hướng dẫn thí nghiệm môn vật lý đại cương

Nhận xét: - Đặc điểm của bài này là sau khi đọc hướng dẫn xong thì rất ít bạn có thể hiểu và tưởng tượng được ra hệ thí nghiệm cũng như các bước làm như thế nào vì đọc xong cũng thấy ho

HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM BÀI 2

1 Tên bài: KHẢO SÁT HỆ VẬT CHUYỂN ĐỘNG TỊNH TIẾN – QUAY XÁC ĐỊNH

MOMENT QUÁN TÍNH CỦA BÁNH XE VÀ LỰC MA SÁT Ổ TRỤC

2 Nhận xét:

- Đặc điểm của bài này là sau khi đọc hướng dẫn xong thì rất ít bạn có thể hiểu và tưởng tượng được ra hệ thí nghiệm cũng như các bước làm như thế nào vì đọc xong cũng thấy hoa mắt chóng mặt (đến tôi đọc xong cũng hoa hết cả mắt)

- Ngoài ra, bài này cũng đòi hỏi kiến thức về phần vật rắn quay (đa phần chúng ta đều mới chỉ biết sơ qua về phần này) và kỹ năng đọc thước sử dụng thước kẹp Vấn đề chính lại là ở kỹ năng

sử dụng thước kẹp vì muốn biết sử dụng thì phải làm bài thí nghiệm 1 rồi trong khi các bạn thuộc nhóm 2 vừa vào đã phải sử dụng luôn  làm bài 2 nhưng mà lại phải đọc thêm bài 1  super black

3 Giải quyết:

3.1 Những điều cần biết:

- Về kiến thức các bạn cần biết: Nhìn chung trong sách hướng dẫn trình bày khá chi tiết và rắc rối nên để rút ra được những cái cốt lõi bên trong thì không hề đơn giản Theo kinh nghiệm của tôi thì các bạn cần biết những vấn đề sau:

 Phương trình cơ bản của chuyển động quay của vật rắn: (quá dễ, ai cũng biết):

𝑀⃗⃗ = 𝐼 𝛽

 nếu để ý kỹ thì nó chẳng khác phương trình 𝐹 = 𝑚 𝑎 là mấy Chỉ là một thao tác đơn giản khi chuyển từ chuyển động tịnh tiến sang chuyển động quay (M: mô men lực, I: mô men quán tính, β: gia tốc góc)

 Các công thức liên quan tới năng lượng:

 Định luật bảo toàn năng lượng

 Mối liên hệ giữa chuyển động quay và chuyển động tịnh tiến: v = r.ω

- Ở đây chúng ta phải đi xác định I  nhìn vào phương trình chúng ta thấy cần xác định 3 đồng chí là v, ω, fms (mấy đồng chí còn lại đã biết rồi nên không cần quan tâm:

 Xác định v: bài toán trẻ con  chắc ai cũng làm được

 Xác định ω: bài toán lớp lá  sử dụng mối quan hệ v và ω là ra

 Xác định fms: bài toán lớp lớn  sử dụng định luật biến thiên thế năng bằng công cản là xong

𝑚𝑔ℎ1 − 𝑚𝑔ℎ2 = 𝑓𝑚𝑠(ℎ1+ ℎ2)

h2 là vị trí cao nhất của quả nặng sau khi thả từ vị trí h1  có thể lấy ví dụ sau cho các

bạn dễ tưởng tượng là thả quả bóng từ vị trí h1 rơi xuống đất, rõ ràng là sau khi đập đất (giả sử va chạm đàn hồi) thì quả bóng bật lên Nếu tính đến lực cản (lực ma sát, lực cản

của không khí) thì quả bóng chỉ có thể lên được vị trí h2 < h1 chứ không thể lên bằng

hoặc hơn đâu  như vậy năng lượng quả bóng còn lại ở trạng thái 2 sẽ là mgh2 < mgh1

 phần còn lại đi đâu?  chính là phần năng lượng đã bị tổn hao do lực cản gây ra

- Về dụng cụ đo: (được mô tả bằng hình vẽ dưới) Nhìn chung các bạn chỉ cần để ý đến vài bộ phận chính như quả nặng, bánh đà, trục bánh đà, thước đo để xác định vị trí quả nặng Các bạn chú ý đến 4 nút trên cùng  mỗi nút có một chức năng riêng nên đừng có bấm bừa

