THUC HANH VAT LY 12CB

MỤC ĐÍCH - Khảo sát ảnh hưởng của biên độ, khối lượng của quả nặng và độ dài của dây treo đối với chu kìdao động của con lắc đơn.. Khảo sát ảnh hưởng của biên độ lên chu kỳ dao động của

Bài thực hành số 1:

XÁC ĐỊNH CHU KÌ DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC ĐƠN

VÀ ĐO GIA TỐC TRỌNG TRƯỜNG

I MỤC ĐÍCH

- Khảo sát ảnh hưởng của biên độ, khối lượng của quả nặng và độ dài của dây treo đối với chu kìdao động của con lắc đơn

- Xác định gia tốc trọng trường g tại nơi làm thí nghiệm bằng con lắc

II CƠ SỞ LÍ THUYẾT

- Con lắc đơn gồm một vật nặng có kích thước nhỏ, khối lượng m, được treo ở đầu một sợi

dây mềm không dãn có độ dài l và có khối lượng không đáng kể.

Với các dao động nhỏ thì con lắc đơn dao động với chu kỳ

2 l

T

g p

- Tại các vị trí khác nhau trên Trái Đất, gia tốc trọng trường có giá trị khác nhau Việc xácđịnh gia tốc trọng trường tại nơi làm thí nghiệm có ý nghĩa quan trọng Trong khoa học và đời sống

có nhiều phương pháp khác nhau để xác định gia tốc trọng trường

Trong bài thực hành này ta xác định gia tốc trọng trường g bằng con lắc đơn theo công thức

2 2

4 l g

2 Giá đỡ bằng nhôm, cao 75cm, có thanh ngang treo con lắc

3 Thước thẳng dài 700 mm gắn trên giá đỡ

4 Ròng rọc bằng nhựa, đường kính D 5 cm, có khung đỡ trục quay

5 Dây làm bằng sợi tổng hợp, mảnh, không dãn, dài 70 cm

6 Viên bi thép có móc treo

7 Cổng quang điện hồng ngoại, dây nối và giắc cắm 5 chân

8 Đồng hồ đo thời gian hiện số, có hai thang đo 9,999 s và 99,99 s

9 Thanh ke

2 Lắp đặt thí nghiệm

Sơ đồ thí nghiệm được trình bày trên hình 7.1

IV TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

1 Khảo sát ảnh hưởng của biên độ lên chu kỳ dao

động của con lắc đơn

Nối cổng quang điện với cổng A của đồng hồ đếm

thời gian hiện số, sử dụng thang đo ở vị trí 9,999 s Cắm

phích lấy điện của đồng hồ đo thời gian vào nguồn điện

220V, bật công-tắc K trên mặt đồng hồ để các chữ số hiển

thị trên cửa sổ Thời gian

Treo viên bi (6) có khối lượng m1 = 50 g vào đầu

dưới của sợi dây (5) Vặn các vít của đế ba chân, điều

chỉnh cho giá đỡ cân bằng thẳng đứng Đặt thanh ke (9) áp

sát cạnh của giá đỡ tại vị trí (thấp hơn đáy viên bi) ứng với

độ dài L trên thước (3) Quay ròng rọc để thả dần sợi dây

cho tới khi đáy của viên bi vừa tiếp xúc với cạnh ngang

của thanh ke Gọi r là bán kính viên bi, độ dài l của con

lắc đơn là

l = L - r

Hình 7.1 Bộ thiết bị thí nghiệm khảo

sát dao động của con lắc đơn

2

1

3

65

4

78

9

Điều chỉnh để con lắc đơn này có độ dài l 1 =50 cm Dịch chuyển cổng quang điện đến vị trí

sao cho cửa sổ của nó nằm trên mặt phẳng ngang với vị trí của tâm viên bi và cách tâm viên bi mộtkhoảng A1 = 3 cm Kéo viên bi đến vị trí đối diện cửa sổ của cổng quang điện, rồi buông tay thả

cho con lắc đơn dao động không vận tốc đầu Khi đó con lắc đơn dao động với biên độ góc bằng α1

