Thí nghiệm điện quang tài liệu giảng dạy

Thí nghiệm có thể được sử dụng ở tất cả giai đoạn khác nhau của quá trình dạy - học.. Đo trực tiếp: l h đo m kết quả nhận được trực tiếp từ m t phép đo uy nhất qua dụng cụ đo Phép so sá

TRƯỜNG ĐẠI HỌC AN GIANG

KHOA SƯ PHẠM

TÀI LIỆU GIẢNG DẠY THÍ NGHIỆM ĐIỆN – QUANG

ThS NGUYỄN HỒNG HẢI

AN GIANG, THÁNG 08 NĂM 2018

I I U

“Thí nghiệm Điện – Quang” được biên soạn dựa tr n thí nghiệm thu ự

n ph t triển Gi o vi n Trung họ ph th ng v Trung ấp huy n nghiệp PT

GV THPT T N v m t s trang thiết ị kh phục vụ cho sinh viên ôn tập các kiến thức về lý thuyết thí nghiệm; ũng như học tập, nghiên cứu trang thiết ị ụng ụ về thí nghiệm Điện – Từ – Quang Tài liệu có sử dụng m t s hình ảnh trên catalogue thiết bị của các hãng sản xuất (PHYWE, CASSY)

T i liệu đượ i n soạn m i th o n i ung ủa hư ng tr nh đ o tạo Sư phạm Vật l tr nh đ Đại họ h nh thứ hính quy M s : đ i v i họ phần Thí nghiệm Điện – Quang/Experiment Of Electrics – Optics (PHY522 ủa Trư ng Đại

họ n Giang g m: tiết l thuyết tiết thự h nh

họ i ưỡng thí nghiệm thự h nh ho sinh viên

Trong qu tr nh nghi n ứu i n soạn t i liệu t giả nhận đượ sự c ng tác, giúp đỡ nhiệt tình và có hiệu quả của quí thầy m n Vật l – Khoa Sư phạm

T giả xin h n th nh ảm n sự giúp đỡ, c ng tác quý báu của các đ ng nghiệp v

ng t vi n

Mặ ù đ rất c gắng song t i liệu kh tr nh khỏi những thiếu sót, hạn chế Tác giả rất mong nhận được sự chỉ dẫn g p để chỉnh lý, b sung để ho n thiện t i liệu h n

h n th nh ảm n

n n n t n 8 năm 2 8

ễ H H

iii

Ụ Ụ

I I U i

I T ii

Ụ Ụ iii

H S H G vi

H S H H H viii

H Ụ TỪ VI T TẮT xv

H G GI I THIỆU HU G 1

Đ I L ỢNG V T L V HỆ Đ N VỊ 1

PH P ĐO Đ I L ỢNG V T L 1

Định nghĩa 1

Phép đo trực tiếp v phép đo gi n tiếp 1

S I S Ủ PH P ĐO 2

Ph n loại th o h thể hiện ằng s 2

Ph n loại th o ngu n gây ra sai s : sai s phư ng ph p sai s thiết bị, sai s chủ quan 3

Ph n loại th o quy luật xuất hiện của sai s 3

XỬ L S LIỆU V TH HIỆN M T I TNVLĐ 4

Phư ng ph p tính 4

Xử l kết quả đo ủa phép đo trự tiếp 5

Xử l kết quả đo ủa phép đo gi n tiếp 6

Đ thị Vật l 7

ư thự hiện i thí nghiệm 8

1.5 BÀI T P ÔN H NG 8

H G 2 S ỢC VỀ MỘT SỐ DỤNG CỤ O Ù G TRO G THÍ NGHIỆ IỆN - QUANG 10

TH C KẸP 10

TH C PANME 13

2.3 AMPE KẾ VÀ VÔN KẾ KIM CHỈ THỊ 15

ấu kim chỉ thị 15

2.3.2 Ampe kế 16

2.3.3 Vôn kế 16

ĐỒNG HỒ Đ NĂNG 17

Đ ng h đa năng kim hỉ thị 17

Đ ng h đa năng hiển thị s 20

iv

2.5 DAO D NG KÝ 23

2.5.1 Các phím chứ năng 24

2.5.2 Hiệu chỉnh k nh đo v k nh th i gian 26

Đo điện p đỉnh đỉnh (Peak to Peak Voltage), chu kỳ và tần s 27

Đo điện áp DC của tín hiệu 27

Đo lệch pha giữa hai tín hiệu 28

6 M Y ĐO ĐIỆN TR ỜNG 28

2.6.1 Cấu tạo và các phím chứ năng 28

2.6.2 Nguyên tắ đo 29

7 M Y ĐO TỪ TR ỜNG 30

2.7.1 Các phím chứ năng 31

2.7.2 Kết n i đầu dò 31

2.7.3 Hiệu chỉnh về “ ” 31

7 Đo trư ng m t chiều 32

7 Đo trư ng xoay chiều 32

2.7.6 Sử dụng đầu ra analog 32

2.8 GIÁC KẾ M Y ĐO GÓ – PHỔ KẾ DU XÍCH) 32

8 Đọc góc v i du xích 33

8 Điều chỉnh giác kế 34

2.9 BÀI T P ÔN H NG 35

H G I THÍ GHIỆ THỰC HÀNH 37

BÀI 1: KHẢO SÁT S PHỤ THU C CỦA GIÁ TRỊ ĐIỆN TRỞ VÀO TIẾT DIỆN,V T LIỆU X ĐỊNH GIÁ TRỊ ĐIỆN TRỞ CỦ ĐO N M CH 37

BÀI 2: KHẢO SÁT M CH CẦU WHEATSTONE 44

BÀI 3: KHẢO SÁT M CH C NG H ỞNG RLC V I MODULE FUNCTION GENERATION U,I 54

I : X ĐỊNH ÔNG SUẤT Ó H V ÔNG SUẤT TO N PHẦN TRONG M H ĐIỆN XO Y HIỀU 70

BÀI 5: KIỂM NGHIỆM ĐỊNH LU T STEFAN – BOLTZMANN VỀ S PHÁT X 75

BÀI 6: KHẢO SÁT L C TÁC DỤNG LÊN VÕNG ÂY M NG ĐIỆN TRONG TỪ TR ỜNG ĐỀU V I ÂN ĐÕN V MPE KẾ 88

BÀI 7: KIỂM NGHIỆM ĐỊNH LU T IOT-SAVART V I MODULE TESLA 97

BÀI 8: KHẢO SÁT TỪ TR ỜNG T O BỞI CU N DÂY HELMHOLTZ V I M Y ĐO TỪ TR ỜNG 106

v

BÀI 9: KHẢO SÁT TỪ TR ỜNG TR I ĐẤT 117

BÀI 10: CHUYỂN Đ NG CỦ ELE TRON TRONG ĐIỆN TỪ TR ỜNG X ĐỊNH ĐIỆN T H RIÊNG Ủ ELE TRON 125

BÀI 11: SUẤT ĐIỆN Đ NG V ĐIỆN TRỞ TRONG CỦA NGUỒN 131

BÀI 12: MÁY BIẾN ÁP 139

I : ĐỊNH LU T THẤU KÍNH HIỆN T ỢNG MÉO ẢNH VÀ DỤNG CỤ QUANG HỌC 148

I : X ĐỊNH CHIỀU I C SÓNG ÁNH SÁNG V I G NG FRESNEL V L ỠNG LĂNG K NH FRESNEL 159

BÀI 15: KHẢO SÁT S PHÂN C C ÁNH SÁNG 167

BÀI 16: KHẢO SÁT HIỆN T ỢNG TÁN SẮC 173

BÀI 17: KHẢO S T ỜNG Đ NHIỄU X TRONG NHIỄU X FRAUNHOFER QUA KHE HẸP 182

I 8: X ĐỊNH HẰNG S PLANCK 193

I 9: Đ ỜNG ĐẶC TUYẾN V-A CỦA PIN MẶT TRỜI 198

BÀI 20: KHẢO SÁT CÔNG SUẤT M CH NGOÀI CỦ PIN QU NG ĐIỆN V I COBRA UNIVERSAL WRITER 208

T I IỆU TH H O 217

HỤ Ụ 218

ụ ụ MỘT SỐ HẰNG SỐ VẬT LÝ 218

ụ ụ 2 U U Ủ I O O THÍ GHIỆ 220

Phụ lục 3 TÌM HIỂU MỘT SỐ NỘI DUNG VÀ THAO TÁC KỸ THUẬT TRÊN PH N MỀM PHYWE MEASURE 4 221

Phụ lục 4 THI T BỊ COBRA3 BASIC-UNIT 226

vi

H S H G

B ng 3.1: Điện trở suất của m t s vật liệu 37

B ng 3.2: Khảo sát sự phụ thu c giá trị điện trở dây dẫn vào tiết diện, vật liệu làm dây dẫn 40

B ng 3.3: Khảo s t đặ tuyến Vôn-Ampe của điện trở 42

B ng 3.4: X định t ng trở của đoạn mạch v i Vôn kế và Ampe kế 43

B ng 3.5: Bảng giá trị điện trở mẫu 46

B ng 3.6: Kết quả x định giá trị điện trở hưa iết bằng mạch cầu Wheatstone 48

B ng 3.7: B kết quả thí nghiệm mẫu x định giá trị điện trở hưa iết của PHYWE 48

B ng 3.8: Kết quả x định giá trị t ng trở của đoạn mạch n i tiếp 49

B ng 3.9: B kết quả mẫu thí nghiệm x định t ng trở của đoạn mạch n i tiếp của PHYWE 50 B ng 3.10: Kết quả x định giá trị t ng trở của đoạn mạch song song 50

