Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Giáo dục - Đào tạo Vật lý Chuyên đề môn vật lý giải pháp thực hành phần cơ – nhiệt...

Tài liệu Chuyên đề môn vật lý giải pháp thực hành phần cơ – nhiệt

.PDF
23
1103
104

Mô tả:

CHUYÊN ĐỀ: GIẢI PHÁP THỰC HÀNH PHẦN CƠ – NHIỆT PHẦN 1 . ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1. Lý do chọn giải pháp: Giảng dạy Vật lý không phải chỉ có mục đích trang bị cho học sinh những tri thức cần thiết về bộ môn mà còn đào tạo học sinh có khả năng tư duy sáng tạo, độc lập, biết vận dụng kiến thức, trước hết để làm các bài tập thực nghiệm, sau nữa là có kỹ năng thực hành để sử lí các tình huống khó khăn gặp phải trong cuộc sống và trong kỹ thuật, cũng như trong công cuộc ứng dụng các thành tựu khoa học kỹ thuật vào vào đời sống thực tế. Hơn nữa việc làm các bài tập thực nghiệm giúp học sinh nắm chắc lý thuyết, hiểu sâu về bản chất các khái niệm, các hiện tượng định luật, các thuyết Vật lý. + Việc làm các bài tập thực nghiệm Vật lý có tác dụng rất lớn về ba mặt: Giáo dục, giáo dưỡng, và giáo dục kĩ thuật tổng hợp, tác dụng đó càng tích cực nếu trong quá trình giảng dạy có sự lựa chọn cận thận và phân loại bài tập khoa học, nội dung thích hợp và bám sát mục đích dạy học, cuối cùng là làm cho học sinh lĩnh hội một cách có kết quả nhất các kiến thức bộ môn và biết cách vận dụng kiến thức vào thực tiễn. + Để đáp ứng được nhiệm vụ của trường PTTH chuyên thì bản thân mỗi thầy, cô giáo trường THPT chuyên đều phải cố gắng hết sức mình, thường xuyên tìm tòi và vươn lên trong chuyên môn. Trong chương trình thi học sinh giỏi quốc gia Vật lý lớp 12 trung học phổ thông có khá nhiều nội dung không có trong sách giáo khoa, đồng thời tài liệu tham khảo cũng viết sơ sài, đặc biệt là các bài tập thuộc loại "Bài tập thực nghiệm" nên việc luyện tập cho học sinh gặp nhiều khó khăn. Đa số học sinh lúng túng trước các bài tập thực nghiệm. Để khắc phục những khó khăn đó, nhóm giáo viên vật lý chúng tôi đã đầu tư thời gian nghiên cứu một số tài liệu giảng dạy ở bậc đại học, cao đẳng, các trường nghề cũng như các tài liệu nước ngoài về vấn đề thực hành, từ đó biên soạn lại cho phù hợp với đối tượng học sinh. 1.2. Mục đích của giải pháp: Nhằm trang bị kiến thức một cách đầy đủ cho học sinh về vấn đề "Nâng cao kỹ năng thực hành" từ đó nâng cao năng lực cho Học sinh đội tuyển Vật lý khi tham gia các kì thi chọn học sinh giỏi các cấp, nhằm bồi dưỡng các nhân tài tương lai cho đất nước và cho tỉnh nhà. PHẦN 2. NỘI DUNG 2.1. Cơ sở khoa học. 2.1.1. Những kiến thức vật lý cơ bản phần cơ học được sử dụng trong các bài tập thí nghiệm 2.1.1.1. Lực – Cân bằng lực - Khi vật chuyển động có gia tốc, ta nói có lực tác dụng lên vật. - Lực là đại lượng vectơ. Vectơ lực có hướng của gia tốc do lực truyền cho vật. - Khi các lực đồng thời tác dụng gây các gia tốc khử lẫn nhau, các lực gọi là cân bằng nhau. 2.1.1.2. Các định luật Niu-tơn (Newton) 2.1.1.2.1. Định luật I: r r r r Fhl  0  a  0 2.1.1.2.2. Định luật II: r r Fhl a m Đơn vị: m: (kg) a: (m/s2 ) Fhl: (N) 2.1.1.2.3. Định luật III: r r F21  F12 Ghi chú:  Hệ quy chiếu trong đó các định luật Newton nghiệm đúng gọi là hệ quy chiếu quán tính.  Một cách gần đúng, hệ quy chiếu gắn với Trái Đất có thể coi là hệ quy chiếu quán tính. 2.1.1.3. Khối lượng - Đại lượng đặc trưng cho mức quán tính của vật. Khối lượng là đại lượng vô hướng, dương, cộng được và bất biến đối với mỗi vật (trong phạm vi cơ học cổ điển). - Đo khối lượng bằng tương tác hay bằng phép cân. - Khối lượng riêng: D m V (kg/m3 ) 2.1.1.4.CÁC LOẠI LỰC 2.1.1.4.1. Lực hấp dẫn r F21 m1 m1 r F12 m1 m2 r + Trường hợp tổng quát: F G m1.m2 r2 ( G là hằng số hấp dẫn; G  6, 68.10 +. Trọng lực: 11 N .m2 ) kg 2 P  mg  G mM r2 Biểu thức của gia tốc trọng lực:  