Giáo trình Thí nghiệm vật lý đại cương I

Đại lượng đo không có giá trị xác định Khi đo đường kính viên bi, do viên bi không hoàn toàn là hình cầu nên kết quả đo theo các phương khác nhau sẽ khác nhau… Trong các trường hợp ấy,

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI KHOA NĂNG LƯỢNG - BỘ MÔN VẬT LÝ

THÍ NGHIỆM VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG I

NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC TỰ NHIÊN VÀ CÔNG NGHỆ

HÀ NỘI - 2009

LỜI MỞ ĐẦU

Để đáp ứng nhu cầu về tài liệu học tập của sinh viên, thay mặt bộ môn Vật lý trường Đại

học Thủy lợi chúng tôi biên soạn cuốn sách “Thí nghiệm vật lý đại cương I” để làm tài liệu

học tập cho sinh viên của trường

Những bài thí nghiệm được chọn lọc sao cho đạt những mục đích, yêu cầu của môn học vật lý ở các trường đại học kĩ thuật mà Bộ Giáo dục và Đào tạo đã thông qua, đồng thời còn phải phù hợp với khả năng trang thiết bị của phòng thí nghiệm

Thí nghiệm vật lý đại cương là một phần quan trọng của giáo trình vật lý đại cương, với mục đích giúp sinh viên hiểu được một số vấn đề sau:

1 Hiểu sâu hơn phần lý thuyết, củng cố lý thuyết, kết hợp lý thuyết với thực hành

2 Nắm được một số phương pháp, dụng cụ cơ bản của vật lý Biết cách tiến hành đo chính xác các đại lượng vật lý và sử dụng một số dụng cụ máy móc thông thường một cách thành thạo, đồng thời biết cách xử lý kết quả các phép đo

3 Rèn luyện tác phong khoa học thực nghiệm như tính cẩn thận, kiên nhẫn, khéo léo… góp phần xây dựng phương pháp độc lập nghiên cứu, suy luận thực tế cần thiết để sau này làm tốt công tác nghiên cứu khoa học và kỹ thuật của người kỹ sư

4 Giúp sinh viên b ước đầu biết cách báo cáo kết quả mà tự mình đo đạc được

Trong khi biên soạn, chúng tôi chú ý tới vấn đề tinh giản và đề cao tính độc lập nghiên cứu của sinh viên Trước khi thí nghiệm, sinh viên cần nắm vững bài lý thuyết sai số để biết

ph ương pháp tính toán và tính toán cho nhanh

Trước khi làm thí nghiệm bài nào, sinh viên cần phải đọc kỹ lý thuyết bài đó ở nhà Trong khi thí nghiệm, phải ghi các số liệu đo được cẩn thận, sạch sẽ và được sự kiểm tra của giáo viên để về nhà tính toán, kết quả và báo cáo thí nghiệm phải nộp cho giáo viên vào đầu buổi thí nghiệm sau

Với khả năng cũng như trang thiết bị sẵn có, chúng tôi không thể tránh được những thiếu sót, rất mong nhận được sự nhận xét đóng góp ý kiến của các bạn để lần tái bản sẽ tốt hơn Chúng tôi xin cảm ơn các đồng nghiệp thuộc bộ môn Vật lý - Khoa Năng lượng - Trường Đại học Thuỷ lợi, đặc biệt là Thầy Trần Anh Kỳ, cô Hàn Hoà Bình đã đóng góp nhiều ý kiến trong quá trình biên soạn cuốn sách này

Hà Nội, ngày 7 tháng 1 năm 2009

Các tác giả Lương Duy Thành, Phan Văn Độ

MỤC LỤC

Bài 3: Xác định bước sóng và vận tốc của sóng âm bằng phương pháp sóng dừng 27

V Câu hỏi kiểm tra 34

Bài 6: Xác định tỷ số nhiệt dung phân tử của chất khí bằng phương pháp dãn đoạn nhiệt 38

Bài 8: Khảo sát hiện tượng dãn nở nhiệt, đo hệ số nở dài của các vật rắn 49

Phần I Lý thuyết sai số

Phần I

LÝ THUYẾT SAI SỐ

I NHỮNG NGUYÊN NHÂN GÂY NÊN SAI SỐ TRONG CÁC PHÉP ĐO

Khi đo các đại lượng vật lý, ta không thể tìm được giá trị đúng của nó vì những nguyên nhân sau đây:

1 Dụng cụ đo không hoàn hảo

Những dụng cụ đo dù có tinh vi đến mấy cũng có một độ chính xác giới hạn

Ví dụ: đồng hồ đo điện, có loại chính xác đến 0,1 (A), có loại chính xác đến 0,01 (A), có loại chính xác đến 0,001 (A)…

Mỗi dụng cụ có một độ chính xác nhất định, để đo một đại lượng, chúng ta không tìm được kết quả cao hơn độ chính xác của dụng cụ Ví dụ dùng Ampe kế có độ chính xác đến 0,1 A

để đo cường độ dòng điện ta không thể thu được độ chính xác cao hơn độ chính xác của dụng cụ

Nếu dụng cụ đã cũ, mòn, kém phẩm chất thì kết quả thu được còn kém hơn nhiều Như vậy, dụng cụ đo cũng là một nguyên nhân gây nên sai số trong phép đo

2 Giác quan

Mắt một người dù rất tinh, khi đo độ dài của chiếc bàn cũng không thể nào đặt cho đầu

thước hoàn toàn trùng với đầu của bàn Khi chuyển thước để đo tiếp, cũng không thể đặt cho đầu thước ở lần đo sau nằm đúng cuối thước ở lần trước được Đặc biệt khi người ta phải kết hợp nhiều giác quan như mắt, tai, tay, chân… đồng thời thì càng khó thống nhất Đó cũng là

nguyên nhân gây sai số trong các phép đo

3 Đại lượng đo không có giá trị xác định

Khi đo đường kính viên bi, do viên bi không hoàn toàn là hình cầu nên kết quả đo theo các phương khác nhau sẽ khác nhau… Trong các trường hợp ấy, ta không thể tìm được trị số đúng của vật Ngoài ra sự thay đổi bất thường của dụng cụ đo, của môi trường tiến hành thí nghiệm của vật đo, sự nhầm lẫn của người đo cũng gây nên sai số Như vậy, mọi phép đo đều mắc phải sai số nào đó

II PHÂN LOẠI SAI SỐ

1 Sai số nhất định

Sai số nhất định là sai số do một nguyên nhân nhất định nào đó gây nên làm cho kết quả của phép đo thay đổi theo một chiều nhất định (hoặc tăng lên hoặc giảm đi) Nguyên nhân của sai số này thường do dụng cụ gây ra

Ví dụ: Kim chỉ của Ampe không chỉ đúng vạch “0” khi không có dòng điện chạy qua Độ

