Giáo án môn Vật lý 10 - Đo kích thước và xác định thể tích của các vật rắn có hình dạng đối xứng

1 thí nghiệm vật lý BKM-010A Làm quen sử dụng các dụng cụ đo chiều dài và khối l−ợng đo kích th−ớc và xác định thể tích của các vật rắn có hình dạng đối xứng I. mục đích thí nghiệm 1. Làm quen và sử dụng một số dụng cụ đo độ dài (th−ớc kẹp, th−ớc panme) để đo trực tiếp kích th−ớc của một số vật rắn có hình dạng đối xứng. 2. Xác định gián tiếp thể tích của các vật. 3. Biết cách tính sai số và kết quả của phép đo trực tiếp và phép đo gián tiếp. II. dụng cụ thí nghiệm 1 th−ớc kẹp 0 ữ 150mm, chính xác 0,02mm; 1 th−ớc panme 0 ữ 25mm, độ chính xác 0,01mm ; 2 mẫu vật cần đo (vòng đồng, viên bi thép). III. Trình tự thí nghiệm A. Xác định thể tích của một chiếc vòng đồng (khối trụ rỗng) 1. Thể tích của khối trụ rỗng tính theo công thức : V = pi 4 2 2 ⋅ − ⋅( )D d h (1) Có thể dùng th−ớc kẹp đo đ−ờng kính ngoài D, đ−ờng kính trong d và độ cao h của khối trụ rỗng. Từ đó xác định thể tích V theo công thức (2). 2. Th−ớc kẹp (Hình 2) là dụng cụ đo độ dài trong giới hạn từ vài milimét đến ba trăm milimét với độ chính xác 0,1 ữ 0,02mm. Cấu tạo của nó gồm một th−ớc chính T đ−ợc chia đều thành từng milimét và một th−ớc phụ T / có thể tr−ợt dọc theo th−ớc chính T - gọi là du xích. 2 2/ 3 T 0 0 10 T/ 1 1/ Hình 2 Để thuận tiện, ng−ời ta làm thêm hai hàm kẹp : - hàm kẹp cố định 1 - 2 gắn với đầu của th−ớc chính - hàm kẹp di động 1/ - 2/ gắn với đầu của du xích. Hai đầu 1-1/ dùng đo kích th−ớc ngoài và hai đầu 2 - 2/ dùng đo kích th−ớc trong của các vật. Có thể giữ cố định du xích T/ nhờ vít hãm 3 . Du xích đ−ợc khắc thành N độ chia sao cho độ dài của N độ chia này có giá trị đúng bằng độ dài của N -1 độ chia trên th−ớc chính, nghĩa là : N.b = ( N - 1 ). a (2) với a là giá trị mỗi độ chia của th−ớc chính và b là giá trị mỗi độ chia của du xích. Từ (2) ta suy ra : a - b = a N = ∆ (3) Đại l−ợng ∆ gọi là độ chính xác của du xích, nó cho biết độ sai lệch giữa giá trị mỗi độ chia của th−ớc chính và giá trị mỗi độ chia của du xích. Vì a = 1mm, nên khi N = 10 thì ∆ = 0,1mm; còn khi N = 50 thì ∆ = 0,02mm . 3. Đo độ dài L của vật AB bằng th−ớc kẹp : Đặt đầu A của vật trùng với số 0 của th−ớc chính T. Giả sử khi đó đầu B của vật nằm trong khoảng giữa vạch thứ n và n+1 của th−ớc chính T (Hình 3). Ta đẩy du xích T/ tr−ợt dọc th−ớc chính để đầu B của vật trùng với số 0 của du xích. T 5 10 0 n n+1 n+m 0 m A B T / Hình 3 Nếu vạch thứ m của du xích trùng đúng với vạch thứ n+m của th−ớc chính thì theo hình 2, ta có : ( n+m ).a = L + m.b L = n.a + m. ∆ (4) 2 Thí dụ : Với n = 2, a = 1mm, m = 4, N = 10 thì ∆ = 0,1 mm và độ dài của vật AB bằng : L = 2 + 4 . 0,1 = 2,4 mm Nh− vậy, vạch chia thứ n của th−ớc chính nằm ở ngay tr−ớc số 0 của du xích cho biết số nguyên lần của milimét, còn vạch chia thứ m của du xích nằm trùng với vạch chia đối diện trên th−ớc chính sẽ cho biết số phần m−ời hoặc số phần trăm của milimét (tuỳ thuộc độ chính xác ∆ ) . 4. Đo đ−ờng kính ngoài D, đ−ờng kính trong d và độ cao h của chiếc vòng đồng : Dùng th−ớc kẹp đo đ−ờng kính ngoài D , đ−ờng kính trong d và độ cao h của chiếc vòng đồng. Thực hiện 5 lần đối với mỗi phép đo của D , d và h tại các vị trí khác nhau của chiếc vòng đồng. Đọc và ghi các giá trị của D , d và h trong mỗi lần đo vào bảng 1 để tính thể tích V của chiếc vòng đồng . B. Xác định thể tích của viên bi thép (khối cầu) 1. Thể tích của viên bi thép hình cầu tính theo công thức : 3D. 6 1 V pi⋅= (5) Đối với viên bi nhỏ có đ−ờng kính D vào cỡ vài milimét, ta phải dùng th−ớc panme để đo đ−ờng kính của nó. Từ đó có thể xác định chính xác thể tích V của nó theo công thức (5). 