Sau vài dao động, bấm nút RESET trên mặt đồng hồ đo thời gian hiện số để tiến hành đo n (có thể chọn n = 10) dao động toàn phần của con lắc đơn Ghi giá trị đo được trong mỗi lần đo vào

bảng 7.1

Giữ nguyên khối lượng m1 và độ dài l 1 = 50 cm của con lắc đơn Thực hiện phép đo trên đây

với các giá trị A khác nhau rồi ghi tiếp vào bảng 7.1.

Từ các kết quả thu được trong bảng 7.1, rút ra kết luận về chu kỳ của con lắc đơn dao độngvới biên độ nhỏ

2 Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng lên chu kì của con lắc đơn

Giữ nguyên độ dài l 1 = 50 cm Thêm quả nặng để thay đổi khối lượng con lắc Điều chỉnh

dây treo để chiều dài con lắc không đổi Đo thời gian con lắc thực hiện n dao động toàn phần với

biên độ đủ nhỏ (theo kết quả phần trên) Ghi các kết quả trong mỗi lần đo vào bảng 7.2

Từ các kết quả thu được trong bảng 7.2, rút ra kết luận về khối lượng của con lắc đơn daođộng với biên độ nhỏ

3 Khảo sát ảnh hưởng của độ dài lên chu kì dao động của con lắc đơn

Giữ nguyên khối lượng 50 g Điều chỉnh dây treo để con lắc dao động với các độ dài dây

khác nhau, xác định thời gian n dao động toàn phần để xác định chu kì T Ghi kết quả vào bảng

7.3 Dùng các kết quả trong bảng 7.3:

- vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của T và chiều dài con lắc Rút ra nhận xét

- vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của T2 và chiều dài con lắc Rút ra nhận xét

Từ các đồ thị, kết luận về chiều dài của con lắc đơn dao động với biên độ nhỏ

V CÁC ĐIỂM CẦN CHÚ Ý

Cần tìm hiểu kĩ về nguyên lí làm việc của cổng quang điện và đồng hồ đếm thời gian hiện số

để khắc phục những sự cố do chúng gây ra Thông thường cần kiểm tra xem con lắc dao động cócắt tia quang học trong cổng quang điện hay không, đặt đồng hồ đúng MODE và cắm đúng cổng

Trong đó: m là khối lượng vật rắn; d là khoảng cách từ trục nằm

ngang tới khối tâm và I là momen quán tính của vật rắn đối với trục đang xét

Để xác định gia tốc trọng trường một cách chính xác phải dùng con

lắc thuận nghịch Kater Đó là con lắc gồm một thanh có hai mũi dao O1 và O2

đối diện nhau qua khối tâm C, nhưng không cách đều khối tâm Hai mũi dao

này dùng như những trục mà con lắc dao động do tác dụng của trọng lực

Trên thanh có hai vật M1 và M2 có hình dạng và kích thước giống nhau

nhưng có khối lượng rất khác nhau, hình 7.2

Gọi I là momen quán tính đối với trục đi qua khối tâm C, áp dụng

công thức (7.3), dao động của con lắc quanh trục O1, O2 có chu kì lần lượt là:

-2 2

4 l g

VI BÁO CÁO KẾT QUẢ THỰC HÀNH

THỰC HÀNH XÁC ĐỊNH CHU KÌ DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC ĐƠN

VÀ GIA TỐC TRỌNG TRƯỜNG

Họ và tên: Lớp: Nhóm:

Ngày làm thực hành:

Viết báo cáo theo các nội dung sau: 1 MỤC ĐÍCH ………

………

2 TÓM TẮT LÍ THUYẾT Thế nào là con lắc đơn ………

………

Con lắc đơn dao động với chu kỳ ………

………

Công thức xác định gia tốc trọng trường nhờ con lắc đơn ………

………

………

………

3 KẾT QUẢ a Khảo sát ảnh hưởng của biên độ đối với chu kỳ của con lắc đơn Bảng 1 m = 50 g, l = 50 cm A cm sin A l a = Góc lệch αo Thời gian n dao động (s) (s)T A1 = 3 t1= ± T1= ±

A2 = t2= ± T2= ±

A3 = t3= ± T3= ±

A4 = t4= ± T4= ±

Kết luận về chu kỳ của con lắc đơn dao động với biên độ nhỏ ………

………

………

………

………

………

b Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng đối với chu kỳ của con lắc đơn

Bảng 2

l = 50 cm, A = cm

m (g) Thời gian n dao động (s) Chu kì T (s)

A1 = t1= ± T1= ±

A2 = t2= ± T2 = ±

A3 = t3= ± T3= ±

A4 = t4= ± T4 = ±

Kết luận về khối lượng của con lắc đơn dao động với biên độ nhỏ ………

………

………

………

c Khảo sát ảnh hưởng của chiều dài đối với chu kỳ của con lắc đơn Bảng 3 Chiều dài l cm Thời gian n dao độngs Chu kì Ts 2 T s2 2 ( s2 cm) l T A1 = t1= ± T1= ± 2

1

T = ± 2 1

T l = ± A2 = t2= ± T2= ± 2

2

T = ± 2 2

T l = ± A3 = t3= ± T3= ± 2

3

T = ± 2 3

T l = ± A4 = t4= ± T4= ± 2

4

T = ± 2 4

T l = ± - Vẽ đồ thị T phụ thuộc l Từ đồ thị, nhận xét về ảnh hưởng của chiều dài lên chu kỳ của con lắc đơn ………

………

………

………

- Vẽ đồ thị T2 phụ thuộc l

T

l

T 2

Từ đồ thị, nhận xét thấy

………

………

………

………

………

Gia tốc trọng trường tại nơi làm thí nghiệm: (sử dụng bảng 3 để tính) - Giá trị trung bình: 2 2 4

l g T p = = - Sai số tuyệt đối: ( ) ax l 2 T m

g g l T éD D ù ê ú D » ê + ú= ê ú ë û - Kết quả phép đo: g= ±D =g g /± m s2 4 TRẢ LỜI CÁC CÂU HỎI Câu 1 Chu kỳ dao động của con lắc đơn có phụ thuộc vào nơi làm thí nghiệm không? Làm cách nào để phát hiện điều đó bằng thí nghiệm? ………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Câu 2 Dùng con lắc dài hay ngắn sẽ cho kết quả chính xác hơn khi xác định gia tốc rơi tự do g tại nơi làm thí nghiệm? ………

………

………

………

………

………

………

Bài thực hành số 2 KHẢO SÁT ĐOẠN MẠCH XOAY CHIỀU

CÓ R, L, C MẮC NỐI TIẾP

I MỤC ĐÍCH

Thông qua bài thực hành, học sinh xác định được các thông số đặc trưng cho đoạn mạchxoay chiều có các linh kiện: điện trở, cuộn cảm và tụ điện mắc nối tiếp Đồng thời học sinh biếtthực hiện mạch cộng hưởng điện, một hiện tượng được ứng dụng rất nhiều trong kĩ thuật

II CƠ SỞ LÍ THUYẾT

1 Các thông số trong mạch điện xoay chiều có RLC mắc nối tiếp

Mắc linh kiện theo sơ đồ trên, với hai trường hợp không có tụ điện C và có tụ điện C Dùngđồng hồ vôn đo các điện áp trên mạch điện thứ nhất với các vị trí như sau: Uab, Ubc, Uac Vẽ giản đồFrenen với các véc tơ tương ứng các điện áp Uab, Ubc, Uac