 Nút F: a nhờ anh phờ anh phanh

 Nút 1: Mở phanh đồng thời đóng mạch đồng hồ đếm  chúng ta sẽ thấy sau khi bấm nút

1 đồng hồ sẽ chạy điên cuồng

 Nút 2: Khóa mạch tế bào quang điện (cảm biến QĐ)  có tác dụng làm đồng hồ ngừng đếm khi bị che bởi quả nặng

 Nút 3: Thả phanh nhưng không khóa mạch đồng đồ đếm  dùng để điều chỉnh vị trí quả nặng lúc ban đầu

- Cảm biến QĐ có thể dịch chuyển

Hình 2 Đồng hồ đo thời gian hiện số

Trên đây là đồng hồ đo của chúng ta (trông rất hiện đại), chú ý một số

phòng đồng hồ có thể hơi khác nhưng nhìn chung thì cũng tương tự thế

này các bạn chú ý thông số ban đầu của đồng hồ này (thường là đã

được thiết lập sẵn nên chỉ cần bấm mối khóa K và kết nối là xong, tuy

nhiên có một số trường hợp những nhóm làm trước chơi tuyệt chiêu qua

Hình 1 Sơ đồ hệ thí nghiệm

cầu rút ván bằng cách vặn lung tung trước khi về nên chúng ta cũng nên

check lại cho chắc)

 MODE: A ↔ B

 THANG ĐO: 9.999

3.2 Quá trình đo cần chú ý:

- Về thao tác đo thì rất đơn giản có mỗi việc cuốn dây nâng lên độ cao h1 cho trước sau đó thả

tay và chờ cho quả nặng đến vị trí h2 rồi hãm phanh và ghi giá trị h2 và thời gian chuyển động vào là xong

- Các bước cụ thể:

 B1: Ngắm nghía thăm dò thiết bị thí nghiệm xem nó có thừa có thiếu cái gì không, có cái nào trục trặc không (như dây bị đứt, thước mờ, đại loại là những gì bất thường)  nên dành khoảng 5 phút cho bước này

 B2: Hạ thủy  tức là hạ quả nặng xuống vị trí thấp nhất bằng cách bấm nút 3 Nói chung

là cứ thả cho quả nặng nó rơi từ từ xuống Khi nào xuống vị trí thấp nhất thì các bạn bóp phanh để cho nó ổn định Ngoài ra phải để ý dây treo quả nặng phải song song với thước

 B3: Điều chỉnh cảm biến xuống dưới vị trí quả nặng khoảng 2 – 3 cm Sau đó bật đồng

hồ cảm biến lên (chú ý là phải kết nối đồng hồ với cảm biến) và dịch chuyển cảm biến lên đến vị trí cảm biến bắt đầu thay đổi trạng thái thì fix ngay cảm biến lại Nghe thì nó hơi trìu tượng nhưng các bạn để ý là nếu quả nặng chỉ cần che cảm biến quang điện là lập tức nó sẽ thay đổi trạng thái ngay Vì ban đầu ta để ở dưới vị trí quả nặng (không bị che)

 trạng thái ổn định Đưa lên một cái là bị che  thay đổi ngay

 B4: Đọc và ghi giá trị ZB

 B5: Nhẹ nhàng ta đẩy xe hàng bằng cách quay bánh đà đề kéo quả nặng lên (giống như quay bánh đà để kéo xô nước từ dưới giếng lên thôi) Chú ý là dây cuốn trên trục phải xít nhau chứ đừng có chồng chéo lên nhau  vừa xấu vừa dễ gây rối dây Khi quả nặng

