Giáo án môn Vật lý 10 - Cân khối lượng của một vật trên cân kỹ thuật

1 Thí nghiệm vật lý BKM - 010B Làm quen sử dụng các dụng cụ đo chiều dài và khối l−ợng Cân khối l−ợng của một vật trên cân kỹ thuật I. mục đích thí nghiệm Làm quen và sử dụng cân kỹ thuật để cân khối l−ợng của một vật trong giới hạn 0 ữ200g với độ chính xác mg10 . II. dụng cụ thí nghiệm 1 cân kỹ thuật 0 ữ 200g, chính xác 0,02g ; 1 hộp quả cân 0 ữ 200g ; 1 mẫu vật cần cân khối l−ợng . III. Trình tự thí nghiệm A. Nguyên tắc chung : Cân khối l−ợng của một vật là so sánh khối l−ợng của vật đó với khối l−ợng của những quả cân (tức là những vật mẫu đ−ợc qui −ớc chọn làm đơn vị đo để so sánh). Giả sử có một đòn cân O1O2, tức là một thanh thẳng nhẹ và cứng, đặt tựa trên một điểm O. Treo vật có trọng l−ợng P vào đầu O1 và treo các quả cân có tổng trọng l−ợng 0P vào đầu O2 sao cho đòn cân O1O2 nằm thẳng ngang (Hình 1). Khi đó mômen của các trọng lực P và 0P đối với điểm tựa O bằng nhau : 201 L.PL.P = (1) với 11 OOL = và 22 OOL = là các cánh tay của đòn cân. Nếu 21 LL = , thì ta có : 0PP = (2) hay 0mm = (3) Nh− vậy, đối với các loại cân có cánh tay đòn bằng nhau, trọng l−ợng P hoặc khối l−ợng m của vật treo ở một đầu đòn cân sẽ đúng bằng tổng trọng l−ợng 0P hoặc khối l−ợng 0m của các quả cân treo ở đầu kia của đòn cân khi đòn cân cân bằng (bỏ qua lực đẩy Acsimét của không khí). B. Cân kỹ thuật Cân kỹ htuật (Hình 2) là dụng cụ dùng đo khối l−ợng của các vật trong giới hạn 0 ữ 200g, chính xác tới 0,02g . Cấu tạo của nó gồm phần chính là một đòn cân làm bằng hợp kim nhẹ, trên đòn cân có các độ chia từ 0 đến 50 . ở chính giữa thân của đòn cân có gắn một con dao O hình lăng trụ tam giác bằng thép cứng, cạnh của dao O quay xuống phía d−ới và tựa trên một gối đỡ phẳng ngang (bằng đá mã não) đặt ở đỉnh của trụ cân. ở hai đầu đòn cân có hai con dao O1 và O2 giống nh− con dao O. Các cạnh của hai con dao này quay lên phía trên, đặt song song và cách đều cạnh của con dao O, nên các cánh tay của đòn cân OO1 = L1 và OO2 = L2 có độ dài bằng nhau. Hai chiếc móc mang hai đĩa cân giống nhau đ−ợc đặt tựa trên cạnh của hai dao O1 và O2 . Mặt d−ới của đế cân có hai vít xoay V dùng điều chỉnh cho trụ cân thẳng đứng. V1 C V2 O1 O O2 K T V N Hình 2 Đòn cân đ−ợc nâng lên hoặc hạ xuống nhờ một núm xoay N ở phía chân của trụ cân. Khi hạ đòn cân xuồng, cạnh của con dao O không tựa vào mặt gối đỡ trên trụ cân : cân ở trạng thái "nghỉ ". Khi nâng đòn cân lên, cạnh của dao O tựa trên mặt gối đỡ, đòn cân có thể dao động nhẹ quanh cạnh Hình 1 O2 O O1 P P0 2 của con dao O : cân ở trạng thái "hoạt động". Nhờ một kim chỉ thị K gắn thẳng đứng ở chính giữa đòn cân (phía d−ới con dao O) và một th−ớc nhỏ T gắn ở chân trụ cân, ta có thể xác định đ−ợc vị trí cân bằng của đòn cân hay còn gọi là vị trí số 0 của cân khi nó "hoạt động". Trong tr−ờng hợp này, đầu d−ới của kim K đứng yên hoặc dao động đều về hai phía số 0 của th−ớc T . Có thể điều chỉnh vị trí số 0 của cân cân nhờ văn nhẹ hai vít nhỏ V1 và V2 ở hai đầu đòn cân. Toàn bộ cân đ−ợc đặt trong một tủ kính bảo vệ tránh ảnh h−ởng của gió khi cân "hoạt động". Các quả cân từ 10mg đến 100g và chiếc kẹp dùng để lấy các quả cân