SKKN xử lý số liệu trong thực hành vật lý và phương pháp giải bài toán thực nghiệm luyện thi THPT quốc gia

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HƯNG YÊN TRƯỜNG THPT DƯƠNG QUẢNG HÀM- - - SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM XỬ LÝ SỐ LIỆU TRONG THỰC HÀNH VẬT LÝ VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN THỰC NGHIỆM LUYỆN THI TRUNG HỌ

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HƯNG YÊN TRƯỜNG THPT DƯƠNG QUẢNG HÀM

- - -

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

XỬ LÝ SỐ LIỆU TRONG THỰC HÀNH VẬT LÝ VÀ

PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN THỰC NGHIỆM LUYỆN THI

TRUNG HỌC PHỔ THÔNG QUỐC GIA

Lĩnh vực : Chuyên môn Vật lý - 04

Chức vụ : Giáo viên môn Vật lý Đơn vị: Trường THPT Dương Quảng Hàm

Năm học : 2015 – 2016

BẢN CAM KẾT

I TÁC GIẢ

Họ và tên: NGUYỄN HUY HOÀNG

Ngày sinh: 25 – 03 - 1981

Giáo viên môn Vật Lý

Đơn vị công tác: Trường THPT Dương Quảng Hàm

II TÊN SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

Đề tài “ xử lý số liệu trong thực hành vật lý và phương pháp giải bài toánthực nghiệm luyện thi THPT QG”

III NỘI DUNG CAM KẾT

Tôi xin cam kết sáng kiến kinh nghiệm này là của bản thân tôi viết,không sao chép nội dung của người khác Sáng kiến kinh nghiệm này đã ápdụng thành công trong giảng dạy tại trường THPT Dương Quảng Hàm

Văn Giang, ngày 30 tháng 3 năm 2016

Người cam kết

Nguyễn Huy Hoàng

SƠ YẾU LÍ LỊCH

Họ và tên : Nguyễn Huy Hoàng Năm sinh : 25 – 03 - 1981

Năm vào ngành : 2003 Năm vào Đảng : 2005 Dân Tộc : Kinh Đơn vị công tác : Trường THPT Dương Quảng Hàm Chức vụ : Giáo viên Tổ Lý – Hoá

Trình độ chuyên môn : Đại học Sư phạm

Bộ môn giang dạy : Vật lý

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài:

Vật lí là một khoa học thực nghiệm, học vật lí trong trường phổthông là học tập gắn liền với thực tiễn thông qua các sự vật, hiện tượng vật lítrong thế giới tự nhiên để giúp HS hiểu biết các quy luật của nó và cùngchung sống với thực tiễn đời sống xã hội

Thí nghiệm thực hành (gọi tắt là thí nghiệm) Vật lí trong trườngTrung học phổ thông (THPT) là một trong những mục đích quan trọng giúphọc sinh (HS) hình thành nên những nét nhân cách con người thông quanhững kĩ năng khoa học và các thao tác tư duy logic vật lí, đồng thời qua đógiúp HS hiểu sâu sắc hơn các khái niệm, hiện tượng vật lí, giải thích đượccác hiện tượng vật lí đơn giản đang xảy ra trong thế giới tự nhiên và xungquang chúng ta

Thí nghiệm Vật lí trong trường THPT giúp HS củng cố và khắc sâunhững kiến thức, kĩ năng thu được từ thực tiễn và các bài giảng lí thuyết, gắn

lí thuyết với thực hành, học đi đôi với hành, giúp HS tin tưởng vào các chân

lí khoa học

Bộ giáo dục và đào tạo đã nhận định lấy công tác kiểm tra đánh giálàm khâu then chốt để thực hiện đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đàotạo Theo đó, trong các kỳ thi trung học phổ thông quốc gia ( THPT QG),môn vật lý đã có hàm lượng nhất định các câu hỏ, bài tập về thí nghiệm,

thực hành, sử lý sai số, cách ghi kết quả từ thực nghiệm, Với học sinhTHPT thì đây là một trong những nội dung mới, khó và thường là làm qualoa cho xong.

