(TIỂU LUẬN) báo cáo TỔNG kết cá NHÂN THÍ NGHIỆM vật lý đo KHỐI LƯỢNG RIÊNG của vật rắn ĐỒNG NHẤT TRÌNH tự THÍ NGHIỆM

MỤC LỤCBÀI 1 ĐO KHỐI LƯỢNG RIÊNG CỦA VẬT RẮN ĐỒNG NHẤT TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM...3 BÀI 2 XÁC ĐỊNH GIA TỐC TRỌNG TRƯỜNG BẰNG CON LẮC THUẬN NGHỊCH...4 BÀI 3 XÁC ĐỊNH MÔMEN QUÁN TÍNH CỦA TRỤC Đ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM KHOA KHOA HỌC ỨNG

TP.HCM, ngày 26 tháng 11 năm 2021

MỤC LỤC

BÀI 1 ĐO KHỐI LƯỢNG RIÊNG CỦA VẬT RẮN

ĐỒNG NHẤT TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM 3 BÀI 2 XÁC ĐỊNH GIA TỐC TRỌNG TRƯỜNG

BẰNG CON LẮC THUẬN NGHỊCH 4 BÀI 3 XÁC ĐỊNH MÔMEN QUÁN TÍNH CỦA TRỤC ĐẶC

VÀ LỰC MA SÁT TRONG Ổ TRỤC QUAY 6 BÀI 5 XÁC ĐỊNH HỆ SỐ NHỚT CỦA CHẤT LỎNG

THEO PHƯƠNG PHÁP STOKES 9 BÀI 6 KHẢO SÁT MẠCH DAO ĐỘNG TÍCH PHÓNG

DÙNG ĐÈN NEON ĐO ĐIỆN TRỞ VÀ ĐIỆN DUNG 11 BÀI 7 LÀM QUEN SỬ DỤNG DỤNG CỤ ĐO ĐIỆN

KHẢO SÁT CÁC MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ XOAY CHIỀU 13 BÀI 8 XÁC ĐỊNH CHIẾT SUẤT CỦA THỦY TINH

BẰNG KÍNH HIỂN VI TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM 15

BÀI 9 ĐO TIÊU CỰ CỦA THẤU KÍNH

HỘI TỤ THẤU KÍNH PHÂN KỲ 17

2

BÀI 1

ĐO KHỐI LƯỢNG RIÊNG CỦA VẬT RẮN ĐỒNG NHẤT

A CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Khối lượng riêng của một vật là đại lượng vật lý biểu thị phân bố khối lượng

tại từng vị trí trên vật, có trị số bằng khối lượng của một đơn vị thể tích Đối với một

riêng của một vật đồng nhất, ta cần phải xác định

khối lượng M và thể tích V của vật.

Đó là nội dung của hai phần thí nghiệm được trình bày trong phần trình tự thí nghiệm

dưới đây

B.TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM

I.ĐO KÍCH THƯỚC VÀ XÁC ĐỊNH THỂ TÍCH CỦA CÁC VẬT RẮN CÓ

HÌNH DẠNG ĐỐI XỨNG

1. Đo kích thước để xác định thể tích của một chiếc vòng đồng bằng thước kẹp

Ta dùng thước kẹp đo đường kính ngoài D, đường kính trong d và độ cao h

của khối trụ rỗng

Thực hiện 3 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

2 Xác định thể tích của khối hình hộp bằng thép đặc biệt

Đo chiều dài a, chiều rộng b và chiều cao c bằng thước kẹp

Đặt các chiều a, b và c của vật vào đầu 1 và 1’ của thước kẹp đo tương tự như

trên Thực hiện 3 lần phép đo các chiều a, b và c của vật tại các vị trí khác nhau Đọc

