cac bai thi nghiem vat ly 1

bài mở đầu Sai số của phép đo các đạI lượng vật lí Khi nghiên cứu các hiện tượng tự nhiên, trong Vật lí học người ta thường dùng phương pháp thực nghiệm: tiến hành các phép đo các đại lư

bài mở đầu Sai số của phép đo các đạI lượng vật lí Khi nghiên cứu các hiện tượng tự nhiên, trong Vật lí học người ta thường dùng phương pháp thực nghiệm: tiến hành các phép đo các đại lượng vật lí đặc trưng cho hiện tượng, xác định mối liên hệ giữa chúng, từ đó rút ra quy luật vật lí.

Để thực hiện các phép đo, ta phải có các dụng cụ đo Tuy nhiên trong thực tế, hầu như không một dụng cụ đo nào, không một phép đo nào có thể cho ta giá trị thực của đại lượng cần

đo Các kết quả thu được chỉ là gần đúng Vì sao vậy? Điều này có mâu thuẫn hay không với quan niệm cho rằng Vật lí là một môn khoa học chính xác? Để trả lời câu hỏi này, trước hết ta cần làm rõ khái niệm: phép đo các đại lượng vật lí là gì? vì sao có sự sai lệch giữa giá trị thực của đại lượng cần đo và kết quả đo? Từ đó xác định kết quả và đánh giá được độ chính xác của phép đo.

I – Phép đo các đại lượng vật lí hệ Đơn vị SI

1 Phép đo các đại lượng vật lí

Ta dùng một cái cân để đo khối lượng một vật Cái cân là một dụng cụ đo, và phép đo khối lượng của vật thực chất là phép so sánh khối lượng của nó với khối lượng của các quả cân, là những mẫu vật được quy ước có khối lượng bằng một đơn vị (1 gam, 1 kilôgam ) hoặc bằng bội số nguyên lần đơn vị khối lượng Vậy:

Phép đo một đại lượng vật lí là phép so sánh nó với đại lượng cùng loại được quy ước làm

 Đơn vị thời gian: giây (s)

 Đơn vị khối lượng: kilôgam (kg)

 Đơn vị nhiệt độ: kenvin (K)

 Đơn vị cường độ dòng điện: ampe (A)

 Đơn vị cường độ sáng: canđela (Cd)

 Đơn vị lượng chất: mol (mol).

Ngoài 7 đơn vị cơ bản, các đơn vị khác là những đơn vị dẫn xuất, được suy ra từ các đơn vị cơ bản theo một công thức, ví dụ: đơn vị lực F là niutơn (N), được định nghĩa: 1 N = 1 kg.m/s2.

II – Sai số phép đo

1 Sai số hệ thống

Giả sử một vật có độ dài thực là l = 32,7 mm Dùng một thước có độ chia nhỏ nhất 1 mm

để đo l, ta chỉ có thể xác định được l có giá trị nằm trong khoảng giữa 32 và 33 mm, còn phần lẻ không thể đọc trên thước đo Sự sai lệch này, do chính đặc điểm cấu tạo của dụng cụ đo gây ra,

gọi là sai số dụng cụ.

Sai số dụng cụ là không thể tránh khỏi, thậm chí nó còn tăng lên khi điểm 0 ban đầu bị lệch

đi, mà ta sơ suất trước khi đo không hiệu chỉnh lại Kết quả là giá trị đại lượng đo thu được luôn

lớn hơn, hoặc nhỏ hơn giá trị thực Sai lệch do những nguyên nhân trên gây ra gọi là sai số hệ thống.

2 Sai số ngẫu nhiên.

Lặp lại phép đo thời gian rơi tự do của cùng một vật giữa hai điểm A, B, ta nhận được các giá trị khác nhau Sự sai lệch này không có nguyên nhân rõ ràng, có thể do hạn chế về khả năng giác quan của con người dẫn đến thao tác đo không chuẩn, hoặc do điều kiện làm thí nghiệm không

ổn định, chịu tác động của các yếu tố ngẫu nhiên bên ngoài Sai số gây ra trong trường hợp này

gọi là sai số ngẫu nhiên.

3 Giá trị trung bình

Sai số ngẫu nhiên làm cho kết quả phép đo trở nên kém tin cậy Để khắc phục người ta lặp lại

phép đo nhiều lần Khi đo n lần cùng một đại lượng A, ta nhận được các giá trị khác nhau : A1,

; A2 = A  A2 ; A3 = A  A3 ; …A (2)

Sai số tuyệt đối trung bình của n lần đo được tính theo công

xác định theo (3) là sai số ngẫu nhiên Như vậy, để xác định sai số ngẫu nhiên ta

phải đo nhiều lần Trong trường hợp không cho phép thực hiện phép đo nhiều lần (n < 5), người

ta không tính sai số ngẫu nhiên bằng cách lấy trung bình theo công thức (3), mà chọn giá trị cực đại

Amax , trong số các giá trị sai số tuyệt đối thu được từ (2).

b) Sai số tuyệt đối của phép đo là tổng sai số ngẫu nhiên và sai số dụng cụ:

Trong đó A’ là sai số hệ thống gây bởi dụng cụ, thông thường có thể lấy bằng nửa hoặc một

độ chia nhỏ nhất trên dụng cụ Trong một số dụng cụ đo có cấu tạo phức tạp, ví dụ đồng hồ đo

điện đa năng hiện số, sai số dụng cụ được tính theo một công thức do nhà sản xuất quy định.

Chú ý:

– Sai số hệ thống do lệch điểm 0 ban đầu là loại sai số cần phải loại trừ, bằng cách chú ý hiệu chỉnh chính xác điểm 0 ban đầu của dụng cụ đo trước khi tiến hành đo.

– Sai sót: Trong khi đo, còn có thể mắc phải sai sót Do lỗi sai sót, kết quả nhận

được khác xa giá trị thực Trong trường hợp nghi ngờ có sai sót, cần phải đo lại và loại bỏ giá trị sai sót.

5 Cách viết kết quả đo

Kết quả đo đại lượng A không cho dưới dạng một con số, mà cho dưới dạng một khoảng giá trị

trong đó chắc chắn có chứa giá trị thực của đại lượng A:

( A –  A) < A < ( A +  A ) hay

Chú ý: Sai số tuyệt đối của phép đo A thu được từ phép tính sai số thường chỉ được viết

đến một hoặc tối đa là hai chữ số có nghĩa, còn giá trị trung bình A được viết đến bậc thập

phân tương ứng Các chữ số có nghĩa là tất cả các chữ số có trong con số, tính từ trái sang phải, kể

từ chữ số khác 0 đầu tiên.

Ví dụ: Phép đo độ dài s cho giá trị trung bình s = 1,368 32 m, với sai số phép đo tính được là

s = 0,003 1 m, thì kết quả đo được viết, với s lấy một chữ số có nghĩa, như sau:

7 Cách xác định sai số phép đo gián tiếp

Để xác định sai số của phép đo gián tiếp, ta có thể vận dụng quy tắc sau đây:

a) Sai số tuyệt đối của một tổng hay hiệu thì bằng tổng các sai số tuyệt đối của các số hạng.

b) Sai số tỉ đối của một tích hay thương thì bằng tổng các sai số tỉ đối của các thừa số

Ví dụ: Giả sử F là đại lượng đo gián tiếp, còn X, Y, Z là những đại lượng đo trực

tiếp.

– Nếu: F = X + Y– Z , thì:  F =  X +  Y+  Z

XY – Nếu: F = , thì:  F =  X +  Y+  Z

Nếu công thức xác định đại lượng đo gián tiếp tương đối phức tạp, các dụng cụ đo trực tiếp

có độ chính xác tương đối cao, sai số phép đo chủ yếu gây bởi các yếu tố ngẫu nhiên, thì người

ta thường bỏ qua sai số dụng cụ Đại lượng đo gián tiếp được tính cho mỗi lần đo, sau đo lấy trung bình và tính sai số ngẫu nhiên trung bình như trong các công thức (1), (2), (3).

Tóm tắt

 Phép đo một đại lượng vật lí là phép so sánh nó với đại lượng cùng loại được quy ước làm

đơn vị.

Phép so sánh trực tiếp thông qua dụng cụ đo gọi là phép đo trực tiếp.

Phép xác định một đại lượng vật lí qua một công thức liên hệ với các đại lượng đo trực tiếp, gọi là phép đo gián tiếp.

 Giá trị trung bình khi đo nhiều lần một đại lượng A:

; A2 = A  A2 ; A3 = A  A3 …A

Sai số ngẫu nhiên là sai số tuyệt đối trung bình của n lần đo:

A = A1 + A2 + + An

n

Sai số dụng cụ A' có thể lấy bằng nửa hoặc một độ chia nhỏ nhất trên dụng cụ.