“0” của du xích không trùng với độ “0” của thước kẹp khi hai hàm của thước khít nhau

Người làm thí nghiệm có nhiệm vụ tìm ra tất cả các nguyên nhân đó và xác định những số hiệu chỉnh của dụng cụ trước khi tiến hành đo để hiệu chỉnh được kết quả đó

Ví dụ: khi chưa có dòng điện chạy qua, kim của Ampe kế đã chỉ 0,1A thì phải coi giá trị 0,1 A là giá trị “0” của Ampe kế Khi đọc cường độ mà Ampe kế chỉ là 0,8A thì thực tế dòng điện trong phép đo đó là 0,7A (0,8 - 0,1 = 0,7A)

Vì vậy, khi dùng một dụng cụ nào phải thử dụng cụ đó theo đúng lời chỉ dẫn kèm theo dụng cụ Khi đã biết được số hiệu chỉnh và hiệu chỉnh kết quả đó rồi, thì sai số nhất định không được kể là sai số nữa

2 Sai sót

Sai sót là loại sai số sinh ra khi đo hay quan sát vội vàng, không cẩn thận, hoặc do hiện tượng xảy ra quá nhanh không kịp quan sát Ví dụ: đọc nhầm 17,5 thành 1,75; nghe nhầm 32 thành 22; cộng khối lượng các cân không để ý tới đơn vị

Để tránh những sai sót này khi tiến hành thí nghiệm phải hết sức chú ý, thận trọng, đọc đi đọc lại nhiều lần

3 Sai số bất định

Sai số bất định là sai số không do một nguyên nhân cụ thể nào gây nên và làm cho kết quả đo khi thì lớn hơn, khi thì nhỏ hơn giá trị đúng của đại lượng đo Sai số bất định phần lớn do giác quan của người làm thí nghiệm không được tốt gây ra Ví dụ: mắt không phân biệt được chỗ giao nhau của hai vạch chia trên thước, bấm đồng hồ giây không đúng lúc hiện tượng xảy ra

Sai số bất định một phần cũng do đại lượng phải đo thay đổi bất thường, do những nguyên nhân không rõ ràng gây ra Ví dụ: dòng điện thay đổi thất thường, quả cầu không tròn đều…

Như vậy, sai số bất định là ngẫu nhiên nên ta không thể hiệu chỉnh được kết quả đo Do vậy, ta phải đánh giá được kết quả đo bằng cách tính các sai số đó

Dưới đây ta chỉ nói đến cách tính sai số bất định, còn sai số nhất định và sai sót không nói tới, vì người làm thí ngiệm phải có nhiệm vụ loại bỏ chúng

III ĐỊNH NGHĨA SAI SỐ

1 Sai số tuyệt đối

Sai số tuyệt đối là sai số của phép đo đại lượng a trong lần đo thứ i là hiệu trị số đúng a

và giá trị số đo được aitrong lần đo ấy

1

Như vậy, sai số tuyệt đối cho ta biết đại lượng đo bị lệch so với giá trị thực là bao nhiêu

2 Sai số tuơng đối

Sai số tương đối của phép đo đại lượng a là tỷ số giữa sai số tuyệt đối của phép đo và trị

số đúng của đại lượng phải đo

a

a

a= ∆

δ hay ∆a=δa.a Sai số tương đối cho ta biết mức độ chính xác của phép đo Tức là phép đo sai số bao nhiêu phần trăm

Ví dụ: khi đo hai đại lượng a, b ta được các kết quả:

a = 1 (m) và ∆a = 0,01 (m)

b = 10 (m) và ∆b=0,01 (m) hai phép đo này có sai số tuyệt đối bằng nhau nhưng sai số tương đối khác nhau

%101,

δ

%1,0001,

Vì giá trị thực chưa biết nên sai số tuyệt đối cũng chưa biết Trong thực tế, khi phải đo

một đại lượng a nào đó người ta sẽ đo giá trị này nhiều lần rồi lấy giá trị trung bình của các phép đo riêng biệt thay cho a

n

a a

a a

a a

2 Trường hợp riêng

Trong trường hợp chỉ đo a được một lần và đảm bảo không sai sót hoặc đo nhiều lần

như-ng kết quả đều giốnhư-ng nhau, thì như-người ta lấy sai số tuyệt đối của a bằnhư-ng một nửa giá trị của độ

chia nhỏ nhất khắc trên dụng cụ

Ví dụ: đo chiều dài thanh AB nhiều lần được kết quả 235 (mm) bằng thước đo chia đến 1 (mm) tức là độ chính xác tới 0,5 (mm) thì kết quả đó là:

AB = (235,0 ± 0,5) mm

V SAI SỐ CỦA NHỮNG ĐẠI LƯỢNG ĐO GIÁN TIẾP

Nhiều đại lượng không đo được trực tiếp mà phải thông qua việc đo các đại lượng khác rồi dùng công thức tính toán mới ra kết quả

Ví dụ: muốn đo thể tích hình trụ ta phải đo đường kính d và độ cao h của hình trụ rồi

dùng công thức:

h

d V

4

2π

x= . thì

c

c b

b a

a x

x a

c r b

b m a

a n x

x d

c

b a

Nếu đại lượng y phụ thuộc vào đại lượng x theo hàm số y= f( )x thì sai số tuyệt đối ∆y

tính theo ∆x như sau:

x ) x ( f

∆ =Trong đó f'(x) là đạo hàm của hàm số y= f( )x theo x Nếu y phụ thuộc vào nhiều biến

dạng: y= f(x,z,u, ) thì:

∂

∂+

f x x

f y

Như vậy, muốn tính sai số tuyệt đối của đại lượng đo gián tiếp, hoặc ta áp dụng định lý 1

và tính sai số theo phép tính vi phân hoặc tính sai số tương đối theo định lý 2 rồi suy ra sai số tuyệt đối

VI CÁC CHÚ Ý QUAN TRỌNG KHI TÍNH VÀ VIẾT SAI SỐ

1 Trong trường hợp đại lượng đo gián tiếp y = f(x, z, u,…) ta có thể tính y như sau:

, ) u , z , x ( f

y =

2 Khi tính sai số, nếu gặp một tổng của nhiều sai số tương đối, trong đó có những số hạng nhỏ hơn 1/10 số hạng khác thì ta có thể bỏ qua số hạng nhỏ đó Khi không cần tính chính xác lắm, chúng ta được phép làm tròn các con số để tính cho nhanh, miễn sao đừng làm giảm sai số (tăng tử số và bớt mẫu số đi một chút)

Ví dụ:

71,3

08,023,2

02,0223,38

03,0

++

8200

571,3

08,023,2

02,0

≈

∆

a a

3 Khi tính sai số tuyệt đối và sai số tương đối chỉ nên lấy đến hai con số có nghĩa thôi và con số lẻ thứ hai phải đảm bảo lớn hơn 1/10 con số lẻ đứng trước nó