Nhằm từng bước hình thành kỹ năng giải quyết các vấn đề liên quan đến

thực nghiệm, thực hành trong các kỳ thi THPT QG , tôi chọn đề tài :” XỬ

LÝ SỐ LIỆU TRONG THỰC HÀNH VẬT LÝ VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN THỰC NGHIỆM LUYỆN THI TRUNG HỌC PHỔ THÔNG QUỐC GIA” để dạy học sinh lớp 12 trường THPT Dương Quảng

Hàm ôn thi THPT QG

2 Tính cấp thiết của đề tài:

Mục đích dạy học ngày nay ở nước ta và trên thế giới không chỉ dừng lại

ở việc truyền thụ cho học sinh những tri thức, kỹ năng mà loài người đã tíchlũy được trước đây, mà còn đặc biệt quan tâm đến việc bồi dưỡng cho họcsinh năng lực sáng tạo ra những tri thức mới, phương pháp mới, cách giảiquyết vấn đề mới phù hợp với hoàn cảnh của mỗi đất nước, mỗi dân tộc Vì

lẽ đó học vật lý gắn liền với thực nghiệm và liên hệ với thực tế là tất yếu.Tuy nhiên việc dạy học theo hướng truyền thụ một chiều, cách học thiên

về lý thuyết và cách hỏi thi theo hướng nặng về tính toán đã có từ khá lâurồi Chính vì thế mà những bài toán liên quan đến thực hành, thực nghiệmtrở nên khó khăn đối với học sinh

Để từng bước khắc phục những khó khăn đó, đề tài “ cách xử lý số liệutrong thực hành vật lý và phương pháp giải bài toán thực nghiệm luyện thiTHPT QG” giúp người dạy, người học có thêm thông tin, kiến thức chuẩn bịtốt nhất cho kỳ thi THPT QG sắp tới

3 Mục đích nghiên cứu:

- Về lý thuyết: Nêu rõ ý nghĩa, vai trò của thí nghiệm thực hành, cơ

sở vật lý để đo các đại lượng vật lý Đưa ra các cơ sở toán học để xử lý kếtquả đo các đại lượng vật lý,tính sai số của các phép đo và cách ghi kết quảđo

- Về thực nghiệm: Đo đặc, sử lý số liệu trong một số bài thực hànhtrong chương trình vật lý THPT Vận dụng kiến thức được trang bị giải một

số bài toán trong các kỳ thi THPT QG

4 Phương pháp nghiên cứu:

- Tìm hiểu, phân tích, tổng hợp các tài liệu về thực hành thí nghiệm

cho sinh viên các trường đại học sư phạm, các trường kỹ thuật, tài liệuhướng dẫn giáo viên giảng dạy các bài thực hành trong chương trình vật lýTHPT.

- Nghiên cứu các câu hỏi về thực hành, vận dụng thực tiễn trong các

đề đề thi tốt nghiệp THPT, thi đại học của Bộ Giáo dục và Đào tạo

- Tổng hợp kinh nghiệm giảng dạy, kinh nghiệm ôn thi đại học - caođẳng của bản thân trong các năm học

- Từ học hỏi kinh nghiệm của các đồng nghiệp trong các đợt tậphuấn, hội thảo sinh hoạt tổ nhóm chuyên môn

- Tổng hợp kết quả bài thi đại học các năm môn Vật lí các lớp của họcsinh lớp 12 trường THPT Dương Quảng Hàm

5 Đối tượng và thời gian nghiên cứu:

- Đề tài được áp dụng với học sinh khối 12 Trường THPT DươngQuảng Hàm

- Thực hiện đề tài từ năm học 2015 – 2016

PHẦN NỘI DUNG

I CƠ SỞ LÝ THUYẾT:

1 CHỨC NĂNG CỦA THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH

Theo quan điểm lí luận nhận thức thì thí nghiệm có những chức năng

cụ thể sau đây:

1 Thí nghiệm là phương tiện thu nhận tri thức

Thí nghiệm là một phương tiện quan trọng của hoạt động nhận thứccủa con người, thông qua thí nghiệm con người đã thu nhận được những trithức khoa học cần thiết nhằm nâng cao năng lực của bản thân để có thể tácđộng và cải tạo thực tiễn Trong học tập thí nghiệm là phương tiện của hoạtđộng nhận thức của học sinh, nó giúp người học trong việc tìm kiếm và thunhận kiến thức khoa học cần thiết

2 Thí nghiệm là phương tiện kiểm tra tính đúng đắn của tri thức

Trong khoa học phương pháp thực nghiệm được coi là “hòn đã thửvàng” của mọi tri thức chân chính Bởi vậy, có thể nói thí nghiệm có chứcnăng trong việc kiểm tra tính đúng đắn của tri thức đã thu nhận

3 Thí nghiệm là phương tiện để vận dụng tri thức vào thực tiễn

Trong quá trình vận dụng kiến thức vào thực tiễn, vào việc thiết kế vàchế tạo các thiết bị kĩ thuật, người ta gặp phải những khó khăn nhất định dotính khái quát và trừu tượng của các tri thức cần vận dụng, cũng như bởi tínhphức tạp của các thiết bị kĩ thuật cần chế tạo Trong trường hợp đó thínghiệm được sử dụng với tư cách là phương tiện thử nghiệm cho việc vậndụng tri thức vào thực tiễn

4 Thí nghiệm là một bộ phận của các phương pháp nhận thức

Thí nghiệm luôn đóng một vai trò rất quan trọng trong các phươngpháp nhận thức khoa học Chẳng hạn, đối với phương pháp thực nghiệm, thínghiệm luôn có mặt ở nhiều khâu khác nhau: làm xuất hiện vấn đề nghiêncứu, kiểm tra tính đúng đắn của các giả thuyết Trong phương pháp mô hình,thí nghiệm giúp ta thu thập các thông tin về đối tượng gốc làm cơ sở choviệc xây dựng mô hình Ngoài ra, đối với mô hình vật chất điều bắt buộc làngười ta phải tiến hành các thí nghiệm thực sự với nó Cuối cùng, nhờ những

kết quả của các thí nghiệm được tiến hành trên vật gốc tạo cơ sở để đốichiếu với kết quả thu được từ mô hình, qua đó để có thể kiểm tra tính đúngđắn của mô hình được xây dựng và chỉ ra giới hạn áp dụng của nó.

2 TÍNH SAI SỐ VÀ XỬ LÍ SỐ LIỆU:

2.1 Định nghĩa phép đo một đại lượng vật lý:

a Phép đo trực tiếp: Đo một đại lượng vật lí có nghĩa là so sánh nó

với một đại lượng cùng loại mà ta chọn làm đơn vị

Ví dụ : Dùng thước đo chiều dài, dùng đồng hồ đo thời gian, dùng cân

đo khối lượng,

b Phép đo gián tiếp: Trường hợp giá trị của đại lượng cần đo được

tính từ giá trị của các phép đo trực tiếp khác thông qua biểu thức toán học,thì phép đo đó là phép đo gián tiếp

Ví dụ : Đo tốc độ trung bình, đo bước sóng của ánh sáng đơn sắc,

2.2 Sai số của phép đo:

Khi đo một đại lượng vật lí, dù đo trực tiếp hay gián tiếp, bao giờ tacũng mắc phải sai số Người ta chia thành hai loại sai số như sau:

a Sai số hệ thống:

Sai số hệ thống xuất hiện do sai sót của dụng cụ đo hoặc do phươngpháp lí thuyết chưa hoàn chỉnh, chưa tính đến các yếu tố ảnh hưởng đến kếtquả đo Sai số hệ thống thường làm cho kết quả đo lệch về một phía so vớigiá trị thực của đại lượng cần đo Sai số hệ thống có thể loại trừ được bằngcách kiểm tra, điều chỉnh lại các dụng cụ đo, hoàn chỉnh phương pháp líthuyết đo, hoặc đưa vào các số hiệu chỉnh

b Sai số ngẫu nhiên:

Sai số ngẫu nhiên sinh ra do nhiều nguyên nhân, ví dụ do hạn chế củagiác quan người làm thí nghiệm, do sự thay đổi ngẫu nhiên không lườngtrước được của các yếu tố gây ảnh hưởng đến kết quả đo Sai số ngẫu nhiênlàm cho kết quả đo lệch về cả hai phía so với giá trị thực của đại lượng cần

đo Sai số ngẫu nhiên không thể loại trừ được Trong phép đo cần phải đánhgiá sai số ngẫu nhiên

2.3 Phương pháp xác định sai số của phép đo trực tiếp:

a) Phương pháp chung xác định giá trị trung bình và sai số ngẫu nhiên:

Giả sử đại lượng cần đo A được đo n lần Kết quả đo lần lượt là

* Giá trị trung bình của đại lượng A trong n lần đo :

(1)

Số lần đo càng lớn, giá trị trung bình càng gần với giá trị thực A

* Sai số tuyệt đối trong mỗi lần đo

● Mỗi dụng cụ có một độ chính xác nhất định Nếu dùng dụng cụ này

để đo một đại lượng vật lí nào đó thì đương nhiên sai số nhận được khôngthể vượt quá độ chính xác của dụng cụ đó Nói cách khác, sai số của phép đokhông thể nhỏ hơn sai số dụng cụ

● Tuy nhiên cũng vì một lí do nào đó, phép đo chỉ được tiến hành mộtlần hoặc độ nhạy của dụng cụ đo không cao, kết quả của các lần đo riêng lẻtrùng nhau Trong trường hợp đó, ta phải dựa vào độ nhạy của dụng cụ đểxác định sai số Sai số thường được lấy bằng nửa giá trị của độ chia nhỏnhất của dụng cụ

● Khi đo các đại lượng điện bằng các dụng cụ chỉ thị kim, sai số đượcxác định theo cấp chính xác của dụng cụ

Ví dụ: Vôn kế có cấp chính xác là 2 Nếu dùng thang đo 200V để đo hiệu

điện thế thì sai số mắc phải là

Nếu kim chỉ thị vị trí 150 V thì kết quả đo sẽ là:

● Khi đo các đại lượng điện bằng các đồng hồ đo hiện số, cần phải lựachọn thang đo thích hợp

- Nếu các con số hiển thị trên mặt đồng hồ là ổn định (con số cuối cùng bênphải không bị thay đổi) thì sai số của phép đo có thể lấy giá trị bằng tích củacấp chính xác và con số hiển thị

Ví dụ: đồng hồ hiện số có ghi cấp sai số 1.0% rdg (kí hiệu quốc tế cho dụng

cụ đo hiện số), giá trị điện áp hiển thị trên mặt đồng hồ là: U = 218 V

thì có thể lấy sai số dụng cụ là:

V Làm tròn số ta có V

• Nếu các con số cuối cùng không hiển thị ổn định (nhảy số), thì sai sốcủa phép đo phải kể thêm sai số ngẫu nhiên trong khi đo

Ví dụ: khi đọc giá trị hiển thị của điện áp bằng đồng hồ nêu trên, con số

cuối cùng không ổn định (nhảy số): 215 V, 216 V, 217 V, 218 V, 219 V (sốhàng đơn vị không ổn định) Trong trường hợp này lấy giá trị trung bình U =

217 V Sai số phép đo cần phải kể thêm sai số ngẫu nhiên trong quá trình đo

Sai số tỷ đối càng nhỏ thì phép đo càng chính xác

b) Kết quả đo:

(5)

Như vậy, để có kết quả phép đo trực tiếp ta làm như sau:

- Tính giá trị trung bình theo công thức (1)

