Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm Vật lý lớp 10

TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM VẬT LÝ LỚP 10 ( BỘ SÁCH CHUẨN) 4-2006 Tài liệu tham khảo - Trần Chí Minh THÍ NGHIỆM VẬT LÝ LỚP 10 ( bộ sách chuẩn) Thế giới tự nhiên đa dạng nhưng thống nhất : các hiện tượng tự nhiên muôn hình muôn vẻ, nhưng có những thuộc tính chung. Nói cách khác : chúng tuân theo những quy luật chung nhất định. Vật lý học có nhiệm vụ nghiên cứu các quy luật này. Là môn khoa học thực nghiệm, nên phương pháp tiếp cận các tri thức Vật lý từ thực nghiệm là cách tốt nhất để hiểu sâu sắc bản chất của hiện tượng cũng như rèn luyện phương pháp tư duy khoa học. Tập tài liệu này dùng tham khảo, bổ xung cho SGK Vật lý lớp 10 PTTH của bộ GD & ĐT. Nó có thể giúp ích cho thày và trò trong việc khai thác sử dụng các dụng cụ thiết bị thí nghiệm vật lý phục vụ cho dạy và học. Xin lưu ý rằng , với các dụng cụ giới thiệu trong tài liệu này, các phương án tiến hành thực nghiệm nêu lên ở đây chỉ là những gợi ý, lại càng không phải là duy nhất. Chúng tôi hy vọng các thày, cô giáo, các em học sinh lớp 10 ở khắp nơi trên đất nước sẽ quan tâm nghiên cứu, khai thác hoặc bổ xung thêm các dụng cụ nói trên để tìm ra các cách làm hay hơn, sinh động hơn. Chúng tôi rất mong nhận được các ý kiến của các thày, cô giáo, các em học sinh, để có thể tập hợp và phổ biến rộng rãi các hoạt động sáng tạo có ý nghĩa này. 4-2006 Tác giả. Nội dung TP1- Giới thiệu dụng cụ đo TP2 - Sai số phép đo các đại lượng vật lý TP3. - Thí nghiệm thực hành : Khảo sát sự rơi tự do, đo gia tốc rơi tự do. TP4 - Thí nghiệm thực hành : Đo hệ số ma sát theo phương pháp động lực học. TP5 - Thí nghiệm thực hành : Đo hệ số căng bề mặt của chất lỏng. TP6 - Thí nghiệm biểu diễn : Khảo sát chuyển động thẳng đều trên máng ngang. TP7 - Thí nghiệm biểu diễn : Khảo sát chuyển động thẳng biến đổi đều trên máng nghiêng . TP8 - Thí nghiệm biểu diễn : Nghiệm quy tắc tổng hợp lực đồng quy, song song. TP9 - Thí nghiệm biểu diễn : Khảo sát lực đàn hồi. TP10 - Thí nghiệm biểu diễn : Khảo sát lực quán tính li tâm trong chuyển động tròn. TP11 - Thí nghiệm biểu diễn: Quy tắc mô men lực. TP12 - Thí nghiệm biểu diễn: Va chạm đàn hồi, định luật bảo toàn động lượng. TP13 - Thí nghiệm biểu diễn: Định luật bảo toàn cơ năng đối với chuyển động của vật trên mặt phẳng nghiêng TP14 - Thí nghiệm biểu diễn: Nghiệm định luật Bôi lơ Mariốt , Gay luýt xắc. TP15 - Thí nghiệm biểu diễn: Khảo sát hiện tương căng mặt ngoài, dính ướt và mao dẫn. TP1 - GIỚI THIỆU DỤNG CỤ ĐO I. ĐỒNG HỒ ĐO THỜI GIAN HIỆN SỐ VÀ CỔNG QUANG ĐIỆN . Khi nghiên cứu các hiện tượng cơ học, ta gặp các hiện tượng xảy ra rất nhanh, chẳng hạn sự rơi tự do, hiện tượng va chạm..... Thí dụ một vật bắt đầu rơi tự do, đi qua 0,50 mét đầu tiên chỉ hết 0,319 s, đi qua 0,20m tiếp theo hết 0,059 s... Rất khó dùng đồng hồ bấm dây thông thường để đo các khoảng thời gian như thế, cho dù các đồng hồ bấm giây điện tử ngày nay dễ dàng đạt độ phân giải 0,01s hay hơn nữa, bởi vì chúng ta không thể vượt qua giới hạn tốc độ phản xạ thần kinh