được đưa lên vị trí h1 (được cho trước) ứng với Z A thì hãm phanh dừng lại và ghi giá trị

ZA lại

 B6: Thả bom  các bạn sẽ bấm nút 1 (mở phanh và đóng mạch điện của máy đo thời gian) đồng thời ngay sau đó bấm luôn nút 2 (đóng mạch cổng quang điện) Đừng có bấm nút 1 rồi bắt đầu suy nghĩ xem là bấm nút nào tiếp theo Thường thì có thể bấm hai nút này đồng thời cũng được Kết quả là quả nặng sẽ rơi xuống dưới và đến vị trí thấp nhất

nó sẽ chắn cảm biến biến quang và khiến cho đồng hồ đang chạy ngon bỗng trở nên “cu

đơ”

 B7: Xác định h2 : sau khi làm cho đồng hồ quay cu đơ thì do quán tính mà quả nặng lại di

chuyển lên trên và đến một vị trí h2 nào đó nó sẽ xì tốp ngay Đến lúc này các bạn bấm

ngay phanh F để cố định đồng chí quả nặng này lại và bắt đầu khi kết quả: gồm Z C và thời gian trên đồng hồ

 B8: Thu dọn hiện trường để tiếp tục đo thêm 4 lần nữa

- Sau khi đo xong thì cũng đừng vội mừng, đừng tưởng thế là xong vì các bạn còn phải xác định thêm kích thước trục bằng thước kẹp  tốt nhất là nên xem qua bài 1 để xem xác định thế nào

 cũng dễ thôi nhưng nếu không đọc thì sẽ thấy rất khó đấy

4 Xử lý số liệu:

- Đối với những nhóm làm bài này đầu tiên thì xử lý số liệu là cả một vấn đề vì chưa có kinh nghiệm và hơn nữa thiết lập công thức sai số bài này cũng vô cùng ảo Ảo đến mức mà nhiều khi không để ý tôi tính còn nhầm Nhưng không lo vì đã có báo cáo mẫu và hướng dẫn xử lý sai số roài

- Ngoài ra còn một số các thắc mắc liên quan tới sai số tôi đã chú thích ở trong báo cáo mẫu Nếu các bạn có điều gì vẫn còn lăn tăn thì cứ comment trực tiếp hoặc liên hệ với tôi

5 Báo cáo mẫu:

http://www.ductt111.com/tong-hop-cac-bai-bao-cao-mau-kinh-cmn-dien-trong-thi-nghiem-ve-lo/

ARE YOU OK?  CHÚC MỌI NGƯỜI HỌC TỐT ^_^

HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM BÀI 3

1 Tên bài: KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC VẬT LÝ – XÁC ĐỊNH GIA TỐC

TRỌNG TRƯỜNG

2 Nhận xét:

- Thí nghiệm này liên quan tới kiến thức các bạn đã học trong chương trình vật lý lớp 12 – con lắc vật lý  đại loại nó là một vật rắn bất kỳ có thể dao động quanh một trục nằm ngang cố định

và không đi qua trọng tâm G của nó

- Thao tác thí nghiệm trong bài cũng khá đơn giản và dễ làm, chỉ cần cẩn thận một chút là làm bài này ngon lành

3 Giải quyết:

3.1 Những điều cần biết:

- Trước hết ta tìm hiểu sơ qua về dao động của con lắc vật lý Nhìn

hình vẽ ta thấy lực khiến con lắc dao động chính là trong lực P hay

chính xác hơn là thành phần P n (vì hướng về vị trí cân bằng) Chú ý

là phương của trọng lực P sẽ đi qua khối tâm G của con lắc  trong

bài thí nghiệm này chúng ta có thể dịch chuyển khối tâm nhờ một gia

- Chú ý là đối với con lắc vật lý ta sẽ tìm được một điểm O2 sao cho T2 đúng bằng T1  khi đó ta

sẽ có con lắc thuận nghịch Tuy nhiên, việc cố định vị trí khối tâm G rồi tìm điểm O2 rất không

khả thi vì chẳng nhẽ khoan chi chít lỗ trên đường O1G để mò mẫm ra điểm O2 thõa mãn  giải pháp chính là sử dụng gia trọng C để thay đổi vị trí của khối tâm