Các véc tơ ab,bc,ac,adcó độ lớn tương ứng với các điện áp Uab, Ubc, Uac, Uad đo được trênmạch

Xác định độ lệch pha của cường độ dòng điện I với các điện áp Uab, Ubc, Uac, Uad bằng thước

đo góc giữa các véc tơ trên giản đồ frenen

Công suất P = UadIcosϕ, với I = Uab/R

Công suất toả nhiệt P' = (R+r).I2

2 Hiện tượng cộng hưởng: (tham khảo)

Nếu giữ nguyên điện áp hiệu dụng U giữa hai đầu đoạn mạch và thay đổi tần số ω sao cho1

R

=Các điện áp tức thời giữa hai đầu tụ và cuộn cảm bằng nhau và ngược pha nhau, nên triệttiêu nhau, do vậy điện áp hai đầu R bằng hai đầu đoạn mạch

Cường độ dòng điện biến đổi đồng pha với điện áp hai đầu đoạn mạch

- Đồng hồ đo điện đa năng hiện số DT9205A

IV TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

1 Xác định các thông số của mạch điện

- Cắm linh kiện lên bảng lắp ráp theo sơ đồ lí thuyết, trong mạch có hai phần tử: Cuộn dây

và điện trở

- Nối dây nguồn cung cấp điện xoay chiều 6V, 50Hz cho mạch điện

- Dùng đồng hồ vôn đo điện áp tại các chốt của linh kiện và điền vào bảng sau

Uac, 6V, 50Hz

Uab (3 lần đo) Ubc(3 lần đo) Uac(3 lần đo)

R1 = 10Ω

R2 = 680Ω

Tương tự cho trường hợp có thêm tụ điện C

Đo các điện áp và điền vào bảng sau

2 Khảo sát hiện tượng cộng hưởng (tham khảo)

- Nối các linh kiện theo mạch sau

- Chọn thang ampe mức 200mA

- Dùng máy phát tần số, chọn mức điện áp khoảng 3V, tần số điều khiển trong khoảng 10Hzđến 500Hz

- Điều chỉnh tần số từ 10Hz trở lên, để tìm giá trị cực đại của dòng điện, tức dòng cộnghưởng (dòng tăng dần sau đó giảm dần)

- Khi đạt dòng cực đại, dùng đồng hồ để đo điện áp giữa hai đầu các linh kiện và hai đầuđoạn mạch

- Xác định tổng trở thuần của điện trở và cuộn dây, và nghiệm lại biểu thức U = Imax.R

- Vẽ đường cong cộng hưởng cho các trường hợp tụ khác nhau, dùng bảng số lệu sau:

- Cuộn dây có điện trở thuần khá lớn (khoảng từ 20Ω đến 85, tùy theo nhà sản xuất), nên khi

đo điện áp hai đầu điện trở và hai đầu đoạn mạch sẽ khác nhau khá xa (theo lí thuyết thì chúngbằng nhau khi cộng hưởng, đó là với điều kiện điện trở cuộn dây bé có thể bỏ qua)

- Đồng hồ đo điện đa năng hiện số DT9205A, có thêm nút DH là dùng để dừng giá trị hiểnthị trên đồng hồ (vì giá trị hiển thị nhiều lúc không ổn định, nên chờ cho đến lúc số hiển thị thayđổi với biên độ nhỏ nhất là được)

Ví dụ, xử kết quả đo được như sau để vận dụng:

Dùng giản đồ Frenen để xử lí số liệu thu được

- Cuộn dây có điện trở thuần khá lớn (khoảng r =31Ω)

- Cần phải hiểu điện áp hai đầu điện trở thuần là của điện trở R và điện trở r của cuộn dây,trong trường hợp này điện trở thuần là 10 + 31 = 41Ω

Theo phân tích UAB = UR + Ur = 0,53 + 3,2 = 3,73 V so sánh được với 3,77V

- Vẽ đường cong cộng hưởng cho các trường hợp tụ khác nhau Đường cong sẽ có dạng:

- Khi thực hiện khảo sát hiện tượng cộng hưởng, có thể dùng bộ nguồn 6V, 50Hz cố định,lúc đó muốn xác định giá trị cực đại của dòng, có thể điều chỉnh lõi của cuộn cảm.