và đáp ứng cơ bắp của con người , chỉ vào khoảng 0,1s. Đồng hồ đo thời gian hiện số điều khiển bằng các cổng quang điện khắc phục được khó khăn nói trên. Trên hình (2a,b) giới thiệu đồng hồ đo thời gian hiện số MC-964 và sơ đồ nguyên lý một cổng quang điện. Đồng hồ có hai thang đo thời gian : 9,999s và 99.99s , với độ chia nhỏ nhất (còn gọi là độ phân giải) tương ứng là 0,001s và 0,01s. Chỉ cần gạt chuyển mạch “THANG ĐO”, ta dễ dàng chọn được thang đo thích hợp. D1 D2 Trụ kim loại (a) (b) Hình 2 : Đồng hồ đo thời gian hiện số MC-964 và sơ đồ nguyên lý cổng quang điện dùng nghiên cứu chuyển động rơi tự do. Cổng quang điện ( H.2b) gồm điôt D1 phát ra tia hồng ngoại, và điốt D2 nhận tia hồng ngoại từ D1 chiếu sang. Hai tấm chắn có lỗ nhỏ đặt trước D1 và D2 tạo ra chùm tia hồng ngoại mảnh chiếu thẳng từ D1 sang D2. Dòng điện cung cấp cho D1 được lấy từ máy đo thời gian. Khi có vật chắn chùm tia hồng ngoại chiếu từ D1 sang D2 thì D2 sẽ phát ra tín hiệu điện truyền theo dây dẫn đi tới đồng hồ đo thời gian, điều khiển đồng hồ hoạt động. Quá trình này xảy ra rất nhanh, hầu như không có quán tính, nên cho phép đo chính xác các khoảng thời gian rất nhỏ, không phụ thuộc vào phản xạ của các giác quan con người. Để đo khoảng thời gian chuyển động của một vật giữa hai điểm nào đó, ta dùng hai cổng quang điện E, F đặt tại hai điểm đó và nối chúng với hai ổ cắm “A”, “B” trên mặt đồng hồ đo thời gian. Trên mặt đồng hồ, ngoài hai ổ cắm A và B, còn có một nút ấn RESET, cái chuyển mạch MODE, công tắc nguồn K, và cửa sổ hiển thị “ THỜI GIAN “ : Ổ A có 5 chân, được nối với cổng quang điện E, vừa cung cấp dòng điện cho cổng E vừa nhận tín hiệu từ E gửi về. Ổ B được nối với cổng quang điện F, và có chức năng như trên. Nút nhấn RESET để đưa số chỉ của đồng hồ về giá trị 0000. Trên một số loại đồng hồ, ngoài hai ổ A, B, người ta còn bố trí thêm một ổ C, chỉ để cung cấp dòng điện một chiều dùng cho nam châm điện. CÁC KIỂU LÀM VIỆC CỦA ĐỒNG HỒ ĐO THỜI GIAN MC-964 Cái chuyển mạch MODE (kiểu làm việc) dùng để chọn kiểu làm việc cho máy đo thời gian. 1. MODE A ( chuyển mạch đặt ở vị trí A) : Chỉ có cổng quang điện nối với ổ A được phép hoạt động. Khi cổng E bắt đầu bị chắn tia hồng ngoại, đồng hồ đo thời gian bắt đầu đếm. Khi kết thúc sự chắn tia, đồng hồ dừng đếm. Khoảng thời gian bị chắn tia sẽ hiển thị trên cửa sổ THỜI GIAN của đồng hồ. Như vậy nếu có một thanh chắn sáng có bề rộng Dx ( với Dx đủ nhỏ ) đi qua cổng E, thời gian chắn sáng Dt sẽ hiển thị, và ta xác định được vận tốc tức thời của thanh : v = Dx/ Dt . 2. MODE B ( chuyển mạch đặt ở vị trí B) : Hoạt động tương tự như MODE A, nhưng với cổng quang điện F nối với ổ B. Cả hai MODE trên đều hoạt động khi có ít nhất một cổng quang điện nối với một ổ tương ứng đã chọn. 3. MODE A+B : Bắt buộc phải có hai cổng quang điện E, F nối vào hai ổ A, B. Khi thanh chắn đi qua cổng E, đồng hồ hiển thị thời gian Dt1 , khi thanh đi qua cổng F trong khoảng thời gian Dt2 , đồng hồ tiếp tục hiển thị Dt là tổng của Dt1 và Dt2 . Như vậy , thời gian đi qua cổng F tính được là : Dt2 = Dt - Dt1 