 Kết quả đo đại lượng A được cho dưới dạng: A  A  A , trong đó A là tổng sai số ngẫu nhiên và sai số dụng cụ:

 A  A  A , được lấy tối đa đến hai chữ số có nghĩa, còn

A được viết đến bậc thập phân tương ứng.

 Sai số tỉ đối A của phép đo là tỉ số giữa sai số tuyệt đối và giá trị trung bình của đại

A

lượng đo, tính bằng phần trăm: A = 100%.

A

 Sai số của phép đo gián tiếp, được xác định theo các quy tắc:

Sai số tuyệt đối của một tổng hay hiệu, thì bằng tổng các sai số tuyệt đối của các số hạng Sai số tỉ đối của một tích hay thương, thì bằng tổng các sai số tỉ đối của các thừa số.

Sai số dụng cụ bằng 0,1 mm Vậy:

Sai số phép đo đường kính trụ là: d = 0,05 + 0,1 = 0,15 mm

Sai số phép đo chiều cao trụ là: h = 0,09 + 0,1 = 0,19 mm

2 Bài tập vận dụng

V = (1 410  28 ).10 (mm3) Dùng một đồng hồ đo thời gian có ĐCNN 0,001 s để đo n lần thời gian rơi tự do không vận tốc đầu của một vật, bắt đầu từ điểm A (vA = 0) đến điểm B, kết quả cho trong bảng dưới đây:

b) Dùng một thước mm đo 5 lần khoảng cách s giữa hai điểm A, B đều cho một giá trị như nhau bằng 798 mm Tính sai số phép đo này và viết kết quả đo.

c) Cho công thức tính vận tốc tại B: v = 2s

và gia tốc rơi tự do g = t

2s

t2 Dựa vào các kết quả

đo ở trên và các quy tắc tính sai số đại lượng đo gián tiếp đó học, hóy tính v, g,  v,  g và viết các kết quả cuối cùng?

thí nghiệm vật lý BKM-010A

Làm quen sử dụng các dụng cụ đo chi u dài và khối lượng

đo kích th ước và xác định thể tích của các vật rắn có hình dạng đối xứng

I mục đích thí nghiệm

1 Làm quen và sử dụng một số dụng cụ đo độ dài

(thước kẹp, thước panme) để đo trực tiếp kích thước

của một số vật rắn có hình dạng đối xứng

2 Xác định gián tiếp thể tích của các vật

3 Biết cách tính sai số và kết quả của phép đo

trực tiếp và phép đo gián tiếp

II dụng cụ thí nghiệm

1 thước kẹp 0  150mm, chính xác 0,02mm;

1 thước panme 0  25mm, độ chính xác 0,01mm ;

2 mẫu vật cần đo (vòng đồng, viên bi thép)

Để thuận tiện, người ta làm thêm hai hàm kẹp :

- hàm kẹp cố định 1 - 2 gắn với đầu của thướcchính - hàm kẹp di động 1/ - 2/ gắn với đầu của duxích Hai đầu 1-1/ dùng đo kích thước ngoài và hai

thể giữ cố định du xích T/ nhờ vít hãm 3

Du xích được khắc thành N độ chia sao cho độ dài của N độ chia này có giá trị đúng bằng độ dài của N -1 độ chia trên thước chính, nghĩa là :

N.b = ( N - 1 ) a (2)

với a là giá trị mỗi độ chia của thước chính và b là

giá trị mỗi độ chia của du xích Từ (2) ta suy ra :

1 Thể tích của khối trụ rỗng tính theo công thức :

Đại lượng ∆ gọi là độ chính xác của du

xích, nó cho biết độ sai lệch giữa giá trị mỗi độchia của thước chính và giá trị mỗi độ chia của duxích Vì

2 Thước kẹp (Hình 2) là dụng cụ đo độ dài trong

giới hạn từ vài milimét đến ba trăm milimét với độ

chính xác 0,1  0,02mm Cấu tạo của nó gồm một

thước chính T được chia đều thành từng milimét và

T

- gọi là du xích.

3 Đo độ dài L của vật AB bằng thước kẹp :

Đặt đầu A của vật trùng với số 0 của thước chính

T Giả sử khi đó đầu B của vật nằm trong khoảng

giữa vạch thứ n và n+1 của thước chính T (Hình 3).

Ta đẩy du xích T/ trượt dọc thước chính để

đầu B của vật trùng với số 0 của du xích.

Như vậy, vạch chia thứ n của thước chính nằm ở

ngay trước số 0 của du xích cho biết số nguyên lần

của milimét, còn vạch chia thứ m của du xích nằm

trùng với vạch chia đối diện trên thước chính sẽ cho

biết số phần mười hoặc số phần trăm của milimét (tuỳ

thuộc độ chính xác ∆ )

4 Đo đường kính ngoài D, đường kính trong d và độ

cao h của chiếc vòng đồng :

Dùng thước kẹp đo đường kính ngoài D , đường

kính trong d và độ cao h của chiếc vòng đồng.

Thực hiện 5 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 vào bảng 1 để tính thể tích V của chiếc vòng

đồng

B Xác định thể tích của viên bi thép (khối cầu)

1 Thể tích của viên bi thép hình cầu tính theo

công thức :

6

Giá trị  này gọi là độ chính xác của panme

Số đo trên thước panme được xác địnhtheo vị trí x của mép du xích tròn :

- Nếu mép thước tròn nằm sát bên phải vạch

chia thứ N của thước milimét ở phía trên đường

chuẩn ngang, đồng thời đường chuẩn ngang nằmsát vạch thứ n của thước tròn, thì :

tự N và n của các vạch chia đều lấy giá trị nguyên

Đối với viên bi nhỏ có đường kính D vào cỡ vài

milimét, ta phải dùng thước panme để đo đường kính

của nó Từ đó có thể xác định chính xác thể tích V

của nó theo công thức (5)

2 Thước panme (Hình 4) là dụng cụ dùng đo độ dài

chính xác tới 0,01 mm Cấu tạo của nó gồm : một

cán thước hình chữ U mang trục vít vi cấp 1 và đầu

tựa cố định 2; một thước kép có các độ chia bằng

nằm so le nhau 0,50 mm ở phía trên và phía dưới

của một đường chuẩn ngang khắc trên thân trụ 3;

một cần gạt nhỏ 4 dùng hãm trục vít 1; một thước

tròn có 50 độ chia bằng nhau nằm ở sát mép trái

của trụ rỗng 5 bao quanh thân trụ 3 Khi vặn đầu 6

của trục vít 1, thước tròn sẽ quay và tịnh tiến theo

bước ren h = 0,50 mm của trục vít 1 Như vậy,

khi thước tròn quay đúng một vòng ứng với N = 50

độ chia thì đồng thời nó tịnh tiến một đoạn h =

0,50 mm dọc theo thước kép Mỗi độ chia nhỏ nhất

trên thước tròn có giá trị bằng :

bằng 0,1,2,3,

3 Đo đường kính của viên bi bằng thướpc panme

Đặt viên bi tựa vào đầu cố định 2 của thướcpanme Vặn từ từ đầu 6 của trục vít 1 để đầu bêntrái của trục vít này tiến dần đến tiếp xúc với viên bi.Khi nghe thấy tiếng kêu "lách tách" của lò xo hãmtrục vít 1 thì ngừng lại

Thực hiện 5 lần phép đo đường kính D của viên bi

tại các vị trí khác nhau của viên bi Đọc và ghi giá

trị của D trong mỗi lần đo vào bảng 2 để tính thể

tích V của viên bi

III kết quả thí nghiệm

1 Điền đầy các kết quả tính toán vào những ô trống trong các bảng 1 và 2

2 Viết kết quả đo của mỗi đại lượng trong các bảng

1 và 2

3 Xác định thể tích của chiếc vòng đồng (trụ rỗng)

và của viên bi thép (khối cầu)

Báo cáo thí nghiệm

đo kích th ước và xác định thể tích của các vật rắn có hình dạng đối xứng

Xác nhận của thày giáo

Trường

Lớp .Tổ

Họ tên

I Mục đích thí nghiệm

II kết quả thí nghiệm A Xác định thể tích của chiếc vòng đồng (khối trụ rỗng) Bảng 1 Độ chính xác của thước kẹp : (mm) Lần đo D (10-3 m) D (10-3 m) d (10-3 m) d (10-3 m) h (10-3 m) h (10-3 m) 1 2 3 4 5 Trung bình 1 Tính sai số tuyệt đối của phép đo đường kính ngoài D , đường kính trong d và độ cao h (đo trực tiếp) : D  ( D) dc  D   (10-3 m) d  ( d) dc  d   (10-3 m) h  ( h) dc  h   (10-3 m) 2 Tính sai số và kết quả phép đo thể tích V của chiếc vòng đồng (đo gián tiếp) :

B Xác định thể tích của viên bi thép (khối cầu) :

Bảng 2 : Độ chính xác của thước panme : (mm)