- Mục đích thứ hai của bài thí nghiệm này là ứng dụng con lắc thuận nghịch để xác định gia tốc trọng trường Việc tính toán ra công thức gia tốc trọng trường đã được trình bày kỹ trong tài liệu hướng dẫn  chúng ta có công thức cuối cùng như sau:

𝑔 = 4𝜋2 𝐿

𝑇2

Trong đó L = O1O2 (đã biết), T là chu kỳ của con lắc thuận nghịch (đại lượng cần xác định)

- Tiếp theo chúng ta sẽ tìm hiểu sơ đồ của bộ thí nghiệm:

1,2 Hai lưỡi dao (nói là dao cho oai chứ thực ra nó giống đầu tuốc nơ

vít  nó sẽ tựa lên tấm kinh và lắc lư qua lại xung quanh cái lưỡi

dao)

6 thanh kim loại, trên có gắn cố định quả nặng 3, 4

C gia trọng  nhiệm vụ của nó là điều chỉnh điều chỉnh thay đổi vị trí

khối tâm

7 Giá đỡ  ko cần quan tâm

8 Cảm biến  nó sẽ đếm số dao động cho các bạn nên không phải

mất công ngồi đếm từng dao động một

Mấy bộ phận còn lại như giá, vít,… không quan trọng lắm nên tôi sẽ

không đề cập

Ngoài ra còn một bộ phận mà trên hình vẽ không có đó là máy đo thời

gian hiển thị số Các bạn cần nắm các thông số cơ bản của máy này

Hình 2 Bộ thí nghiệm

 Chuyển mạch MODE ở vị trí n = 50

 Thang đo 99.99

 RESET: để đưa đồng hồ về giá trị 0

Hình 3 Đồng hồ đo thời gian hiện số

B0: Kiểm tra đồng hồ đếm đã bật chưa? Nếu chưa bật thì bật lên

B1: Vặn sát gia trọng về quả nặng 4  đặt con lắc theo chiều thuận (chữ “thuận” xuôi chiều và hướng về phía mình)  nếu không biết thế nào là xuôi chiều thì tốt nhất các bạn nên hỏi giáo viên hướng dẫn

B2: Kéo con lắc đến vị trí che cổng quang hoặc lệch hơn một chút (hình vẽ) rồi thả tay:

B3: Bấm reset để bắt đầu đo  ghi kết quả 50T1

B4: Đảo chiều con lắc  đo 50T2

Bộ đếm Cổng quang của cảm biến sẽ nối vào đây

Công tắc bật tắt

B5: Vặn gia trọng đến vị trí cách vị trí ban đầu 40mm (xác định bằng thước kẹp hoặc các bạn có

thể xác định bằng số vòng quay vì nếu tôi nhớ không nhầm thì 1 vòng là 1mm thì phải  do đó các bạn quay đủ 40 vòng là xong)

B6: Lại tiếp tục đo 50T1 và 50T2

B7: Nhanh chóng vẽ đồ thị để tìm ra điểm x1 là giao của hai đường 50T1 và đường 50T2

Hình 4 Đồ thị thu được từ bảng 1

Để xác định cho ta có thể sử dụng phương pháp tỷ lệ  dùng thước đo khoảng cách giữa các

đoạn 0-X1 (màu xanh) và X1-40 (màu đỏ) Sau đó sử dụng tỷ lệ là xong:

𝑋1

40=

𝑚à𝑢 𝑥𝑎𝑛ℎ

𝑚à𝑢 đỏ

B8: Đưa giá trị x1 cho giáo viên hướng dẫn kiểm tra xem đã ok chưa? OK thì tiếp tục không OK

thì xin chia buồn

b Khảo sát tại vị trí x 1 để xác định giá trị tối ưu

- Thực ra ta không thể xác định chính xác giá trị x1 từ đồ thị trên vì có quá nhiều sai số ảnh hưởng đến kết quả Phần a chỉ đơn thuần giúp cho chúng ta giới hạn được khu vực cần khảo sát

(sẽ nằm xung quanh giá trị x1)

- Vậy làm thế nào để xác định chính xác giá trị x1? Very sim pờ  đo là biết liền  các bạn sẽ

đo 50T1 và đo 50T2 như trên  đến đây sẽ có 3 trường hợp xảy ra:

 50T1 = 50T2: trường hợp siêu rùa  xác suất ra trường hợp này gần như là bằng 0  ko xét đến làm gì 

 50T1 > 50T2: Quan sát đồ thị ta thấy điểm ta đang khảo sát nằm ở bên phải x1 tối ưu  cần dịch về bên trái  vặn gia trọng C lại gần quả nặng 4 một chút (nhớ là một chút thôi

đấy nhé)  sau đó khảo sát 50T1 và 50T2 xem bằng nhau chưa?

 50T1 < 50T2: Ngược lại trường hợp trên thôi  vặn gia trọng C ra xa quả nặng 4

- Như vậy, sau khi các bạn tìm được giá trị x1 tối ưu các bạn chỉ cần đo 50T1 3 lần, 50T2 3 lần và ghi kết quả vào bảng 2 là xong

P/S: Nói chung thì cũng chả có gì khó lắm đâu Cứ làm theo hướng dẫn là 99% các bạn sẽ qua còn 1 % không qua là do không làm theo hướng dẫn hoặc không đi thí nghiệm thôi 

HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM BÀI 4

1 Tên bài: XÁC ĐỊNH BƯỚC SÓNG VÀ VẬN TỐC TRUYỀN ÂM TRONG KHÔNG KHÍ BẰNG PHƯƠNG PHÁP CỘNG HƯỞNG SÓNG DỪNG

- Làm thế nào để qua vòng gửi xe bây giờ? Very easy  đọc kỹ lý thuyết  nhưng lý thuyết thì

khó hiểu làm sao mà đọc kỹ được  cần nắm các điểm mấu chốt sau:

 Định nghĩa sóng dừng: không cần trình bày dài dòng chỉ cần nhớ là sóng có nút và bụng

 Ý nghĩa của phương trình sóng  nhìn cái biết ngay là phương trình này cho biết sóng

lan truyền trong môi trường đàn hồi theo không gian và thời gian (vì thấy phương trình

sóng phụ thuộc vào thời gian t và tọa độ x,y,x)

 Nếu dao động kích thích sóng là dao động điều hòa thì phương trình sóng sẽ có dạng:

𝑈(𝑥, 𝑡) =𝑼𝟎𝐬𝐢𝐧 𝝎 (𝒕 +𝒙

𝒗)+𝑼𝟎𝐬𝐢𝐧 𝝎 (𝒕 −

𝒙

𝒗)

 Để ý kĩ thì hai thành phần màu xanh và màu đỏ chính là phương trình dao động điều hòa

và các bạn đã học ở lớp 12 thì U(x,t) chính là tổng hợp của hai dao động điều hòa Tính chất của hai dao động này cùng biên độ, cùng tần số và ngược chiều nhau  kiểu gì cũng

sẽ tạo ra sóng dừng rồi

 Đến đây thì các bạn có thể đoán biết được là kiểu gì cũng sẽ phải sử dụng một nguồn kích thích dao động điều hòa (chính là loa điện động: nguyên lý hoạt động là dòng xoay chiều

sẽ làm màng loa dao động điều hòa và truyền sóng âm ra ngoài không gian xung quanh màng loa)