Ví dụ: ∆b= 0,021 chỉ lấy ∆b= 0,02

10

1001,

VII BIỂU DIỄN KẾT QUẢ BẰNG ĐỒ THỊ

Giả sử đại lượng y và đại lượng x phụ

thuộc nhau theo một mối tương quan y =

f(x) nào đó mà chỉ có thể suy ra từ đồ thị

Làm thí nghiệm nhiều lần, cứ mỗi giá trị

của x ta có một giá trị y tương ứng Trên

đồ thị Oxy, ứng với mỗi cặp điểm (xi, yi)

ta được một điểm Ai Tuy nhiên, do mỗi

Tập hợp các cặp (xi ±∆ xi, yi±∆ yi) cho phép ta vẽ được đường cong biểu diễn hàm y = f(x)

Khi vẽ phải chú ý sao cho:

a) Đường cong phải rõ nét không gẫy khúc (vì các đại lượng vật lý biến thiên liên tục)

b) Đường cong đi qua các tâm Ai thì càng tốt nếu không thì phải cắt tất cả các hình chữ nhật sao cho tâm của các hình chữ nhật phân bố đều hai bên đường cong

c) Trường hợp có một vài hình chữ nhật nằm tách hẳn ra ngoài tập hợp các hình khác

(chẳng hạn A5) thì phải loại bỏ hình đó đi và coi kết quả thí nghiệm ứng với hình đó là có sai sót

d) Đồ thị phải vẽ trên giấy kẻ ô vuông, dùng tỷ lệ thích hợp để sao cho đường biểu diễn nằm gọn trong giấy, gốc toạ độ không nhất thiết phải là số “0”

VIII BÀI TẬP VÀ CÂU HỎI KIỂM TRA

1 Hãy tính sai số và kết quả của y Biết:

a)

c

b a

y

2

= với: a = (1,35 ± 0,02), b = (5,210 ± 0,015), c = (1,93 ± 0,03 )

b) y=e−xcosu với: x = (1,12 ± 0,03), u = (4,190 ± 0,024) rad

2 Hãy nêu cách vẽ đường cong thực nghiệm Khi sử dụng đường cong đó để tìm cặp giá

trị chưa đo sai số phải tính như thế nào?

Phần II Làm quen với các dụng cụ thí nghiệm

Phần II LÀM QUEN VỚI CÁC DỤNG CỤ ĐO

Thước kẹp (hình 1) có cấu tạo gồm:

- Thước chính T trên đó có các vạch chia

đều đến 1 mm

- Thước phụ T’ (gọi là du xích) có thể

trượt dọc theo thân thước chính T

Hai hàm 1 và 1’ gắn liền với thân thước, hai hàm 2 và 2’ di động cùng theo du xích T’

Khi 1 và 2 trùng khít nhau thì điểm “0” của du xích trùng với điểm “0” của thước

Khi khoảng cách giữa hai hàm 1 và 2 là D thì khoảng cách giữa hai điểm “0” của du xích

và thước cũng cách nhau là D Muốn đo chiều dài của vật ta kẹp vật bởi hai hàm 1 và 2, vặn

chốt 3 rồi đọc kết quả Nếu muốn đo đường kính trong của vật ta dùng hai hàm 1’

và 2’

2 Nguyên tắc hoạt động của du xích và cách đọc

Những thước thường dùng chỉ chia đến 10-3

m hay 10-4m nên ta chỉ đo được kích thước chính xác tới 5.10-4m Nhờ du xích ta có thể xác định được chính xác tới 1.10-5

m

Du xích là bộ phận quan trọng của thước kẹp Số vạch chia trên du xích sẽ cho phép ta xác định được cấp chính xác của thước Thông thường người ta tạo ra trên du xích khoảng 20 – 50 vạch chia, khi đó cấp chính xác của

thước được xác định bằng giá trị một vạch

chia của thước chính trên tổng số vạch của

du xích

Ví dụ như đối với loại du xích có 20

vạch chia thì người ta lấy 19 khoảng trên

thước thường (tức 19 mm) đem chia

thành 20 phần bằng nhau Vậy mỗi phần

chia có độ dài là 19/20 mm và so với

thước thường mỗi khoảng chia của du

xích bé đi một đoạn:

Hình 1 Thước kẹp

Hình 2 Cách hiệu chỉnh vạch số 0

Giả sử sau khi các hàm 1 và 2 kẹp một vật nào

đó để đo kích thước Trên thước có bảng chia, ta thấy

điểm “0” của du xích giữa vạch 8 và 9 của thước

thường (hình 2)

Độ dài của vật sẽ là d với 8mm < D < 9mm Khi

đó phần nguyên của D là 8mm =8.10-3m Muốn đọc

phải dùng du xích, ta tìm xem vạch nào của thước và

du xích trùng nhau nhất Chẳng hạn trên hình vẽ thấy

vạch số 5 của du xích trùng với vạch bất kỳ của

thước thường thì phần lẻ của D sẽ là:

với a = 1 mm là giá trị 1 vạch chia trên thước chính T, ∆ là cấp chính xác của thước kẹp,

n là số vạch trên thước chính T giữa hai vạch 0 của thước chính và vạch 0 của du xích cho giá

trị nguyên của kích thước (không tính vạch 0), m là số vạch trên du xích T’nằm giữa vạch 0

của du xích và vạch thứ m tại đó có sự trùng khít với một vạch nào đó trên thước chính T

về trái hay phải mà hiệu chỉnh kết quả

Phần II Làm quen với các dụng cụ thí nghiệm

Panme bao gồm một thân hình trụ rỗng R gắn với phần cố định A, D (hình 3) Bên trong

R là lõi B gắn chặt với một du xích Z Nếu dùng chốt vặn V làm quay du xích đi một vòng, thì đầu B dịch chuyển đi một khoảng 0,5 mm Du xích được chia thành 50 khoảng đánh số từ 0 đến 50 Như vậy, khi vặn V sao cho 1 vạch trên du xích đi qua gốc, thì B dịch chuyển đi một khoảng:

∆d = 0,5: 50 = 0,01 mm = 10-5

m Trên thân R, người ta đã chia

du xích và xem đó là vạch 0 mới và hiệu chỉnh kết quả bằng cách cộng trừ số vạch lệch ứng với mỗi lần đọc kết quả

b Cách đo và đọc kết quả

Giả sử khi mép của A và B đã kẹp vào

vật cần đo, các vị trí số của thước và du xích

nằm ở vị trí như hình 4 Qua hình vẽ ta thấy

+ bc được xác định thông qua du xích như trên hình 4b Ta thấy vạch gốc trùng với vạch

44 trên du xích Tuy nhiên, giả thiết lúc hiệu chỉnh số O, vạch gốc lệch hai vạch như hình 4a

Do vậy: bc = (44 + 2).10-5

m

→ Độ dài vật: d = 2,5.10-3 + 46.10-5 = 296.10-5 m

Câu hỏi kiểm tra

- Nguyên tắc của du xích trong hai dụng cụ trên?