và ghi giá trị của a, b, c trong mỗi lần đo

3 Xác định thể tích của khối viên bi thép (khối cầu) Đo đường kính của viên bi bằng

thước kẹp

Đặt viên bi tựa vào đầu 1 và 1’ của thước kẹp đo đường kính D đọc tương

tự như trên Thực hiện 3 lần phép đo đường kính D của viên bi tại các vị trí khác

nhau của viên bi

II.CÂN KHỐI LƯỢNG CỦA MỘT VẬT TRÊN CÂN KỸ THUẬT

1 CÂN KHỐI LƯỢNG m CỦA MỘT VẬT

a) Xác định độ nhạy S và chính xác α của cân

- Chưa 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 khôngtải Nếu kim chỉ thị K không chỉ đúng số 0 hoặc dao động không đều về hai phía số 0 trênthước T thì phải điều chỉnh cân để đạt được vị trí số 0

- Vặn núm xoay N (ngược chiều kim đồng hồ) để cân ở trạng thái “nghỉ” Đặt quả cân10mg lên đĩa cân bên trái, sau đó lại vặn núm xoay N để cân “hoạt động” Đọc số độ chia ntrên thước T ứng với độ dời của kim chỉ thị K so với vị trí số 0 trên thước T

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 lượt 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 3

lần phép cân khối lượng của vật

3

điểm treo của con lắc.

Vị trí cân bằng của con lắc trùng với phươngthẳng đứng của đường thẳngG Khi kéo con lắc lệch

α nhỏ, rồi buông nó ra thì khỏi vị trí cân bằng một góc 1

thành phần của trọng lực P = mg tác dụng lên con

mômen lực

Con lắc vật lý sử dụng trong bài này gồm một thanh kim loại 6, trên đó có gắnhai con dao cố định 1 và 2 nằm cách nhau một khoảng L = không đổi (Hình 2)

phẳng nằm ngang của gối

đỡ 5 Hai quả nặng 3 và 4 gắn cố định trên thanh kim loại 6 Gia trọng C có dạng một đai ốc lắp trên thân ren 4, có thể dịch chuyển bằng cách vặn xoay quanh trục ren 4, dùng để thay đổi vị trí khối tâm G,

được đặt trên giá đỡ 9 và tấm chân đế 10 có các vít điều chỉnh thăng bằng ,

Số dao động và thời gian tương ứng được đo trên máy đo thời gian hiện số.Máy đo thời gian hiện số là loại dụng cụ đo thời gian chính xác cao (độ chia nhỏ nhất0,01s) Nó có thể hoạt động như một đồng hồ bấm giây, được điều khiển bằng cáccổng quang điện

máy

2 Cổng quang điện 8 (Hình 2) gồm một điôt phát ra tia hồng ngoại, và một

điôt nhận tia hồng ngoại từ chiếu sang Dòng 1

đo thời gian Khi con lắc dao động, thanh kim loại 6 đi vào khe của cổng quangđiện 8 sẽ chắn chùm tia hồng ngoại chiếu từ sang , sẽ phát ra tín hiệu truyềntheo dây dẫn đi tới máy đo thời gian, điều

khiển máy hoạt động Cơ chế như vậy cho

phép đóng ngắt bộ đếm của máy đo thời gian hầu như không có quán tính Cổng quang điện 8 được đặt

B.TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM

4

cho công thức (10) được thoả mãn), để con lắc vật lý

trở thành con lắc thuận nghịch Cách làm như sau:

1 Vặn gia trọng C về sát quả nặng 4 Dùng thước cặp đo khoảng cách giữa chúng

thể vặn về thật

Trong nhiều trường hợp con lắc được chế tạo sao cho gia trọng C có 0

sát quả nặng 4 tức là Ghi giá trịvào bảng 1 Đặt con lắc lên giá đỡ theochiều thuận (chữ