B ng 3.11: B kết quả mẫu thí nghiệm x định t ng trở của đoạn mạch song song của PHYWE 51

B ng 3.12: Kết quả x định giá trị t ng trở của đoạn mạch song song 52

B ng 3.13: B kết quả mẫu thí nghiệm x định điện trở suất của CuNi của PHYWE 53

B ng 3.14: Kết quả mẫu khảo sát mạch RLC mắc n i tiếp v i cu n cảm có hệ s tự cảm L = mH v điện trở trong R L = Ω 56

B ng 3.15: M i liên hệ giữa đại lượng thực nghiệm trong mạch n i tiếp giữa điện trở thuần và cu n cảm 73

B ng 3.16: M i liên hệ giữa đại lượng thực nghiệm trong mạch n i tiếp giữa điện trở thuần và cu n cảm có lõi thép 73

B ng 3.17: M i liên hệ giữa đại lượng thực nghiệm trong mạch n i tiếp giữa điện trở thuần và tụ điện 74

B ng 3.18: Mẫu bảng s liệu đo điện trở ở nhiệt đ phòng 79

B ng 3.19: Đo điện trở ở nhiệt đ T v điện áp pin nhiệt điện tư ng ứng 80

B ng 3.20: Mẫu bảng s liệu giá trị điện áp hiệu dụng U1 , U 2 84

B ng 3.21: Khảo sát lực từ của vòng dây phụ thu v o ư ng đ òng điện IL qua vòng dây v i các vòng dây khác nhau và cảm ứng từ kh ng đ i 94

B ng 3.22: Khảo sát lực từ của vòng dây phụ thu v o ư ng đ òng điện qua cu n dây lõi sắt 95

B ng 3.23: Khảo s t ư ng đ từ trư ng thành phần theo trục Bz tại điểm bất kỳ trên trục z của cu n dây Helmholtz v i khoảng cách a 111

B ng 3.24: Khảo s t ư ng đ từ trư ng thành phần theo trục Bz tại điểm bất kỳ tr n phư ng vuông góc v i trục của cu n dây Helmholtz v i khoảng cách a = R và r khác nhau 113

B ng 3.25: Khảo sát từ trư ng thành phần th o phư ng xuy n t m r tại điểm bất kỳ trên phư ng vu ng g v i trục của cu n dây Helmholtz 114

B ng 3.26: Khảo s t ư ng đ từ trư ng thành phần xuyên tâm và của từng cu n riêng biệt trong mặt phẳng đư ng trung trực của hai cu n (z = 0) 115

B ng 3.27: Khảo sát từ trư ng của cặp cu n y H lmholtz th o ư ng đ òng điện 121

B ng 3.28: Xác định thành phần nằm ngang của từ trư ng Tr i đất 122

vii

B ng 3.29: X định thành phần thẳng đứng của từ trư ng Tr i đất 123

B ng 3.30: S liệu mẫu về ư ng đ òng điện I v điện tích riêng của electron ứng v i các điện áp U và bán kính r khác nhau 126

B ng 3.31: X định điện tích riêng của electron 129

B ng 3.32: Khảo sát hiệu điện thế giữa hai cực của ngu n khi điện trở ngoài 136

B ng 3.33: X định điện trở trong của ngu n 137

B ng 3.34: Máy biến áp không có tải 145

B ng 3.35: Máy biến áp có tải 147

B ng 3.36: X định tiêu cự của thấu kính l i bằng phư ng ph p đo khoảng cách của vật và ảnh đ i v i thấu kính 152

B ng 3.37: X định tiêu cự của thấu kính l i bằng phư ng ph p ss l 153

B ng 3.38: X định tiêu cự của b thấu kính bằng phư ng ph p ss l 154

B ng 3.39: Xác định đ ph ng đại của máy chiếu 155

B ng 3.40: X định đ ph ng đại của kính hiển vi 157

B ng 3.41: Bảng khảo sát giao thoa v i Gư ng Fr sn l 165

B ng 3.42: Bảng khảo sát giao thoa v i lưỡng lăng kính Fr sn l 166

B ng 3.43: Bảng khảo sát sự phân cực ánh sáng 171

B ng 3.44: X định chiết suất của lăng kính 179

B ng 3.45: X định ư c sóng trong thí nghiệm tán sắc ánh sáng qua cách tử 180

B ng 3.46: Kết quả tỉ lệ ư ng đ tính v i khe b1 = 0,1 mm và khe b 2 = 0,2 mm 185

B ng 3.47: Bảng khảo sát sự phân b ư ng đ nhiễu xạ qua khe hẹp 191

B ng 3.48: Khảo sát hiện tượng quang điện ngo i x định hằng s Planck 197

B ng 3.49: Khảo s t ư ng đ ánh sáng bằng pin nhiệt điện ở các khoảng cách khác nhau 203

B ng 3.50: Khảo s t ư ng đ dòng ngắn mạ h v điện áp không tải ở các khoảng cách khác nhau v i ngu n sáng 204

B ng 3.51: lượng sự phụ thu c của điện áp không tải v ư ng đ dòng ngắn mạch vào nhiệt đ 205

B ng 3.52: Khảo s t đặc tuyến V-A của pin mặt tr i v i ngu n s ng ư ng đ khác nhau 206 B ng 3.53: Khảo s t đặc tuyến V-A của tấm pin mặt tr i 207

B ng 3.54: Khảo sát công suất của pin theo khoảng cách của ngu n sáng 214

B ng 3.55: Khảo sát công suất của pin theo công suất của ngu n sáng 215

B ng 3.56: Khảo sát công suất của pin theo góc lệch 215

B ng P.2: Các nút trên thanh công cụ 224

viii

H S H H H

Hình 1.1: a T kế tr n x m y; Thiết ị đo t đ huy n ụng 2

Hình 1.2: Mẫu đ thị Vật lý 7

Hình 1.3: S đ ư thự hiện m t i thí nghiệm VLĐ 8

Hình 2.1: Thư c kẹp đ ng h 10

Hình 2.2: Thư kẹp điện tử 10

Hình 2.3: Thư kẹp khí 11

Hình 2.4: Hiệu hỉnh s thự tr n thư kẹp khí 11

Hình 2.5: h đọ gi trị tr n thư c kẹp khí 12

Hình 2.6: Ví dụ đọ gi trị tr n thư c kẹp khí 12

Hình 2.7: Panm đo s u 13

Hình 2.8: Panm đo trong 13

Hình 2.9: Panm đo ngo i 13

Hình 2.10: Panm điện tử đo ngo i 13

Hình 2.11: ấu tạo ủa Panm đo ngo i 13

Hình 2.12: Thư hính v thư đ ng tr n Panm 14

Hình 2.13: (a) Ampe kế kim chỉ thị, (b) Vôn kế kim chỉ thị 16

Hình 2.14: Bề mặt đ ng h đa năng kim hỉ thị DE-360TRn 17

Hình 2.15: thang đo ủa đ ng h đa năng kim hỉ thị DE-360TRn 18

Hình 2.16: Cực tính của thang đo điện trở của đ ng h khi đo tiếp giáp 20

Hình 2.17: Bề mặt đ ng h đa năng hiện s HIOKI 3805 20

Hình 2.18: a ao đ ng ký OS – 5020 và (b) Mô phỏng mặt giao diện 23

Hình 2.19: Dạng sóng hiển thị 27

Hình 2.20: S ng điện áp DC 27

Hình 2.21: Đ lệch pha của hai sóng 28

Hình 2.22: M y đo điện trư ng 28

Hình 2.23: Cấu tạo của m y đo điện trư ng 29

Hình 2.24: M y đo từ trư ng 31

Hình 2.25: Cấu tạo của giác kế 33

Hình 2.26: Ví dụ đọc kết quả trên du xích giác kế 34

Hình 2.27: ng chuẩn trực và kính ngắm theo m t đư ng thẳng (nhìn ngang) 34

Hình 2.28: ng chuẩn trực và kính ngắm theo m t đư ng thẳng (nhìn từ trên xu ng đi qua tâm của bàn 34

Hình 3.1: Đư ng đặc tuyến Vôn – Ampe của điện trở 38

Hình 3.2: Đoạn mạch g m n điện trở R1 , R 2 , R n mắc n i tiếp 38

Hình 3.3: Đoạn mạch g m n điện trở R1 , R 2 , R n mắc song song 39

Hình 3.4: S đ mạ h điện khảo s t đặc tuyến Vôn – Ampe 41

ix

Hình 3.5: S đ m t s đoạn mạ h đ n giản 42

Hình 3.6: S đ mạch cầu Wheatstone v i điện trở 44

Hình 3.7: S đ mạch cầu Wheatstone v i cầu đo đ n 45

Hình 3.8: Thí nghiệm mạch cầu Wheatstone v i cầu đo đ n 47

Hình 3.9: Lắp đặt nhánh trên của mạch cầu Wheatstone v i điện trở hưa iết Rx1 47

Hình 3.10: Lắp đặt nhánh trên của mạch cầu Wheatstone v i đoạn mạch g m điện trở mắc n i tiếp 49

Hình 3.11: Lắp đặt nhánh trên của mạch cầu Wheatstone v i đoạn mạch g m điện trở mắc n i tiếp 49

Hình 3.12: Lắp đặt nhánh trên của mạch cầu Wheatstone v i đoạn mạch g m điện trở mắc song song 50