B DỤNG CỤ ĐO ĐIỆN (ĐỒNG HỒ VẠN NĂNG)

dòng điện một chiều, xoay chiều, điện trở, điện dung của tụ điện… Nhờ một núm chuyển mạch để chọn thang đo sao cho phù hợp với đại lượng cần đo

- Tuỳ theo đại lượng đo mà chọn thang đo và các lỗ cắm thích hợp

- Các đồng hồ vạn năng khác nhau thì cách sử dụng có đôi chỗ khác nhau về chức năng nhưng về cơ bản cách sử dụng là giống nhau Sau đây là nguyên tắc chung để đo một số đại lượng thông thường:

1 Đo điện trở

(a) (b)

Hình 1 Sơ đồ đo điện trở bằng đồng hồ vạn năng hiện số

Xoay núm chuyển mạch về thang đo điện trở (Ω) và hai đầu que đo vào hai lỗ cắm COM

và VΩ như hình 1a Sau đó đưa đầu 2 que đo vào điện trở cần đo như hình 1b, chú ý không được chạm tay vào chân linh kiện vì đồng hồ sẽ không chính xác khi đo cả điện trở của tay người Cũng không nên đo điện trở của linh kiện khi nó đang mắc trong mạch bởi điện trở có thể là của linh kiện khác trong mạch

Phần II Làm quen với các dụng cụ thí nghiệm

2 Đo cường độ dòng điện

a) Đo cường độ dòng điện

một chiều A – DC:

Xoay núm chuyển mạch của

đồng hồ về thang đo dòng điện

một chiều ADC (Việc chọn thang

đo tuỳ thuộc vào dòng cần đo)

Mắc nối tiếp đồng hồ với thiết bị

cần đo Đọc số chỉ trên màn hình

b) Đo cường độ dòng điện

xoay chiều A – AC:

Xoay núm chuyển mạch của

đồng hồ về thang đo dòng điện

xoay chiều (AC - A) Mắc nối tiếp đồng hồ với thiết bị cần đo Đọc số chỉ trên màn hình

3 Đo hiệu điện thế

a Đo hiệu điện thế một chiều VDC:

Xoay núm chuyển mạch của đồng

hồ về thang đo hiệu điện thế một chiều

VDC, đưa hai que đo: que dương (đỏ)

vào cực dương; que âm (đen) vào cực

âm Đọc chỉ số trên màn hình Nếu

trước chỉ số có dấu (-) ta phải đảo lại

đầu que đo

b Đo hiệu điện thế xoay chiều

VAC:

Xoay núm chuyển mạch của đồng

hồ về thang đo hiệu điện thế xoay chiều

VAC Đưa 2 đầu que đo vào 2 điểm cần

đo, đọc chỉ số hiển thị trên màn hình

4 Một số lưu ý khi sử dụng đồng hồ

đo điện

Các thang đo thế và dòng có độ

nhạy cao nhất thường là 200mV và 200µA hoặc 2mA, được dùng để đo các hiệu điện thế và

dòng điện một chiều rất nhỏ Cần rất thận trọng khi sử dụng các thang này Nếu vô ý để hiệu

điện thế hoặc dòng điện lớn gấp 5 ÷ 10 lần giá trị thang đo này, có thể gây ra hư hỏng trầm

trọng cho đồng hồ Vì vậy, các quy tắc nhất thiết phải tuân thủ khi sử dụng đồng hồ vạn

năng hiện số là:

a) Không bao giờ được phép chuyển đổi thang đo khi đang có điện ở đầu đo

Hình 2 sơ đồ đo cường độ dòng điện bằng đồng hồ

vạn năng hiện số

Hình 3 Sơ đồ đo hiệu điện thế bằng đồng hồ

vạn năng

b) Không áp đặt điện áp, dòng điện vượt quá giá trị thang đo Trường hợp đại lượng đo chưa biết, thì hãy đo thăm dò bằng thang đo lớn nhất, rồi rút điện ra để chọn thang thích hợp c) Để đo cường độ dòng điện nhỏ chạy trong đoạn mạch, ta dùng hai dây đo cắm vào hai

lỗ “COM” (lỗ chung) và “mA hoặc A” trên đồng hồ Hai đầu còn lại của dây đo được mắc

nối tiếp với đoạn mạch Núm chọn thang đo được vặn về các vị trí thuộc giải đo DCA để đo

dòng điện một chiều, ACA để đo dòng điện xoay chiều Sau lỗ “A” bên trong đồng hồ có cầu chì bảo vệ, nếu dòng điện đo vượt quá giá trị thang đo, lập tức cầu chì bị thiêu cháy, tất cả các thang đo dòng điện nhỏ ngừng hoạt động cho đến khi một cầu chì mới được thay Điều tai hại tương tự cũng xảy ra nếu chúng ta mắc Ampe kế song song với hai đầu đoạn mạch có hiệu điện thế

Hãy rất thận trọng khi sử dụng các thang đo dòng, không để cháy cầu chì!

d) Để đo cường độ dòng điện lớn 0 ÷ 10A, ta dùng hai dây đo cắm vào hai lỗ “COM” (lỗ

chung) và lỗ “10A” (hoặc 20A) trên đồng hồ Hai đầu cốt còn lại của dây đo được mắc nối

tiếp với đoạn mạch Chuyển mạch chọn thang đo được vặn về các vị trí DCA-10A để đo dòng

điện một chiều, ACA-10A để đo dòng điện xoay chiều Sau lỗ 10A (hoặc 20A), bên trong

đồng hồ không có cầu chì bảo vệ, nếu bị đoản mạch thường gây cháy, nổ ở mạch điện hoặc ở

nguồn điện

e) Để đo hiệu điện thế một chiều, xoay chiều hoặc đo điện trở, ta dùng hai dây đo cắm vào hai lỗ “COM” (lỗ chung) và lỗ “VΩ” trên mặt đồng hồ Hai đầu còn lại của dây đo được

mắc song song với đoạn mạch Chuyển mạch chọn thang đo được vặn về các vị trí thuộc giải

đo DCA để đo hiệu điện thế một chiều, ACV để đo hiệu điện thế xoay chiều, và Ω để đo điện trở