2. Th−ớc panme (Hình 4) là dụng cụ dùng đo độ dài chính xác tới 0,01 mm. Cấu tạo của nó gồm : một cán th−ớc hình chữ U mang trục vít vi cấp 1 và đầu tựa cố định 2; một th−ớc kép có các độ chia bằng nằm so le nhau 0,50 mm ở phía trên và phía d−ới của một đ−ờng chuẩn ngang khắc trên thân trụ 3; một cần gạt nhỏ 4 dùng hãm trục vít 1; một th−ớc tròn có 50 độ chia bằng nhau nằm ở sát mép trái của trụ rỗng 5 bao quanh thân trụ 3. Khi vặn đầu 6 của trục vít 1, th−ớc tròn sẽ quay và tịnh tiến theo b−ớc ren h = 0,50 mm của trục vít 1. Nh− vậy, khi th−ớc tròn quay đúng một vòng ứng với N = 50 độ chia thì đồng thời nó tịnh tiến một đoạn h = 0,50 mm dọc theo th−ớc kép. Mỗi độ chia nhỏ nhất trên th−ớc tròn có giá trị bằng : ∆ = = =h N mm mm 0 50 50 0 01 , , (6) Giá trị ∆ này gọi là độ chính xác của panme . Số đo trên th−ớc panme đ−ợc xác định theo vị trí x của mép du xích tròn : - Nếu mép th−ớc tròn nằm sát bên phải vạch chia thứ N của th−ớc milimét ở phía trên đ−ờng chuẩn ngang, đồng thời đ−ờng chuẩn ngang nằm sát vạch thứ n của th−ớc tròn, thì : x = N + 0,01.n (mm) (7) - Nếu mép th−ớc tròn nằm sát bên phải vạch chia thứ N của th−ớc milimét ở phía d−ới đ−ờng chuẩn ngang, đồng thời đ−ờng chuẩn ngang nằm sát vạch thứ n của th−ớc tròn, thì : x = N + 0,50 + 0,01.n (mm) (8) Chú ý : Trong các công thức (7) và (8), số thứ tự N và n của các vạch chia đều lấy giá trị nguyên bằng 0,1,2,3,.... 3. Đo đ−ờng kính của viên bi bằng th−ớpc panme Đặt viên bi tựa vào đầu cố định 2 của th−ớc panme. Vặn từ từ đầu 6 của trục vít 1 để đầu bên trái của trục vít này tiến dần đến tiếp xúc với viên bi. Khi nghe thấy tiếng kêu "lách tách" của lò xo hãm trục vít 1 thì ngừng lại. Thực hiện 5 lần phép đo đ−ờng kính D của viên bi tại các vị trí khác nhau của viên bi. Đọc và ghi giá trị của D trong mỗi lần đo vào bảng 2 để tính thể tích V của viên bi. III. kết quả thí nghiệm 1. Điền đầy các kết quả tính toán vào những ô trống trong các bảng 1 và 2. 2. Viết kết quả đo của mỗi đại l−ợng trong các bảng 1 và 2. 3. Xác định thể tích của chiếc vòng đồng (trụ rỗng) và của viên bi thép (khối cầu). Tính sai số t−ơng đối, sai số tuyệt đối và viết kết quả của mỗi phép đo thể tích này. 2 1 3 4 5 6 0 ữ 25mm 0,01mm Hình 4 3 Báo cáo thí nghiệm đo kích th−ớc và xác định thể tích của các vật rắn có hình dạng đối xứng Xác nhận của thày giáo Tr−ờng ................................................... Lớp ............................Tổ ....................... Họ tên .................................................... I. Mục đích thí nghiệm .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................. II. kết quả thí nghiệm A. Xác định thể tích của chiếc vòng đồng (khối trụ rỗng) Bảng 1 Độ chính xác của th−ớc kẹp : ....................... (mm) Lần đo D (10-3 m) ∆D (10-3 m) d (10-3 m) ∆d (10-3 m) h (10-3 m) ∆h (10-3 m) 1 2 3 4 5 Trung bình 1. Tính sai số tuyệt đối của phép đo đ−ờng kính ngoài D , đ−ờng kính trong d và độ cao h (đo trực tiếp) : ∆ ∆ ∆D D Ddc= + = =( ) ...................................... ..................... . (10-3 m) ∆ ∆ ∆d d ddc= + = =( ) ...................................... .................. ..... (10-3 m) ∆ ∆ ∆h h hdc= + = =( ) ....................................... ....................... (10-3 m) 2. Tính sai số và kết quả phép đo thể tích V của chiếc vòng đồng (đo gián tiếp) : 4 δ pi = = + ⋅ + − + = ∆ ∆pi ∆ ∆ ∆V V D D d d D d h h 2 2 2 . . ................................................... V D d h= ⋅ − ⋅ = pi 4 2 2( ) ..............................................................................................(10-9 m3) ∆V V= ⋅ = =δ ...................................... ..................... (10-9 m3) 3. Viế kết quả của phép đo thể tích V của chiếc vòng đồng : V V V= ± = ±∆ .................. .................... (10-9 m3) B. Xác định thể tích của viên bi thép (khối cầu) : Bảng 2 : Độ chính xác của th−ớc panme : ....................... (mm) Lần đo 1 2 3 4 5 Trung bình D (10-3 m) D =............... (10-3 m) ∆D (10-3 m) D∆ =.............. (10-3 m) 1. Tính sai số tuyệt đối của phép đo đ−ờng kính D (đo trực tiếp) : ∆ ∆ ∆D D Ddc= + = =( ) ...................................... ..................... (10-3 m) 2. Tính sai số và kết quả của phép đo thể tích V của viên bi thép (đo gián tiếp): δ pi = = + ⋅ = = ∆ ∆pi ∆V V D D 3 ........................................... ................. V D m= ⋅ = = − 1 3 3 9 3pi . ........................................... ..................(10 ) ∆V V= ⋅ = =δ ...................................... ..................... (10-9 m3) 3. Viết kết quả phép đo thể tích V của viên bi thép : V V V= ± = ±∆ .................. .................... (10-9 m3)