Hình 3.13: Thí nghiệm x định điện trở suất của Constantan 52

Hình 3.14: Lắp đặt nhánh trên của mạch cầu Wheatstone v i cầu đo đ n 52

Hình 3.15: Lắp đặt thí nghiệm để x định tần s c ng hưởng 57

Hình 3.16: S đ mạch RLC mắc n i tiếp 58

Hình 3.17: Thiết lập trên Analog In2/S2 58

Hình 3.18: Các thiết lập cho ngu n phát chứ năng 59

Hình 3.19: Thiết lập cho thiết bị đo ảo 60

Hình 3.20: i đặt “Settings” biểu đ của PowerGraph 61

Hình 3.21: i đặt hiển thị biểu đ của PowerGraph 61

Hình 3.22: Đ thị biểu diễn sự phụ thu c của t ng trở vào tần s v i các điện trở RD khác nhau trong mạch RLC n i tiếp 62

Hình 3.23: Đ thị biểu diễn sự phụ thu c của t ng trở vào tần s v i các tụ điện khác nhau trong mạch RLC n i tiếp 63

Hình 3.24: S đ mạch RLC mắc song song 64

Hình 3.25: Đ thị biểu diễn sự phụ thu c của t ng trở vào tần s v i các điện trở RD khác nhau trong mạch RLC song song 64

Hình 3.26: Đ thị biểu diễn sự phụ thu c của t ng trở vào tần s v i các tụ điện khác nhau trong mạch RLC song song 65

Hình 3.27: Thiết lập i đặt Cobra3 Universal Writer 66

Hình 3.28: i đặt vẽ h nh đ lệch pha giữa òng điện và điện áp 66

Hình 3.29: Xác định ∆Imax trên đ thị hình Lissajous hiển thị đ lệch pha giữa òng điện và điện áp trong m t mạch dò 67

Hình 3.30: Xác định ∆I0 trên hình Lissajous hiển thị đ lệch pha giữa dòng điện và điện áp 67

Hình 3.31: Góc lệch pha θ v tan θ giữa dòng điện và điện áp trong m t mạch RLC mắc n i tiếp 68

Hình 3.32: i đặt “Phư ng tr nh” của ngu n phát chức năng 68

Hình 3.33: Thí nghiệm x định ng suất í h v ng suất to n phần trong mạ h điện xoay hiều 72

Hình 3.34: B thí nghiệm khảo s t định luật Stefan – Boltzmann của PHYWE 78

x

Hình 3.35: S đ mạ h điện để x định điện trở Rp 78

Hình 3.36: S đ lắp ghép thí nghiệm đo điện trở của ng đèn ở nhiệt đ phòng 78

Hình 3.37: S đ lắp ghép thí nghiệm khảo s t định luật Stefan - Boltzmann 80

Hình 3.38: Đ thị thí nghiệm kiểm nghiệm định luật Stefan – Boltzmann 81

Hình 3.39: S đ lắp ghép thí nghiệm khảo s t định luật Stefan – Boltzmann về phát xạ có kết n i thiết bị Cobra3 82

Hình 3.40: Hiệu chỉnh các thông s đo khảo s t định luật Stefan – Boltzmann 82

Hình 3.41: Cửa s v rag valu hiển thị gi trị U2 83

Hình 3.42: Đ thị thu được từ thí nghiệm Stefan – oltzmann: ùng “Surv y fun tion” để x định: i n đ bằng m t nửa giá trị giữa hai đỉnh 84

Hình 3.43: Màn hình cửa s giao diện Enter data manually 85

Hình 3.44: Màn hình giao diện cửa s Input of data 85

Hình 3.45: Thiết lập thông s cho Channel midification 86

Hình 3.46: Đ thị thí nghiệm kiểm nghiệm định luật Stefan – Boltzmann v i Cobra3 86

Hình 3.47: Lực từ do phần tử òng điện tác dụng lên phần tử 88

Hình 3.48: Đ thị biểu diễn lực Lorentz F theo v i ư ng đ òng điện qua vòng dây IL v i các vòng dây có chiều i kh nhau v ư ng đ dòng qua cu n dây I M = 870 mA 90

Hình 3.49: Đ thị biểu diễn lực Lorentz F theo chiều dài lcủa vòng dây, v i ư ng đ dòng qua vòng dây I L = ư ng đ dòng qua cu n dây I M = 870 mA 90

Hình 3.50: Đ thị biểu diễn lự Lor ntz F th o ư ng đ dòng qua cu n dây IM , v i chiều dài của vòng dây l = 100 mm 90

Hình 3.51: Thí nghiệm khảo sát lực tác dụng l n vòng y mang điện trong từ trư ng đều v i n đòn v amp kế 92

Hình 3.52: Mặt phẳng tính toán từ trư ng dọc theo trục của cu n dây kín 97

Hình 3.53: Sự phụ thu c của từ trư ng vào chiều dài lõi v i cùng mật đ dòng 1200 mA và đư ng kính lõi 41 mm 98

Hình 3.54: Từ trư ng tại tâm của lõi có n vòng dây là m t hàm phụ thu c vào s vòng dây (bán kính 6 cm, dòng 5 A) 99

Hình 3.55: Từ trư ng tại trung tâm của lõi có 1 vòng là m t hàm phụ thu c vào bán kính của lõi (dòng 5 A) 99

Hình 3.56: Sự phụ thu c của ư ng đ từ trư ng v o đư ng kính cu n dây v i dòng 1200 mA và chiều dài cu n dây 165 mm 100

Hình 3.57: Sự phụ thu c của ư ng đ từ trư ng vào s vòng dây v i dòng 1200 mA và đư ng kính lõi là 26 mm 100

Hình 3.58: Thí nghiệm kiểm nghiệm định luật Biot-Savart 102

Hình 3.59: S đ kết n i cảm biến chuyển đ ng v i Cobra3 102

Hình 3.60: Thiết lập thông s cho Cobra3 – For T sla i định luật Biot-Savart 103

Hình 3.61: Thiết lập thông s cho Options\ ali rat i định luật Biot-Savart 104

Hình 3.62: Thiết lập thông s cho Options\Angle/Distance b i định luật Biot-Savart 104

Hình 3.63: Thiết lập thông s cho Options\Flux nsity i định luật Biot-Savart 104

Hình 3.64: Thiết lập thông s cho Options\Voltag urr nt i định luật Biot-Savart 104

xi

Hình 3.65: B (r = 0) là hàm của z theo tham s a 107

Hình 3.66: Br triệt tiêu nhau theo từng cặp đ i xứng tại z = 0 108

Hình 3.67: Bz (r) theo tham s r (chỉ xét chiều ư ng 108

Hình 3.68: Br(r) theo tham s r (chỉ xét chiều ư ng 109

Hình 3.69: S đ mắc mạch cu n dây Helmholtz 110

Hình 3.70: S đ b trí thí nghiệm khảo sát từ trư ng do cu n dây Helmholtz tạo ra 110

Hình 3.71: S đ b trí đo z r = v i các khoảng cách giữa hai cu n dây khác nhau 111

Hình 3.72: S đ b trí đo th nh phần theo trục Bz theo r 112

Hình 3.73: S đ b trí đo th nh phần xuyên tâm Br theo r 113

Hình 3.74: S đ mắc mạch cho từng cu n dây Helmholtz 115

Hình 3.75: Trư ng từ Tr i đất 117

Hình 3.76: Hư ng của vector cảm ứng từ trong (a) mặt phẳng nằm ngang và (b) mặt phẳng thẳng đứng 118

Hình 3.77: Đ thị biểu điễn từ trư ng của cu n y H lmholtz l h m th o ư ng đ dòng điện 119

Hình 3.78: Đ thị hàm tuyến tính của IH K th o sin α sinβ để x định thành phần nằm ngang của từ trư ng Tr i đất 119

Hình 3.79: S đ mắc mạch cuôn dây Helmholtz và b trí đầu dò 121

Hình 3.80: X định từ trư ng của Tr i đất 122

Hình 3.81: B trí thí nghiệm chuyển đ ng của electron 127

Hình 3.82: S đ mắc mạch cu n dây Helmholtz 128

Hình 3.83: S đ mắc mạch ng phóng chùm tia hẹp 128

Hình 3.84: S đ mạch khảo sát hiệu điện thế v điện trở trong của ngu n 131

Hình 3.85: Đ thị Ut (I) của (1) pin và (2) acquy 132

Hình 3.86: Đ thị Ut (I) của ngu n điện xoay chiều 132

Hình 3.87: Đ thị Ut (I) của ngu n điện m t chiều 132

Hình 3.88: Đư ng đặc tính Vôn – Ampe của b ngu n điện trở trong kh ng đ i 133

Hình 3.89: Đ thị công suất của ngu n 134

Hình 3.90: B trí thí nghiệm suất điện đ ng v điện trở trong của ngu n 135

Hình 3.91: Đư ng biểu diễn quan hệ giữa điện áp thứ cấp v điện p s ấp trên máy biến áp không tải 140

Hình 3.92: Đư ng biểu diễn quan hệ giữa điện áp thứ cấp v i (1) s vòng dây của cu n thứ cấp và (2) s vòng dây của cu n s ấp trên máy biến áp không tải 140

Hình 3.93: Đư ng biểu diễn ư ng đ dòng ngắn mạch của cu n thứ cấp phụ thu c vào ư ng đ òng điện cu n s ấp trong máy biến áp 141