Làm quen sử dụng các dụng cụ đo chi u dài và khối lượng

I mục đích thí nghiệm

Làm quen và sử dụng cân kỹ thuật để cân

khối lượng của một vật trong giới hạn 0 200g

Cân khối lượng của một vật là so sánh khối

lượng của vật đó với khối lượng của những quả

cân (tức là những vật mẫu được qui ước chọn

Cân kỹ htuật (Hình 2) là dụng cụ dùng đo

khối lượng của các vật trong giới hạn 0  200g,chính xác tới 0,02g Cấu tạo của nó gồm phầnchính là một đòn cân làm bằng hợp kim nhẹ, trên

đòn cân có các độ chia từ 0 đến 50 ở chínhgiữa thân của đòn cân có gắn một con dao Ohình lăng trụ tam giác bằng thép cứng, cạnh củadao O quay xuống phía dưới và tựa trên một gối

đỡ phẳng ngang (bằng đá mã não) đặt ở đỉnhcủa trụ cân ở hai đầu đòn cân có hai con dao O1

và O2 giống như con dao O Các cạnh của haicon dao này quay lên phía trên, đặt song song

và cách đều cạnh của con dao O, nên các cánhtay của đòn cân OO1 = L 1 và OO2 = L 2 có độ dàiTreo vật có trọng lượng P vào đầu O1 và treo các

quả cân có tổng trọng lượng P0 vào đầu O2

bằng nhau Hai chiếc móc mang hai đĩa cân giốngnhau được đặt tựa trên cạnh của hai dao O1 và

O2 Mặt dưới của đế cân có hai vít xoay V dùng

điềusao cho đòn cân O1O2 nằm thẳng ngang (Hình

đối với điểm tựa O bằng nhau :

Như vậy, đối với các loại cân có cánh tay đòn

bằng nhau, trọng lượng P hoặc khối lượng m

của vật treo ở một đầu đòn cân sẽ đúng bằng

Đòn cân được nâng lên hoặc hạ xuống nhờmột núm xoay N ở phía chân của trụ cân Khi hạ

đòn cân xuồng, cạnh của con dao O không tựavào

tổng trọng lượng P0 hoặc khối lượng m0 của các

quả cân treo ở đầu kia của đòn cân khi đòn

mặt gối đỡ trên trụ cân : cân ở trạng thái "nghỉ ".Khi nâng đòn cân lên, cạnh của dao O tựa trên mặtgối đỡ, đòn cân có thể dao động nhẹ quanh cạnhcủa con dao O : cân ở trạng thái "hoạt động"

Nhờ một kim chỉ thị K gắn thẳng đứng ở chính giữa đòn cân (phía dưới con dao O) và một thướcnhỏ T gắn ở chân trụ cân, ta có thể xác định

vị trí số 0 của cân khi nó "hoạt động" Trong

S

(mg/độ chia)hoặc dao động đều về hai phía số 0 của thước T

Có thể điều chỉnh vị trí số 0 của cân cân nhờ

văn nhẹ hai vít nhỏ V1 và V2 ở hai đầu đòn cân

Toàn bộ cân được đặt trong một tủ kính bảo vệ

tránh ảnh hưởng của gió khi cân "hoạt động"

Các quả cân từ 10mg đến 100g và chiếc kẹp

dùng để lấy các quả cân này đựng trong một

hộp gỗ nhỏ Ngoài ra, còn có một quả cân nhỏ C

- gọi là con m , ã có thể dịch chuyển trên đòn cân

dùng để thêm (hoặc bớt) những khối lượng nhỏ

từ 20mg đến 1000mg trên đĩa cân bên phải

C Cân khối lượng m của một vật

- Thực hiện 5 lần phép cân không tải Đọc vàghi số độ chia n trong mỗi lần đo vào bảng 1

Chú ý : Mỗi lần điều chỉnh cân hoặc thêm bớt

khối lượng trên các đĩa cân, nhất thiết phải vặnnúm xoay N (ngược chiều kim đồng hồ) để đặt cân

và ghi giá trị tổng khối lượng m 0 của các quả 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 không tải

Nếu kim chỉ thị K không chỉ đúng số 0 hoặc dao

động không đều về hai phía số 0 trên thước 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 cân 10mg lên đĩa

cân bên trái, sau đó lại vặn núm xoay N để cân

“hoạt động” Đọc số độ chia n trên thước T ứng

với độ dời của kim chỉ thị K so với vị trí số 0 trên

thước T Khi đó độ nhạy S của cân được xác

định bởi công thức :

(kể cả con mã) đặt trên đĩa cân bên phải trong mỗi lần đo vào bảng 1

IV Kết quả thí nghiệm

1 Điền đầy các kết quả tính toán vào các ô trống trong bảng 1

2.Tính độ nhạy S và xác định độ chính xác α

của cân kỹ thuật

3 Xác định khối lượng m của vật và trên cân kỹ thuật độ chính xác của phép cân này

Báo cáo thí nghiệm

Xác nhận của thày giáo

Trường

Lớp Tổ

Họ tên

I Mục đích thí nghiệm

II kết quả thí nghiệm Bảng 1 Lần đo Cân không tải Cân có tải n n m 0 (10-3 kg) m 0 (10-3 kg) 1 2 3 4 5 TB 1 Xác định độ nhạy và độ chính xác của cân kỹ thuật : S = (độ chia /mg) α = (mg/độ chia) 2 Xác định khối lượng m của vật và độ chính xác  của phép cân : m  m 0  m 0  (10-3 kg)   m  = (%)

m

Bài 7 thí nghiệm vật lý BKE-010 làm quen Sử dụng dụng cụ đo điện Khảo sát các mạch điện một chiều và xoay chiều

I.mục đích thí nghiệm

1 Làm quen và sử dụng đồng hồ đa năng hiện

số (Digital Multimeter) để đo hiêụ điện thế và

cường độ dòng điện trong các mạch điện một chiều

và xoay chiều, hoặc đo điện trở của các vật dẫn

2 Khảo sát sự phụ thuộc nhiệt độ của điện trở

kim loại bằng cách vẽ đường đặc trưng vôn-ampe của

bóng đèn dây tóc Từ đó xác định nhiệt độ của dây

tóc bóng đèn

3 Khảo sát các mạch điện RC và RL có dòng

xoay chiều để kiểm chứng phương pháp giản đồ

vectơ Fresnel, đồng thời dựa vào định luật Ohm đối

với dòng xoay chiều để xác định tổng trở, cảm

kháng và dung kháng của các mạch điện Từ đó

xác định điện dung của tụ điện và hệ số tự cảm

của cuộn dây dẫn

II Dụng cụ

2 đồng hồ đa năng hiện số kiểu DT9205 ;

6 dây dẫn nối mạch dài 60cm ;

1 nguồn cung cấp điện 12V-3A/AC-DC

III Cơ sở lý thuyết

1 Giới thiệu cách sử dụng đồng hồ đa năng

hiện số kiểu DT 9202

Đồng hồ vạn năng hiện số là loại dụng cụ đo có

độ chính xác cao và nhiều tính năng ưu việt hơn

hẳn loại đồng hồ chỉ thị kim trước đây, được dùng

để đo hiệu thế và cường độ dòng điện một chiều,

xoay chiều, điện trở, điện dung của tụ điện Nhờ

một núm chuyển mạch chọn thang đo, ta có thể

chọn thang thích hợp với đại lượng cần đo

Thông thường một đồng hồ vạn năng hiện số

loại 3 1/2 digit có 2000 điểm đo ( từ 0 đến 1999)

Giả sử ta chọn thang đo hiệu thế một chiều DCV

20V, thì đại lượng :

Nếu hiệu thế ta đo được là U thì sai số tuyệt đốicủa phép đo trực tiếp đại lượng U này là:

U =  (%) U + n  (2)Trong đó :

U : Giá trị đo được, chỉ thị trên đồng hồ

 (%) : Cấp chính xác của thang đo

 : Độ phân giải của thang đo

n = 1  3 ( quy định theo từng thang đo bởi nhàsản xuất ).Cách tính tương tự đối với các thang đothế và dòng khác

Các thang đo thế và dòng có độ nhạy cao nhấtthường là 200mV và 200A hoặc 2mA, được dùng

để đo các hiệu thế và dòng điện một chiều rất nhỏ

Cần rất thận trọng khi sử dụng các thang đo này.