- Tính các sai số theo công thức (3)

- Kết quả đo được viết như (5)

* Ví dụ: Đo đường kính viên bi 4 lần, ta có kết quả sau:

Giá trị trung bình của đường kính viên bi là:

= Sai số tuyệt đối trung bình tính được là

= Kết quả:

2.4 Phương pháp xác định sai số của phép đo gián tiếp:

a) Phương pháp chung

Giả sử đại lượng cần đo A phụ thuộc vào các đại lượng x, y, z theohàm số Trong đó x, y, z là các đại lượng đo trực tiếp và có giá trị

= = = Giá trị trung bình được xác định bằng cách thay thế các giá trị x, y, z vàohàm trên, nghĩa là = (,,)

a Lấy logarit cơ số e của hàm

b Tính vi phân toàn phần hàm ln = ln , sau đó gộp các số hạng có chưa viphân của cùng một biến số

c Lấy giá trị tuyệt đối của biểu thức đứng trước dấu vi phân d và chuyển dấu d thành ta có =

c) Cách viết kết quả

- Sai số tuyệt đối ∆A và sai số trung bình đều được làm tròn theo quy tắctrên

- Khi viết kết quả, giá trị trung bình được làm tròn đến chữ số cùng hàngvới chữ số có nghĩa của sai số tuyệt đối

Ví dụ:

Không thể viết

mà phải viết

hoặc là ta tính

Ta có thể viết Nếu sai số lấy đến 1 chữ số có nghĩa thì

Chú ý rằng khi viết kết quả cuối cùng, sai số toàn phần sẽ bằng tổng sai sốngẫu nhiên và sai số hệ thống:

Ví dụ: Khi dùng thước kẹp để đo đường kính một sợi dây nhỏ, giả sử ta

đo 5 lần, sai số ngẫu nhiên tính được là Thước kẹp có độ chính xác thì sai

số toàn phần sẽ là

Nếu sai số ngẫu nhiên nhỏ hơn sai số hệ thống thì ta bỏ qua sai số ngẫunhiên đó (vì không thể đo được kết quả chính xác hơn cả cấp chính xác củadụng cụ đo) Trong trường hợp phép đo chỉ thực hiện một lần thì sai số toànphần được lấy chính là sai số hệ thống (do dụng cụ đo)

2.6 Xử lí số liệu và biểu diễn kết quả bằng đồ thị

Trong nhiều trường hợp kết quả thí nghiệm được biểu diễn bằng đồ thị

là rất thuận lợi, vì đồ thị có thể cho thấy sự phụ thuộc của một đại lượng yvào đại lượng x nào đó Phương pháp đồ thị thuận tiện để lấy trung bình cáckết quả đo

Giả sử bằng các phép đo trực tiếp, ta xác định được các cặp giá trị của x

và y như sau:

Muốn biểu diễn hàm bằng đồ thị, ta làm như sau:

a Trên giấy kẻ ô, ta dựng hệ tọa độ decac vuông góc Trên trục hoành đặtcác giá trị x, trên trục tung đặt các giá trị y tương ứng Chọn tỉ lệ xích hợp lí

để đồ thị choán đủ trang giấy

b Dựng các dấu chữ thập hoặc các hình chữ nhật có tâm là các điểm , và cócác cạnh tương ứng là Dựng đường bao sai số chứa các hình chữ nhật hoặccác dấu chữ thập

c Đường biểu diễn là một đường cong trơn trong đường bao sai số được vẽsao cho nó đi qua hầu hết các hình chữ nhật và các điểm nằm trên hoặcphân bố về hai phía của đường cong (hình 1)

d Nếu có điểm nào tách xa khỏi đường cong thì phải kiểm tra lại giá trị đóbằng thực nghiệm Nếu vẫn nhận được giá trị cũ thì phải đo thêm các điểmlân cận để phát hiện ra điểm kì dị

e Dự đoán phương trình đường cong có thể là tuân theo phương trình nàođó:

Việc thiết lập phương trình đường cong được thực hiện bằng cách xácđịnh các hệ số a, b, …n Các hệ số này sẽ được tính khi làm khớp cácphương trình này với đường cong thực nghiệm

Các phương trình này có thể chuyển thành phương trình đường thẳngbằng cách đổi biến thích hợp (tuyến tính hóa)

3 CÁC BÀI THỰC HÀNH TRONG CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÝ BAN CƠ BẢN:

12-1 Thực hành : Khảo sát thực nghiệm các định luật dao động của con

lắc đơn

2 Thực hành : Đo vận tốc sóng dừng ngang trên đàn hồi.

3 Thực hành : Khảo sát đoạn mạch điện xoay chiều có R, L, C mắc

nối tiếp

4 Thực hành : Đo bước sóng ánh sáng bằng phương pháp giao thoa.

Trong khuôn khổ của đề tài tôi xin trình bày về hai thí nghiệm thực hành cókinh nghiệm dạy nhiều lần trong chương trình vật lý THPT

II THỰC NGHIỆM.

Bài thực hành XÁC ĐỊNH CHU KÌ DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC ĐƠN

VÀ ĐO GIA TỐC TRỌNG TRƯỜNG

I Mục đích

- Khảo sát ảnh hưởng 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 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 :

- Trong bài thực hành này ta xác định gia tốc trọng trường g bằng con

lắc đơn theo công thức

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

2 Lắp đặt thí nghiệm khảo sát sự phụ thuộc của chu kỳ dao động nhỏ vào chiều dài của con lắc đơn.

Sơ đồ thí nghiệm được trình bày trên hình 1.1

IV Tiến hành thí nghiệm

* 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 gianvào nguồn điện 220V – 50 Hz, bật công-tắc K trên mặt đồng hồ để các chữ sốhiển thị trên cửa sổ Thời gian

* Sử dụng một viên bi (6) có khối lượng m = 50 g vào đầu dưới của

sợi dây (5) Vặn các vít của đế ba chân, điều chỉnh cho giá đỡ cân bằngthẳng đứng Đặt thanh ke (9) áp sát cạnh của giá đỡ tại vị trí (thấp hơn đáyviên bi) ứng với độ dài L trên thước (3) Quay ròng rọc để thả dần sợi dâycho 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

Dưới đay là bảng kết quả thực hành của một học sinh lớp 12 A8 –

trường THPT Dương Quảng Hàm năm học 2015 – 2016:

* Lần 1 cho con lắc dao động nhỏ với chiều dài l1 = 30 cm

Sau vài dao động, bấm nút RESET trên mặt đồng hồ đo thời gian hiện

số để xác định chu kỳ dao động nhỏ của con lắc đơn Ghi 5 giá trị đo đượcvới chiều dài l1 vào bảng số liệu :

Chiều dài của con lắc l = 30 cmKhối lượng của quả nặng m = 50 g

1,100 1,100 1,099 1,101 1,098

* Lần 2 cho con lắc dao động nhỏ với chiều dài l2 = 40 cm

Chiều dài của con lắc l = 40 cmKhối lượng của quả nặng m = 50 g

1,271 1,272 1,270 1,270 1,270

* Lần 3 cho con lắc dao động nhỏ với chiều dài l3 = 50 cm

Chiều dài của con lắc l = 50 cmKhối lượng của quả nặng m = 50 g

1,416 1,416 1,414 1,418 1,416

Bài thực hành XÁC ĐỊNH BƯỚC SÓNG ÁNH SÁNG

- Rèn luyện kỹ năng lựa chọn và sử dụng các dụng cụ thí nghiệm để tạo ra

hệ vân giao thoa

II Cơ sở lí thuyết.