Tóm lại: chọn thang đo đúng, và không nhầm lẫn khi thao tác đo thế và dòng là hai yếu tố

quyết định bảo vệ an toàn cho đồng hồ

Phần III Các bài thí nghiệm

Phần III CÁC BÀI THÍ NGHIỆM BÀI SỐ 1: XÁC ĐỊNH HỆ SỐ CĂNG MẶT NGOÀI CỦA CHẤT LỎNG

4 – Bình kim loại nối với ống dẫn và van

III CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Các phân tử trong mọi chất luôn tương tác với nhau bằng lực tương tác phân tử, chúng hút nhau khi ở xa nhau và đẩy nhau khi tiến lại khá gần nhau Lực hút giữa các phân tử giảm

nhanh tới không khi khoảng cách giữa chúng tăng đến một giá trị r0 nào đó Nói cách khác, mỗi phân tử chỉ tương tác với những phân tử nằm cách chúng một khoảng nhỏ hơn hoặc bằng

r0 Khoảng cách r0 là bán kính tác dụng của phân tử Trong chất lỏng, các phân tử nằm sâu trong lòng chất lỏng chịu các lực hút cân bằng về mọi phía của các phân tử bao quanh nó

trong phạm vi hình cầu có bán kính r0, hình cầu này được gọi là hình cầu bảo vệ Đối với các phân tử nằm cách mặt thoáng của chất một khoảng

nhỏ hơn r0, hình cầu bảo vệ của nó chỉ nằm một

phần trong chất lỏng, phần còn lại trong chất khí

Hơn nữa, số phân tử chất khí rất nhỏ so với số

phân tử chất lỏng nằm trong hình cầu bảo vệ nên

lực hút của các phân tử khác tác dụng lên phân tử

đó không bù trừ nhau hoàn toàn (hình 1) Kết quả

là các phân tử nằm gần mặt thoáng của chất lỏng

chịu tác dụng của lực tổng hợp hướng vào trong

chất lỏng và vuông góc với mặt thoáng của chất

lỏng Dưới tác dụng của lực hút tổng hợp này, các

phân tử bị hút vào trong lòng chất lỏng

Do chuyển động nhiệt, một số phân tử phía trong lại chuyển ra phía mặt ngoài của chất lỏng Trong mỗi đơn vị thời gian, số lượng phân tử bị hút vào phía trong chất lỏng lớn hơn rất

Hình 1 Hình cầu bảo vệ của các phân tử

chất lỏng

nhiều so với số phân tử chuyển ra mặt ngoài, do đó số phân tử ở mặt ngoài liên tục giảm và mặt ngoài của chất lỏng liên tục bị co lại cho tới khi trạng thái cân bằng động được thiết lập, nghĩa là khi số phân tử bị hút vào trong bằng số phân tử chuyển ra mặt ngoài của chất lỏng trong mỗi đơn vị thời gian Như vậy khi không có ngoại lực tác dụng thì một khối chất lỏng

có thể tích cho trước sẽ bị co về trạng thái sao cho diện tích mặt ngoài nhỏ nhất Như đã biết, trong tất cả các hình có cùng thể tích thì hình cầu có diện tích mặt ngoài nhỏ nhất Vì vậy các giọt chất lỏng khi chỉ có nội lực tác dụng thì luôn có dạng hình cầu Muốn làm tăng diện tích mặt ngoài của chất lỏng, cần phải thực hiện công để kéo các phân tử nằm sâu trong lòng chất

lỏng ra mặt ngoài của nó Công ∆A cần thiết để làm tăng diện tích mặt ngoài lên một lượng

∆S sẽ tỷ lệ thuận với ∆S:

Trong đó a là công cần thiết để kéo một phân tử chất lỏng từ phía trong ra mặt ngoài, n là

số phân tử trên một đơn vị diện tích mặt ngoài, σ = na được gọi là hệ số căng mặt ngoài của

chất lỏng Để xác định lực căng mặt ngoài, ta dùng một khung dây chữ nhật BCDF, trong đó cạnh BC có thể trượt tự do dọc theo hai cạnh BE và CD

(hình 2) Nhúng khung dây vào dung dịch xà phòng theo

phương thẳng đứng sau đó nhấc nó ra khỏi dung dịch,

trên khung xuất hiện một màng xà phòng: đó là một một

lớp chất lỏng có hai mặt thoáng ở hai bên của khung

dây Do lực tương tác phân tử, mặt ngoài của chất lỏng

bị co lại và kéo cạnh BC chuyển động, lực làm cho BC

chuyển động gọi là lực căng mặt ngoài Lực này có

phương vuông góc với đường giới hạn và có phương tiếp

tuyến với mặt thoáng của chất lỏng Ngoại lực F để

thắng lực căng mặt ngoài đã thực hiện công ∆A khi cạnh

với L là độ dài của cạnh BC, ∆S = 2L∆h là độ biến thiên diện tích mặt ngoài về cả hai

phía của lớp chất lỏng trên khung dây BCDE So sánh công thức (2) và (3), chúng ta suy ra

trong đó F/2 là lực tác dụng lên một phía của cạnh BC Như vậy, hệ số căng mặt ngoài có

trị số bằng lực tác dụng lên một đơn vị dài của đường giới hạn mặt ngoài chất lỏng Đơn vị

của σ là N/m Trị số của σ phụ thuộc vào bản chất và trạng thái của chất lỏng, đồng thời phụ

thuộc vào bản chất và trạng thái của môi trường chất khí nằm tiếp xúc phía trên chất lỏng

Trong khoảng nhiệt độ không quá lớn, σ giảm tuyến tính theo sự tăng của nhiệt độ

Hình 2 Lực căng mặt ngoài tác dụng lên dây BC

Phần III Các bài thí nghiệm

Từ công thức (4), chúng ta có thể xác định hệ số

căng mặt ngoài bằng cách đo lực kéo F tác dụng vuông

góc với mặt thoáng chất lỏng để kéo các vật rắn bứt ra

khoải mặt thoáng Vì vật rắn bị chất lỏng làm dính ướt

nên khi vật bị kéo ra khỏi chất lỏng thì đồng thời cũng

có một phần chất lỏng bị kéo lên theo, nghĩa là diện tích

mặt thoáng của chất lỏng tăng lên Nhưng do mặt

thoáng của chất lỏng luôn có xu hướng co lại do tác

dụng của lực căng mặt ngoài nên có một lực căng tác

dụng lên vật hướng vào chất lỏng

Nếu vật rắn tiếp xúc với mặt chất lỏng chịu tác

dụng của một lực đúng bằng lực căng thì vật sẽ bị bứt

ra khỏi mặt chất lỏng Xét một vòng kim loại có đường kính ngoài D, đường kính trong d nằm tiếp xúc với mặt nước Khi tác dụng lên vòng kim loại một lực F để nâng nó lên (hình 3), một

màng nước giữa vòng và mặt nước sẽ được tạo thành Mặt ngoài của màng nước kéo vòng

xuống với môt lực F1 = σπD, mặt trong kéo vòng xuống với một lực F2 = σπd Khi vòng kim

loại vừa bị bứt ra khỏi mặt nước thì lực kéo F có trị số đúng bằng lực căng tổng hợp kéo vòng

kim loại xuống (không tính đến trọng lực của vòng kim loại vì nó đã được bù trù bởi hệ thống các quả cân), nghĩa là:

F = F1 + F2 = σπ(D + d)

Từ đó suy ra hệ số căng mặt ngoài của nước là:

Chú ý: Trong thí nghiệm này chúng ta sẽ xác định hệ số căng mặt ngoài của nước bằng

cách dùng thước kẹp để đo đường kính trong d, đường kính ngoài D của một ống kim loại hình trụ rỗng và dùng cân kỹ thuật để xác định lực kéo vuông góc F

IV TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM

1 Đo đường kính ngoài và đường kính trong của hình trụ bằng thước kẹp

Dùng thước kẹp đo đường kính ngoài D và đường kính trong d của ống hình trụ rỗng, mỗi

đường kính đo năm lần ở các vị trí khác nhau Đọc và ghi lại kết quả đo được

2 Đo lực kéo F để bứt vòng kim loại khỏi mặt nước

a Giới thiệu cân phân tích hiện số

Cân phân tích hiện số là dụng cụ đo khối lượng từ 0 đến 200 g với cấp chính xác tới

10-4 g Về cấu tạo và nguyên lý làm việc, cân phân tích hiện số giống như cân phân tích bình

thường (xem tài liệu thí nghiệm bài: xác định khối lượng riêng bằng cân và thước kẹp)

Điểm khác nhau giữa cân phân tích thường và cân phân tích hiện số là thay vì sử dụng hộp quả cân trong cân phân tích thường thì trong cân phân tích hiện số, người ta treo sẵn các quả cân ở đòn cân bên trái (hình 4): núm 1 từ 0 ÷ 990 mg, núm 2 từ 1 ÷ 9 g, núm 3 từ 10 ÷ 199

g Khi xoay núm điều chỉnh đến quả cân nào thì quả cân ấy sẽ được đặt lên đòn cân Với cách làm việc như vậy, người ta có thể chọn được một khối lượng tuỳ ý trong phạm vi làm việc của cân

Hình 3 Khi lực kéo F bằng với tổng lực căng thì vòng kim loại bị bứt khỏi

mặt nước

Vị trí cân bằng của cân được kiểm tra

bằng vạch chuẩn trên màn hình Khi cân

chúng ta sẽ thấy xuất hiện trên màn hình một

thước động, ở chính giữa là số 0, bên trái có

hàng số từ số + 1 đến + 10, bên phải có hàng

số từ số - 1 đến - 10, mỗi trị số ứng với 0,1

mg Bình thường, khi không sử dụng thì toàn

bộ đòn cân và dao O được đặt tựa trên ba giá

đỡ nhỏ Ở vị trí này đòn cân và dao O sẽ

không tựa trên gối đỡ mã não - gọi là “trạng

thái nghỉ” của cân, khi đó đèn tắt và màn

hình không được chiếu sáng

Dưới bàn đá của cân có một núm xoay

Q Khi xoay núm Q theo chiều kim đồng hồ,

trụ cân đẩy gối đỡ lên, toàn bộ đòn cân chỉ

tựa trên cạnh của dao O, do đó đòn cân có

thể dao động quanh cạnh này: cân ở “trạng

thái làm việc”, đồng thời màn hình được bật

sáng Khi xoay núm Q theo chiều ngược lại,

trụ cân lại được hạ xuống và đòn cân lại tựa lên ba giá đỡ, cân trở về “trạng thái nghỉ”

b Đo lực kéo F bứt vòng kim loại khỏi mặt nước

- Treo ống kim loại vào chiếc móc của đòn cân bên phải, đặt các núm 1, 2, 3 ở vị trí số 0

- Kiểm tra sự cân bằng của cân bằng cách vặn núm Q để đưa cân về trạng thái “làm việc”, khi đó cân phải trong trạng thái cân bằng, vạch 0 của thước động phải trùng với vạch chuẩn của màn hình Nếu cân chưa cân bằng, hãy đưa cân về trạng thái nghỉ rồi nhẹ nhàng xoay các

đối trọng M để điều chỉnh cân cho tới khi đạt trạng thái cân bằng (chú ý: việc chỉnh cân phải

được sự đồng ý của giáo viên hướng dẫn)

- Đặt bình đựng nước lên nóc cân, mở từ từ van để dẫn nước vào cốc thuỷ tinh Đặt mắt ngang tầm mực nước để quan sát, khi nào đáy của hình trụ rỗng vừa tiếp xúc với mặt nước thì khoá van lại

- Đặt bình nước xuống bàn, từ từ mở van để dẫn nước ra khỏi cốc thuỷ tinh Đặt mắt ngang tầm mực nước để quan sát, khi nào đáy trụ kim loại nâng lên khỏi mặt nước và kéo theo một màng nước có độ cao khoảng 1,0 mm thì khoá van lại (lưu ý: lúc này lớp màng nước chưa đứt ra)

- Ống kim loại bị màng nước kéo xuống phía dưới nên làm cho đòn cân bị lệch đi Điều chỉnh các núm 1, 2, 3 để thả các quả cân xuống đòn cân đến khi nào màng nước bị đứt thì dừng

lại, khi đó trong lượng của các quả cân thả xuống đúng bằng lực căng mặt ngoài của lớp nước

Chú ý: các thao tác này phải hết sức nhẹ nhàng, các quả cân phải được thả dần dần từ nhỏ đến lớn, khi đã dùng hết quả cân ở núm thứ nhất, muốn chuyển sang núm thứ hai thì phải đưa núm thứ nhất về số 0

- Khi trọng lượng của các quả cân đúng bằng lực kéo F để bứt ống kim loại lên khỏi mặt

nước thì theo công thức (5), hệ số căng mặt ngoài của nước sẽ là:

Hình 4 Thiết bị thí nghiệm xác định hệ số căng

Phần III Các bài thí nghiệm

( ) (D d)

mg d

D

P

+

=+

=

ππ

- Thực hiện phép đo này 5 lần Đọc và ghi kết quả m (tổng khối lượng các quả cân) ứng

với mỗi lần đo vào bảng số liệu

- Khi làm xong thí nghiệm thì: dẫn nước ra khỏi bình, khoá van, đưa núm quả cân về

vị trí 0, tắt cân, lau sạch bàn

V CÂU HỎI KIỂM TRA

1 Giải thích nguyên nhân gây ra lực căng mặt ngoài của chất lỏng Nêu rõ phương chiều

và độ lớn của lực căng mặt ngoài

2 Nêu biểu thức, ý nghĩa và đơn vị đo của hệ số căng mặt ngoài

3 Trình bày phương pháp xác định hệ số căng mặt ngoài của chất lỏng

4 Mô tả nguyên tắc cấu tạo của cân phân tích hiện số Nêu rõ cách kiểm tra vị trí số không của cân Trình bày cách dùng cân phân tích để đo khối lượng của một vật