Nếu vô ý để hiệu thế hoặc dòng điện lớn gấp 5-10lần 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 :1.Không bao giờ được phép chuyển đổi thang

đo khi đang có điện ở đầu đo

2.Không áp đặt điện áp, dòng điện vượt quá giátrị thang đo Trường hợp đại lượng đo chưa biết, thìhãy đo thăm dò bằng thang đo lớn nhất, rồi rút điện

ra để chọn thang thích hợp

3 Để đo cường độ dòng điện nhỏ chạy trong

đoạn mạch, ta dùng hai dây đo cắm vào hai lỗ

“COM “(lỗ chung ) và lỗ “A” 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 vềcác vị trí thuộc giải đo DCA để đo dòng điện mộtchiều, ACA để đo dòng xoay chiều Sau lỗ “A” bên

trong đồng hồ có cầu chì bào vệ, nếu dòng điện đovượt quá giá trị thang đo, lập tức cầu chì bị thiêucháy, tất cả các thang đo dòng điện nhỏ ngưnghoạt động cho đến khi một cầu chì mới được thay

Điều tai hại tương tự cũng xảy ra nếu chúng ta mắcAmpe kế song song với hai đầu đoạn mạch có hiệuthế

Hóy rất thận trọng khi sử dụng các thang đo

  20V 2000  0,01.V (1) dòng, không để cháy cầu chì ! 4 Để đo cường độ dòng điện lớn 0-10A, ta

được gọi là độ phân giải của thang

đo

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 vị

trí DCA-10A để đo dòng một chiều, ACA-10A để đo

dòng 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 ngoài hoặc

ặc đo

điện trở, tadùng hai dây

song

Hình 2Theo định

luật Ôm đốivới mạch điệnmột chiều,

điện trở R

của đoạnmạch :

song

với

đoạn mạch

Chuyểnmạch chọn thang

đo

được vặn về các vị trí thuộc giải đo

để đo hiệu thếxoay

chiều,và

 để đo điện trở

Nếu R

không đổi thì

I tỷ lệ bậc nhất với U

Đồ thị I =f

(U) - gọi là

đặc tuyến vôn-ampe,

có dạng

đường thẳng qua gốc toạ

độ với hệ số góc :

Đ

0 t

2 DCV

20 200

1000

700 200

20 ACV

2 200m

điệncủa

đoạ

n mạch

Như

ng

do hiệ

u ứn

g Jun-Lenxơ, lượ

ng nhi

ệt

Q

toả

ra trê

n

điệ

n trở

R tro

ng thờigianbằn

g :

Q = R I 2

(5)

Lượ

ng nhi

ệt nàylàmtăn

g nhi

đổi theo nhiệt độ

 = 4,82.10các hệ

số nhiệt của điện trở của Vonfram

dây theo

đèn nữa Đặc tuyến vôn-ampe bóng đèn dây tóc có

2 K h

ả o s

á t m

ạ c h

đ i ệ n m ộ t c h i ề u

X

ét mạ

ch

điệ

n gồ

m

nguồ

n

điệ

n mộ

t chi

ều

Un cu

ng cấ

p

điệ

n ch

o bó

ng

đè

n dâ

y

tóc Đ có điện trở

đường cong

Gọi R p là điện trở của dây tóc đèn ở nhiệt độ phòng t p Khi

đó từ (6) ta suy ra :

R p

R2 Z 2 C

ều tần

số

f : Z

=

(17)

đầu mạch điện gồm tụ

điện có điện dung C

mắc nối tiếp với điện

trở thuần R (Hình 3).

Chia hai vế của (15) cho2 , ta nhận

được định luật Ôm đối

với mạch điện xoay chiều R-C :

I =

U Z

trong đó U và I là giá

trị hiệu dụng của hiệu

điện thế và cường độdòng xoay chiều trongmạch R-C có thể đobằng đồng hồ đa nănghiện số

4.

Đặt hiệu điện thế xoay chiều

hai

đầum

ạch

điệngồm

c u ộ n d

â y d ẫ n

có

điệntrởthuần

r

vàhệsốtực

ảm

L m

ắ c n ối ti

ếp với điện trở R (Hình

5)

A BHình 3Giả sử dòng điện xoay chiềuchạy trong mạch ở

thời điểm t có dạng :

i sin t

(9)

Kh

i

đó:

i , còn

u C

chậm pha  /

2 so

với i ,

nên ta

có thể viết :

E

CHìn

h 5

u

=

U 0 R

.sin 2f t 

U 0C

.sin (2f t 



) 2

(11)

Giả sử dòng điện xoay chiều chạy trong

u R và

u r cùngpha với

i , còn

u L

nhanh pha /

2 so

với i,

nên ta

có thể viết :

u =

UoR.sin

2f.t +U or sin p

nguồn điện 12V-3A

AC-DC POWER SUPPLY

f

t 

 )

(21)

ình6

và

Z

là

tổ ng trở

củam

ạchR-L

đốivớidòng

điệnxoaychiềutầnsố

f :

Z



(26)Chiahai

vế củ

a (24) cho2,

ta nh

t

Ô

m

đối với m

ạc

h

điệ

n xo

ay chi

ều R-

L :

I =

Z

trong

củahiệu

điệnthếvàcường

độdòngxoaychiềutrongmạchR-Lcóthể

đo bằng đồng

hồ đa nănghiện số

IV T r

ì n h t ự t h í n g h i ệ m

1 Kiểm tra hoạt động của bộ nguồn

điện 12V-3A (AC-DC POWER SUPPLY)

đấu dây 12Vphía phải,cung cấp dòngtối đa 3A, có

áp và dòng

(>1,5%)

 Điện ápxoay chiều

cố định ~12Vlấy ra từ hai

lỗ đấu dâyphía trái

 Kiểm trahoạt động

nguồnbằng cách:

- Cắm phích lấy điện của bộ nguồn này vào ổ

chiều ~220Vtrên bàn thínghiệm

- Bấm khoá K trên mặt bộ nguồn : đèn LED của nó phát sáng báohiệu sẵn sàng hoạt động

- Vặn từ từnúm xoay

P theo chiều kim

đồng hồ

đồng thời

vônkế V trênmặt bộ nguồn.Nếu

điện áp một chiều biến

đổi 012V (lấy trên hai

cá sấu) để nối von

kế song song với

Sau khi thiết lập xong,

Mời thày giáo kiểm tra

mạch điện tr ư ớc khi cấp

điện cho mạch Bấm khóa K trên mặt bộ nguồn: đèn LED phát sáng, báo hiệu sẵn sàng hoạt động

c Tiến hành đo :

Bấm núm "ON/OFF"

trên vônkế V vàampekế A, cho chúnghoạt động

d Kết thúc phép

đo : Vặn nhẹ núm

xoay P về tận cùngbên trái, Bấm khoá K

để tắt bộ nguồn Bấm

các núm "ON/OFF"

trên hai đồng hồ đểtắt

điện cho chúng

3 Xác định nhiệt độ nóng sáng của dây tóc đèn.

điện , vặn chuyểnmạch chọn thang đo

đo đã chọn trên vônkế

V và ampekế A (xembảng các thông số kỹthuật của đồng hồ hiện

số DT 9202 ở trang cuối

củatậptàiliệunày)

4 X

á c

đ ị n h

đ i ệ n d u n g c ủ a t ụ

đ i ệ n t r o n g m

ạ c h R C a.

M

ắc m

ạc h

đi ện :

M

ắctụ

điện

C

và

điện

trở

R

vàobả

ng

điệnnhưtrênsơ

đồhình3

Điện

ápxoaychiều

~12V

đượclấytừhailỗraxoaychiều

~12Vtrênmặtbộnguồn

đểcungcấpchomạch

điện

Tiếptụcdùng

hai đồng hồ

đa năng hiện

số DT9202làm vônkế vàampekế xoaychiều

b Chọn thang

song với các

đoạn mạchcần đo

 Ampekế A

đặt ở thang

đo xoay chiềuACA 200mA,Hai dây đocắm vào 2 lỗ

ư ớc khi cấp

điện cho mạch.

c Tiến hành đo :

"ON/OFF"

trên mặtvônkế V vàampekế A,cho chúnghoạt động

Bấm khoá K của bộ nguồn Quan

sát ,đọc vàghi giá trị

dòng điện chỉtrên Ampe kế

mạch, U R

giữa hai

xoay chiều A như

trong thí nghiệm khảo

sát mạch điện RC nêu

trên

Mời thày giáo

kiểm tra mạch điện

trước khi nối mạch điện

cần đo với bộ nguồn

lượt đo các giá trị hiệu

điện thế hiệu dụng U

ở hai đầu đoạn mạch,

U R giữa hai

đầu điện trở thuần R ,

và U L giữa hai đầu

để tắt điện cho chúng

e Tháo vônkế V

ra khỏi mạch điện ,vặn chuyển mạchchọn thang đo của nó

ômkế được nối với hai

đầu của cuộn dây L

Bấm núm "ON" trênmặt ômkế , đọc giá trị

điện trở r của cuộn dây

và ghi vào bảng 3

Sau đó, bấm núm

"ON/OFF" tắt điện cho ômkế Ghi vào bảng 3 : giá trị giới hạn, độ nhạy, cấpchính xác và số n được qui định đối với thang đo

đã chọn trên vônkế V, ampekế A và ômkế 

V Tính toán kết quả đo

1. Dựa vào các cặp

giá trị của I, U

tương ứng, và

đầu điện trở thuần R ,

và U C giữa hai đầu tụ

có hiệu điện thếGhi vào bảng 2 :

g thức(3), (7)

và (8)

2.