này đựng trong một hộp gỗ nhỏ. Ngoài ra, còn có một quả cân nhỏ C - gọi là con mã, có thể dịch chuyển trên đòn cân dùng để thêm (hoặc bớt) những khối l−ợng nhỏ từ 20mg đến 1000mg trên đĩa cân bên phải. C. Cân khối l−ợng m của một vật 1. Xác định độ nhạy S và chính xác α của cân : - Ch−a đặt vật hoặc quả cân lên các đĩa cân. Gạt con mã về vị trí số 0 của nó trên đòn cân. - Vặn núm xoay N (thuận chiều kim đồng hồ) để cân "hoạt động" trong điều kiện không tải. Nếu kim chỉ thị K không chỉ đúng số 0 hoặc dao động không đều về hai phía số 0 trên th−ớc T thì phải điều chỉnh cân để đạt đ−ợc vị trí số 0. - Vặn núm xoay N (ng−ợc chiều kim đồng hồ) để cân ở trạng thái “nghỉ”. Đặt quả cân 10mg lên đĩa cân bên trái, sau đó lại vặn núm xoay N để cân “hoạt động”. Đọc số độ chia n trên th−ớc T ứng với độ dời của kim chỉ thị K so với vị trí số 0 trên th−ớc T. Khi đó độ nhạy S của cân đ−ợc xác định bởi công thức : 10 n S = (độ chia/ mg) Đại l−ợng nghịch đảo của độ nhạy S gọi là độ chính xác α của cân : S 1 =α (mg/độ chia) - Thực hiện 5 lần phép cân không tải. Đọc và ghi số độ chia n trong mỗi lần đo vào bảng 1. Chú ý : Mỗi lần điều chỉnh cân hoặc thêm bớt khối l−ợng trên các đĩa cân, nhất thiết phải vặn núm xoay N (ng−ợc chiều kim đồng hồ) để đặt cân ở trạng thái "nghỉ". 2. Ph−ơng pháp cân đơn : Đặt vật cần cân lên đĩa cân bên trái. Chọn các quả cân (theo thứ tự từ lớn đến nhỏ dần, kể cả con mã) và lần l−ợt đặt chúng lên đĩa cân bên phải cho tới khi vặn núm xoay N để cân ở trạng thái "hoạt động" có tải thì đòn cân vẫn ở vị trí cân bằng. Thực hiện 5 lần phép cân khối l−ợng của vật. Đọc và ghi giá trị tổng khối l−ợng 0m của các quả cân (kể cả con mã) đặt trên đĩa cân bên phải trong mỗi lần đo vào bảng 1. IV. Kết quả thí nghiệm 1. Điền đầy các kết quả tính toán vào các ô trống trong bảng 1. 2. Tính độ nhạy S và xác định độ chính xác α của cân kỹ thuật. 3. Xác định khối l−ợng m của vật và trên cân kỹ thuật độ chính xác của phép cân này. 3 Báo cáo thí nghiệm cân khối l−ợng của một vật trên cân kỹ thuật Xác nhận của thày giáo Tr−ờng ................................................... Lớp ............................Tổ ....................... Họ tên .................................................... I. Mục đích thí nghiệm ......................................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................................ ......................................................................................................................................................................... II. kết quả thí nghiệm Bảng 1 Cân không tải Cân có tải Lần đo n n∆ 0m (10 -3 kg) 0m∆ (10-3 kg) 1 2 3 4 5 TB 1. Xác định độ nhạy và độ chính xác của cân kỹ thuật : S =...................................................................................... (độ chia /mg) α = ..................................................................................... (mg/độ chia) 2. Xác định khối l−ợng m của vật và độ chính xác δ của phép cân : =±= 00 mmm ∆ .................................................................... (10-3 kg) == m m∆δ ...................................................=..................... (%)