinh viên hệ Đại học và Cao đẳng Trường Đại học Nha Trang với mục đích hướng dẫn sinh viên học Vật lý thông qua phương pháp thực nghiệm, do đó chúng tôi có biên soạn tóm tắt phần lí thuyết của các bài thí nghiệm. 1 PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG Nhằm mục đích bảo đảm chất lượng đào tạo, bộ môn vật lý quy định phương pháp đánh giá học phần thực hành thí nghiệm vật lý đại cương như sau: 1/ Điểm của học phần là điểm trung bình cộng của các bài thí nghiệm vật lý. Sinh viên chỉ có điểm khi hoàn thành đầy đủ chương trình thực hành. Trong trường hợp không thực hiện đầy đủ các bài thí nghiệm theo quy định, bài thí nghiệm nào chưa thực hiện sẽ nhận điểm không. 2/ Điểm một bài thí nghiệm được lấy theo thang điểm 10, đánh giá dựa trên ba tiêu chí sau: a) Kiến thức: Trả lời câu hỏi lí thuyết và thực hành trong báo cáo thí nghiệm. Trả lời câu hỏi của giảng viên khi đăng kí thí nghiệm và khi nghiệm thu thí nghiệm. b) Kĩ năng: Thao tác thực hiện thí nghiệm đúng theo hướng dẫn trong tài liệu “Hướng dẫn thực hành thí nghiệm vật lý đại cương”. Kết quả đo phù hợp với mẫu đo. Những trường hợp sau sẽ bị trừ điểm: Khi đã hết thời gian thực hành nhưng chưa hoàn thành thí nghiệm. Thực hiện thí nghiệm cẩu thả không tuân thủ quy tắc an toàn thiết bị thí nghiệm. c) Thái độ: Đi trễ sẽ bị trừ điểm. Vi phạm nội quy phòng thí nghiệm sẽ nhận điểm không. Sao chép số liệu thực hành của nhóm khác hoặc không biết thực hiện thí nghiệm sẽ nhận điểm không. Lưu ý: Sinh viên có thể liên hệ với giáo viên hướng dẫn để đăng kí làm lại những bài thí nghiệm nhận điểm không. 2 LÝ THUYẾT VỀ SAI SỐ VÀ ĐỒ THỊ THÍ NGHIỆM I. LÝ THUYẾT VỀ SAI SỐ I.1. Sai số Khi làm thí nghiệm ta phải tiến hành đo các đại lượng như: nhiệt độ, thời gian, chiều dài, cường độ dòng điện … Các phép đo được tiến hành nhờ các dụng cụ đo lường như: nhiệt kế, thì kế, thước, Ampe kế … Các dụng cụ đo lường bao giờ cũng có một độ chính xác giới hạn. Ví dụ: thước có vạch chia nhỏ nhất là 1mm thì không thể xác định chính xác kích thước vật nhỏ hơn 1mm Mặt khác các đại lượng đo đôi khi không ổn định. Ví dụ: quả cầu bị méo làm cho đường kính mỗi chỗ mỗi khác … Vì vậy mọi phép đo đều mắc phải sai số. I.2. Sai số của những đại lương đo trực tiếp Trong phép đo trực tiếp, đại lượng cần đo được so sánh trực tiếp với đại lượng được chọn làm đơn vị. Ví dụ: đo chiều dài bằng thước, đo thời gian bằng thì kế ( đồng hồ ), đo nhiệt độ bằng nhiệt kế … Để tính sai số khi đo trực tiếp đại lượng a. Ta đo a nhiều lần được các giá trị: a 1 , a 2 , a 3 …a n . Lấy trung bình của n lần đo: n aaaa a n 321 ( 1 ) Số lần đo n càng lớn thì giá trị trung bình a càng gần với giá trị thực của đại lượng a Sai số của mỗi lần đo được tính như sau: ∆a 1 = │ a - a 1 │ ∆a 2 = │ a - a 2 │ ∆a 3 = │ a - a 3 │ ( 2 ) ………………. ∆a n = │ a - a n │ Sai số được xác định theo (2) gọi là sai số tuyệt đối của phép đo. Nếu đo 10 lần trở lên sai số của phép đo đại lượng a là ∆a được tính bằng trung bình cộng của các lần đo. Nếu số lần đo nhỏ hơn 10 thì sai số của phép đo đại lượng a là ∆a lấy bằng sai số lớn nhất của các lần đo. Trường hợp đo nhiều lần nhưng kết quả giống nhau thì sai số của phép đo lấy bằng độ chính xác của dụng cụ đo. Ví dụ 1: Nếu độ chính xác của thước kẹp là δ = 0,05mm thì sai số phép đo: ∆a = δ = 0,05mm Ví dụ 2: Nếu vạch chia nhỏ nhất của thước V = 1mm thì độ chính xác của thước: δ = V/2 = ½ = 0,5mm , sai số phép đo ∆a = δ = 0,5mm Ví dụ 3: Nếu vạch chia nhỏ nhất của Vôn kế là V = 0,5 mV thì độ chính xác của Vôn kế: δ = V/2 = 0,5/2 = 0,25mV, sai số phép đo ∆V = δ = 0,25mV I.3. Sai số của những đại lượng đo gián tiếp Nhiều đại lượng không thể đo trực tiếp mà phải thông qua phép đo trực tiếp các đại lượng khác rồi dùng công thức để tính. Ví dụ: Để đo thể tích V của hình hộp ta đo trực tiếp ba cạnh a, b và c của hình hộp, rồi dùng công thức V = a.b.c để tính. 3 Để tính sai số những đại lượng đo gián tiếp. Người ta dựa vào các định lí sau: a) Định lí 1: Sai số tuyệt đối của một tổng hay hiệu bằng tổng sai số của các số hạng. X = a + b → ∆X = ∆a + ∆ b ( 3 ) Y = c – d → ∆Y = ∆c + ∆d b) Định lí 2: Sai số tương đối của một tích số hay một thương số bằng tổng sai số tương đối của các thừa số: b b a a X X baX . ( 4 ) d d c c Y Y d c Y Ví dụ: Đo dung tích của một hình hộp : Đo trực tiếp bề rộng a: a = aa Đo trực tiếp bề dài b: b = bb Đo trực tiếp chiều sâu c: c = cc Tính giá trị trung bình của dung tích: cbaV Tính sai số phép đo: c c b b a a V V c c b b a a VV I.4. Cách viết kết quả Kết quả đo được trình bày như sau: X = XX ( 5 ) Trong đó X là giá tri trung bình của phép đo và X là sai số của phép đo. Chú ý: sai số không cộng hay trừ vào giá trị trung bình a/ Giá trị trung bình được làm tròn đến độ nhạy của dụng cụ. Ví dụ: Thước kẹp có độ nhạy δ = 0,05 mm thì giá trị trung bình được làm tròn như sau: 57,6523mm → 57,65mm b/ Qui tắc làm tròn như sau: Chữ số giữ lại cuối cùng không đổi. Nếu chữ số đứng sau nó nhỏ hơn 5 và bỏ đi Chữ số cuối cùng giữ laị tăng thêm một đơn vị. Nếu chữ số đứng sau lớn hơn 5 và bỏ đi. Nếu chữ số bỏ đi là số 5 thì chữ số giữ lại cuối cùng giữ nguyên, nếu là số chẵn. Tăng thêm một đơn vị nếu là số lẻ 175,143 → 175,14 ; 67,257 → 67,26 72,235 → 72,24 ; 25,245 → 25,24 c/ Sai số chỉ viết tới hai con số có nghĩa và được làm tròn tăng 0,3415 → 0,35 ; 0,412 → 0,42 d/. Con số lẻ của giá trị trung bình X và sai số X phải bằng nhau Viết sai Viết đúng ( 56,3 ± 0,45 ) → ( 56,30 ± 0,45 ) ( 47,125 ± 0,15 ) → ( 47,12 ± 0,15 ) ( 25 ± 0,23 ) → ( 25,00 ± 0,23 ) 4 II. ĐỒ THỊ THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM VẬT LÝ II.1. Mục đích đồ thị a) Xác định một số đại lượng như góc nghiệng, điểm cắt của đường biểu diễn, mối quan hệ giữa hai đại lượng và các trục tọa độ… Trên cơ sở đồ thị có thể ngoại suy một giá trị nào đó mà ta không thể thu được trực tiếp trong thí nghiệm. b) Giúp ta nhìn rõ ngay quan hệ phụ thuộc giữa hai đại lượng mà nhiều khi khó thấy trên một bảng số. c) Thiết lập mối quan hệ thực nghiệm giữa hai đại lượng. Thí dụ đo hệ số nhớt của chất lỏng ở các nhiệt độ khác nhau, thiết lập quan hệ = (t 0 ) trên đồ thị