5 Nêu trình tự các bước làm thí nghiệm bài: xác định hệ số căng mặt ngoài của chất

lỏng

BÀI SỐ 2: XÁC ĐỊNH NHIỆT DUNG RIÊNG CỦA CHẤT RẮN

I MỤC ĐÍCH

Xác định nhiệt dung riêng của đồng và nhôm dựa vào hiện tượng trao đổi nhiệt

II DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM

1 Mẫu vật cần xác định nhiệt dung riêng: đồng, nhôm

2 Bình trao đổi nhiệt

III CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Vật rắn cần đo nhiệt dung riêng mx được nung nóng bằng nước tới nhiệt độ xác định t2

Sau đó được đưa vào một bình trao đổi nhiệt có chứa một lượng nước đã biết trước m1 Do sự chênh lệch nhiệt độ giữa mẫu vật và nước nên trong bình diễn ra sự trao đổi nhiệt khi chúng tiếp xúc nhau Quá trình trao đổi nhiệt diễn ra tới khi hệ đạt trạng thái cân bằng nhiệt, hỗn hợp

có nhiệt độ chung là t3

Ta dùng các ký hiệu sau:

mx: khối lượng của mẫu vật cần xác định nhiệt dung riêng

t2: nhiệt độ của mẫu vật khi đã được nung nóng (tới nhiệt độ sôi của nước)

Cx: nhiệt dung riêng của mẫu vật rắn

t3: nhiệt độ sau cùng cùng của mẫu vật rắn (khi đã đạt trạng thái cân bằng nhiệt)

m1: khối lượng nước trong bình trao đổi nhiệt

C1: nhiệt dung riêng của nước, C1 = 4186 (J/kg.K)

t1: nhiệt độ ban đầu của nước trong bình trao đổi nhiệt, cũng là nhiệt độ ban đầu của bình trao đổi nhiệt

m2: khối lượng của bình trao đổi nhiệt, m2 = 70,5 g

C2: nhiệt dung riêng của chất làm bình trao đổi nhiệt, C2 = 450 (J/kg.K)

Nhiệt lượng mà mẫu vật đã tỏa ra trong quá trình trao đổi nhiệt là

Qx = mxCx(t2 – t3) Nhiệt lượng thu vào của nước trong bình trao đổi nhiệt là

Q1 = m1C1(t3 – t1)

Phần III Các bài thí nghiệm

Nhiệt lượng mà bình trao đổi nhiệt đã hấp thụ là

Q2 = m2C2(t3 – t1) Theo định luật bảo toàn năng lượng, tổng nhiệt lượng toả ra bằng tổng nhiệt lượng thu vào nên chúng ta có

Qx = Q1 + Q2 hay Qx = mxCx(t2 – t3) = Q1 = m1C1(t3 – t1) + Q2 = m2C2(t3 – t1) Chúng ta suy ra

(2 3)

1 3 2 2 1 1

t t m

t t C m C m C

x

−+

- Đổ nước vào thiết bị nung

nóng sao cho lượng nước chiếm

khoảng 2/3 dung tích của bình,

sau đó đậy nắp lại (xoay nắp theo

chiều kim đồng hồ một nửa vòng

để đóng chặt nắp với bình)

- Lấy khoảng 250 ÷ 300 ml

nước sạch rồi cân khối lượng m1

của nó (chọn m1 = 270 g) Đổ

nước đã cân vào bình trao đổi

nhiệt, dùng đồng hồ đo nhiệt để đo nhiệt độ ban đầu t1của nước

- Cân các mẫu vật rắn (đồng và nhôm) để xác định khối lượng mx của chúng Ghi các số liệu đo được vào các bảng số liệu tương ứng

2 Tiến hành đo nhiệt dung riêng của đồng và nhôm

- Đặt mẫu đồng cần xác định nhiệt dung vào thiết bị nung nóng

- Nối thiết bị nung nóng vào nguồn điện 220 V Sau khi nước trong thiết bị nung nóng sôi

khoảng 2 đến 3 phút thì ngắt nguồn điện, dùng đồng hồ đo nhiệt để xác định nhiệt độ t2 của

nước Vì mẫu đồng đặt trong nước nên cũng có nhiệt độ t2

Bảng 1 – Thí nghiệm xác định nhiệt dung riêng của đồng

Theo dõi đồng hồ đo nhiệt đến khi nhiệt độ ngừng tăng và đạt giá trị ổn định t3 thì ghi lại giá trị này vào bảng 1

- Ghi các kết quả thu được vào bảng số liệu

- Lặp lại thí nghiệm trên với mẫu nhôm (Ghi các số liệu thực nghiệm vào bảng 2)

- Kết thúc thí nghiệm, tắt đồng hồ nhiệt, lau sạch và xếp gọn các dụng cụ

Bảng 2 – Thí nghiệm xác định nhiệt dung riêng của nhôm

IV CÂU HỎI KIỂM TRA

1 Trình bày khái niệm nhiệt dung riêng của các chất

2 Trình bày nguyên tắc xác định nhiệt dung riêng của chất rắn trong bài thí nghiệm trên

3 Trình bày vắn tắt các bước làm thí nghiệm

Phần III Các bài thí nghiệm

BÀI 3: XÁC ĐỊNH BƯỚC SÓNG VÀ VẬN TỐC CỦA SÓNG ÂM

3 Ống cao su để nối bình thông nhau

4 Giá đỡ và chân đế bằng kim loại

5 Bộ phát tần số âm chuẩn 500 Hz, 600 Hz, 700 Hz, âm

lượng điều chỉnh liên tục

6 Bộ thu âm điện tử có đồng hồ chỉ thị cộng hưởng

III CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Sóng dừng là hiện tượng giao thoa giữa hai sóng có cùng

chu kỳ, cùng biên độ và có độ lệch pha không đổi, lan truyền

cùng phương nhưng theo hai chiều ngược nhau, tạo nên các

bụng sóng (các điểm dao động với biên độ cực đại) xen giữa các

nút sóng (các điểm không dao động)

Có thể xác định bước sóng và vận tốc của sóng âm nhờ thiết

bị tạo sóng dừng của sóng âm (hình 1) Thiết bị gồm: một ống

thuỷ tinh hình trụ T có khắc thước milimet dọc theo ống, bình B

đựng nước được nối thông với ống hình trụ bằng ống nhựa mền

hoặc ống cao su, loa điện động Đ đặt gần sát phía trên miệng

của ống trụ được nối với bộ phát tần số âm chuẩn (không vẽ trên

hình), bộ phát âm chuẩn P có thể phát các âm có tần số 500 Hz,

600 Hz và 700 Hz Ống trụ T và bình B được gắn trên giá đỡ G

Núm chọn tần số, núm điều chỉnh độ nhạy và điều chỉnh âm lượng được bố trí trên mặt máy

