Giáo án thực hành Vật lý 12 nâng cao

Bài thực hành số 1: XÁC ĐỊNH CHU KÌ DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC ĐƠN VÀ ĐO GIA TỐC TRỌNG TRƯỜNG I. MỤC ĐÍCH - Khảo sát ảnh hưởng của biên độ, khối lượng của quả nặng và độ dài của dây treo đối với chu kì dao động của con lắc đơn. - Xác định gia tốc trọng trường g tại nơi làm thí nghiệm bằng con lắc II. CƠ SỞ LÍ THUYẾT - Con lắc đơn gồm một vật nặng có kích thước nhỏ, khối lượng m, được treo ở đầu một sợi dây mềm không dãn có độ dài l và có khối lượng không đáng kể. Với các dao động nhỏ thì con lắc đơn dao động với chu kỳ (7.1) - Tại các vị trí khác nhau trên Trái Đất, gia tốc trọng trường có giá trị khác nhau. Việc xác định gia tốc trọng trường tại nơi làm thí nghiệm có ý nghĩa quan trọng. Trong khoa học và đời sống có nhiều phương pháp khác nhau để xác định gia tốc trọng trường. Trong bài thực hành này ta xác định gia tốc trọng trường g bằng con lắc đơn theo công thức (7.2) III. DỤNG CỤ VÀ LẮP ĐẶT 1. Dụng cụ thí nghiệm Đế ba chân bằng sắt, có hệ vít chỉnh cân bằng. Giá đỡ bằng nhôm, cao 75cm, có thanh ngang treo con lắc. Thước thẳng dài 700 mm gắn trên giá đỡ. Ròng rọc bằng nhựa, đường kính D 5 cm, có khung đỡ trục quay. Dây làm bằng sợi tổng hợp, mảnh, không dãn, dài 70 cm. Viên bi thép có móc treo. Cổng quang điện hồng ngoại, dây nối và giắc cắm 5 chân. Đồng hồ đo thời gian hiện số, có hai thang đo 9,999 s và 99,99 s. Thanh ke Hình 7.1. Bộ thiết bị thí nghiệm khảo sát dao động của con lắc đơn 2 1 3 6 5 4 7 8 9 2. Lắp đặt thí nghiệm Sơ đồ thí nghiệm được trình bày trên hình 7.1 IV. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 1. Khảo sát ảnh hưởng của biên độ lên chu kỳ dao động của con lắc đơn Nối cổng quang điện với cổng A của đồng hồ đếm thời gian hiện số, sử dụng thang đo ở vị trí 9,999 s. Cắm phích lấy điện của đồng hồ đo thời gian vào nguồn điện 220V, bật công-tắc K trên mặt đồng hồ để các chữ số hiển thị trên cửa sổ Thời gian. Treo viên bi (6) có khối lượng m1 = 50 g vào đầu dưới của sợi dây (5). Vặn các vít của đế ba chân, điều chỉnh cho giá đỡ cân bằng thẳng đứng. Đặt thanh ke (9) áp sát cạnh của giá đỡ tại vị trí (thấp hơn đáy viên bi) ứng với độ dài L trên thước (3). Quay ròng rọc để thả dần sợi dây cho tới khi đáy của viên bi vừa tiếp xúc với cạnh ngang của thanh ke. Gọi r là bán kính viên bi, độ dài l của con lắc đơn là l = L - r Điều chỉnh để con lắc đơn này có độ dài l1 =50 cm. Dịch chuyển cổng quang điện đến vị trí sao cho cửa sổ của nó nằm trên mặt phẳng ngang với vị trí của tâm viên bi và cách tâm viên bi một khoảng A1 = 3 cm. Kéo viên bi đến vị trí đối diện cửa sổ của cổng quang điện, rồi buông tay thả cho con lắc đơn dao động không vận tốc đầu. Khi đó con lắc đơn dao động với biên độ góc bằng α1 Sau vài dao động, bấm nút RESET trên mặt đồng hồ đo thời gian hiện số để tiến hành đo n (có thể chọn n = 10) dao động toàn phần của con lắc đơn. Ghi giá trị đo được trong mỗi lần đo vào bảng 7.1. Giữ nguyên khối lượng m1 và độ dài l1 = 50 cm của con lắc đơn. Thực hiện phép đo trên đây với các giá trị A khác nhau rồi ghi tiếp vào bảng 7.1. Từ các kết quả thu được trong bảng 7.1, rút ra kết luận về chu kỳ của con lắc đơn dao động với biên độ nhỏ. 2. Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng lên chu kì của con lắc đơn Giữ nguyên độ dài l1 = 50 cm. Thêm quả nặng để thay đổi khối lượng con lắc. Điều chỉnh dây treo để chiều dài con lắc không đổi. Đo thời gian con lắc thực hiện n dao động toàn phần với biên độ đủ nhỏ (theo kết quả phần trên). Ghi các kết quả trong mỗi lần đo vào bảng 7.2. Từ các kết quả thu được trong bảng 7.2, rút ra kết luận về khối lượng của con lắc đơn dao động với biên độ nhỏ. 3. Khảo sát ảnh hưởng của độ dài lên chu kì dao động của con lắc đơn Giữ nguyên khối lượng 50 g. Điều chỉnh dây treo để con lắc dao động với các độ dài dây khác nhau, xác định thời gian n dao động toàn phần để xác định chu kì T. Ghi kết quả vào bảng 7.3. Dùng các kết quả trong bảng 7.3: - vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của T và chiều dài con lắc. Rút ra nhận xét. - vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của T2 và chiều dài con lắc. Rút ra nhận xét. Từ các đồ thị, kết luận về chiều dài của con lắc đơn dao động với biên độ nhỏ. V. CÁC ĐIỂM CẦN CHÚ Ý Cần tìm hiểu kĩ về nguyên lí làm việc của cổng quang điện và đồng hồ đếm thời gian hiện số để khắc phục những sự cố do chúng gây ra. Thông thường cần kiểm tra xem con lắc dao động có cắt tia quang học trong cổng quang điện hay không, đặt đồng hồ đúng MODE và cắm đúng cổng. Một số kiến thức đọc thêm Con lắc vật lí được định nghĩa là một vật rắn bất kì chịu tác dụng của trọng lực và thực hiện các dao động quanh một trục nằm ngang không đi qua khối tâm. Ở chương trình trung học phổ thông, người ta xem con lắc vật lí là một vật rắn dao động được xung quanh một trục nằm ngang cố định không đi qua trọng tâm của vật. Chu kỳ T của con lắc vật lí được cho bởi (7.3) Trong đó: m là khối lượng vật rắn; d là khoảng cách từ trục nằm ngang tới khối tâm và I là momen quán tính của vật rắn đối với trục đang xét. M1 M2 C a1 a2 O1 O2 Hình 7.2. Con lắc thuận nghịch Để xác định gia tốc trọng trường một cách chính xác phải dùng con lắc thuận nghịch Kater. Đó là con lắc gồm một thanh có hai mũi dao O1 và O2 đối diện nhau qua khối tâm C, nhưng không cách đều khối tâm. Hai mũi dao này dùng như những trục mà con lắc dao động do tác dụng của trọng lực. Trên thanh có hai vật M1 và M2 có hình dạng và kích thước giống nhau nhưng có khối lượng rất khác nhau, hình 7.2. Gọi I là momen quán tính đối với trục đi qua khối tâm C, áp dụng công thức (7.3), dao động của con lắc quanh trục O1, O2 có chu kì lần lượt là: (7.4) (7.5) Thay đổi khoảng cách a1 và a2 từ các dao đến khối tâm C bằng cách giữ nguyên vị trí các dao, thay đổi vị trí khối tâm nhờ di chuyển các quả nặng M1 và M2. Theo công thức (7.4) và (7.5) các chu kỳ T1 và T2 cũng thay đổi. Tới một lúc nào đó, ta có: Hay Suy ra (7.6) Với l là khoảng cách giữa hai dao O1 và O2, l = a1+a2. Công thức này chỉ đúng khi con lắc dao động nhỏ (biên độ góc nhỏ hơn 6o). VI. BÁO CÁO KẾT QUẢ THỰC HÀNH THỰC HÀNH XÁC ĐỊNH CHU KÌ DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC ĐƠN VÀ GIA TỐC TRỌNG TRƯỜNG Họ và tên:................................................Lớp:..............Nhóm:.................... Ngày làm thực hành:.................................................................................... Viết báo cáo theo các nội dung sau: 1. MỤC ĐÍCH …………………………………………………………………………………........................ …………………………………………………………………………………................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ 2. TÓM TẮT LÍ THUYẾT Thế nào là con lắc đơn …………………………………………………………………………………........................ …………………………………………………………………………………........................ Con lắc đơn dao động với chu kỳ …………………………………………………………………………………........................ …………………………………………………………………………………........................ Công thức xác định gia tốc trọng trường nhờ con lắc đơn …………………………………………………………………………………........................ …………………………………………………………………………………........................ …………………………………………………………………………………........................ …………………………………………………………………………………........................ 3. KẾT QUẢ a. Khảo sát ảnh hưởng của biên độ đối với chu kỳ của con lắc đơn Bảng 1 m = 50 g, l = 50 cm Acm Góc lệch αo Thời gian n dao động(s) T(s) A1 = 3 A2 = A3 = A4 = Kết luận về chu kỳ của con lắc đơn dao động với biên độ nhỏ ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… b. Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng đối với chu kỳ của con lắc đơn Bảng 2 l = 50 cm, A = .........cm m (g) Thời gian n dao động (s) Chu kì T (s) A1 = A2 = A3 = A4 = Kết luận về khối lượng của con lắc đơn dao động với biên độ nhỏ ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… c. Khảo sát ảnh hưởng của chiều dài đối với chu kỳ của con lắc đơn Bảng 3 Chiều dài lcm Thời gian n dao độngs Chu kì Ts s2 A1 = A2 = A3 = A4 = T l - Vẽ đồ thị T phụ thuộc l Từ đồ thị, nhận xét về ảnh hưởng của chiều dài lên chu kỳ của con lắc đơn ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… T2 l - Vẽ đồ thị T2 phụ thuộc l Từ đồ thị, nhận xét thấy ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… Gia tốc trọng trường tại nơi làm thí nghiệm: (sử dụng bảng 3 để tính) - Giá trị trung bình: - Sai số tuyệt đối: - Kết quả phép đo: 4. TRẢ LỜI CÁC CÂU HỎI Câu 1. Chu kỳ dao động của con lắc đơn có phụ thuộc vào nơi làm thí nghiệm không? Làm cách nào để phát hiện điều đó bằng thí nghiệm? …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… Câu 2. Dùng con lắc dài hay ngắn sẽ cho kết quả chính xác hơn khi xác định gia tốc rơi tự do g tại nơi làm thí nghiệm? ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… Bài thực hành số 2 ĐO TỐC ĐỘ TRUYỀN ÂM TRONG KHÔNG KHÍ I. MỤC ĐÍCH - Thông qua bài thực hành học sinh nắm được tính chất của nguồn âm, sự truyền sóng âm trong không khí và hiện tượng tổng hợp sóng âm trong cột không khí. - Rèn luyện kĩ năng thực hành, phương pháp làm giảm sai số chủ quan trong khi xác định các giá trị của phép đo. II. CƠ SỞ LÍ THUYẾT Âm thanh là dao động cơ, được đặc trưng bởi các đại lượng: - Tần số biến thiên trong khoảng 16Hz đến 20.000Hz, đại lượng này đặc trưng cho độ cao của âm. Tần số thấp tương ứng với âm trầm, tần số cao tương ứng với âm bổng. Dưới 16Hz người ta gọi là hạ âm (hay đê âm), trên 20.000Hz người ta gọi là siêu âm. - Cường độ của tín hiệu sẽ gây ra cảm giác âm tương ứng với độ to. Cường độ của tín hiệu mô tả trên đồ thị, chính là biên độ của dao động. Cường độ âm chuẩn được chọn với tần số 1000Hz, gọi là I0. Cường độ âm chuẩn gây nên độ to âm chuẩn, để so sánh độ to của một âm với độ to của âm chuẩn, người ta dùng mức cường độ âm đo bằng Ben (kí hiệu là B) và được tính theo công thức: L(B) = lg(I/I0), nhưng thông thường người ta tính theo dB với 1dB = 0,1B. Vì tai người thường chỉ có khả năng phân biệt hai cường độ âm khác nhau ít nhất 1dB. Công thức thường dùng sẽ là L(dB) = 10 lg(I/I0). Cường độ âm càng lớn thì gây cảm giác độ to càng lớn. Tuy nhiên quan hệ này không tỷ lệ thuận, đồng thời cảm giác âm còn có ngưỡng nghe và ngưỡng đau (trong khoảng 20dB đến 130 dB). Tiếng nói trung bình có độ to khoảng 40dB. Về độ to mà tai người cảm nhận được không chỉ phụ thuộc vào cường độ âm mà còn phụ thuộc vào tần số âm. - Số lượng hài của tín hiệu đặc trưng cho âm sắc. Đặc tính này có thể hiểu, với một tín hiệu âm thanh bất kì có thể phân tích tín hiệu đó thành các tín hiệu có dạng hình sin với biên độ và tần số khác nhau theo quy luật nhất định. Thành phần tín hiệu phân tích được gọi là hài của tín hiệu (số hài trong âm thanh được gọi là họa âm), số lượng hài phụ thuộc vào tính bất kì của tín hiệu âm thanh. Có thể thí dụ, hai người nói có độ to và độ cao như nhau, nhưng vẫn phân biệt được tiếng của người này với người kia là do họa âm của hai âm thanh đó là khác nhau. Ngoài ra âm thanh còn được đặc trưng bởi các đại lượng liên quan đến sự truyền âm, hiện tượng cộng hưởng âm. Khi truyền âm trong một môi trường nào đó, nếu sóng âm bị phản xạ trở lại, thì chúng có thể kết hợp với nhau và tạo nên hiện tượng sóng dừng. Khi đó, ta có thể tìm ra những vị trí tương ứng với bụng sóng hay nút sóng. Do mối quan hệ giữa vận tốc truyền sóng với bước sóng và tần số âm, nên người ta có thể xác định một đại lượng nào đó khi biết hai đại lượng kia. Chẳng hạn để xác định vận tốc của âm thanh truyền trong môi trường nào đó, ta có thể sử dụng hệ thức: l l/2 A L hoặc v = lf Khảo sát hiện tượng sóng dừng trong một ống hình trụ l/4 3l/4 5l/4 7l/4 9l/4 Nguồn âm là một âm thoa được đặt trước miệng ống, phía đầu kia là pit-tông có thể di chuyển được để thay đổi độ dài của cột không khí. Sóng âm từ âm thoa được giao thoa với sóng phản xạ tạo thành sóng đứng có nút và bụng xen kẽ nhau. Khi chiều dài của cột không khí trong ống có giá trị l/4, 3l/4, 5l/4, 7l/4, 9l/4…thì xảy ra hiện tượng cộng hưởng và ta nghe được to nhất. Khoảng cách giữa các nút hay các bụng là l/2, ở miệng ống là bụng sóng còn tại pit-tông là nút sóng. Khi xác định được f và l, ta sẽ tính được vận tốc truyền sóng âm trong cột không khí. III. DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM Dụng cụ gồm: - Máy phát tần số, có thể điều chỉnh biên độ (0 - 6V) và tần số 0,1 - 1000Hz. - Giá có ống thuỷ tinh. - Pit-tông có dây kéo. - Loa điện. - Bộ âm thoa 440Hz và 520Hz và búa cao su. - Khớp nối đỡ loa hoặc âm thoa. - Dây nối. IV. CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM Lắp ráp hệ thống thí nghiệm lên đế 3 chân, dùng khớp nối gắn loa điện động để cho miệng loa gần sát miệng ống thủy tinh. Nối loa với máy phát tần số, chọn tần số 500Hz, dùng dây kéo pittông di chuyển trong ống thuỷ tinh, cho đến lúc âm thanh nghe được to nhất. Xác định vị trí âm thanh nghe được là lớn nhất, sau đó kéo pittông tiếp tục và tìm xem vị trí khác cũng nghe được âm thanh lớn nhất. Khoảng cách của hai vị trí liền nhau nghe được to nhất là khoảng cách của hai bụng sóng. Thực hiện với các