Nếu thanh chuyển động đều thì Dt2 = Dt1 . Nếu thanh chuyển động biến đổi đều , thì Dt2 ¹ Dt1 có thể tính được v1 , v2 . Đo khoảng cách s giữa hai cổng quang điện, ta tính được gia tốc a theo công thức : v2 2 - v12 = 2.a.s 4. MODE A B : Bắt buộc phải có hai cổng quang điện E, F nối vào hai ổ A, B. Khi mép trước của thanh chắn chạm vào tia hồng ngoại của cổng E, đồng hồ bắt đầu đếm. Khi nó ra khỏi cổng E , đồng hồ tiếp tục đếm. Chỉ đến khi mép trước của thanh chắn chạm vào tia hồng ngoại của cổng F, đồng hồ mới dừng đếm và hiển thị thời gian t, chính là thời gian thanh đi từ cổng E đến cổng F. Nếu tại cổng E thanh bắt đầu chuyển động ( tức vận tốc tại E bằng 0) , và gọi s là khoảng cách giữa hai cổng ( đo bằng thước mm), ta có thể xác định được : Khi vật chuyển động đều: Vận tốc v = s/t Khi vật chuyển động biến đổi đều : Vận tốc tức thời tại F : v = 2s/t Gia tốc : a = 2s/t2 5. MODE n=50 và T : Dùng nghiên cứu các dao động tuần hoàn, đo thời gian của 50 chu kỳ dao động hoặc của từng chu kỳ dao động ( một số loại đồng hồ đo thời gian, không thiết kế MODE này ). CHÚ Ý : Một vài cách thử hoạt động bình thường của đồng hồ: 1. Nhấn công tắc K, các đèn LED sáng. 2. Chuyển mạch MODE đặt ở vị trí A. Khi không nối cổng quang điện vào ổ A, đồng hồ đếm thời gian liên tục, hàng số kề bên trái dấu chấm mỗi giây nhảy một số. Nối cổng quang điện vào ổ A ( cắm phích 5 chân của cổng quang điện vào ổ A ), trên màn hiển thị, ta thấy đồng hồ lập tức dừng đếm, là máy hoạt động bình thường. Nếu máy tiếp tục đếm không dừng, hãy kiểm tra cổng quang điện : tia hồng ngoại có bị chắn không, hoặc tia hồng ngoại từ D1 không chiếu thẳng vào D2 . Kiểm tra và điều chỉnh lại cổng quang điện nếu cần thiết. Để thử hoạt động của đồng hồ, có thể dùng hộp công tắc kép có nút nhấn, đóng ngắt bằng tay thay cho cổng quang điện. Làm tương tự với ổ B, dùng MODE “B.” Bật chuyển mạch về MODE “A+B”, kiểm tra hoạt động bằng cách chắn tia lần lượt tại hai cổng E và F. Bật chuyển mạch về MODE “A B”, kiểm tra hoạt động bằng cách chắn tia lần lượt từ cổng E đến cổng F. II. NAM CHÂM ĐIỆN : Sử dụng rất thuận tiện để khởi động "xuất phát" cho một vật ( làm bằng sắt, thép) tham gia một chuyển động cơ học ( rơi tự do, chuyển động trên mặt phẳng nghiêng...). Nam châm điện gồm một cuộn dây có lõi sắt non, hoạt động bằng dòng điện một chiều ( thường được lấy từ nguồn một chiều có trong đồng hồ đo thời gian qua các ổ A, B hoặc C). Một công tắc kiểu nút nhấn được dùng để đóng ngắt điện cho cuộn dây nam châm điện. Nếu sử dụng công tắc kép kiểu nút nhấn để vừa ngắt điện vào nam châm vừa khởi động cho đồng hồ đo thời gian, ta có thề đo chính xác thời gian chuyển động của vật có vận tốc đầu bằng 0. III. THƯỚC ĐO GÓC Khi nghiên cứu các chuyển động cơ học trên mặt phẳng nằm ngang hay trên máng nghiêng, ta có thể xác định mặt phẳng nằm ngang hay góc nghiêng nhờ một thước đo góc có gắn quả dọi ( hình 4). Hình 4 : Thước đo góc gắn với mặt phẳng nghiêng để nghiên cứu ma sát. Thước đo góc có dạng một đĩa tròn, phẳng, chia độ đối xứng 900- 0 - 900., độ chia nhỏ nhất 10, một