Dựavàoc

ácgi

átr

ị

I

, U , U

R

, U

C

đ

o

đượ

c tron

g b

ản

g

2

đ

ể x

á

c

địn

h :tổngtrở

Z





U I U

trởthu

m

L nố

i tiế

p với

đi ện trở R

và

o bả

ng lắprá

p mạ

ch

điệ

n the

o sơ

đồh

ình5

Điện

áxa hiề

~1V

đượ lấ từ

hilỗra xa

 điện trở thuần

 dung kháng

ampekế xoaychiều

 điệ

n dung

C

 2



.f Z

để xác

định :

 tổng trởU/I

 cảm kháng

VI C

â u h ỏ i k i ể m t r a

1 Phátbiểu và viết biểu thức của

định luật

Ôm đối với dòng

điện không

đổi

Tại sao

đặc tuyến vôn-ampe

I = f (U)

của bóng

đèn dây tóc khôngphải là

đường thẳng ?

Phụ lục : Bảng thông số kỹ thuật đồng hồ vạn năng DT-9202

xoay chiều và hiệu

điện thế xoay chiều

6 Dựa vào công

thức tính C và L chứngminh các biểu thứctính sai số tương đối

của điện dung C và của hệ số tự cảm L

Báo cáo thí nghiệm

sử dụng dụng cụ đo điện khảo sát mạch điên một chiều, xoay chiều

Trường Xác nhận của thày giáo

Lớp Tổ

Họ tên

I Mục đích thí nghiệm

II Kết quả thí nghiệm

1 Bảng 1 : Đo đặc trưng Von Ampe của dây tóc bóng đèn

U(V)

I(A)

U(V)

I(A)

U(V)

I(A)

UR(V)

UC(V)

UL(V)

4.Vẽ đặc trưng Von Ampe của dây tóc đèn

…A…A…A…A…A…A…A…A…A…A…A…A…A…A…A…A…A…A…A…A…A…A…A…A…A…A…A…A…A

Thí nghiệm vật lý BKM040A

khảo sát chuyển động của xe tr ượt trên đệm khí

kiểm chứng ba định luật niu tơn

Một xe có dạng chữ V ngược chuyển

động trượt dọc theo một băng kim loại có

mặt trượt đồng dạng với xe Nhờ khí nén

thoát ra từ các lỗ nhỏ trên mặt trượt của

băng, nâng xe lên khỏi mặt băng, đồng thời

tạo ra một lớp đệm khí có tác dụng giảm

thiểu gần như triệt tiêu lực ma sát giữa xe và

mặt băng Từ điều kiện đó cho phép ta kiểm

chứng lại ba định định luật Niutơn

1 Sự bảo toàn trạng thái chuyển động của

xe ( đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều ) khi xe

chịu các lực cân bằng.

2 Mối quan hệ giữa lực tác dụng và gia tốc

chuyển động của xe.

3 Mối quan hệ giữa lực và phản lực xuất

hiện khi hai xe tác dụng tương hỗ với nhau

5 Hai cổng quang điện E, F

6 Các phụ kiện khác : 2 Gia trọng chữ nhật , các quả cân nhỏ (1g, 2g , 5g ), dòng dọc, dây treo, cốc nhỏ đựng quả cân, đĩa đệm 7.

1 Đồng hồ đo thời gian hiện số và cổng quang điện.

2 Băng đệm khí được làm từ hợp kim nhôm, có dạng một hộp rỗng dài 1m2 , hai

đầu bịt bằng hai tấm nhựa cứng T1, T2 , đầu T1kín

, đầu T2 có lỗ nối thông với bơm nén khí Mặt trên của băng có dạng chữ V ngược, rất phẳng

và nhẵn, người ta khoan hai dóy lỗ nhỏ cho khí phun ra.

Xe trượt cũng được chế tạo từ hợp kim nhôm, có dạng chữ V dài khoảng 150 mm, khối lượng khoảng 200g Có thể đeo thêm các gia trọng chữ nhật vào hai bên thành xe để thay đổi khối lượng của nó Cờ chắn tia hồng ngoại dạng chữ I hoặc chữ U được gắn trên

đỉnh xe.

Hai cổng quang điện E, F được lắp trên thanh

đỡ có thể dịch chuyển dọc theo băng đệm khí Thước mm gắn trên băng và mũi tên trên thanh

đỡ giúp ta xác định vị trí hai cổng E và F Một dòng dọc nhỏ , rất nhẹ và rất tinh xảo

được gắn ở một đầu băng Lực kéo xe được tạo ra bằng cách nối xe với cốc nhỏ đựng quả cân

bằng một sợi dây ni lon mảnh vắt qua dòng

dọc này.

Ba chân vít cùng các đĩa đệm dùng để

điều chỉnh thăng bằng hoặc tạo độ nghiêng cho băng

đệm khí Bơm nén khí chạy điện xoay chiều 220V, có

độ ồn nhỏ, lưu lượng khoảng 30 m /h, tạo

ra áp suất khí 650mmH2O, cung cấp khí

đập vào hai tấm chắn T1, T2 làm hỏng xe

hoặc góy tấm nhựa T1, T2

được xem là thăng bằng khi xe đứng yên

hoặc không chuyển dịch ưu tiên theo

hướng nào Để đảm bảo độ chính xác, thí

nghiệm cần được thực hiện trong điều kiện

 Phân tich kết quả : Thời gian chắn tia khi xe đi qua cổng thứ 2 ( cổng E ) là t2 = t – t1 Nếu t1 = t2thì chuyển động của xe là thẳng đều.

2 Khảo sát mối quan hệ giữa lực tác dụng và gia tốc

lên xe Khối lượng của cả hệ :

vị trí bất kỳ trên đường chuyển động của

xe, cho máy đo thời gian làm việc ở MODE (A+B) ta đo được t1và t2 là thời gian che sáng khi xe

đi qua hai cổng E , F sau đó chuyển Mode hoạt động máy đo thời gian về vị trí A B

để đo khoảng thời gian t xe chạy giữa 2 cổng E, F , thì gia tốc a xác định được từ công thức :

 Đồng hồ đo thời gian hiện số

v2 

v1t

(1)

 Kéo xe bằng trọng lực của ( Cốc + quả

cân 10g ), dây được nối sao cho khi xe ở

vị trí tận cùng phải của băng thì cốc gia

trọng chỉ cách mặt sàn khoảng 10 cm ( có

thể dùng một mặt ghế để tạo giá đỡ cốc).

Như vậy sau khi chuyển động được 10 cm

thì lực kéo bị gỡ bỏ, xe chỉ còn chịu tác

dụng của những lực cân bằng Ghi lại thời

gian chắn tia t1 và t khi xe đi qua hai cổng

E, F Hóy xác định vận tốc của xe tại 2 vị

trí này.

Trong đó v1= h/ t1 và v2= h/ t2 là vận tốc của

xe tại hai cổng E, F.

- Nếu cổng F được đặt tại vị trí khi xe bắt

đầu chuyển động sao cho mép trước của

cờ chắn sáng chỉ cách tia hồng ngoại khoảng < 1mm, máy đo thời gian đặt ở MODE ( A B ), thì ta đo được khoảng thời gian t xe chạy đến cổng E Gia tốc a

được xác định bởi :

(2)

 Thực hiện các phép đogia tốc ứng với

trường hợp bỏ vào cốc các quả cân có khối

lượng lần lượt bằng m 

  Các quả còn lại

đặt lên xe Ghi kết quả vào bảng 2 

 Thực hiện các phép đogia tốc ứng với

trường hợp bỏ vào cốc chỉ 1 quả cân có

khối lượng 5g , còn khối lượng xe thay

đổi bằng cách thêm bớt gia trọng

Ghi kết quả vào bảng 2 

bảng 3 thời gian t1 , t2 các cờ chắn sáng đi qua các cổng E, F

Treo thêm gia trọng vào các xe và lặp lại thí nghiệm trên với các khối lượng m1 , m2 khác nhau Ghi tiếp kết quả vào bảng 3.

b. Phân tích kết quả :

Lực F2 do xe m2 tác dụng lên xe m1 truyền cho

m1 một gia tốc a1 : F2 = m1 a1 Gia tốc a1 có thể tính : a1 = v1/ t ( t : thời gian tương tác giữa hai xe ).

Lực F1 do xe m1 tác dụng lên xe m2 truyền cho m2 một gia tốc a2 : F1 = m2 a2.

b Phân tich kết quả :

Lực kéo P truyền gia tốc a cho hệ Gia tốc a2 có thể tính : a2 = v2/ t ( t : thời gian

tương tác giữa hai xe ).

 Trong trường hợp khối lượng của hệ F1 , F2 là hai lực cùng phương , ngược chiều. không đổi :

 Trong trường hợp lực kéo không đổi, khối

lượng M của hệ thay đổi :

- Tỷ số : a1 / a2 = M2 / M1

Gia tốc do lực P truyền cho hệ tỷ lệ nghịch

với khối lượng của hệ.