"Thuận" xuôi Hình 3: Máy đo thời gian hiện số chiều và hướng về

4 Biểu diễn kết quả đo trên đồ thị: trục tung dài 120mm, biểu diễn thời gian 50 và

nhau và các điểm 50 với nhau bằng các đoạn thẳng, giao của chúng là điểm gần

thẳng 50 dốc hơn đường thẳng 50 , có nghĩa là ở bên trái điểm cắt nhau thì

cho ta rút ra nhận xét cần dịch chuyển gia trọng C theo hướng nào để thu được kết quả

tốt nhất sao cho 50 = 50 Lưu ý mỗi lần dịch chuyển chỉ xoay gia trọng C 01hoặc 02 vòng Lặp

lại phép đo 5 cho đến khi sai biệt giữa 50 và 50 nhỏ hơn 0,05s.

7 Cuối cùng, khi đã xác định được vị trí tốt nhất của gia 1 2

đến 5 lần để lấy kết quả vào bảng 2 ∆L =± 1mm

1 ,

2 Ghi vào bảng 1

8 Dùng thước 1000mm đo khoảng cách L giữa hai lưỡi dao

(Chỉ đo cẩn thận một lần, lấy sai số dụng cụ )

9 Thực hiện xong thí nghiệm, tắt máy đo và rút phích cắm điện của nó ra khỏi nguồn ~ 220V

5

BÀI 3 XÁC ĐỊNH MÔMEN QUÁN TÍNH CỦA TRỤC ĐẶC VÀ LỰC MA SÁT

TRONG Ổ TRỤC QUAY

A CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Gia tốc góc α của một vật rắn quay quanh một trục cố định ∆ tỉ lệ thuận với mômen

lực M tác dụng lên vật rắn và tỉ lệ nghịch với mômen quán tính I của vật rắn đó đối

với trục quay ∆ : β =M

Đây là phương trình cơ bản của chuyển động quay của vật rắn Mômen quán

tính I2đặc trưng cho quán tính của vật rắn trong chuyển động quay và đo bằng đơn vị

kg

Có thể xác định mômen quán tính của bánh xe và lực ma sát của ổ trục quay

gối trong hai ổ trục 1 2 gắn cố định vào giá đỡ G dựng thẳng đứng trên hộp chân đế

H Một sợi dây mảnh và không dãn được cuốn xít nhau thành một lớp trên trục quay:

của nó nhờ bộ thiết bị thí nghiệm (Hình 1) Một bánh xe khối lượng M có trục quay

một đầu buộc vào trục, đầu kia treo quả nặng khối lượng m Vị trí của quả nặng m

được xác định trên thước thẳng milimét T Nhờ bộ điều khiển Đ (có 4 núm bấm

F-1-2- 3) nối với máy đo thời gian hiện số và đầu cảm biến quang điện QĐ, ta có thể dễ

dàng khởi động máy và tự động đo khoảng thời gian chuyển động của hệ vật gồm quả

nặng m và bánh xe M

Lúc đầu, bánh xe M đứng yên và quả nặng m ở vị trí A có độ cao so với vị

trí thấp nhất của nó tại B và thế năng dự trữ của hệ vật là mg Sau đó ℎ1

chuyển động dưới tác dụng của trọng lực

của quả nặng Khi đó quả nặng m

ℎ1

tịnh tiến từ A đến B và bánh xe M quay

6

vị trí A↔B và gạt núm "TIME RANGE" sang vị trí 9,999 Bấm khoá

K: các chữ số hiện thị trên cửa sổ "n = N-1" và cửa sổ "TIME"

7

Bấm núm 3 của bộ điều khiển Đ (đặt trên xà ngang của giá đỡ G) để nhả máphanh hãm bánh xe M : bánh xe M quay và sợi dây cuộn trên trục của nó nhả dần ra.Giữ quả nặng m đứng yên ở vị trí thấp nhất B của nó Vặn các vít V ở đáy hộp chân