đầu dây dọi gắn vào tâm đĩa. Thước đo góc được gắn chặt vào mặt thẳng đứng, sao cho mặt phẳng thước vuông góc với mặt phẳng ngang ( hoặc nghiêng ), đồng thời đường thẳng nối các vạch 900 và đi qua tâm, phải song song với mặt phẳng ngang ( hoặc nghiêng ). Khi đặt mặt phẳng nghiêng lên giá, cần điều chỉnh thăng bằng nhờ các chân vít, sao cho dây dọi song song với mặt thước. IV. THƯỚC KẸP : Thước kẹp là loại dụng cụ đo chiều dài chính xác hơn thước milimét. Độ chia nhỏ nhất của thước kẹp, tuỳ loại, có thể đạt tới 0,1; 0,05 hoặc 0,02 mm. Trên hình 5 giới thiệu một thước kẹp thông dụng có thể đo chiều dài từ 0 đến 150mm. Nó gồm một thân thước chính dạng chữ T, trên thân thước khắc vạch từ 0 đến 150, mỗi vạch cách nhau 1mm. Có một thước D nhỏ hơn ôm lấy thân thước chính, có thể trượt dọc theo thân thước chính, gọi là du xích. Thước nhỏ trên du xích được chia đều ra N vạch, sao cho độ dài của N vạch của thước này đúng bằng độ dài (kN – 1) vạch trên thước chính (k = 1, 2 ). Hình 40.3 Cấu tạo thước kẹp T 0 2 2' 3 1 1' D 10 0 5 10 20 30 40 50 60 Độ chia nhỏ nhất của D của thước kẹp tính theo công thức : Ví dụ: N = 10 D = 0,1 mm N = 20 D = 0,05mm N = 50 D = 0,02 mm Đầu đo thước chính T có hai hàm kẹp 1, 2 cố định. Hai hàm kẹp di động 1’, 2’ gắn với đầu của du xích. Hai đầu 1-1’ dùng đo kích thước ngoài, còn hai đầu 2-2’ dùng đo kích thước trong của các vật. Ví dụ: Cần đo độ dài đường kính D của một vòng kim loại, ta nới nhẹ vít 3 để có thể kéo du xích trượt trên thân thước T, rồi kẹp vòng giữa hai hàm kẹp 1-1’ (H.40.3). Xiết nhẹ vít 3 để cố định vị trí du xích. Cách đọc giá trị độ dài đường kính D như sau : Ban đầu khi chưa có vòng , hàm kẹp di động 1’ nằm sát với hàm kẹp cố định 1, thì vạch số 0 trên thước chính T trùng với vạch số 0 của du xích Sau khi kẹp vòng, vạch 0 của du xích trượt sang phải, vượt qua vạch thứ n trên thước chính. Như vậy ta xác định được phần nguyên của độ dài đường kính D bằng n milimét. Cách đọc phần lẻ của D như sau : Quan sát hai dãy vạch đối diện nhau trên du xích và trên thước chính, tìm xem có cặp vạch nào trùng nhau hoặc nằm đối diện sát nhau nhất, giả sử là mạch thứ m trên du xích. Phần lẻ của độ dài đường kính D được tính bằng : m . D (mm), trong đó D là giá trị của độ chia nhỏ nhất của thước kẹp, được ghi ngay trên thước kẹp. Kết quả : D = n + m . D (mm) TP2 . SAI SỐ CỦA PHÉP ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG VẬT LÝ Khi nghiên cứu các hiện tượng tự nhiên, trong vật lý học người ta thường dùng phương pháp thực nghiệm : tiến hành các phép đo các đại lượng vật lý đặc trưng cho hiện tượng, xác định mối liên hệ giữa chúng, từ đó rút ra quy luật vật lý. Để thực hiện các phép đo, ta phải có các dụng cụ đo. Tuy nhiên trong thực tế, hầu như không một dụng cụ đo nào, không một phép đo nào có thể cho ta giá trị thực của đại lượng cần đo. Các kết quả thu được chỉ là gần đúng. Vì sao vậy ?