3 Khảo sát lực t ư ơng tác giữa hai vật :

a Thí nghiệm :

Trong thí nghiệm này ta sử dụng hai xe trượt

có khối lượng m1 và m2 Lắp vào đầu mỗi xe

một lò xo lá Dùng một vòng chỉ buộc nén

chúng lại sao cho lò xo căng Chọn hai cờ

chắn sáng dạng chữ U có kích thước bằng

nhau , máy đo thời gian đặt ở mode A B Bật

điện máy bơm, đặt hai xe nằm ở khoảng giữa

hai cổng E, F, điều chỉnh cẩn thận thăng bằng

cho băng đệm khí

Đốt sợi chỉ, lực đàn hồi của lò xo làm cho

cả hai xe chuyển động bật ra Khi lò xo

đó dón hết, hai xe bắt đầu rời nhau thì lực

Về trị số :

F2 / F1 = ( m1 v1 / m2 v2) = m1 t2 / m2 t1 Kết quả thực nghiệm cho thấy m1 t 2 = m2 t1 , thì F1, F2 là hai lực trực đối.

Câu hỏi

1 Với các dụng cụ như trên, có những cách nào để xác định vận tốc tức thời và những cách nào để xác định gia tốc của chuyển

động ?

2 Để dễ nhận biết được tính chất của chuyển

động, hoặc mối tương quan giữa các đaị lượng,

từ các số liệu thực nghiệm thu được ta nên xây dựng đồ thị mô tả quan hệ giữa các

đại lượng nào ? Hóy dự đoán tính chất của đồ thị và nghiệm lại bằng kết quả thực nghiệm.

3 Nếu mép bên phải của cờ che sáng của xe nằm ở vị trí ban đầu cách tia hồng ngoại cổng F 3mm, thì phép đo vận tốc tức thời và gia tốc tại

điểm E cách F một khoảng l = 0,5m, phạm

thêm sai số hệ thống là bao nhiêu % ?

Phụ lục : Đồng hồ đo thời gian hiện số và cổng quang điện

Khi nghiên cứu các hiện tượng cơ học, ta gặp các hiện tượng xảy ra rất nhanh, chẳng hạn

sự rơi tự do, hiện tượng va chạm …A Thí dụ một vật bắt đầu rơi tự do, đi qua 0,050 m đầu tiên chỉ hết 0,100 s ; đi qua 0,150 m tiếp theo hết 0,100 s, ; đi qua 0,600 m tiếp theo chỉ mất 0,200 s

Rõ ràng, không thể dùng đồng hồ bấm giây thông thường để đo các khoảng thời gian như thế, cho dù các đồng hồ bấm giây điện tử ngày nay có ĐCNN – còn gọi là độ phân giải bằng 0,01s hay nhỏ hơn nữa Nguyên nhân là do khi dùng tay bấm đồng hồ, chúng ta không thể vượt qua giới hạn tốc độ phản xạ thần kinh và cơ bắp của con người, giới hạn này chỉ vào khoảng 0,1 s.

Đồng hồ đo thời gian hiện số điều khiển bằng các cổng quang điện khắc phục được khó

khăn nói trên Hình 1 giới thiệu đồng hồ đo thời gian hiện số MC-964 và sơ đồ nguyên lý một cổng quang điện.

Thanh trụkim loại

Phía mặt trước của đồng hồ có cửa sổ hiển thị thời gian, gồm : bốn chữ số chỉ thị bằng

LED 7 thanh và một dấu chấm thập phân tự động dịch chuyển khi chọn thang đo, một núm vặn chuyển mạch “MODE” và một nút nhấn “RESET”

 Núm vặn chuyển mạch “MODE” dùng để chọn kiểu làm việc cho máy đo thời gian.

 Nút nhấn “RESET” dùng để đưa các chữ số chỉ của đồng hồ này về giá trị 0000.

Đồng hồ hai ổ cắm A, B (loại 5 chân) và công-tắc K :

 ổ cắm A được nối với cổng quang điện E, vừa cung cấp dòng điện cho cổng E vừa nhận tín hiệu từ E gửi về.

 ổ cắm B được nối với cổng quang điện F, và có chức năng như trên.

 Công-tắc K dùng để đóng hoặc ngắt điện cấp cho đồng hồ.

Cổng quang điện (H.1b) gồm điôt D1 phát ra tia hồng ngoại và điốt D2 nhận tia hồng ngoại

từ D1 chiếu sang Hai tấm chắn có lỗ nhỏ đặt trước D1 và D2 tạo ra chùm tia hồng ngoại mảnh, chiếu thẳng từ D1 sang D2 Dòng điện cung cấp cho D1 được lấy từ máy đo thời gian Khi có vật (một trụ kim loại chẳng hạn) chắn chùm tia hồng ngoại chiếu từ D1 sang D2 , thì D2 sẽ phát

ra tín hiệu điện truyền theo dây dẫn đi tới đồng hồ đo thời gian và điều khiển đồng hồ hoạt động

Quá trình này xảy ra rất nhanh, hầu như không có quán tính, nên cho phép đo chính xác các khoảng thời gian rất nhỏ, không phụ thuộc vào phản xạ của các giác quan con người Để đo khoảng thời gian chuyển động của một vật giữa hai điểm nào đó, ta dùng hai cổng quang điện

E, F đặt tại hai điểm đó và nối chúng với hai ổ cắm “A”, “B” của đồng hồ đo thời gian MC - 964.

Các kiểu làm việc của đồng hồ đo thời gian MC-964

Đồng hồ đo thời gian hiện số MC– 964 có năm kiểu làm việc khác nhau, ghi trên mặt máy tại các vị trí : A , B , A+B , AB , T Có thể chọn một trong các kiểu làm việc này bằng cách vặn chuyển mạch MODE của đồng hồ đến đúng vị trí tương ứng với kiểu làm việc cần chọn.

1 MODE A (chuyển mạch đặt ở vị trí A) :

MODE này chỉ cho phép cổng quang điện E nối với ổ A của đồng hồ đo thời gian MC– 964 hoạt động Giả sử một thanh trụ chuyển động tới cổng E Khi thanh trụ bắt đầu tới chắn tia hồng ngoại, đồng hồ bắt đầu đếm Khi thanh trụ vừa ra khỏi cổng E, thôi không chắn tia hồng ngoại nữa, đồng hồ ngừng đếm Khoảng thời gian thanh trụ chắn tia hồng ngoại của cổng E sẽ hiện thị trên cửa sổ thời gian “TIME” của đồng hồ Như vậy nếu x là độ dài của thanh trụ chuyển động đi qua cổng E (với x đủ nhỏ) và

 t

là khoảng thời gian tia hồng ngoại bị chắn bởi

thanh trụ được hiện thị trên đồng hồ, thì vận tốc tức thời của thanh trụ tính bằng :

tương ứng đó chọn (A hoặc B) Nếu dùng một công-tắc bấm bằng tay thay cho cổng

quang

điện, thì đồng hồ đo thời gian MC-964 khi đó hoạt động như đồng hồ bấm giây thông thường.

3 MODE A+B (chuyển mạch đặt ở vị trí A+B) :

MODE này bắt buộc phải có hai cổng quang điện E, F nối với hai ổ A, B của đồng hồ đo thời gian MC-964 Khi thanh trụ chuyển động đi qua cổng E, trên đồng hồ hiện thị khoảng thời gian  t1 Khi thanh trụ tiếp tục đi qua cổng F trong khoảng thời gian t2 , trên đồng hồ hiện thị khoảng thời gian  t bằng tổng của hai khoảng thời gian  t1 và  t2 Như vậy, khoảng thời gian thanh trụ đi qua cổng F tính bằng :

 t2 =  t -  t1

 Nếu thanh trụ chuyển động thẳng đều, thì  t2 = t1

 Nếu thanh trụ chuyển động thẳng biến đổi đều, thì  t2   t1 .