đế H để điều chỉnh giá đỡ G thẳng đứng sao cho sợi dây treo quả nặng m (coi như dâyrọi) song song với mặt thước thẳng milimét T và đáy của quả nặng m nằm ở vị tríthấp nhất B Dịch chuyển cảm biến quang điện QĐ xuống phía dưới ngay vị trí thấpnhất B của quả nặng m

2 Sau đó lại dịch chuyển cảm biến QĐ để tăng dần độ cao của nó tới vị trí tại đó các chữ số hiện thị trên mặt máy đo thời gian bắt đầu "nhảy" (thay đổi giá trị) thì dừng lại.Vị trí này của cảm biến QĐ trên thướcℎ 0 milimét T trùng đúng với vị trí thấp nhất B

của đáy quả nặng m ứng với độ cao Đọc và ghi toạ độ của vị trí B trên thước

milimét T

3 Quay nhẹ nhàng bánh xe M để sợi dây treo quả nặng m cuốn vào trục quay của bánh

xe thành một lớp xít nhau cho tới khi đáy của quả nặng m nằm ở vị trí cao nhất A tuỳ ý chọntrước (có thể chọn trùng với vị trí nằm trong khoảng từ số 5 đến số 10 trên thước milimét T).Bấm núm F của bộ điều khiển Đ để hãm bánh xe đứng yên tại vị trí A Đặt một cạnh củathước êke ép sát vào mặt thước thẳng milimét T và cạnh

kia của thước êke chạm sát đáy của quả nặng m để xác định toạ độ của vị trí cao nhất A tại đáy quả ℎnặng 1 m trên thước milimét T Khi đó độ cao của đáyℎ 1 quả nặng m

tại vị trí A bằng : = - (7) Tính và ghi giá trị của độ cao vào bảng 1 Bấm núm

"RESET" trên mặt máy đo thời gian hiện số để các chỉ thị hiện số chuyển

về số 0

thời gian hiện số: hệ vật (bánh xe M + quả nặng m) bắt đầu chuyển động và máy đo thời gian bắt đầu đếm Ngay sau đó, bấm tiếp núm 2 của bộ điều khiển Đ để đóng mạch của cảm biến quang điện QĐ Khi quả nặng m rơi xuống đến vị trí thấp

trên đoạn đường từ A

đến B có độ dài = - sẽ hiện thị trên cửa sổ "THỜI GIAN" Tiếp tục theo rõichuyển động đi lên của quả nặng m đến khi nó đạt tới vị trí C có độ cao cực đại thìnúm F của bộ điều khiển Đ để hãm bánh xe M Dùng thước êke để xác định toạ

độcủa vị trí C trên thước thẳng milimét T tương tự như đối với vịℎ 2 trí A đã nói ở

hiện số chuyển về số 0

5 Bấm núm 3 của bộ điều khiển Đ để hạ quả nặng m xuống vị trí B thấp nhất Thựchiện lặp lại 5 lần các động tác (3) và (4) Lưu ý: vị trí cao nhất A chỉ xác định 1 lần, khi lặplại thí nghiệm ta cần đưa vật về vị trí A như cũ Đọc và ghi vào bảng 1 giá trị của khoảng thờigian chuyển động t của hệ vật và giá trị các độ cao tương ứng h1, h2 trong mỗi lần đo

8

BÀI 5 XÁC ĐỊNH HỆ SỐ NHỚT CỦA CHẤT LỎNG THEO PHƯƠNG PHÁP

STOKES

A CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Khi chất lỏng chuyển động thành lớp

trong một ống hình trụ theo hướng song song

với trục Ox của ống, người ta nhận thấy vận

tốc định hướng v của các phân tử trong các

lớp chất lỏng có trị số giảm dần tới 0 theo

hướng Oz (vuông góc với Ox) tính từ tâm O

đến thành ống (Hình 1) Sự khác nhau về trị

số vận tốc định hướng của các lớp chất lỏng

là do ở mặt tiếp xúc giữa các lớp này đã xuất

hiện các lực nội ma sát có tác dụng cản trở

chuyển động tương đối của chúng

Bản chất của lực nội ma sát có thể giải thích theo thuyết động học phân tử, bởi sự

trao đổi động lượng của các phân tử giữa các lớp chất lỏng có vận tốc định hướng khác

nhau Các phân tử của lớp chuyển động nhanh A, khuếch tán sang lớp chuyển động chậm