Điều này có mâu thuẫn hay không với quan niệm cho rằng vật lý là một môn khoa học chính xác ? Để trả lời câu hỏi này, trước hết ta cần làm rõ khái niệm : phép đo các đại lượng vật lý là gì ? vì sao có sự sai lệch giữa giá trị thực của đại lượng cần đo và kết quả đo ? Từ đó xác định kết quả và đánh giá được độ chính xác của phép đo. PHÉP ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG VẬT LÝ. HỆ ĐƠN VỊ SI . Phép đo các đại lượng vật lý : Ta dùng một cái cân để đo khối lượng một vật. Cái cân là một dụng cụ đo, và phép đo khối lượng của vật thực chất là phép so sánh khối lượng của nó với khối lượng của các quả cân,là những mẫu vật được quy ước có khối lượng bằng một đơn vị ( 1 gam, 1 kilôgam... ) hoặc bằng bội số nguyên lần đơn vị khối lượng.Vậy : Phép đo một đại lượng vật lý là phép so sánh nó với đại lượng cùng loại được quy ước làm đơn vị. Công cụ để thực hiện việc so sánh nói trên gọi là dụng cụ đo, phép so sánh trực tiếp thông qua dụng cụ đo gọi là phép đo trực tiếp. Nhiều đại lượng vật lý có thể đo trực tiếp như chiều dài, khối lượng, thời gian, ... trong khi những đại lượng vật lý khác như gia tốc, khối lượng riêng, thể tích.... không có sẵn dụng cụ đo để đo trực tiếp, nhưng có thể xác định thông qua một công thức liên hệ với các đại lượng đo trực tiếp. Thí dụ gia tốc rơi tự do g có thể xác định theo công thức g = 2s/t2 , thông qua hai phép đo trực tiếp là phép đo độ dài quãng đường s và thời gian rơi t. Phép đo như thế gọi là phép đo gián tiếp. Đơn vị đo. Một hệ thống các đơn vị đo các đại lượng vật lí đã được quy định thống nhất áp dụng tại nhiều nước trên thế giới , trong đó có Việt nam, gọi là hệ SI. Hệ SI quy định 7 đơn vị cơ bản, đó là : Đơn vị độ dài : mét (m). Đơn vị thời gian : giây (s) Đơn vị khối lượng: kilôgam ( kg) Đơn vị nhiệt độ : kenvin (K) Đơn vị cường độ dòng điện : Ampe (A) Đơn vị cường độ sáng: canđêla (Cd) Đơn vị lượng chất : mol ( mol) Ngoài 7 đơn vị cơ bản, các đơn vị khác là những đơn vị dẫn xuất, được suy ra từ các đơn vị cơ bản theo một công thức , thí dụ : đơn vị lực F là Niutơn (N), được định nghĩa : 1N = 1kg. m/s2. SAI SỐ PHÉP ĐO . Sai số hệ thống: Giả sử một vật có độ dài thực là l =32,7mm. Dùng một thước có độ chia nhỏ nhất 1 milimét để đo l , ta chỉ có thể xác định được l có giá trị nằm trong khoảng giữa 32 và 33 mm, còn phần lẻ không thể đọc trên thước đo. Sự sai lệch này, do chính đặc điểm cấu tạo của dụng cụ đo gây ra, gọi là sai số dụng cụ. Sai số dụng cụ là không thể tránh khỏi, thậm chí nó còn tăng lên khi điểm 0 ban đầu bị lệch đi , mà ta sơ xuất trước khi đo không hiệu chỉnh lại ( Hình 2). Kết quả là giá trị đại lượng đo thu được luôn lớn hơn, hoặc nhỏ hơn giá trị thực. Sai lệch do những nguyên nhân trên gây ra gọi là sai số hệ thống. Sai số ngẫu nhiên: Lặp lại phép đo thời gian rơi tự do của cùng một vật giữa hai điểm A,B, ta nhận được các giá trị khác nhau. Sự sai lệch này không có nguyên nhân rõ ràng, có thể do hạn chế về khả năng giác quan của con người dẫn đến thao tác đo không chuẩn, hoặc đo điều kiện làm thí nghiệm không ổn định, chịu tác động của các yếu tố ngẫu nhiên bên ngoài ... Sai số gây ra trong trường hợp này gọi là sai số ngẫu nhiên. Giá trị trung bình. Sai số ngẫu nhiên làm cho kết quả phép đo trở nên kém tin cậy. Để khắc phục người ta lặp lại phép đo nhiều lần. Khi đo n lần cùng một đại lượng A, ta nhận được các giá trị khác nhau : A1, A2, ...An. Giá trị trung bình của chúng : . (7.1) sẽ là giá trị gần đúng nhất với giá trị thực của đại lượng A . 