Hình 3.94: Đư ng biểu diễn ư ng đ dòng ngắn mạch của cu n thứ cấp phụ thu c vào (1) s vòng dây của cu n thứ cấp và (2) s vòng dây của cu n s ấp trên máy biến áp 142

Hình 3.95: Đư ng biểu diễn ư ng đ dòng của cu n thứ cấp phụ thu v o ư ng đ dòng điện cu n s ấp trong máy biến áp có tải 142

Hình 3.96: S đ lắp mạch máy biến thế 143

xii

Hình 3.97: S đ b trí thí nghiệm máy biến áp 143

Hình 3.98: S đ máy biến áp không tải 144

Hình 3.99: S đ máy biến áp chế đ ngắn mạch 144

Hình 3.100: S đ máy biến áp chế đ có tải 146

Hình 3.101: Sự tạo ảnh v đư ng truyền nh s ng qua thấu kính h i tụ 148

Hình 3.102: Sự tạo ảnh v đư ng truyền nh s ng qua thấu kính ph n kỳ 148

Hình 3.103: Quang cầu sai 151

Hình 3.104: X định tiêu cự của thấu kính l i bằng phư ng ph p ss l 153

Hình 3.105: B trí thí nghiệm xây dựng mô hình máy chiếu 155

Hình 3.106: S đ lắp ráp máy chiếu 155

Hình 3.107: S đ lắp ráp kính hiển vi 156

Hình 3.108: S đ lắp r p kính thi n văn K pl r 157

Hình 3.109: S đ lắp r p kính thi n văn Galil o 158

Hình 3.110: Giao thoa tạo bởi hai ngu n s ng điểm 159

Hình 3.111: Giao thoa tr n gư ng Fr sn l 160

Hình 3.112: Giao thoa v i lưỡng lăng kính Fr sn l 162

Hình 3.113: Lắp đặt thí nghiệm để khảo sát hiện tượng giao thoa v i gư ng Fr sn ll vị trí của các thiết bị trên giá quang học: ngu n laser ở 2 cm; thấu kính f = + 20 mm ở 23,3 cm; gư ng Fr sn l ở 42,3 cm; màn ảnh ở khoảng cách từ đến 5 cm) 164

Hình 3.114: Ảnh giao thoa v i gư ng Fr sn l 164

Hình 3.115: Ánh sáng tự nhiên và ánh sáng phân cực 167

Hình 3.116: Sự phân cực ánh sáng 167

Hình 3.117: ư ng đ òng quang điện theo vị trí góc mặt phẳng phân cực 168

Hình 3.118: ư ng đ òng quang điện chuẩn hóa là hàm theo cos 169

Hình 3.119: Lắp đặt thí nghiệm sự phân cực ánh sáng 170

Hình 3.120: Hiện tượng tán sắ nh s ng qua lăng kính 173

Hình 3.121: Đư ng truyền của nh s ng đ n sắ qua lăng kính 174

Hình 3.122: Đư ng truyền của tia s ng đ n sắc bị nhiễu xạ qua cách tử 174

Hình 3.123: B thí nghiệm tán sắc ánh sáng v i thư c kẹp 176

Hình 3.124: Điều chỉnh kính kính ngắm và ng chuẩn trực theo m t đư ng thẳng 176

Hình 3.125: Điều chỉnh kính kính ngắm, bàn và ng chuẩn trực theo m t đư ng thẳng đi qua tâm của bàn 176

Hình 3.126: Điều chỉnh mặt cân bằng ngang của giác kế 177

Hình 3.127: Đư ng truyền tia sáng ở góc lệch cực tiểu 178

Hình 3.128: Thí nghiệm tán sắc ánh sáng qua cách tử 179

Hình 3.129: Nhiễu xạ qua m t khe 182

Hình 3.130: Ph nhiễu xạ qua m t khe hẹp 183

Hình 3.131: Đ r ng của mỗi dải trên khe AB 183

xiii

Hình 3.132: Ph nhiễu xạ qua m t khe hẹp đư ng đứt khúc) và qua nhiều kh đư ng liền) 184 Hình 3.133: ư ng đ nhiễu xạ I là hàm phụ thu c vào vị trí x của kh đ n 1 = 0,1 mm và

b 2 = 0,2 mm Trục x của đ thị cho b 1 = mm được di chuyển hư ng l n ư ng đ của miền kế tiếp đến đỉnh trung t m được mô tả l n h n ởi phép nhân cho 10 (khoảng cách

giữa kh v photo io L = 7 m λ = 6 8 nm 185

Hình 3.134: ư ng đ nhiễu xạ I là m t hàm phụ thu c vào vị trí x của kh đ n 1 = 0,1 mm v kh đ i g 1 = 0,25 mm/b 1 = mm Đ i v i kh đ i hỉ có vị trí v ư ng đ của các giá trị cự đại và cực tiểu đượ x định 186

Hình 3.135: ư ng đ nhiễu xạ I là m t hàm phụ thu c vào vị trí x của hệ 3 khe g = 0,25 mm/b 1 = mm đư ng liền) và của kh đ n 1 = mm đư ng đứt khúc) 187

Hình 3.136: ư ng đ nhiễu xạ I là m t hàm phụ thu c vào vị trí x của hệ 4 khe g = 0,25 mm/b 1 = 0,1 mm 188

Hình 3.137: Lắp đặt thí nghiệm để khảo s t ư ng đ nhiễu xạ (vị trí của các thiết bị trên giá quang học: ngu n laser ở 2,5 cm; thấu kính f = + 20 mm ở 14,5 cm; thấu kính f = +100 mm ở 27,5 cm; màn chắn nhiễu xạ (màn chắn khe hẹp) ở 33 cm; thiết bị dịch chuyển ở 147,5 cm) 189

Hình 3.138: Đ thị biểu diễn hiệu điện thế của tế o quang điện theo tần s 194

Hình 3.139: Ph nguyên tử của thủy ngân 194

Hình 3.140: Thí nghiệm x định hằng s Planck 196

Hình 3.141: Cấu tạo của pin quang điện 198

Hình 3.142: M i quan hệ giữa ư ng đ òng điện t i v i khoảng cách s 199

Hình 3.143: M i quan hệ giữa ư ng đ dòng ngắn mạ h v điện áp không tải v i ư ng đ òng điện t i 199

Hình 3.144: Đặc tuyến V-A của pin mặt tr i v i ư ng đ ánh sáng t i khác nhau 200

Hình 3.145: Đặc tuyến V-A của pin mặt tr i v i cùng ngu n s ng nhưng điều kiện môi trư ng khác nhau: (a) có làm mát; (b) không làm mát và (c) bị chắn bởi tấm thủy tinh phẳng 200 Hình 3.146: B trí thí nghiệm pin mặt tr i 202

Hình 3.147: S đ mạch cho pin mặt tr i 202

Hình 3.148: S đ mắc mạch pin nhiệt điện 203

Hình 3.149: Đ thị mô tả sự phụ thu ư ng đ òng quang điện I vào hiệu điện thế UAK 208

Hình 3.150: Mạch khảo sát hiện tượng quang điện 209

Hình 3.151: Mạch khảo sát hiện tượng quang điện v i Cobra Universal Writer 210

Hình 3.152: Màn hình hiển thị hư ng tr nh o ra Univ rsal Writ r v i bài thí nghiệm hiện tượng quang điện 211

Hình 3.153: Cửa s Channel manager thí nghiệm hiện tượng quang điện 212

Hình 3.154: Cửa s Convert relation to function thí nghiệm hiện tượng quang điện 212

Hình 3.155: Cửa s Channel modification trong thí nghiệm hiện tượng quang điện để tính điện trở mạch ngoài R 213

Hình 3.156: Cửa s Channel modification trong thí nghiệm hiện tượng quang điện để tính công suất P 214

Hình P.1: Giao diện khởi đ ng phần mềm Phywe Measure 4 bằng cách 1 221

Hình P.2: Giao diện khởi đ ng phần mềm Phywe Measure 4 bằng cách 2 222

xiv

Hình P.3: Khởi đ ng phần mềm Cobra3 bằng Shortcut trên màn hình Desktop 222 Hình P.4: Giao iện m n h nh l m việ phần mềm Phywe Measure 4 223 Hình P.5: Cobra3 BASIC-UNIT, USB 226

DA PT GV THPT&TCCN ự n Ph t triển Gi o vi n Trung họ Ph th ng

v Trung ấp huy n nghiệp

DC Direct Current

Đ NN Đ hia nhỏ nhất

EC European Commission EFM Electric Field Meter

EU European Union

IEC International Electrotechnical Commission ISO International Organization for Standardization LCD Liquid-Crystal Display

LED Light-Emiting Diode NSX Nh sản xuất

TNVL Thí nghiệm Vật lý TTL Transistor Transist Logic VLĐ Vật l đại ư ng

VTCB Vị trí n ằng

1

H G GI I THIỆU CHUNG

Vật lý là m t ngành khoa học thực nghiệm Thí nghiệm Vật lý (TNVL) là m t khâu không thể thiếu trong học tập và nghiên cứu vật lý Thí nghiệm có thể được sử dụng ở tất cả giai đoạn khác nhau của quá trình dạy - học Thí nghiệm Vật l đại

ư ng TNVLĐ giúp ho ngư i họ l m qu n v i việc nghiên cứu các hiện tượng Vật lý trong phòng thí nghiệm, kiểm nghiệm lại định luật Vật l đ được học

Th ng qua i TNVLĐ sinh vi n ư đầu làm quen v i phư ng ph p nghi n cứu của b m n Đ i v i sinh viên chuyên ngành Vật l TNVLĐ nhằm:

- Làm quen và rèn luyện kỹ năng ũng như đú kết kinh nghiệm sử dụng các dụng cụ m y th ng thư ng; tạo nền tảng vững chắc cho việc giảng dạy và nghiên cứu hay làm công tác thực nghiệm Vật lý sau này

- Khảo sát các hiện tượng, kiểm nghiệm định luật đ học trong phần lý thuyết

- Nâng cao tính cần cù, nhẫn nại, khách quan, trung thực, từ đ rèn luyện đạo đức, tác phong của ngư i làm nghiên cứu khoa học thực nghiệm

Phần gi i thiệu chung này nhằm giúp sinh viên ôn lại và hiểu rõ mụ đí h y u cầu và cách thức làm m t bài thí nghiệm Vật l đ ng th i gi i thiệu những vấn đề hung như sai s , phép làm tròn s , cách vẽ đ thị vật lý và cách viết kết quả thí nghiệm Đây là những kiến thức cần thiết cho m t bài thí nghiệm

I Ợ G VẬT V HỆ VỊ

Đại lượng Vật l l sự biểu thị đặ điểm định tính v đặ điểm định lượng của

m t tính chất có thể đo đạt được của các sự vật, quá trình hoặc trạng thái

Phân loại đại lượng Vật lý:

- Đạ lượn vô ướng (chiều dài, th i gian, kh i lượng, nhiệt đ …) và đại

lượn vectơ (vận t c, gia t c, lự …)

- Đạ lượn t l cơ ản và đạ lượn t l ẫn xuất

Hệ đ n vị là tập hợp đ n vị li n quan ùng trong đo lư ng, g m m t s

đ n vị ản ứng v i đại lượng ản và nhiều đ n vị dẫn xuất của đại lượng dẫn xuất khác (xem phụ lục 1 và 2)

2 H O I Ợ G VẬT

2 ị ĩa

đại lượng Vật l đượ đo ằng m t phép đo Đo lư ng là m t quá trình

đ nh gi định lượng đại lượng cần đo để kết quả bằng s so v i đ n vị đo

Phép đo m t đại lượng Vật l như đ dài 3,99 cm bao g m m t thứ nguyên,

m t đ n vị và m t đ chính xác Ký hiệu “ m” ho ta iết thứ nguy n l đ i đ n

vị đo l x ntimét s 99 đặ trưng ho đ chính xác của phép đo

1.2.2 ép đ trực tiếp và p ép đ á t ếp

Để thực hiện m t phép đo ngư i ta có thể sử dụng nhiều cách khác nhau như:

đo trực tiếp đo gi n tiếp đo hợp b đo th ng k Trong đ , hai phép đo th ng dụng nhất l phép đo trực tiếp v phép đo gi n tiếp

2

1.2.2.1 Đo trực tiếp: l h đo m kết quả nhận được trực tiếp từ m t phép

đo uy nhất qua dụng cụ đo Phép so sánh trực tiếp thông qua dụng cụ đo được

gọi là p ép đo trực tiếp Nhiều đại lượng Vật l thể đo trực tiếp như: đ dài,

kh i lượng, th i gian Khi đ đại lượng n y đượ gọi l đạ lượn đo trực

t ếp

1.2.2.2 Đo gián tiếp: l h đo m kết quả suy ra từ sự ph i hợp kết quả

của nhiều phép đo ùng h đo trực tiếp thông qua m t công thức biểu thị m i liên hệ giữa chúng h đo gi n tiếp thư ng mắc phải sai s l n là t ng hợp các sai s của phép đo trực tiếp đại lượng đượ đo th o phư ng ph p n y

đượ gọi l đạ lượn đo trực t ếp

Hình 1.1: a T kế tr n x m y; Thiết ị đo t đ huy n ụng

Tuy nhi n m t đại lượng Vật l đượ ho l đại lượng đo trự tiếp hay đại lượng đo gi n tiếp l phụ thu v o phép đo trong trư ng hợp ụ thể

Ví dụ: T đ đượ đo ằng t c kế thì t đ l đại lượng đo trực tiếp

Nhưng khi x định t đ trên thông qua công thức , trong đ s l qu ng

đư ng đi được; t là th i gian chuyển đ ng s v t đượ x định trực tiếp bằng thư v đ ng h , thì t đ lại l đại lượng đo gi n tiếp)

S I SỐ Ủ H O

Sai s của phép đo l đ lệch giữa giá trị đo được v i giá trị thực của đại lượng cần đo Có nhiều nguyên nhân gây nên sai s như ụng cụ đo kh ng ho n hảo, giá quan của ngư i thực hiện thí nghiệm hay hính đại lượng đo kh ng gi trị xác định Ngoài ra, sự thay đ i bất thư ng của dụng cụ đo m i trư ng tiến hành thí nghiệm, sự nhầm lẫn của ngư i thực hiện

Vì vậy, mọi phép đo đều có sai s X định sai s của phép đo tứ l x định

đ tin tưởng của kết quả đo Tùy th o h ph n loại m ngư i ta định nghĩa loại sai s

3

( ̅ ) Sai s tư ng đ i đặ trưng ho hất lượng của phép đo

Độ chính xác ε của phép đo đượ định nghĩa như l m t đại lượng nghịch

đảo của module sai s tư ng đ i

( ̅

) Sai s của phép đo ằng 10-5 th đ chính xác bằng 105

2 t n gây ra sai s : sai s phư ng ph p, sai s thiết bị,

sai s chủ quan

t ật xuất hiện của a

1.3.3.1 Sai số hệ thống h là thành phần sai s của phép đo lu n không

đổi hay l thay đ i có quy lu t khi đo nhiều lần m t đại lượng đo Quy luật thay

đ i có thể là m t phía ư ng hay m hu kỳ hay th o m t quy luật phức tạp

n o đ

Việc loại trừ sai s hệ th ng có thể tiến hành bằng cách: phân tích lý thuyết; kiểm tra dụng cụ đo trư c khi sử dụng nó; chuẩn trư khi đo; hỉnh “ ” trư c khi đo; tiến hành nhiều phép đo ằng phư ng ph p kh nhau; sử dụng phư ng ph p thế; sử dụng cách bù sai s ngược dấu (cho m t lượng hiệu chỉnh

v i dấu ngược lại)

Trong thực tế không thể loại hoàn toàn sai số hệ thống t iết iện ại ến u t u ng t ể o ạt ết qu v i ộ n á 1 o trong quá tr n gi ng v ết qu p i ộng v o s i số t ng p

ột ư ng s i số ệ t ống t ể ỗi d ng c t iết o t ường ghi sai

số ệ t ống oặc là ghi cấp chính xác Nếu không có, thì sai số hệ thống

ư c chọn bằng ½ hay bằng 1 lần giá tr củ ộ chia nhỏ nhất

1.3.3.2 Sai số ngẫu n iên n là thành phần sai s của phép đo thay đ i

không theo m t quy luật nào cả mà ngẫu nhiên khi nhắc lại phép đo nhiều lần

m t đại lượng duy nhất Loại sai s này làm kết quả đo ị lệch về cả hai phía so

v i kết quả thực của đại lượng cần đo

rong t ng iệ t ại ương s i số củ p ép o gồm hai thành phần

X n là sai số ngẫu n iên – s i số t i một cách ngẫu n iên i o n i u lần cùng một giá tr ại ư ng o v s i số hệ thống h là thành phần sai số không

tiến n đo đạ lượn đo n ều lần ( t n ất lần để ạn c ế s số

n ẫu n n) v t ực hiện gia công toán học các số liệu nh n được s u đo (loạ ỏ trị đo c x c c trị đo c tron c c lần đo)

ốn tránh mắc những sai số do nguyên nhân chủ qu n n ư đọc nhầm số

chỉ, không chú ý tớ t n đo của dụn đo

1.4.1.2 Nguyên tắc v chữ số tin c y và chữ số không tin c y

Sai s tuyệt đ i của phép đo trực tiếp không thể hính x h n sai s của dụng cụ Bởi vậy, khi tính sai s ta chỉ giữ lại những chữ s có bậc bằng hoặc l n h n ậc của sai s dụng cụ và gọi các chữ s đ l hữ s có nghĩa hữ s có bậc nhỏ h n ậc của sai s dụng cụ gọi là các chữ s không tin cậy n n được bỏ đi Việc bỏ những chữ s không tin cậy (những chữ s ở cu i con s được gọi là việc làm tròn s

Ví dụ: Thư c kẹp v i đ chính xác 0,1 mm nên kết quả sai s chỉ cần giữ lại s đầu tiên sau dấu phẩy: ∆ = 7 mm th hai hữ s 7 và 2 không tin cậy o đ ần phải làm tròn thành 0,2 mm

Giá trị trung bình của đại lượng cần đo phải quy tròn đến chữ s có nghĩa ùng ậc v i sai s tuyệt đ i của nó

Ví dụ: Sai s tuyệt đ i là 0,2 mm, giá trị trung bình là 12,37 thì s

7 ở cu i chữ s là không tin cậy phải bỏ đi v gi trị trung nh được làm tròn bằng 12,4 mm

1.4.1.3 Qui tắc làm tròn

a u tắc l m tr n số cho sai số

+ Sai s phải đượ l m tròn th o xu hư ng tăng + Sai s của phép l m tròn kh ng vượt quá 25% giá trị của sai s thì chỉ giữ lại m t chữ s khác 0 theo qui tắ l m tăng sai s