tần số khác nhau của âm thanh và xác định lại khoảng cách giữa hai vị trí nghe to nhất. Bảng số liệu có mẫu như sau f Vị trí 1 Lần 1 Vị trí 1 Lần 2 Vị trí 1 Lần 3 Vị trí 2 Lần 1 Vị trí 2 Lần 2 Vị trí 2 Lần 3 500Hz 600Hz 440Hz 520Hz Với số liệu thu được hãy tính vận tốc theo công thức v = l.f (m/s), hãy so sánh với vận tốc theo lí thuyết. Kết quả có thể chênh lệch vì giá trị xác định phụ thuộc vào yếu tố chủ quan của người đo. Âm thanh nghe to nhất khi cộng hưởng rất khó xác định chính xác, vì vậy hãy cho pit-tông di chuyển qua lại quanh vị trí nghe to nhất để tìm vị trí đúng. Thực hiện tương tự đối với các âm thoa, bằng cách thay vị trí của loa bởi âm thoa (hai nhánh âm thoa cùng nằm dọc theo trục của ống thuỷ tinh). Dùng búa gõ nhẹ và chính xác lên nhánh của âm thoa, thực hiện kéo pittông để âm thanh nghe rõ và to nhất, đánh dấu vị trí thứ nhất. Sau đó kéo tiếp píttông đến vị trí khác để nghe âm to nhất và đánh dấu vị trí thứ hai. Các số đo được ghi vào bảng số liệu theo bảng trên. Dựa vào bảng số liệu, tính l và tính vận tốc tương ứng với các tần số của nguồn âm, điền kết quả tính được vào bảng. V. MỘT SỐ ĐIỂM CẦN LƯU Ý - Với âm thoa khi gõ xong nó sẽ tắt dần âm, nếu di chuyển pit-tông không kịp thời thì không còn nghe được âm to nhất nữa. Vì vậy nên ước lượng khoảng vị trí mà ta cần di chuyển pit-tông để thực hiện xác định âm thanh cộng hưởng. - Bố trí miệng loa cách miệng ống thuỷ tinh khoảng vài mm là vừa, mếu để sát quá sẽ làm cho áp suất trong ống khác với áp suất ngoài ống khi pit-tông di chuyển, và do vậy kết quả không được chính xác. - Đối với âm thoa, khi thực hiện xác định vị trí nghe to nhất, cần gõ vào âm thoa liên tục để tránh âm thanh bị giảm cường độ do dao động tắt dần tương đối nhanh. - Cần lưu ý giữ dây của pittông, tránh buông tay làm pittông rơi xuống có thể gây hỏng loa. VI. CÂU HỎI MỞ RỘNG 1. Vì sao âm thoa có hai nhánh theo dạng chữ U? nếu bỏ đi một nhánh có được không? 2. Vì sao cách gõ âm thoa, hướng của búa gõ cần theo hướng nối hai nhánh của âm thoa mà không theo hướng vuông góc với hướng đó? 3. Giải thích vì sao kết quả tính vận tốc truyền âm với nguồn âm là âm thoa thường bé hơn vận tốc với nguồn âm là hộp loa? 4. Chọn tần số âm nào để dễ thực hiện thí nghiệm trong nội dung này? 5. Chọn cường độ âm lớn hay nhỏ thì dễ xác định âm thanh nghe to nhất khi cộng hưởng? 6. Đề xuất phương án cải tiến bộ dụng cụ thí nghiệm này? VII. BÁO CÁO THỰC HÀNH THỰC HÀNH ĐO TỐC ĐỘ TRUYỀN ÂM TRONG KHÔNG KHÍ Họ và tên:................................................Lớp:..............Nhóm:.................... Ngày làm thực hành:.................................................................................... Viết báo cáo theo các nội dung sau: I. MỤC ĐÍCH ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Sóng dừng và điều kiện có sóng dừng. Sự hình thành sóng dừng của âm thanh trong một ống hình trụ. Biểu thức tính vận tốc truyền âm thông qua tần số âm và bước sóng. ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… III. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM Bảng số liệu thực hành và số liệu tính toán được cùng với sai số của nó. *Bảng 1: (dùng loa điện động) f Vị trí 1 Lần 1 Vị trí 1 Lần 2 Vị trí 1 Lần 3 Vị trí 2 Lần 1 Vị trí 2 Lần 2 Vị trí 2 Lần 3 Khoảng cách trung bình l (cm) v =l.f (m/s) 500Hz 600Hz 440Hz 520Hz Tính các giá trị: - Khoảng cách: - Khoảng cách trung bình: = , d1,2,3 khoảng cách đo lần 1,2,3. - Bước sóng trung bình: =……………….. - Sai số: =……………………………….. - Tốc độ âm truyền: =…………………… *Bảng 2: (dùng âm thoa) Lần đo f=(4401)Hz l1 (mm) l2(mm) d=l2-l1 (m) (m) 1 2 3 Tính: - Bước sóng trung bình: =……………….. - Sai số: =………………………………… - Tốc độ âm truyền: =…………………… IV. NHẬN XÉT Kết quả thu được có sai khác nhiều với số liệu lí thuyết hay không. Thao tác nào khó thực hiện khi thí nghiệm. Hãy nêu cách thực hiện của bản thân mà mình cho là ưu việt. Với tần số nào của nguồn âm thì dụng cụ này không thực hiện nội dung của thí nghiệm này? ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… V. TRẢ LỜI CÂU HỎI ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… Bài thực hành số 3 KHẢO SÁT ĐOẠN MẠCH XOAY CHIỀU CÓ R, L, C MẮC NỐI TIẾP I. MỤC ĐÍCH Thông qua bài thực hành, học sinh xác định được các thông số đặc trưng cho đoạn mạch xoay chiều có các linh kiện: điện trở, cuộn cảm và tụ điện mắc nối tiếp. Đồng thời học sinh biết thực hiện mạch cộng hưởng điện, một hiện tượng được ứng dụng rất nhiều trong kĩ thuật. II. CƠ SỞ LÍ THUYẾT 1. Các thông số trong mạch điện xoay chiều có RLC mắc nối tiếp a b c Uad, 6V, 50Hz d R L C a b c Uac, 6V, 50Hz R L, r Mắc linh kiện theo sơ đồ trên, với hai trường hợp không có tụ điện C và có tụ điện C. Dùng đồng hồ vôn đo các điện áp trên mạch điện thứ nhất với các vị trí như sau: Uab, Ubc, Uac. Vẽ giản đồ Frenen với các véc tơ tương ứng các điện áp Uab, Ubc, Uac. Uab =I.R Ubc =I.Zbc Uac = I.Zac a b c IZac IR IZbc IwL h Đoạn bh mô tả điện áp trên điện trở thuần của cuộn dây, tức Ubh = I.r. Mà điện trở R và điện trở thuần r mắc nối tiếp nhau, nên ta có: Tương tự, ta có: Ta có thể dùng thước đo độ dài các đoạn thẳng trên giản đồ Frenen để xác định các đại lượng r và L trong sơ đồ mạch không có tụ điện. a c b d h I.Zac I.R I.Zbc IwL I/wC I.r j Đối với mạch có đủ các phần tử R, L và C, ta cần xác định các đại lượng L, r, C và công suất tiêu thụ P. Trong trường hợp này cần đo các điện áp Uab, Ubc, Uac, Uad và cũng lập giản đồ Frenen như hình sau: a b c Uad, 6V, 50Hz d R L C Các véc tơ có độ lớn tương ứng với các điện áp Uab, Ubc, Uac, Uad đo được trên mạch. Ta sẽ có: Xác định độ lệch pha của cường độ dòng điện I với các điện áp Uab, Ubc, Uac, Uad bằng thước đo góc giữa các véc tơ trên giản đồ frenen. Công suất P = UadIcosj, với I = Uab/R Công suất toả nhiệt P' = (R+r).I2. 2. Hiện tượng cộng hưởng: (tham khảo) Nếu giữ nguyên điện áp hiệu dụng U giữa hai đầu đoạn mạch và thay đổi tần số w sao cho , thì sẽ có hiện tượng cộng hưởng, khi đó tổng trở của mạch đạt giá trị cực tiểu, tức là Zch = Zmin = R. Cường độ hiệu dụng của dòng điện trong đoạn mạch đạt cực đại Các điện áp tức thời giữa hai đầu tụ và cuộn cảm bằng nhau và ngược pha nhau, nên triệt tiêu nhau, do vậy điện áp hai đầu R bằng hai đầu đoạn mạch. Cường độ dòng điện biến đổi đồng pha với điện áp hai đầu đoạn mạch. III. DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM - Hộp dụng cụ gồm bảng lắp ráp mạch điện cùng các linh kiện: cuộn dây, tụ điện, điện trở cùng các dây nối. - Bộ nguồn xoay chiều. - Máy phát tần số a b c Uac, 6V,