4. Cách xác định sai số của phép đo a/ Trị tuyệt đối của hiệu số giữa trị trung bình và giá trị của mỗi lần đo gọi là sai số tuyệt đối ứng với lần đo đó : ; ; ..... (7.2) Sai số tuyệt đối trung bình của n lần đo được tính theo công thức : ( 7.3) Giá trị xác định theo ( 7.3) là sai số ngẫu nhiên. Như vậy, để xác định sai số ngẫu nhiên ta phải đo nhiều lần. Trong trường hợp không cho phép thực hiện phép đo nhiều lần (n < 5), người ta không tính sai số ngẫu nhiên bằng cách lấy trung bình (7.3), mà chọn giá trị cực đại DAmax trong số các giá trị sai số tuyệt đối thu được từ (7.2) . b/ Sai số tuyệt đối của phép đo là tổng sai số ngẫu nhiên và sai số dụng cụ : ( 7.4) Trong đó DA’ là sai số hệ thống gây bởi dụng cụ, thông thường có thể lấy bằng nửa hoặc một độ chia nhỏ nhất trên dụng cụ. Trong một số dụng cụ đo có cấu tạo phức tạp, ví dụ đồng hồ đo điện đa năng hiện số, sai số dụng cụ được tính theo một công thức do nhà sản xuất quy định. Chú ý: - Sai số hệ thống do lệch điểm 0 ban đầu là loại sai số cần phải loại trừ, bằng cách chú ý hiệu chỉnh chính xác điểm 0 ban đầu của dụng cụ đo trước khi tiến hành đo. - Sai sót : Trong khi đo, còn có thể mắc phải sai sót. Do lỗi sai sót, kết quả nhận được khác xa giá trị thực. Trong trường hợp nghi ngờ có sai sót, cần phải đo lại và loại bỏ giá trị sai sót. Cách viết kết quả đo : Kết quả đo đại lượng A không cho dưới dạng một con số, mà cho dưới dạng một khoảng giá trị trong đó chắc chắn có chứa giá trị thực của đại lượng A : ( - DA) < A < (+ DA ) hay là : (7.5) Chú ý : Sai số tuyệt đối của phép đo DA thu được từ phép tính sai số thường chỉ được viết đến một hoặc tối đa là hai chữ số có nghĩa, còn giá trị trung bình được viết đến bậc thập phân tương ứng. Các chữ số có nghĩa là tất cả các chữ số có trong con số, tính từ trái sang phải, kể từ chữ số khác 0 đầu tiên. Ví dụ: Phép đo độ dài quãng đường s cho giá trị trung bình = 1,36832 m, với sai số phép đo tính được là Ds = 0,0031 m, thì kết quả đo được viết, với lấy một chữ số có nghĩa, như sau : s = ( 1,368 0,003 ) m. Sai số tỉ đối dA của phép đo là tỉ số giữa sai số tuyệt đối và giá trị trung bình của đại lượng đo, tính bằng phần trăm : dA = ( DA/ A ). 100% Sai số tỉ đối càng nhỏ thì phép đo càng chính xác. Cách xác định sai số phép đo gián tiếp Để xác định sai số của phép đo gián tiếp, ta có thể vận dụng quy tắc sau đây : Sai số tuyệt đối của một tổng hay hiệu, thì bằng tổng các sai số tuyệt đối của các số hạng . Sai số tỉ đối của một tích hay thương, thì bằng tổng các sai số tỉ đối của các thừa số. Ví dụ : Giả sử F là đại lượng đo gián tiếp, còn X, Y, Z là những đại lượng đo trực tiếp. - Nếu F = X+Y- Z , thì : DF = DX + DY+ DZ - Nếu F = X.Y/Z , thì : dF = dX + dY+ dZ Nếu trong công thức vật lý xác định đại lượng đo gián tiếp có chứa các hằng số ( ví dụ : p, e,...) thì hằng