 Điều kiện để có sóng dừng (cái này thì trong sách giáo khoa vật lý 12 nói rất rõ)

o Một đầu cố định một đầu hở: 𝐿 = (2𝑘 − 1)𝜆

4 trong đó k = 1 (mode cơ bản), 2, 3,

o Hai đầu cố định: 𝐿 = 𝑘𝜆

2

o L chính là chiều dài cột không khí

- Dưới đây sẽ là hình vẽ về hệ thí nghiệm các bạn sẽ làm (tất nhiên hệ thực tế thì cũ hơn một chút

)

Hình vẽ 2 còn thiếu một bộ phận là máy phát

tần  dùng để cũng cấp tín hiện có tần số nào

đó cho loa điện động

Hình 1 Máy phát tần (giá thành của một chiếc

mới toanh rất phải chăng – gần 9 chai  nên

các bạn cứ cẩn thận khi thao tác )

Hình 2 Hệ thí nghiệm

- Về cơ bản bài thí nghiệm gồm hai phần chính

 Khảo sát hiện tượng cộng hưởng sóng dừng trong một đầu kín một đầu hở  đại khái là

ta truyền sóng âm kích thích vào ống rồi sau đó điều chỉnh pittong lên xuống để thay đổi

- Trước khi bắt đầu đo cần kiểm tra nguồn đã được cấp chưa, dạng tín hiệu và thang tín hiệu đã

chuẩn chưa (dạng sin và thang 1k)

- Hạ pittong xuống sao cho mặt đáy gần sát miệng ống

a Khảo sát hiện tượng cộng hưởng sóng dừng trong một đầu kín một đầu hở

Bộ khuếch đại MIKE  giúp quan sát tín hiệu cực đại

Pittong: có thể dịch chuyển lên xuống nhờ hệ thống ròng rọc

Puli

Bộ màu đỏ dưới cùng chính là loa điện động

Các thang tín hiệu

Chỉnh thô Chỉnh tinh

Đầu lấy tín hiệu ra Điều chỉnh dạng tín hiệu

B1: Điều chỉnh tần số xung của máy phát tới giá trị 500HZ

B2: Bắt đầu nhẹ nhàng ta vặn Puli để kéo pittong lên  quan sát kim trên bộ khuếch đại MIKE

 nếu kim đạt độ lệch cực đại thì stop ngay  đọc giá trị L  chính là giá trị ứng với mặt đáy

của pittong  đây chính là vị trí bụng đầu tiên

B3: Nâng pittong lên tiếp để tìm vị trí bụng thứ hai

B4: Lại hạ pittong về vị trí ban đầu và tăng tần số lên 600 Hz rồi 700 Hz rồi khảo sát tương tự B5: Đưa số liệu cho giáo viên hướng dẫn check  OK thì go on còn nếu không thì lại đo lại chứ

sao

b Khảo sát hiện tượng cộng hưởng trong ống hai đầu hở:

B1: Cho pittong ra khỏi ống  rất nhẹ nhàng và cẩn thận

B2: Điều chỉnh tần số về giá trị 150 Hz

B3: Tằng tắng tăng tần số lên và quan sát kim của bộ khuếch đại MIKE  xác định các tần số

cộng hưởng cơ bản, bậc 1, bậc 2, bậc 3, bậc 4  ghi kết quả lại

B4: Lại mang đi kiểm tra tiếp  OK  thu dọn hiện trường và lượn

? Vì sao nó không thế này mà nó lại thế kia? 

5 Báo cáo mẫu:

http://www.ductt111.com/tong-hop-cac-bai-bao-cao-mau-kinh-cmn-dien-trong-thi-nghiem-ve-lo/

ARE YOU OK?  CHÚC MỌI NGƯỜI HỌC TỐT ^_^