Sóng âm có tần số f được phát ra từ loa điện động Đ truyền dọc theo cột không khí trong ống hình trụ T với vận tốc v tới phản xạ tại điểm N trên mặt thoáng của cột nước và giao thoa

với sóng tới, khi sóng tới và sóng phản xạ thoả mãn điều kiện cộng hưởng sẽ tạo ra sóng dừng

x1N = a cos2πft (1)

Vì điểm N cố định nên sóng phản xạ tại N sẽ ngược pha với sóng tới, tức là phương trình sóng phản xạ đổi dấu so với sóng tới Chúng ta có phương trình sóng phản xạ tại N có dạng

Xét một điểm M nằm cách N một khoảng y = MN Vì vận tốc sóng âm trong không khí là

v nên sóng tới tại điểm M sẽ sớm về thời gian hơn sóng tới tại N một lượng ∆t = y/v, tức là

phương trình sóng tới tại M có dạng

Ngược lại, sóng phản xạ từ N truyền từ N đến M sẽ chậm về thời gian hơn sóng phản xạ

tại N một lượng ∆t = y/v, nên phương trình sóng phản xạ tại M có dạng

=

λπ

πft sin y sin

a x

(6) Biên độ sóng tổng hợp là:

λ

π y

sin a

= k

Các công thức (8) và (9) cho thấy tại N sẽ là một nút sóng (vì khi k = 0 thì y = 0), đồng

thời các nút sóng và các bụng sóng xen kẽ với nhau một cách đều đặn, khoảng cách giữa hai nút hoặc hai bụng liên tiếp bằng một nửa bước sóng:

Nếu chúng ta thay đổi mực nước trong ống T sao cho cột không khí ON có chiều dài L

thoả mãn:

Phần III Các bài thí nghiệm

42

λλ+

= k

thì tại N có một nút sóng và tại đầu O (để hở) có một bụng sóng Khi đó âm lượng của âm

tại đầu O đạt cực đại nghĩa là có cộng hưởng âm Công thức (11) chính là điều kiện của sóng

dừng trong ống khí có một đầu kín, một đầu hở

Để xác định vị trí cộng hưởng của âm trong cột không khí ON, chúng ta dùng một bộ thu

âm điện tử chỉ thị cộng hưởng bằng kim quay trên mặt đo của microampe kế - μA (hình 1) Đầu cảm biến của bộ thu âm điện tử là một micro A nhỏ (kích thước cỡ 1 cm3) đặt gần miệng ống Khi có cộng hưởng âm, kim chỉ thị của microampe kế sẽ đạt cực đại trên mặt thang đo của nó Độ nhạy của bộ chỉ thị cộng hưởng này có thể điều chỉnh bằng núm ĐỘ NHẠY, độ to của âm do loa phát ra có thể điều chỉnh bằng núm ÂM LƯỢNG trên mặt máy

IV TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM

1 Điều chỉnh các vít ở đế máy để ống T có phương thẳng đứng (nếu ống đã có phương thẳng đứng rồi thì không điều chỉnh lại) Cắm Adapter của máy phát âm tần vào nguồn điện xoay chiều 220V Vặn núm tần số đến vị trí 700 Hz, khi đó máy phát âm tần hoạt động và

phát ra tần số f1 = 700 Hz

2 Dịch chuyển bình nước B lên cao sao cho mực nước trong ống trụ T tăng dần từ dưới đến khi mặt nước cách micro A khoảng 5 đến 7 cm thì dừng lại, trong quá trình dịch chuyển mức nước phải đồng thời theo dõi sự dịch chuyển của kim đồng hồ Khi kim đồng hồ gần đạt

vị trí cực đại thì dùng khoá K để điều chỉnh mức nước dịch chuyển thật chậm để phát hiện chính xác vị trí cộng hưởng Chú ý điều chỉnh các núm ÂM LƯỢNG và ĐỘ NHẠY để các

giá trị cực đại của đồng hồ vào khoảng 89 ÷ 90 vạch Ghi vị trí của mức nước L1 của mức nước trong ống T theo số chỉ trên thước milimet vào bảng 1

3 Tiếp tục dịch chuyển bình B lên cao để thay đổi mức nước trong ống trụ và tìm vị trí

cộng hưởng tiếp theo Ghi vị trí cộng hưởng L2 theo số chỉ trên thước milimet vào bảng 1 Thực hiện phép đo này 5 lần Khoảng cách giữa hai bụng sóng liên tiếp là:

1 2

1 =2d =2L −L

Suy ra vận tốc truyền âm trong không khí tại nhiệt độ của phòng thí nghiệm là

v = λ1f1 (13)

4 Thực hiện các bước (2), (3) đối với các tần số f2 = 600 Hz và f3 = 500 Hz Ghi các vị trí

L1 và L2 của mức nước trong ống trụ T trên thước milimet ứng với mỗi phép đo vào bảng số liệu Tương tự, xác định các bước sóng λ2, λ3 và các vận tốc truyền âm tương ứng theo các công thức (12) và (13)

5 Khi làm thí nghiệm xong, rút phích điện của máy phát âm tần ra khỏi nguồn điện

Bảng số liệu – Xác định bước sóng và vận tốc sóng âm f1 = 700 Hz

- Khi làm thí nghiệm, lúc đầu chúng ta có thể nâng bình B lên cao hết cỡ để nước từ bình chảy sang ống trụ Khi nước đã sang đầy ống trụ thì dùng tay gấp ống cao su lại sau

đó hạ bình xuống thấp nhất rồi từ từ thả tay ra để nước chảy ngược từ ống T sang bình B đồng thời theo dõi số chỉ của microampekế để xác định L 1 và L 2 Khi thấy có cộng hưởng thì phải nhanh tay gấp ống cao su lại để ghi lại vị trí đó sau đó lại thả từ từ ra để tìm vị trí cộng hưởng tiếp theo

V CÂU HỎI KIỂM TRA

1 Định nghĩa sóng dừng Giải thích sự tạo thành sóng dừng trong ống khí có một đầu kín, một đầu hở

2 Thành lập phương trình sóng dừng, viết biểu thức biên độ của sóng dừng

3 Nêu điều kiện để có cộng hưởng âm trong ống khí Chứng minh rằng khoảng cách giữa hai nút hoặc hai bụng sóng liên tiếp bằng một nửa bước sóng

4 Trình bày vắn tắt các bước làm thí nghiệm