2 2

Trong trường hợp này, ta có thể tính các vận tốc tức thời v1 , v2 tại hai cổng quang điện E ,

F và đo khoảng cách s giữa hai cổng này, để xác định gia tốc a của chuyển động theo công

thức :

v2 - v1 = 2.a.s (2)

4 MODE A  B (chuyển mạch đặt ở vị trí AB) :

MODE này bắt buộc phải có hai cổng quang điện E, F nối vào hai ổ A, B của đồng hồ đo thời gian MC-964 Khi mép trước của thanh trụ bắt đầu tới chạm vào tia hồng ngoại của cổng

E, đồng hồ bắt đầu đếm Khi thanh trụ ra khỏi cổng E, đồng hồ tiếp tục đếm cho tới khi mép trước của thanh trụ bắt đầu tới chạm vào tia hồng ngoại của cổng F, đồng hồ mới dừng đếm

Khi đó trên đồng hồ hiện thị khoảng thời gian t , đúng bằng khoảng thời gian thanh trụ chuyển

động đi qua đoạn đường s từ cổng E đến cổng F Nếu tại cổng E thanh trụ bắt đầu chuyển

động không vận tốc đầu (v0 = 0) và khoảng cách s giữa hai cổng E, F được đo bằng thước thẳng milimét, thì ta có thể xác định vận tốc tức thời v và gia tốc a của chuyển động :

 Nếu thanh trụ chuyển động thẳng đều, thì vận tốc tại E và F đều bằng nhau :

Trong trường hợp này, nếu  x là độ dài của thanh trụ và  t là khoảng thời gian chắn tia

hồng ngoại của thanh trụ hiện thị trên đồng hồ khi nó đi qua cổng F, đồng thời cổng F được đặt tại vị trí cách cổng E một khoảng chỉ bằng s/ = s -  x

2 , thì vận tốc tức thời tại cổng F được xác

MODE này dùng đo khoảng thời gian T của từng chu kỳ dao động, hoặc khoảng thời gian

t của n chu kì dao động (với t = nT ) khi nghiên cứu các dao động tuần hoàn.

Chú ý : Một vài cách thử hoạt động bình thường

của đồng hồđo thời gian hiện số MC-964

Để kiểm tra hoạt động bình thường của đồng hồ đo thời gian MC-964, ta có thể thực hiện các động tác sau đây :

1 Ban đầu cả ba ổ A, B, C đều để trống Cắm phích lấy điện của đồng hồ MC-964 vào ổ điện

~ 220V Bấm công-tắc K của đồng hồ, các đèn LED chỉ thị số phát sáng đều.

2 Vặn chuyển mạch MODE đến vị trí A Khi không nối cổng quang điện với ổ A, đồng hồ đếm thời gian liên tục, các chữ số hiện thị liên tục nhảy, hàng số kề bên trái dấu chấm thập phân, mỗi giây nhảy một số.

Cắm phích 5 chân của cổng quang điện E vào ổ A Nếu đồng hồ lập tức dừng đếm, các chữ

số hiện thị không nhảy nữa, thì hoạt động của đồng hồ là bình thường Nếu đồng hồ tiếp tục

đếm không dừng, thì phải kiểm tra cổng quang điện xem : tia hồng ngoại từ cửa sổ D1 chiếu sang cửa sổ D2 có bị chắn không, hoặc tia hồng ngoại từ cửa sổ D1 có chiếu thẳng vào cửa sổ

D2 không ? Sau khi xác định rõ nguyên nhân, cần điều chỉnh lại hoặc thay thế cổng quang

điện nếu cần thiết.

Có thể dùng hộp công-tắc kép có nút nhấn, đóng ngắt bằng tay để kiểm tra đồng hồ đo thơì

gian MC-964 thay cho cổng quang điện

3 Làm tương tự với ổ B khi vặn chuyển mạch MODE đến vị trí “B”.

4 Vặn chuyển mạch MODE đến vị trí “A+B” Cắm phích 5 chân của cổng E vào ổ A và cắm cổng F vào ổ B Kiểm tra hoạt động của đồng hồ bằng cách lần lượt chắn tia hồng ngoại tại E,

rồi tiếp đến F Khi đó khoảng thời gian chắn sáng tổng cộng t hiện thị trên đồng hồ bằng tổng các khoảng thời gian chắn sáng t1 tại E và t2 tại F.

5 Vặn chuyển mạch MODE đến vị trí “A  B” Kiểm tra hoạt động của đồng hồ bằng cách lần lượt chắn tia hồng ngoại tại cổng E, rồi tiếp đến cổng F Trong trường hợp này, khoảng

thời gian chắn sáng t hiện thị trên đồng hồ đúng bằng khoảng thời gian kể từ thời điểm tia

hông ngoại tại cổng E bắt đầu bị chắn đến thời điểm tia hông ngoại tại cổng F bắt đầu bị chắn.

6 Vặn chuyển mạch MODE đến vị trí “T” và rút phích 5 chân của cổng quang điện F ra khỏi

ổ cắm B Kiểm tra hoạt động của đồng hồ bằng cách dùng một thanh chắn cho nó chuyển

động qua lại cổng E Cứ sau mỗi chu kì, đồng hồ lại dừng đếm Khoảng thời gian T của mỗi

chu kì giữa hai lần dao động kế tiếp nhau sẽ hiện thị trên đồng hồ.

Dụngcụ: 1 Đệm không khí và giá đỡ có thước thẳng milimét và các vít điều chỉnh cân bằng ;

2.Bơm nén khí và ống dẫn khí ; 3 Hai xe trượt có bản chắn sáng (hình chữ U); 4 Bốn đầu vachạm đàn hồi có vòng lò xo lá; 5 Hai đầu va chạm mềm có vải gai móc dính ; 6 Bộ quả giatrọng 2x50g và 2x100g ; 7 Hai máy đo thời gian hiện số kiểu MC-963 ; 8 Hai đầu cảm biếnthu-phát quang điện hồng ngoại .

I Cơ sở lý thuyết

1 Định luật bảo toàn động lượng

Một vật, chịu tác dụng của lực, sẽ chuyển động có gia tốc (Hình 1) Theo định luật Newton

thứ hai : Gia tốc a của vật cùng hướng và tỷ lệ thuận với lực tổng hợp F tác dụng lên vật và tỷ lệ nghịch với khối lượng m của vật đó :

a  F m

(1)

Đơn vị đo của lực F là newton (N), của khối lượng m là kilôgam (kg)

và của gia tốc a là mét trên giây bình phương (m/s2

Phương trình (2) gọi là phương trình cơ bản của động lực học chất điểm, nó cũng đúng đối với

vật rắn chuyển động tịnh tiến Từ phương trình này ta suy ra hệ quả sau : nếu lực tổng hợp tác

dvdụng lên vật triệt tiêu F  0 thì a 

dt  0 , ν = const và vật chuyển động thẳng đều.

Vận tốc của vật chuyển động thẳng đều có trị số bằng :

mv gọi là động lượng của vật và đặc trưng cho trạng thái động lực học của vật

áp dụng phương trình (4) đối với hệ cô lập gồm hai vật có khối lượng là m1 và m2 tương tác

const Công thức (5) gọi là định luật (5)

bảo toàn động lượng và phát biểu

như sau : " Tổng động lượng của

(6)

Chú ý : Đối với hệ vật không côlập, nhưng tổng hợp các ngoại lựctác dụng lên hệ vật triệt tiêu thìtổng động lượng của hệ vật cũngbảo toàn

2 Quá trình va chạm giữa hai vật

Giả sử một hệ gồm hai vật có

khối lượng m 1 và m 2 chuyển độngkhông ma sát theo phươngngang với vận tốc tới va chạmxuyên tâm vào nhau Khi đó tổnghợp các ngoại lực (gồm trọng lực

và phản lực của mặt giá đỡ) tácdụng lên hệ vật triệt tiêu, nêntheo (5), tổng động lượng của

hệ vật bảo toàn Gọi

v 1 , v 2 , v 1 ,

v 2 Xét hai trường hợp:

là vận tốc của hai vật

m 1 và m 2 trước và sau khi va chạm

a Va chạm đàn hồi : Sau va chạm, hai vật m 1 và m 2

chuyển động với vận tốc v 1

và v 2 cótrị số

khác nhau :

v 1  v2 Trong trường hợp này, phương trình đại

số biểu diễn định luật bảotoàn động lượng áp dụng đối với

m 1 v / m 2 v /

v  Trong trường hợp này,

phương trình đại số biểu

diễn định luật bảo

toàn động lượng áp dụng đối

với hệ hai vật m 1 và m 2 có

dạng :

( m

1

Trong thí nghiệm này, ta

nghiệm lại định luật bảo toàn

động lượng đối với quá trình va chạm

đàn hồi và

va chạm mềm giữa hai xe trượt trên đệm không khí

(Hình 3)

Thiết bị

đệm không khí gồm

một hộp Hbằng kimloại (dàikhoảng

1200 cm),một đầu bịtkín và đầucòn lại nốithông vớimột bơmnén khôngkhí P Hộp

H có dạnghình máinhà và trênmặt của nó

có hai dãy

lỗ nhỏ phân

nhau để khínén phụt rangoài Hai

xe trượt X1

và X2 có thểchuyển

động trênmặt hộp H

0 0 0 0 0 0

máy đo thời gian MC - 963

A+B A  B n=N-1TimeBn=50 An= N/2

mode

9,999 99,99

AB RESETtime range K

Khi cho bơm nén P thổi không khí vào trong hộp H, các luồng không khí nén thoát ra từ các

lỗ nhỏ, nâng hai xe trượt X1 và X2 lên khỏi mặt của ống H, tạo ra một lớp đệm không khí (dày cỡ