B, truyền bớt động lựợng cho các phân tử của lớp B, làm tăng vận tốc định hướng cho lớp

B Ngược lại, các phân tử của lớp chuyển động chậm B, khuếch tán sang lớp chuyển động

nhanh A, thu bớt động lượng của các phân tử của lớp A, làm

vận tốc định hướng của lớp A giảm

Thực nghiệm chứng tỏ trị số của lực nội ma sát giữa hai lớp chất lỏng cóvận tốc định hướng là v và v+dv, nằm cách nhau một

khoảng dz dọc theo phương Oz,

chất lỏng và giảm khi nhiệt độ tăng Đơn vị đo của là kg/m.s.

η

η

η

B TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM

1 Đo đường kính d của viên bi bằng thước Panme

Trước khi đo cần kiểm tra điểm “0” của Panme Dùng giẻ sạch lau nhẹ hai mặt đầu của đầu tựa cố định 2 và trục vít 4 (Hai mặt này được đánh bóng như

gương), vặn từ từ trục quay trượt 5 cho đến khi nghe tiếng tách tách Quan sát

vạch “0” trên thước tròn 3 Nếu Panme đã được điều chỉnh đúng thì vạch “0”

trên thước tròn 3 trùng với đường vạch chuẩn trên thân vít 1 Trưòng hợp không

trùng, hãy nhờ cán bộ hướng dẫn chỉnh lại, hoặc ghi lại độ lệch “0” để sau thêm

bớt Nếu vạch “0” nằm dưới đường chuẩn n vạch thì kết quả đo phải trừ đi 0,01n

(mm) và ngược lại

Để đo đường kính d của viên bi, ta đặt viên bi tựa vào đầu cố định 2, rồivặn từ từ đầu 5 để trục vít 4 tiến vào tiếp xúc với viên bi cho tới khi nghe thấy

tiếng "tách tách" thì ngừng lại, gạt nhẹ cần 6 sang phía trái để hãm trục vít 4

-Nếu mép thước tròn nằm sát bên phải vạch N của dãy vạch nguyên(nằm phía trên đường chuẩn) của thước kép, còn đường chuẩn trùng với vạch

thứ m của thước tròn, thì đường kính viên bi là : d = N + 0,01.m (mm)

- Nếu mép thước tròn nằm sát bên phải vạch N’ của dãy vạch bán nguyên(nằm phía dưới đường chuẩn) của thước kép, còn đường chuẩn trùng

9

với vạch thứ m của thước tròn, thì đường kính viên bi là : d = N’ + 0,01.m = N+ 0,5 + 0,01.m (mm).

Trong đó N là vạch nguyên (dãy trên) nằm kề sát bên trái vạch N’

-Hay dùng công thức d = 0,5.k + 0,01.m (mm) (với k là tổng số vạchhiện ra cả trên và dưới đường chuẩn không tính vạch 0; đường chuẩn trùng vớivạch thứ m của thước tròn)

2.Đo khoảng thời gian chuyển động τ của viên bi rơi trong chất lỏng

2.1 Lắp đặt và điều chỉnh thăng bằng

Vặn các chân vít ở mặt đáy của hộp chân đế 8 (Hình 3) để điều chỉnh sao choống thuỷ tinh 2 đựng chất lỏng hướng thẳng đứng Giữ nguyên vị trí của các đầu cảmbiến 4 và 5 nằm phía cuối ống cách nhau khoảng 30cm Cắm phích lấy điện của bộthiết bị vật lý (Hình 5) vào ổ điện ~ 220V Bấm khoá K trên mặt máy: đèn LED phátsáng và các chữ số hiện thị trong các cửa sổ "TIME" và "N" trên mặt máy