và khẳng định qui luật phụ thuộc này. II.2. Cách vẽ đồ thị a. Chọn trục và tỉ lệ xích. Hình vẽ (1) Trong vật lý, trục hoành bao giờ cũng biểu diễn đại lượng biến đổi độc lập, trục tung – đại lượng phụ thuộc. Phải chọn tỉ lệ xích trên các trục sao cho đồ thị chiếm toàn khổ giấy. Tránh tình trạng các điểm thực nghiệm vẽ quá gần nhau, trong lúc đó một miền rộng khác trên mặt phẳng tọa độ lại trống. Như thế sẽ khó quan sát qui luật phụ thuộc. b. Vẽ đồ thị. Hình vẽ (1) Đưa các số liệu đo đạc và tính toán (kể cả sai số) vào bảng biến thiên. Với mỗi giá trị i i i x x x được một giá trị i i i y y y tương ứng. Vẽ điểm ( i x , i y ) và các sai số của nó lên mặt phẳng đồ thị. Với xác suất nào đó, giá trị thực sẽ nằm trong hình chữ nhật tâm là ( i x , i y ), các cạnh 2 ,2 ii xy (gọi là ô sai số). Có trường hợp i x hoặc i y quá nhỏ, hình chữ nhật thu về một đoạn thẳng. Sau khi vẽ các điểm thực nghiệm lên mặt phẳng tọa độ, vẽ đường cong trơn tru tốt nhất ( đường thẳng hay đường cong, không phải là đường gấp khúc nối các điểm số liệu thực hành) theo qui luật các điểm đó. Do sai số của phép đo có thể có một số điểm lệch ra ngoài đồ thị. i y i x 0 x y 0 x y Hình vẽ (1) [...]... Chú ý: SV thực hành thí nghiệm theo qui trình thứ tự các bước sau : Trước khi thực hành thí nghiệm SV phải đọc kỹ các bước thao tác thí nghiệm từ bước 1 đến bước 15 sau: 12 Thí nghiệm gồm 18 bước theo trình tự sau: Bước 1: Đặt vật 1 lên trên băng đệm khí Lưu ý: Bản chắn sáng chữ U gắn trên vật 1 phải hướng về phía máy đo thời gian Vật 2 để trên bàn thí nghiệm Bước 2: Dùng tay phải dịch chuyển vật 1 tới... m = …………… kg 3 Khối lượng vật 1: m1 = …………… kg 4 Khối lượng vật 2: m2 = …………… kg 5 Khoảng cách giữa hai nhánh chữ U: s = 0,03 m IV.2 PHẦN THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM IV.2.1 NGHIỆM LẠI ĐỊNH LUẬT NEWTON I Chú ý: SV thực hành thí nghiệm theo qui trình thứ tự các bước sau: Trước khi làm thí nghiệm SV phải đọc kỹ các bước thao tác thí nghiệm từ bước 1 đến bước 15 sau: Bước 1: SV lấy vật 2 bên trái ra khỏi thanh... vào nhau ra và đặt lên trên bàn thí nghiệm 14 Bước 10: Lập lại thí nghiệm (từ bước 1 đến bước 8) thêm hai lần nữa Bước 11: Tắt máy bơm khí và máy đo thời gian Bước 12: Hoàn thành báo cáo thí nghiệm phần IV.2.3 Nghiệm lại định luật bảo toàn động lượng trong va chạm mềm và định luật Newton III và nộp báo cáo thí nghiệm cho giáo viên 15 BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LÝ BÀI THÍ NGHIỆM 1 CƠ HỌC TRÊN ĐỆM KHÍ Họ... a của vật a 2 v 2 vo 2x a v2 2x (1- 11) Nếu vận tốc đầu vo = 0 thì (1- 12) Trong bài thí nghiệm này, chúng ta đo vận tốc v trực tiếp từ thí nghiệm và dùng biểu thức (1-12) tính gia tốc a trực tiếp từ thực nghiệm Nếu kết quả đo gia tốc a từ thực nghiệm (1-12) và tính từ định luật Newton II (1- 4) tương đương thì định luật Newton II được nghiệm đúng III DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM Thành phần bộ thí nghiệm. .. T1 – T2 ) Hình 1 ε Hình 1 ( T1 – T2 ) Trong bài thí nghiệm này từ số liệu thí nghiệm chúng ta vẽ đường thực nghiệm của ε theo ( T1 – T2 ) Nếu nó là đường thẳng tương đồng với đường lý thuyết Chứng tỏ công thức lý thuyết (2-1) phù hợp với thực nghiệm Cặp nhiệt điện được ứng dụng để chế tạo nhiệt kế điện tử …… 19 III DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM Thành phần bộ thí nghiệm (Hình 2) bao gồm: 1 Milivoltmeter MC – 897A... giá trị T2 vào báo cáo thí nghiệm Sau đó, lấy nhiệt kế bỏ vào bình đun thông qua lỗ khoan nhỏ N trên nắp bình Bước 11: Yêu cầu giáo viên kiểm tra hệ thống thí nghiệm Nếu chưa làm bước này thì tuyệt đối không được chuyển sang phần thực hành IV.2 Phần thực hành thí nghiệm Lưu ý: Trước khi bắt đầu sử dụng dụng cụ để thực hiện thí nghiệm, cần phải nắm rõ và nhớ các bước thao tác thí nghiệm Nếu có bước nào... gia tốc a = v2 /2x của vật 11 IV TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM Chú ý quan trọng: Thanh đệm khí đã được điều chỉnh cân bằng nằm ngang SV tuyệt đối không được dịch chuyển thanh đệm khí IV.1 PHẦN CHUẨN BỊ THÍ NGHIỆM 1 SV đăng ký thí nghiệm tại bàn Giáo viên 2 SV đọc tài liệu và quan sát dụng cụ thí nghiệm 10 phút 3 SV ghi vào Bài báo cáo thí nghiệm các số liệu sau (đã cho sẵn tại Bài thí nghiệm) : 1 Gia tốc trọng... hoàn thành báo cáo thí nghiệm phần - SV dùng công thức v = s/t = 0,03/t = …… m/s tính vận tốc của vật 1 và ghi vào bảng 2 của bài báo cáo thí nghiệm - SV dùng công thức a = v2/2x để tính gia tốc a của vật 1 và ghi vào bảng 2 của bài báo cáo thí nghiệm - Áp dụng định luật Newton II SV tính gia tốc của vật 1 theo biểu thức (1-4) a mg m m1 - SV so sánh và nhận xét gia tốc a của vật đo bằng thực nghiệm. .. BÀI THÍ NGHIỆM 1 CƠ HỌC TRÊN ĐỆM KHÍ I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM 1 Nghiệm lại định luật Newton I 2 Nghiệm lại định luật Newton II 3 Nghiệm lại định luật bảo toàn động lượng và định luật Newton III II NỘI DUNG LÍ THUYẾT THÍ NGHIỆM 1 Chất điểm Chất điểm là vật có kích thước rất nhỏ so với khoảng cách từ nó đến hệ qui chiếu O 2 Động lượng của chất điểm Vectơ động lượng p của chất điểm là đại lượng vật lý. .. (trục hoành) kéo dài hết khổ giấy Số liệu thí nghiệm trải hết trục, số liệu cuối cùng nằm ở cuối trục Đường đồ thị không phải là đường gấp khúc nối các điểm số liệu Nó là đường trơn trung bình theo các số liệu thí nghiệm So sánh đường thực nghiệm với dường lí thuyết và nhận xét về công thức (2-1) Nộp Báo cáo cho giáo viên 24 BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LÝ BÀI THÍ NGHIỆM 2 HIỆN TƯỢNG NHIỆT ĐIỆN Họ tên Sinh . Hướng dẫn thực hành thí nghiệm vật lý đại cương . Kết quả đo phù hợp với mẫu đo. Những trường hợp sau sẽ bị trừ điểm: Khi đã hết thời gian thực hành nhưng chưa hoàn thành thí nghiệm. Thực. và trung thực. Tài liệu Hướng dẫn thực hành Vật lý đại cương này được biên soạn cho sinh viên hệ Đại học và Cao đẳng Trường Đại học Nha Trang với mục đích hướng dẫn sinh viên học Vật lý thông. thuyết và thực hành trong báo cáo thí nghiệm. Trả lời câu hỏi của giảng viên khi đăng kí thí nghiệm và khi nghiệm thu thí nghiệm. b) Kĩ năng: Thao tác thực hiện thí nghiệm đúng theo hướng dẫn trong