0,51 mm) Khi đó các xe trượt X1 và X2 có thể chuyển động trên lớp đệm không khí với ma sátkhông đáng kể ở đỉnh mỗi xe trượt này có lắp một bản chắn sáng C1 hoặc C2 hình chữ U.Khoảng cách giữa hai mép bên trái của hai cạnh chữ U trên mỗi bản đều bằng s

Muốn xác định vận tốc của xe trượt X1 và X2

trên đệm không khí, người ta dùng hai máy đo thời

gian hiện số MC-963 (Hình 4) để đo khoảng thời

gian chắn sáng t của bản C1 hoặc C2 khi chúng đi

qua cảm biến thu-phát quang điện Đ hoặc Đ

Nếu các xe X1 và X2 chuyển động thẳng đều,

vận tốc của chúng sẽ tính theo công thức (3) với s

là khoảng cách giữa hai mép bên trái của hai cạnh

trên các mặt máy này : các chữ số sẽ hiện thị trên các cửa sổ “n = N -1” và "Time" Vặn núm

chuyển mạch chọn cách đo "MODE" sang vị trí n = N/2 Gạt núm chuyển mạch chọn thang đo

"TIME RANGE" sang vị trí 9,999 s

b. Đặt xe trượt X1 (có bản chắn sáng C1 , không mang gia trọng m ) nằm trên mặt hộp H

trong khoảng giữa hai cảm biến Đ1 Đ2 Cắm phích lấy điện của bơm nén khí P vào nguồn điện

~220V để nén không khí vào hộp H Nếu xe trượt X1 bị trôi về một phía thì ta phải dùng tay giữnhẹ xe trượt X1 , đồng thời vặn từ từ vít V1 hoặc V2 để điều chỉnh độ cao của một trong hai đầucủa hộp H sao cho khi buông nhẹ tay thì xe trượt X1 tự nó đứng yên Khi đó đệm không khí đã

được điều chỉnh cân bằng thẳng ngang

Kiểm tra lại vị trí cân bằng này theo thứ tự sau : - Đặt xe trượt X1 ở gần một đầu của hộp Hphía ngoài hai cảm biến Đ1 Đ2 ; - Bấm nút "RESET" của máy đo thời gian MC-963 để các sốhiện thị trên cửa sổ "tIME" trở về trạng thái "0" ; - Đẩy xe trượt X1 đi qua hai cảm biến Đ1 Đ2 vớivận

tốc đủ lớn (thí dụ, nên chọn vận tốc ứng với khoảng cách s 

30mm

sao cho thời gian chắn sáng

của bản C1 đi qua các cảm biến Đ1 hoặc Đ2 bằng t  100 120ms ) Khi đó nếu số đo khoảngthời gian chắn sáng trên hai máy đo thời gian hiện số MC-963 bằng nhau (hoặc chênh nhau 0,001 s)thì có thể coi chuyển động của xe trượt X1 trên đệm không khí là thẳng đều và đệm không khí

đã cân bằng thẳng ngang

Chú ý : Giữ nguyên vị trí cân bằng này của đệm không khí trong suốt quá trình thí nghiệm.

2 Khảo sát quá trình va chạm đàn hồi

a. Đặt xe trượt X1 (không mang gia trọng) nằm ở gần đầu của hộp H phía ngoài hai cảm biến Đ1

Đ2

Đồng thời, đặt thêm xe trượt X2 (mang hai gia trọng 2m / ) nằm trên mặt hộp H phía trong hai cảmbiến Đ1 Đ2 , nhưng gần Đ2 hơn Trong trường hợp này, cần lắp thêm vào mỗi đầu đối diện của hai

xe trượt X1 và X2 một đầu va chạm đàn hồi có vòng lò xo lá

Bấm nút "RESET" của hai máy đo thời gian MC-963 để các số chỉ thị trên cửa sổ "TIME"

chuyển về trạng thái "0”.

b. Đẩy xe trượt X1 chuyển động đi qua cảm biến Đ1 với vận tốc đủ lớn tới va chạm vào xe trượt X2

đang đứng yên Sau va chạm, xe trượt X1 đổi chiều chuyển động đi qua cảm biến Đ1 lần thứ hai

và xe trượt X2 chuyển động thuận chiều ban đầu đi qua cảm biến Đ2

Gọi t , t / là các khoảng thời gian chắn sáng tương ứng khi bản C đi qua cảm biến Đ trước

trong đó s là khoảng cách giữa hai mép bên trái của hai cạnh chữ U trên mỗi bản C1 hoặc C2

c. Thực hiện động tác trên 5 lần Đọc và ghi vào bảng 1 giá trị của t , t / , t /

trong mỗi lần đo

để tính các vận tốc v1 , v1 , v 2 Chú ý xác định chiều (+ hoặc -) của các vận tốc v1 , v1 , v

là khối lượng tổng cộng của xe trượt X1 với m 1 là khối lượng của xe

trượt X1 , m 01 là khối lượng của bản chắn sáng C1 và m1

1

là khối lượng của đầu va chạm đàn

hồi có vòng lò xo lá gắn vào xe trượt X1 ; còn M2  m2  m02  m21 

cộng của xe trượt X2 với m 2 là khối lượng của xe trượt X2 , m 02 là khối lượng của bản chắn sáng C2 ,

m 21 là khối lượng của đầu va chạm đàn hồi có vòng lò xo lá và m / là khối lượng của mỗi gia trọnggắn vào xe trượt X2

3 Khảo sát quá trình va chạm mềm (không đàn hồi)

b. Đẩy xe trượt X1 (không mang gia trọng) chuyển động đi qua cảm biến Đ1 với vận tốc đủ lớnv1 tới va chạm vào xe trượt X2 đang đứng yên (v 2  0 ) Sau va chạm, hai đầu va chạm mềm cóvải gai móc dính vào nhau nên cả hai xe trượt X1 và X2 tiếp tục chuyển động với cùng vận tốc v /

đi qua cảm biến Đ2 thuận chiều ban đầu Đọc và ghi vào bảng 2 khoảng thời gian chắn sáng t /khi bản C1 đi qua cảm biến Đ2

Vận tốc của hai xe trượt X1 và X2 trước và sau va chạm được tính theo công thức :

2 2

Định luật bảo toàn động lượng sẽ được nghiệm đúng, nếu tổng động lượng sau va chạm củahai xe X1 và X2 bằng tổng đại số các động lượng trước va chạm của chúng :

là khối lượng tổng cộng của xe trượt X1 với m1 là khối lượng của

xe trượt X1 , m01 là khối lượng của bản chắn sáng C1 và m1

1 là khối lượng của đầu va chạm mềm

có dán vải gai móc dính gắn vào xe trượt X1 ; còn

4 Đọc và ghi các số liệu sau đây vào bảng 1 và bảng 2 :

- Khối lượng m 1 của xe trượt X1 và khối lượng m 2 của xe trượt X2

- Khối lượng m 01 của tấm chắn C1 và khối lượng m 02 của tấm chắn C2

- Khối lượng m / của mỗi gia trọng (hình chữ nhật)

- Khối lượng m 21 và m 22 của các đầu va chạm đàn hồi có vòng lò xo lá

- Khối lượng

m11 và m22 của các đầu va chạm mềm có dán vải gai móc dính

- Khoảng cách s giữa hai mép bên trái của hai cạnh chữ U trên mỗi bản chắn sáng C1 hoặc C2

III Câu hỏi kiểm tra

1 Phát biểu định luật bảo toàn động lượng

2 Phân biệt các quá trình va chạm đàn hồi và va chạm mềm (không đàn hồi) giữa hai vật

3 Mô tả nguyên tắc hoạt động của thiết bị đệm không khí và phương pháp đo khoảng thờigian chuyển động của các xe trượt trên đệm không khí bằng máy đo thời gian hiện số MC-963với các cảm biến thu-phát quang điện hồng ngoại

4 Trình bày phương pháp nghiệm định luật bảo toàn động lượng trong các quá trình va chạm

đàn hồi giữa hai xe trượt trên đệm không khí

5 Trình bày phương pháp nghiệm định luật bảo toàn động lượng trong các quá trình va chạmmềm (không đàn hồi) giữa hai xe trượt trên đệm không khí

6 Trước khi tiến hành thí nghiệm này, tại sao cần phải điều chỉnh đệm không khí nằm cân bằng thẳng ngang ?

7 Trong thí nghiệm này, tại sao phải đẩy xe trượt X1 đi qua cảm biến Đ1 với vận tốc đủ lớn chuyển động tới va cham vào xe trượt X2 ?

8 Hiện tượng nội ma sát (hay ma sát nhớt) trong lớp đệm không khí có ảnh hưởng đối với kết quả thí nghiệm không ? Tại sao ?

Báo cáo thí nghiệm

II kết quả thí nghiệm

1 Nghiệm định luật bảo toàn động lượng đối với va chạm đàn hồi

với độ sai lệch tỷ đối   %