- Nếu thời gian không cho phép, chỉ khảo sát hiện tượng cộng hưởng

VI CÂU HỎI MỞ RỘNG

1 Điện trở thuần của cuộn dây có thể bỏ qua trong thí nghiệm này được không?

2 Trong mạch RLC mắc nối tiếp, khi tăng tần số thì các giá trị của phép đo hiệu điện thế haiđầu các linh kiện là UR, UL, UC thay đổi như thế nào?

3 Cho sơ đồ mạch điện như hình sau, khung dao động RLC (R là điện trở thuần của cuộndây) được nối với các nguồn tín hiệu có các tần số tương ứng là f1, f2, ….fn Nếu điều chỉnh tụ C đểcho mạch cộng hưởng với tín hiệu fi nào đó, thì tín hiệu ở lối ra sẽ thay đổi như thế nào so với lốivào? Giải thích?

VII BÁO CÁO THỰC HÀNH

THỰC HÀNH KHẢO SÁT ĐOẠN MẠCH XOAY CHIỀU

C

2 Nêu tóm tắt cách dùng Volt kế xoay chiều và phép vẽ các vectơ quay để xác định các trị số r, R, L, C và cosϕ

II KẾT QUẢ THỰC HÀNH : *Xác định các thông số của mạch (không làm phần cộng hưởng) R = 10Ω UAB(3 LẦN ĐO) U BC(3 LẦN ĐO) U CD(3 LẦN ĐO) U AC(3 LẦN ĐO) U AD(3 LẦN ĐO) C1 = 1.5µF C1 = 2.2µF C1 = 4.7µF *Vẽ giản đồ frenen cho trường hợp C1 = 4.7µF

*Từ giản đồ, dùng com pa đo các độ dài :

*Tính ra các trị số của r, L, C, Z và cosϕ

r R

AB

=

CH AB

U

U =w LÞ = U w= AB p f = AB p

CD

C

AD

os R r

C

Z

+

= nên

os

R r Z

C j

+

* Nhận xét chung về bài thí nghiệm

o Số liệu tính toán có phù hợp với lí thuyết không

o Khó khăn khi thực hiện bài thí nghiệm này là gì

III.TRẢ LỜI CÂU HỎI

Bài thực hành số 4 XÁC ĐỊNH BƯỚC SÓNG ÁNH SÁNG I MỤC ĐÍCH - Quan sát hiện tượng giao thoa của ánh sáng trắng qua khe Y-âng Hiểu được hai phương án xác định bước sóng ánh sáng - Xác định bước sóng của ánh sáng đơn sắc dựa vào hiện tượng giao thoa của ánh sáng đơn sắc qua khe Y-âng - 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 hoặc hai vân tối cạnh nhau ) i D a l = , trong đó λ là bước sóng của ánh sáng đơn sắc, D là khoảng cách từ khe Y-âng đến màn quan sát và a là khoảng cách giữa hai khe Nếu đo được i, D và a thì bước sóng của ánh sáng đơn sắc được xác định theo công thức ia D l = - Vì ánh sáng trắng là tập hợp của vô số ánh sáng đơn sắc khác nhau và khoảng vân phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng, nên khi hai chùm ánh sáng trắng giao nhau, ta sẽ quan sát thấy trên màn có nhiều hệ vân giao thoa của các sóng ánh sáng đơn sắc và chúng không trùng khít nhau

Hình 1a Hình 1b

Sơ đồ thí nghiệm giao thoa khe Y-âng (H.1a);

Hệ vân giao thoa trên màn (H 1b)