2.2 Điều chỉnh độ nhạy Điều chỉnh độ nhạy của cảm biến 4 và 5 của bộ đo thời gianhiện số như sau:

- Vặn cả hai núm xoay 6 và 7 ngựợc chiều kim đồng hồ về vị trí tận cùng bêntrái

- Điều chỉnh độ nhạy của cảm biến 5 (nằm ở dưới) bằng cách xoay thật từ từ númxoay 7, theo chiều kim đồng hồ về bên phải cho tới khi các chữ số hiện thị trên cửa sổ

"TIME" bắt đầu đổi trạng thái (từ đứng yên chuyển sang nhảy số hoặc ngược lại) thì dừng,rồi vặn trả lại về bên trái một chút (khoảng 1/3- 1/2 độ chia của nó) Cần làm đi làm lại vài balần để tìm thấy chính xác vị trí ngưỡng M của núm (7) tại đó bộ đếm lật trạng thái, để có thểđặt nó đúng vị trí bên trái sát điểm M, đủ nhạy để khi viên bi đi qua cảm biến 5, bộ đếm phảilật Có thể kiểm tra lại vị trí này bằng cách chạm nhẹ viên bi vào mặt của cảm biến 5 sátthành ống: nếu các chữ số hiện thị trên cửa sổ "TIME" thay đổi trạng thái thì cảm biến 5 đãđược điều chỉnh đủ nhạy để hoạt động

Thực hiện động tác tương tự đối với núm xoay 6 để điều chỉnh độ nhạy của cảm biến 4 (phía trên)

Cuối cùng bấm nút "RESET" để đưa các chữ số hiện thị trên các cửa sổ đềutrở về “0”, hệ thống sẵn sàng đo Lưu ý rằng, ta chỉ có thể điều chỉnh ngưỡng lật trạngthái cho một cảm biến khi cảm biến kia nằm ở trước ngưỡng lật (bên trái điểm M)

Trong trường hợp không muốn dùng cảm biến, bộ đo thời gian có thể dùngnhư một đồng hố bấm dây điện tử với độ chính xác 10-3 s, nút bấm bố trí ngay trênnắp hộp máy Khi đó các núm điều chỉnh (6), (7) phải vặn về tận cùng trái

2.3 Đo thời gian rơi của viên bi

Thả nhẹ viên bi qua phễu định tâm để nó rơi thẳng đứng dọc theo trục của ốngthuỷ tinh đựng chất lỏng Khi viên bi đi qua tiết diện ngang của cảm biến 4 hoặc 5, nó

sẽ làm xuất hiện một xung điện có tác dụng khởi động hoặc dừng bộ đếm thời gian

hiện số Khoảng thời gian rơi của viên bi trên khoảng cách L giữa hai cảm biến 4 và 5hiện thị trên cửa sổ TIME

Thực hiện 10 lần động tác này với cùng một viên bi đã chọn Đọc và ghi giátrị của hiện thị trong cửa sổ "TIME" ứng với mỗi lần đo vào bảng 1

(Bên trái của cửa sổ "TIME" còn có cửa sổ hiện thị "N" để theo dõi số lần hoạtđộng của các cảm biến 4 và 5: mỗi lần viên bi đi qua một cảm biến, chữ số hiện thịtrong cửa sổ "N" lại tăng thêm một đơn vị)

Sau mỗi lần đo, lấy viên bi ra khỏi ống nối 11 bằng cách dùng một nam châmnhỏ (đặt trong hộp 10), áp sát nam châm vào ống nối 11 tại vị trí có viên bi và dịchchuyển nam châm nhẹ nhàng để viên bi bám theo, trượt dọc theo thân ống nối 11 lên

10