- Khi hai sóng ánh sáng đơn sắc phát ra từ hai nguồn kết hợp giao nhau thì

có hiện tượng giao thoa Khoảng vân ( khoảng cách giữa hai vân sáng hoặchai vân tối cạnh nhau ) , trong đó là bước sóng của ánh sáng đơn sắc, D làkhoảng cách từ khe Y-âng đến màn quan sát và a là khoảng cách giữa haikhe

Nếu đo được i, D và a thì bước sóng của ánh sáng đơn sắc được xác định

theo công thức

- Vì ánh sáng trắng là tập hợp của vô số ánh sáng đơn sắc khác nhau vàkhoảng vân phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng, nên khi hai chùm ánh sángtrắng giao nhau, ta sẽ quan sát thấy trên màn có nhiều hệ vân giao thoa củacác sóng ánh sáng đơn sắc và chúng không trùng khít nhau

III Dụng cụ thí nghiệm

Bài thực hành này được đưa ra hai phương án thí nghiệm để lựa chọn Nhiều trường phổ thông có các thiết bị thí nghiệm phù hợp với phương án 1 (sử đèn laze bán dẫn), do đó yêu cầu học sinh thực hành theo phương án này Phương án thí nghiệm 2 được đưa vào phần đọc thêm Tuy nhiên, nếu

các trường có bộ thí nghiệm kính giao thoa là một hệ đồng trục dùng nguồn ánh sáng trắng, thì có thể thực hành theo phương án 2 (được trình bày trong mục IV)

Phương án 1: dùng đèn laze bán dẫn

* Dụng cụ thí nghiệm

- Đèn laze bán dẫn 1 5 mW

- Tấm chứa khe Y-âng gồm 2 khe hẹp, song song, cách nhau a = 0,4 mm

- Màn hứng vân giao thoa

- Các đế để đặt đèn, tấm chứa khe Y-âng và màn hứng vân giao thoa

- Thước cuộn chia đến milimet

IV Các bước tiến hành thí nghiệm

1) Phương án 1: dùng đèn laze bán dẫn

Tìm hiểu kĩ cấu tạo của hệ đồng trục này

a Bước 1 Cố định đèn laze và tấm chứa khe Y-âng lên giá đỡ

- Nối đèn vào nguồn điện xoay chiều 220V và điều chỉnh tấm chứa khe âng sao cho chùm tia laze phát ra từ đèn chiếu đều vào khe Y-âng kép

Y Đặt màn hứng vân song song và cách tấm chứa khe YY âng kép khoảng 1m

để làm xuất hiện trên màn hệ vân giao thoa rõ nét

- Dùng thước đo khoảng cách D1 từ khe Y-âng tới màn và khoảng cách l1giữa 6 vân sáng hoặc 6 vân tối liên tiếp Điền các giá trị D1, l1 vào bảng sốliệu 1

Tính, ghi vào bảng số liệu khoảng vân và bước sóng ánh sáng laze theocông thức

b Bước 2 Lặp lại bước thí nghiệm trên ứng với hai giá trị D lớn hơn D1bằng cách dịch chuyển màn hứng vân giao thoa

- Tính , ghi các kết quả thu được vào bảng số liệu 1

Bảng 1: Xác định bước sóng ánh sáng laze

- Ống quan sát hình trụ L2 có đường kính bằng đường kính ống L1, gồm:

+ Kính lúp (5) nằm ở đầu ống, đóng vai trò là một thị kính

+ Màn hứng vân giao thoa (4) là một đĩa trong suốt, có thước chia đến

mm để đo khoảng vân, nằm ở gần tiêu diện của kính lúp Vị trí của mànhứng vân được đánh dấu bằng vạch M ở bên ngoài ống L2

Đèn và ống L1 được gắn khít đồng trục trong ống định hướng L3 sao cho dâytóc bóng đèn nằm song song với các khe Ở thành ống L3 có khe L nằmtrước đĩa tròn (2) để lắp kính lọc sắc và có vạch đánh dấu vị trí K của haikhe S1, S2 Ống quan sát L2 lồng khít trong ống định hướng L3 và có thể dịchchuyển được dọc theo ống L3 để thay đổi khoảng cách từ hai khe (3) tới màn(4)