số phải được lấy gần đúng đến số lẻ thập phân sao cho sai số tỉ đối do phép lấy gần đúng gây ra có thể bỏ qua, nghĩa là nó phải nhỏ hơn 1/10 tổng các sai số tỉ đối có mặt trong cùng công thức tính. Ví dụ : Xác định diện tích vòng tròn thông qua phép đo trực tiếp đường kính d của nó : S = p..d2/4. Biết d = 50,6 0,1 mm. Sai số tỷ đối của phép đo S : DS/ S = 2.Dd/d + Dp/p = 0.4% + Dp/p Trong trường hợp này, phải lấy p = 3,142 để cho Dp/p < 0,04%. Nếu công thức xác định đại lượng đo gián tiếp tương đối phức tạp, các dụng cụ đo trực tiếp có độ chính xác tương đối cao, sai số phép đo chủ yếu gây bởi các yếu tố ngẫu nhiên, thì người ta thường bỏ qua sai số dụng cụ. Đại lượng đo gián tiếp được tính cho mỗi lần đo, sau đo lấy trung bình và tính sai số ngẫu nhiên trung bình như trong các biểu thức (7.1, 7.2, 7.3 ). Tóm tắt Phép đo một đại lượng vật lý là phép so sánh nó với đại lượng cùng loại được quy ước làm đơn vị. Phép so sánh trực tiếp thông qua dụng cụ đo gọi là phép đo trực tiếp. Phép xác định một đại lượng vật lý qua một công thức liên hệ với các đại lượng đo trực tiếp, gọi là phép đo gián tiếp. Giá trị trung bình khi đo nhiều lần một đại lượng A : , là giá trị gần nhất với giá trị thực của đại lượng A. Sai số tuyệt đối ứng với mỗi lần đo : ; ; ..... (7.2) Sai số ngẫu nhiên là sai số tuyệt đối trung bình của n lần đo : ( 7.3) Sai số dụng cụ DA' có thể lấy bằng nửa hoặc một độ chia nhỏ nhất trên dụng cụ. Kết quả đo đại lượng A được cho dưới dạng : , trong đó DA là tổng sai số ngẫu nhiên và sai số dụng cụ : , được lấy tối đa đến hai chữ số có nghĩa, còn được viết đến bậc thập phân tương ứng Sai số tỉ đối dA của phép đo là tỉ số giữa sai số tuyệt đối và giá trị trung bình của đại lương đo, tính bằng phần trăm : dA = ( DA/ A ). 100% Sai số của phép đo gián tiếp, được xác định theo các quy tắc : Sai số tuyệt đối của một tổng hay hiệu, thì bằng tổng các sai số tuyệt đối của các số hạng . Sai số tỉ đối của một tích hay thương, thì bằng tổng các sai số tỉ đối của các thừa số. Câu hỏi và bài tập Dùng một đồng hồ đo thời gian có độ chia nhỏ nhất 0.001s để đo n lần thời gian rơi tự do của một vật bắt đầu từ điểm A (vA=0) đến điểm B, kết quả cho trong bảng dưới đây : Hãy tính thời gian rơi trung bình , sai số ngẫu nhiên, sai số dụng cụ, và sai số phép đo thời gian. Phép đo này là trực tiếp hay gián tiếp ? Nếu chỉ đo 3 lần (n=1,2,3) thì kết quả đo bằng bao nhiêu? Dùng một thước mm đo 5 lần khoảng cách s giữa hai điểm AB đều cho một giá trị như nhau bằng 798 mm. Tính sai số phép đo này và viết kết quả đo. 3. Cho công thức tính vận tốc tại B : v=2s/t, và gia tốc rơi tự do g = 2s/t2, dựa vào các kết quả đo ở trên và các qui tắc tính sai số đại lượng đo gián tiếp đã học, hãy tính v, g, Dv, Dg và viết các kết quả cuối cùng ? Bảng 1 n t ti t’ 1 0.398 2 0.399 3 0.408 4 0.410 5 0.406 6 0.405 7 0.402 TB ----****---- TP3 - Thí nghiệm thực hành KHẢO SÁT CHUYỂN ĐỘNG RƠI TỰ DO XÁC ĐỊNH GIA TỐC RƠI TỰ DO. BÁO CÁO THỰC HÀNH Họ và tên : ............................. lớp :.................... Ngày .............................. Tên bài thực hành : ................................................................................. I. Trả lời câu hỏi : Sự rơi tự do là gì ? Đặc điểm của rơi tự do ?Công thức tính gia tốc rơi tự do ? .............