+ Sai s của phép l m tròn vượt quá 25% giá trị của sai s thì phải giữ lại hai chữ s khác 0 theo qui tắ l m tăng sai s

Ví dụ: ∆x = 7 → 8, v 8 - 0,0734)/0,0734 < 25%

5

∆y = → , v - 0,0311)/0,0311 > 25%

b Qui tắc làm tròn số cho một số: phải được viết theo nguyên tắc những

chữ s nghĩa còn những s kh được làm tròn theo quy tắc:

+ Chữ s giữ lại cu i ùng l kh ng đ i, nếu chữ s l n nhất bỏ đi nhỏ h n hữ s 5

+ Chữ s giữ lại cu i ùng tăng l n m t đ n vị, nếu chữ s l n nhất

Nếu s lần đo l kh ng nhỏ n > phép đo đòi hỏi đ hính x ao

th sai s ngẫu nhi n l sai s đượ tính ng thứ ủa sai s to n phư ng trung nh:

√∑ ̅

Hay:

∑| ̅|

6

Nếu s lần đo nhỏ th sai s ngẫu nhi n kh ng đượ tính th o ng thứ sai s

to n phư ng trung nh m tính th o ng thứ sai s tuyệt đ i trung nh như sau:

- ư 3 n s i số tu ệt ối s i số t ng p

trong đ xh: sai s hệ th ng

xn: sai s ngẫu nhi n

- ư 4 n s i số tỷ ối (sai số tương ối)

̅ Sai s tỷ đ i δx càng nhỏ th phép đo ng hính x

đó ết quả củ p ép đo gián t ếp được t n t eo c c ước s u:

- ư 1 n giá tr trung n ủ ại ư ng

Gi trị ̅ đượ x định ằng h thay thế gi trị ̅ ̅ ̅ v o h m s = f x y z tứ l : ̅ ̅ ̅ ̅

- ư 2 n s i số: Sai s A được tính bằng phư ng ph p vi ph n th o

m t trong hai cách sau:

Cách 1: Cách này sử dụng thuận tiện khi hàm f (x,y,z) là m t t ng

hay m t hiệu (không thể lấy logarit dễ dàng) Cách này g m ư c sau:

a Tính vi phân toàn phần của h m a = f x y z sau đ g p các s hạng có chứa vi phân của cùng m t biến s

b Lấy giá trị tuyệt đ i của các biểu thứ đứng trư c dấu vi phân d, thay dấu vi phân d bằng dấu ∆ v thay đại lượng vật lý bằng trị trung bình hoặc giá trị thực Ta thu đượ ∆

7

Cách 2: Sử dụng thuận tiện khi hàm là dạng tí h thư ng lũy thừa, Cách này cho phép tính sai s tỷ đ i, g m ư c:

a Lấy logarit s e biểu thức vật lý

b Tính vi phân riêng phần biểu thứ thu được

c Thay các dấu (-) bằng (+) trong biểu thức vi phân, thay dấu vi phân bằng kí hiệu sai s v thay đại lượng vật lý bằng trị trung bình hoặc giá trị thực

d Từ biểu thứ thu được, tính sai s của phép đo gi n tiếp

Descartes Oxy (trục hoành biểu diễn nguyên nhân, trục tung biểu diễn kết quả)

v i tỷ lệ xích trên các trụ sao ho đ thị chiếm toàn b kh giấy

Hình 1.2: Mẫu đ thị Vật lý

ư 2 iểu diễn á iểm có tọ ộ ( ̅, ̅ v s i số Dựng các dấu

chữ thập hoặ h nh hữ nhật t m l điểm ( ̅ , ̅ ); ( ̅ , ̅ ); … ; ( ̅ , ̅ )

8

v ạnh tư ng ứng l ∆x1 ∆y1 ; ∆x2 ∆y2 ; … ; ∆xn ∆yn) Có thể dựng đư ng bao sai s chứa các hình chữ nhật hoặc các dấu chữ thập

ư 3 iểu iễn t ực nghiệm: Đư ng iểu iễn y = f x phải l đư ng

tr n tru li n tục theo quy luật của điểm thực nghiệm đ x định nằm trong

đư ng ao sai s đượ vẽ Đư ng iểu iễn phải đi qua h nh hữ nhật v qua

ng nhiều điểm thực nghiệm càng t t; hoặ điểm thự nghiệm ph n về hai phía ủa đư ng iểu iễn Hoặc sử dụng phư ng ph p nh phư ng t i thiểu để

x định đư ng biểu diễn thực nghiệm (bằng các công cụ có sẵn trong Microsoft Excel hoặ h m polyfit trong hư ng tr nh Matla hoặ hư ng tr nh Phyw Measure 4)

ư 4 goại su , nội suy: Dựa tr n đư ng iểu iễn thực nghiệm, ta có

thể suy ra giá trị của đại lượng n o đ m ta kh ng đo được trực tiếp bằng thực nghiệm

á t ự ệ à t ệ

Hình 1.3: S đ ư thự hiện m t i thí nghiệm VLĐ

1.5 BÀI TẬP Ô H G

Câu 1 M t Miliampekế kim chỉ thị có cấp chính xác là 1.5, giá trị cự đại

của thang đo l m v thang đo ủa miliampe kế đ chia Vậy sai s dụng

của miliampe kế bằng bao nhiêu? Vì sao?

Câu 2 Ð i v i các dụng cụ đo hiện s , sai s dụng cụ đượ x định theo

công thức: ΔA = δ n α V i A là giá trị đo hiển thị trên màn hình, δ là cấp chính xác của dụng cụ đo hiện s (tính theo s %) α l đ phân giải của thang đo, n là m t

s nguyên phụ thu c dụng cụ đo (do nhà sản xuất quy định và được ghi trong phiếu xuất xưởng Như đ ng h đa năng hiện s T89 ngư i ta quy định lấy δ = 0,5 và

n = 1 ở thang đo m t chiều và lấy δ = ,8 và n = 2 hoặc n = 3 ở thang đo xoay hiều Thí dụ: M t đ ng h hiện s loại 31/2 igit điểm đo igit được hiển thị bằng 4 chữ s trên màn hình Khi sử dụng thang đo 20V m t chiều, ta có U = 19,99V; α = 9 99 ≈ V v n = Vậy khi giá trị đo hiển thị trên màn hình là

16,50V thì sai s dụng cụ này ứng v i giá trị này bằng bao nhiêu?

9

Câu 3 Thiết lập công thức tính sai s của đại lượng vật lý sau?

a Nhiệt lượng tỏa ra trong đoạn mạch:

Điện trở đo ằng mạch cầu:

Câu 4 Trong ba lần đo ta lần lượt thu được kết quả 64,9 mA; 65,1 mA;

65,3 mA H y x định sai s tuyệt đ i của phép đo ư ng đ òng điện trong các lần đo? iết giá trị đúng ủa ư ng đ òng điện là = 65 mA

Câu 5 Khi đo hai đại lượng a ta được các kết quả:

a = v ∆a =

b = v ∆ = Tính sai s tư ng đ i v đ nh gi đ chính xác của hai phép đo tr n

Câu 6 Dùng vôn kế đ chính xác là 0,1 V để đo hiệu điện thế của m t

đoạn mạch, ta nhận được giá trị của các lần đo như sau: 21,5 V; 21,4 V; 21,4 V; 21,6

V; 21,5 V Trình bày phép tính kết quả cu i cùng của phép đo tr n

Câu 7 Tính sai s của kết quả của y trong trư ng hợp sau:

, v i m = 2,54 ± 0,02; n = 6,3150 ± 0,015; p = 2,86 ± 0,03

, v i x = ± ; α = 9 ±

Câu 8 Trong thí nghiệm xác định thể tích của hình trụ rỗng khi đo n kính

ngo i R n kính trong r đ cao h của hình trụ rỗng lần lượt thu được các giá trị sau:

R = 60,25 ± 0,01 mm; r = 50,81 ± 0,02 mm; h = 18,03 ± 0,01 mm

a Hãy cho biết đại lượng n o l đại lượng đo trực tiếp đại lượng nào

l đại lượng đo gi n tiếp?

b Trình bày công thức tính thể tích và thiết lập công thức tính sai s của đại lượng này

c Áp dụng tính và ghi kết quả cu i cùng của thí nghiệm này

đư ng kính trong v đư ng kính ngoài của ng trụ; đư ng kính ủa các trục hay của

vi n i …

*

- ề t n c n x c:

+ T ước p : đo đượ kí h thư hính x t i mm

+ T ước p 2 : đo đượ kí h thư hính x t i mm

+ T ước p : đo đượ kí h thư hính x t i mm

+ T ước p : đo đượ kí h thư hính x t i mm

- H m để đo kí h thư ngo i H m để đo kí h thư c trong

- h m v đượ gắn liền v i thư c chính L1 có chia t i mm v

m H m v thể i đ ng dọ th o thư hính v được gắn liền v i thư đ ng L2 có vạch chia từ 0 t i 10 hoặc 20

- Thanh S gắn liền v i thư đ ng L2 ùng để đo hiều sâu của các lỗ

- Tr n thư đ ng lấy m t đoạn dài a1 mm( ) v ũng được chia thành

a b

12

A, B tiếp xúc v i vật và không gây biến dạng vật Trư ng hợp phải lấy thư

ra khỏi vị trí đo th vặn để định h m đ ng v i th n thư hính Khi

đo phải giữ ho hai mặt phẳng ủa thư song song v i kí h thư ần đo

- Khi đ kí h thư c cần đo gi trị là khoảng cách giữa hai vạ h s 0 trên L1 và L2 Để x định giá trị này, ta x định phần nguyên và phần thập phân của n như sau:

+ Phần nguyên mm đượ x định trên L1: là giá trị nguyên mm

của vạ h tr n thư c chính gần v i vạch s tr n thư đ ng nhất v nằm giữa hai vạch s 0)

+ Phần lẻ đượ x định trên L2: Tr n thư c đ ng t m vạch có vị trí trùng v i m t vạ h n o đ tr n thư hính Đếm tr n thư đ ng) s khoảng từ vạ h đến vị trí trùng nhau, r i nhân v i đ chính xác của thư th ta được phần thập phân

Hình 2.5: h đọ gi trị tr n thư c kẹp khí

Hình 2.6: Ví dụ đọ gi trị tr n thư c kẹp khí

Ví ụ: Như Hình 2.6 kết quả đo đượ l 9 v i phần nguyên trên thư c chính là 20 mm; phần thập ph n tr n thư c phụ là 0,95 mm vì có vạch thứ 19 trùng r i nhân v i đ hính x ta được phần thập phân

Panm nhiều ỡ: -25, 25-50, 50-75, 75-100, 100-125, 125- … mm

Ng y nay nhiều loại ho ta lựa họn từ ạng t i loại điện tử hiển thị s đảm ảo đ hính x ao phù hợp v i ti u huẩn ISO Panm điện tử thư ng ùng để đo kí h thư ủa vật ạng h nh họ đ i xứng v ùng n kỹ thuật để đo

kh i lượng vật đ Tr n sở đ ta thể x định thể tí h v kh i lượng ri ng ủa vật

Hình 2.7: Panm đo s u Hình 2.8: Panm đo trong

Hình 2.9: Panm đo ngo i Hình 2.10: Panm điện tử đo ngo i

ấ t ủa a đượ m tả như Hình 2.11

Hình 2.11: ấu tạo ủa Panm đo ngo i (1) Thân Panme: đượ lắp v i đầu đo định v m t ng h nh trụ

2 đ đị và đ đượ t i ứng để giảm thiểu m i mòn o tiếp xú trong

qu tr nh đo

14

a ùng để định đầu đo đ ng khi đọ trị s

đ đ r để ăn kh p v i r n trong ủa ng trụ

v ăn kh p v i m t h t t ụng gi i hạn lự tiếp xú khi đo Khi hai

đầu đo hạm nhẹ v o hi tiết ta vặn núm n y để đầu đo kẹp v o

T đ ùng để vặn đầu đo i huyển v o ăn kh p v i r n v để đọ trị s

Gi trị l n nhất mà có thể thấy đượ tr n thư hính

Vị trí m thang đo tr n ng xoay v vạ h huẩn trên thân panme trùng nhau

* á đ và đọc kết qu

- Trư khi đo ần kiểm tra x m thư hính x kh ng? Phải kiểm tra x m mặt vật ần đo sạ h kh ng? Kiểm tra điểm vạ h tr n thư

đ ng phải trùng v i vạ h huẩn tr n thư hính

Đ i v i Panm - mm ta ho tiếp xú trự tiếp ề mặt đo v kiểm tra điểm

Đ i v i loại òn lại - -7 … th ta ùng vật mẫu

tư ng ứng để kiểm tra điểm

- Ri ng trư ng hợp vạ h ủa thư hính kh ng trùng v i mép thư c

đ ng ần th o trụ ủa thư để hiệu hỉnh trư ng hợp n y sinh vi n phải y u ầu n phụ tr h huy n m n để thự hiện đúng quy tắ an

to n

15

- Khi đo tay tr i ầm Panm tay phải vặn thư đ ng ho đầu đo đến gần tiếp xú th vặn núm vặn ho đầu đo tiếp xú v i vật đúng p lự đo

- Phải giữ ho đư ng t m ủa đầu đo trùng v i kí h thư vật ần đo

- Trư ng hợp phải lấy Panm ra khỏi vật ần đo th vặn đai h m để định đầu đo đ ng trư khi lấy Panm ra khỏi vật

- Khi đo ựa v o mép thư đ ng ta đọ đượ s “mm” v “nửa mm”

ủa kí h thư tr n thư hính

- ựa v o vạ h huẩn tr n thư hính ta đọ đượ m t phần trăm

Đọc giá trị đo đến mm: Đọc giá trị l n nhất mà có thể thấy được

tr n thang đo ủa thân panme: 55,5 mm

Đọc giá trị đo từ mm đến 0,5 mm: Đọc tại vị trí m thang đo tr n thư đ ng ng xoay v vạ h huẩn trên thân panme trùng nhau: 0,45 mm

3 Tính toán giá trị đo: Lấy giá trị ở 1 c ng v i giá trị ở 2: 55,5 + 0,45 = 55,95 mm

2.3 AMPE K VÀ VÔN K KIM CHỈ THỊ

2.3.1 ấu kim chỉ thị

ấu kim hỉ thị ủa đ ng h đo lư ng đại lượng điện đượ hia

th nh ba nh m hính:

- Nhóm từ điện được cấu tạo g m:

+ Phần tĩnh: là m t nam h m vĩnh ửu (hình móng ngựa), lõi sắt, cực

từ (bằng sắt non) Giữa cực từ và lõi sắt có khe hở không khí rất nhỏ

+ Phần đ ng: Khung y được quấn bằng y đ ng Khung dây gắn trên trục, quay trong khe hở không khí

- Nhóm điện từ được cấu tạo g m:

+ Phần tĩnh: òng điện cần đo đượ đưa v o u n dây quấn quanh lá thép c định (gọi l l thép tĩnh), bên trong có khe hở không khí

+ Phần đ ng: Lá thép có khả năng i huyển tư ng đ i (gọi l l đ ng)

v i l tĩnh trong kh hở kh ng khí L đ ng gắn v i trục trên có gắn kim và lò

16

2.3.2 Ampe kế

mp kế l ụng ụ đo ư ng đ òng điện Trong s đ mạ h điện mp

kế thư ng đượ kí hiệu ằng m t vòng tròn hữ ở giữa v th m kí hiệu

ự ư ng v m hai n ho òng điện m t hiều Mọi mp kế đều ti u thụ m t hiệu điện thế nhỏ Để giảm ảnh hưởng đến mạ h điện ần đo hiệu điện thế ti u thụ trong mạ h ủa mp kế phải ng nhỏ ng t t Điều n y nghĩa l trở kh ng tư ng

đư ng ủa mp kế trong mạ h điện phải rất nhỏ so v i điện trở ủa mạ h h sử ụng mp kế kim hỉ thị m t chiều:

họn mp kế gi i hạn đo v đ hia nhỏ nhất phù hợp v i gi trị

ần đo

Mắ pm kế n i tiếp v o mạ h sao ho h t ư ng ủa amp kế n i

v i ự ư ng ủa ngu n điện

Điều hỉnh kim ủa mp kế hỉ đúng vạ h s

Đ ng ng tắ đợi ho kim ủa amp kế đứng y n v đọ kết quả Ampe kế m t chiều được chế tạo dựa tr n ấu chỉ thị từ điện Đ lệch của kim tỉ lệ thuận v i dòng chạy qua cu n đ ng nhưng đ lệ h kim được tạo ra bởi dòng điện rất nhỏ và cu n dây quấn bằng dây có tiết diện bé nên khả năng hịu dòng rất kém

Để đo ư ng đ òng điện xoay chiều tần s công nghiệp ngư i ta thư ng sử dụng ampe kế từ điện chỉnh lưu amp kế điện từ, và ampe kế điện đ ng

17

họn V n kế gi i hạn đo v đ hia nhỏ nhất phù hợp v i gi trị

ần đo

Mắ V n kế song song v i vật ần đo sao ho h t ư ng ủa V n kế

n i về phía ự ư ng v h t m n i về phía ự m ủa ngu n điện

Điều hỉnh kim ủa mp kế hỉ đúng vạ h s

Đ ng ng tắ đợi ho kim ủa V n kế đứng y n v đọ kết quả

2.4 ỒNG HỒ Ă G

2.4.1 ng h đa ă ỉ thị

Hình 2.14: Bề mặt đ ng h đa năng kim hỉ thị DE-360TRn

Giao diện đ ng h đa năng kim hỉ thị như Hình 2.14, g m:

(1) Khi kim bị lệch, dùng tua vít vặn chỉnh lại kim ho đúng vị trí ban đầu Để đo đượ hính x h n

(2) Núm tinh chỉnh zero: Trong chế đ đo Ohm th khi hập qu đ n và

qu đỏ lại thì kim phải đưa về giá trị 0 (zero) Nếu hưa về 0 thì vặn núm này

ho được thì thôi

(3) Thang đo transistor: ắm các chân của transistor v o để biết đ khuế h đại dòng của transistor

(4) P, +: Lỗ cắm y đo m u đỏ đượ ùng để đo thang đo điện áp,

đo điện trở đo logi đo th ng mạch, kiểm tra pin v đo òng điện nhỏ

(5) OM N: Đ y l lỗ cắm y đo đ n l y ùng hung ho mọi chức năng đo

(6) m : Thang đo ư ng đ òng điện m t chiều

(7) V: Thang đo điện áp m t chiều ùng để đo pin ắc quy, các b ngu n chỉnh lưu

Hình 2.15: Các thang đo ủa đ ng h đa năng kim hỉ thị DE-360TRn

thang đo ủa đ ng h g m:

- A l thang đo điện trở Ω: ùng để đọc giá trị khi sử dụng thang đo điện trở Thang đo Ω có giá trị l n nhất bên trái và nhỏ nhất bên phải ngược lại v i tất cả các cung còn lại)

- B là mặt gư ng: ùng để giảm thiểu sai s khi đọc kết quả khi đọc kết quả

hư ng nhìn phải vuông góc v i mặt gư ng – tức là kim chỉ thị phải che khuất bóng của n trong gư ng

- C l thang đo điện p: ùng để đọc giá trị khi đo điện áp m t chiều và thang

đo điện áp xoay chiều 50V trở lên Cung này có 3 vạ h hia đ là: 250V; 50V; 10V

- D là thang điện áp xoay chiều ư i 10V: Trong trư ng hợp đo điện áp xoay chiều thấp kh ng đọc giá trị trong thang đo V thang đo điện áp xoay chiều dùng diode bán dẫn chỉnh lưu n n sụt áp trên diode sẽ gây ra sai s

- E là thang đo ư ng đ òng điện xoay chiều t i 15A

- F là thang đo hệ s khuế h đại dòng 1 chiều của transistor - hFE

- G, H l thang đo kiểm tra òng điện v điện áp của tải đầu cu i

- I là thang đo kiểm tra dB: ùng để đo đầu ra tín hiệu tần s thấp hoặc âm tần đ i v i mạch xoay chiều Thang đo n y sử dụng để x định đ khuế h đại v đ suy giảm bởi tỷ s giữa đầu v o v đầu ra mạch khuế h đại và truyền đạt tín hiệu

th o đ n vị đề xi ben

2.4.1.1 Đo iện áp:

- Cắm qu đ n v o lỗ COM (- qu đỏ vào lỗ P (+)

19

- Vặn núm xoay về thang đo 1000 DCV đo điện áp m t chiều) hoặc 1000

V đo điện áp xoay chiều) là giá trị l n nhất để đo nếu bạn hưa iết điện áp cần

- Đọc giá trị theo công thức: U = A x (B/C)

trong đ l s chỉ của kim; l thang đo đang sử dụng; C là giá trị max

- Kết n i qu đo m u đỏ của đ ng h về phía cự ư ng v qu đo m u

đ n về phía cực âm (-) theo chiều òng điện trong mạch thí nghiệm Mắ đ ng h

n i tiếp v i mạch thí nghiệm

- Bật mạ h điện Nhìn kim chỉ thị ở vạch DCA Sau đ họn về thang đo l n

h n nhưng gần nhất v i giá trị cần đo để kết quả đo l hính x nhất và thực hiện lại

- Đọc giá trị theo công thức: I = A x (B/C)

trong đ l s chỉ của kim; l thang đo đang sử dụng; C là giá trị max

- Sau đ chọn thang đo sao ho khi đo điện trở cần x định đ lệch của kim

ở khoảng ½ thang đo để kết quả đo l hính x nhất và thực hiện lại

- Đọc giá trị theo công thức: R = A x B

trong đ l s chỉ của kim; l thang đo đang sử dụng

2.4.1.4 Đo òng i ạ qu p tiếp giáp p-n v s t áp trên n v

- Cắm qu đ n v o lỗ COM (- qu đỏ vào lỗ P (+)

- Đặt ở thang đo X1K Ω Chập hai qu đo lại v i nhau và tinh chỉnh núm xoay (2 để đưa kim về vị trí 0

- Đặt ở thang đo X10 Ω Chập hai qu đo lại v i nhau và tinh chỉnh núm xoay (2 để đưa kim về vị trí 0

- Cắm transistor n-p-n hay p-n-p v o đúng loại và cắm đúng h n v đọc kết quả trên vạch chia hFE

2.4.2 ng h đa ă ển thị s

Giao diện đ ng h đa năng kim hỉ thị như Hình 2.17

Hình 2.17: Bề mặt đ ng h đa năng hiện s HIOKI 3805

Các chứ năng đo ao g m:

- Đo điện trở: 400,0 Ω - 40,00 MΩ, 6 Thang đo Đ chính xác: ± 0.5 % rdg

±3 dgt

- Đo dòng DC: 400,0 µA – 10,00 A, 6 Thang đo Đ chính xác: ± 0.1 % rdg

±3 dgt

- Đo dòng AC: 400,0 µA – 10,00 A, 6 Thang đo Đ chính xác: ± 1,0 % rdg

±5 dgt ,phụ thu c vào giá trị chỉnh lưu Đặc tính tần s tại òng điện xoay chiều: 50

- Cắm qu đo m u đ n v o đầu OM qu đo m u đỏ v o đầu (+)

- Đặt chuyển mạch ở thang đo V (hoặc ACV) l n h n nhưng gần nhất v i giá trị cần đo để kết quả đo l hính x nhất

- Đặt qu đo v o điểm cần đo đo song song) Nếu đo V th đặt que

đ n v o điểm điện thế thấp qu đỏ v o điểm điện thế cao, nếu đo V th không cần quan t m đến cực tính của đ ng h

- Đọc kết quả trên màn hình LCD

2.4.2.2 Đo ường ộ òng iện:

- Để đ ng h ở thang đo để đo òng điện xoay hiều v thang - để đo òng điện m t hiều

- Qu đ n ắm c ng hung OM qu đỏ cắm vào c ng 20A nếu đo òng

ư ng đ l n cỡ A và c ng mA nếu đo òng ư ng đ nhỏ cỡ mA

- Cắm qu đo m u đ n v o đầu OM qu đo m u đỏ v o đầu (+)

- Đặt chuyển mạch của đ ng h ở thang DCA – 250 mA

- Tắt ngu n điện của các mạch thí nghiệm

- Kết n i qu đo m u đỏ của đ ng h về phía cự ư ng v qu đo m u

đ n về phía cực âm (-) theo chiều òng điện trong mạch thí nghiệm Mắ đ ng h

n i tiếp v i mạch thí nghiệm

- Bật điện cho mạch thí nghiệm

- Đọc kết quả trên màn hình LCD

- Cắm qu đo m u đ n v o đầu OM qu đo m u đỏ v o đầu (+)

- Đặt qu đo v o đầu điện trở đo song song)

- Đọc kết quả trên màn hình LCD

2.4.2.4 Kiểm tra thông mạch và tiếp giáp p-n của bán dẫn

a Kiểm tra thông mạch:

- Để đ ng h ở thang đo đi t th ng mạ h

- Qu đ n ắm c ng hung OM qu đỏ cắm vào c ng V Ω

- hạm hai đầu qu đo v o đoạn mạ h ần kiểm tra nếu đ ng h tiếng k u

“ ip” tứ đoạn mạ h đ th ng v ngược lại

b Kiểm tra tiếp giáp P-N:

- Để đ ng h ở thang đo đi t th ng mạ h

- Qu đ n ắm c ng hung OM qu đỏ cắm vào c ng V Ω

- Khi io đượ ph n ự thuận th sụt p < khoảng ,6 đ i v i Si; đ i

v i loại G òn khi io đượ ph n ự ngượ th kh ng sụt áp (giá trị bằng

“ ” th io đ hoạt đ ng t t Lưu khi sử dụng đ ng h vạn năng hiển thị s kiểm tra l p tiếp gi p th qu đ n sẽ là (-) ngu n pin v qu đỏ là (+) ngu n pin

ΔUdc = ΔUht = δ U n α trong đ : U là giá trị đo được

δ v n lần lượt là cấp chính xác, s nguyên phụ thu c của dụng

cụ đo ủa đ ng h đa năng hiện s ) do nhà sản xuất quy định v được ghi trong phiếu xuất xưởng

2.4.2.6 ưu i s d ng:

- Không bao gi được phép chuyển đ i thang đo khi đang điện ở đầu đo

- Kh ng đo òng điện v điện áp quá gi i hạn thang đo

- Không bao gi đượ đo điện trở trong mạ h đang được cấp điện

23

- Kh ng để đ ng h ở thang đo điện trở m đo điện p v òng điện sẽ làm hỏng đ ng h

- Khi đo điện trở nhỏ (cỡ < 10 Ω ần để ho qu đo v h n điện trở tiếp xúc

t t nếu không kết quả không chính xác

- Khi đo điện trở l n (cỡ > 10 kΩ tay kh ng được tiếp xú đ ng th i vào cả

qu đo v nếu tiếp xú như vậy điện trở của ngư i sẽ mắc song song v i điện trở

cần đo l m giảm kết quả đo

- Khi đo ư ng đ òng điện l n 0 – 10 ta ùng hai y đo ắm vào hai lỗ

“ OM” lỗ chung) v “ ” hoặc 20 tr n đ ng h

2.5 DAO DỘNG KÝ

Máy hiện s ng điện tử hay còn gọi l ao đ ng k điện tử (electronic oscilloscope) là m t dụng cụ hiển thị dạng sóng rất thông dụng, có khả năng hiển thị các dạng tín hiệu, xung thay đ i theo th i gian lên màn hình m t cách trực quan mà

đ ng h không thể hiển thị đượ h n nữa có những khu vực tín hiệu chỉ thể hiện

ư i dạng xung đ ng h đo volt kh ng thể phát hiện được ở đ t n tại hay không

mà chỉ có máy hiện sóng m i thể hiện được

(a)

(b)

Hình 2.18: a ao đ ng ký OS – 5020 và (b) Mô phỏng mặt giao diện

Bằng cách sử dụng máy hiện s ng ta x định được:

- Giá trị điện áp và th i gian tư ng ứng của tín hiệu