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. II. Kết quả : Bảng 1 : Khảo sát chuyển động rơi tự do Vị trí đầu của vật rơi : s0 =...................(mm) Lần đo s(mm) Thời gian rơi t (s) 1 2 3 TB 50 200 800 Nhận xét : s2 = 4s1 ® t2 = 2t1 . s3 = 16s1 ® t3 = 4t1 . Kết quả cho thấy : s ~ t2 . Kết luận : Chuyển động rơi tự do là một chuyển động ........................................... Bảng 2 : Xác định gia tốc rơi tự do : Vị trí đầu của vật rơi : s0 =...................(mm) Lần đo s(m) Thời gian rơi t (s) t t 2 g= 2s/ t2 v=2s/t 1 2 3 4 5 0,200 0,300 0,400 0,500 0,600 0.700 0.800 Theo bảng 2 : Tính t , t2 ứng với mỗi cặp giá trị ( s, t ) và ghi vào bảng 2. Vẽ đồ thị : s = s(t2) Đồ thị : v = v(t) chuyển động........................................................ ..................... Gia tốc rơi tự do có thể xác định theo góc nghiêng a của đồ thị : g = 2 tga =......................... Khi đã xác định được chuyển động rơi tự do là một chuyển động nhanh dần đều, ta có thể xác định các giá trị của g theo công thức g = 2s/t2 và vận tốc của vật rơi tại cổng F theo công thức : v = 2s/t ứng với mỗi lần đo. Hãy tính các giá trị trên và ghi vào bảng 1. Vẽ đồ thị v=v(t) dựa trên các số liệu của bảng 1, để một lần nữa nghiệm lại tính chất của chuyển động rơi tự do: Đồ thị v =v(t) có dạng một đường...... ....., tức là vận tốc rơi tự do......... theo thời gian. Vậy chuyển động của vật rơi tự do là chuyển động................................ Tính và Dg1 = ...... Tính Viết kết quả : Gia tốc rơi tự do đo được là : g = ............... CÂU HỎI Em hãy so sánh kết quả tính g theo các cách ở trên, và cho ý kiến nhận xét ? kết quả nào đáng tin cậy hơn ? Vì sao sau khi nhấn nút trên hộp công tắc ngắt điện vào nam châm để thả vật rơi và khởi động bộ đếm thời gian, ta lại phải nhả nhanh nút trước khi vật rơi đến cổng E? Em có thể đề xuất một phương án thí nghiệm khác , vẫn dùng các dụng cụ nêu trên , để đo g đạt kết quả chính xác hơn ?. TP4 - Thí nghiệm thực hành CHUYỂN ĐỘNG CỦA VẬT TRÊN MẶT PHẲNG NGHIÊNG ĐO HỆ SỐ MA SÁT. A B Hình 1- Đo hệ số ma sát trên mặt phẳng nghiêng. I. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM: Vận dụng phương pháp động lực học để nghiên cứu lực ma sát tác dụng vào một vật chuyển động trên mặt phẳng nghiêng. Đo hệ số ma sát nghỉ cực đại, hệ số ma sát trượt, so sánh các giá trị thu được từ thực nghiệm. II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHƯƠNG PHÁP ĐỘNG LỰC HỌC 1. Cho một vật nằm trên mặt phẳng nghiêng P, với góc nghiêng a so với mặt nằm ngang. Khi a nhỏ , vật vẫn nằm yên trên P, không chuyển động. Tăng dần độ nghiêng, khi a đạt giá trị a0 nào đó vật bắt đầu chuyển động trượt xuống với gia tốc a nào đó . Đại lượng : m0 = tg a0 (1) có giá trị bằng hệ số ma sát nghỉ cực đại. 2. Khi a ³ a0 , vật trượt nhanh dần đều với gia tốc a, độ lớn của a chỉ phụ thuộc g