Ở sát mặt đẩt: g 0  G. M R2 (M: khối lượng Trái Đất)  Ở độ cao h từ mặt đẩt: g G M ( R  h) 2 (R: bán kính trái đất.) 2.1.1.4.2. Lực đàn hồi   F  kx Hoặc   F  kl  (k: hệ số đàn hồi hay độ cứng; x , l : độ biến dạng của vật đàn hồi) 2.1.1.4.3. Lực ma sát +. Lực ma sát trượt (ma sát động): Fms  N +. Lực ma sát nghỉ (ma sát tĩnh): Ft  N ; Fms  Ft Ft  N ; Fms  N (Ft: ngoại lực tiếp tuyến) 2.1.1.4.4. Lực cản của môi trường v nhỏ: Fc = k 1 Sv. v lớn: Fc = k 2 Sv 2 2.1.1.5. Định luật bảo toàn động lượng Đối vớiuurhệ uu kín hay uu còn gọi là hệ cô lập thì động lượng của hệ được bảo toàn. r r p1  p2  .....  pn  hằng số ur uur uur Hay m1 v1  m2 v2  .....  mn vn  hằng số 2.1.1.6. Con laéc ñôn : Con laéc ñôn (con lắc toán học) goàm moät vaät naëng coù kích thöôùc nhoû, coù khoái löôïng m, treo ôû ñaàu moät sôïi daây meàm khoâng daõn coù chieàu daøi l vaø coù khoái löôï ng khoâng ñaùng keå. + Phöông trình ñoäng löïc hoïc * Caùc löïc taùc duïng leâ ur n vaät  Troïng löïc P ur  Phaûn löïc R cuûa daây * Phöông trình chuyeån ñoäng (theo ñònh luaät urII Niutôn) ur r P  R  ma (1) Chieáu (1) leân truïc Mx tieáp tuyeán vôùi quyõ ñaïo, ta coù :  Psin = mat {at = s’’ => mgsin = ms’’ vôùi   10o thì sin   = s l g (2) s0 l Pt (2) ñöôïc goïi laø pt ñoäng löïc hoïc dao ñoäng cuûa con laéc ñôn vôùi goùc leäch  nhoû. g Ñaët : 2 = l 2 => s’’ +  s = 0 (3) +Nghieäm cuûa phöông trình ñoäng löïc hoïc cuûa con laéc ñôn : Phöông trình : s’’ + 2s = 0 coù nghieäm laø phöông trình dao ñoäng cuûa con laéc ñôn. s = Acos (t + ) hay  =  ocos(t + ) + Chu kyø  taàn soá * Chu kyø 2 l T=  2  g => s’’ + * Taàn soá f= 1 1  T 2 g l 2.1.2. Những kiến thức vật lý cơ bản phần nhiệt học được sử dụng trong các bài tập thí nghiệm 2.1.2.1. Các định luật chất khí 2.1.2.1.1. Định luật Bôi lơ – Mariốt + ĐL: Ở nhệt độ không đổi tích của áp suất p và thể tích V của một lượng khí xác định là một hằng số. pV = const P P1 p2 0 V1 V2 V 2.1.2.1.2. Định luật Sác - lơ + ĐL: Khi thể tích không đổi thì tỉ số giữa áp suất p nhiệt độ tuyệt đối T của một lượng khí xác định là một hằng số. p  const T 2.1.2.1.3. Định luật Gay – luy - xác + ĐL: Khi áp suất không đổi thì tỉ số giữa thể tích V và nhiệt độ tuyệt đối T của một lượng khí xác định là một hằng số. V  const T 2.2. Nội dung cụ thể 2.2.1 Bài tập thí nghiệm 1: Đề bài : Từ dụng cụ đã cho là chiếc thước thẳng có độ chia nhỏ nhất đến mm, hãy xác định hệ số ma sát giữa một dây xích nhỏ và mặt bàn (Trình bày cơ sở lý thuyết, trình tự thí nghiệm, bảng số liệu cách tính sai số và những chú ý trong quá trình làm thí nghiệm để giảm sai số). Lời giải • Cơ sở lý thuyết: Ta đặt xích lên bàn, một phần ở trên bàn và một phần tự do thòng thẳng xuống thẳng đứng. Điều chỉnh xích sao cho phần tự do là dài nhất mà xích chưa trượt. Dùng thước đo chiều dài tự do là L1, đo toàn bộ chiều dài của xích là L. Để xích trượt khỏi bàn thì lực ma sát của phần xích nằm ngang trên bàn phải nhỏ hơn hoặc bằng trọng lượng xích tự do P 1 Ta có: Fms  P1 hay kP2  P1 mà mặt bàn là k P1 L1 từ đó ta tìm được hệ số ma sát giữa xích và  P2 L  L1 L1 L  L1 • Tiến hành thí nghiệm: Trước hết ta điều chỉnh bàn sao cho mặt bàn nằm ngang (không để bàn bị dốc, bị nghiêng). Sau đó ta đặt dây xích lên mặt bàn (một phần ở trên bàn và một phần tự do thòng thẳng xuống thẳng đứng). sau đó ta điều chỉnh xích sao cho phần tự do là dài nhất mà xích chưa trượt. Dùng thước đo chiều dài tự do là L1, đo toàn bộ chiều dài của xích là L. Tiến hành thí nghiệm 5 lần rồi ghi các kết quả vào bảng dưới đây •Bảng số liệu : Chiều dài L của dây xích :L=……………….  ………….mm Lần đo L1(mm) L1 mm L1 mm L1 mm 1 2 3 4 5 •Tính sai số của phép đo : - Giá trị trung bình của hệ số ma sát: k L1 =……………………….( mm) L  L1 - Tính sai số tương đối của phép đo:  k L.L1 L   ……………=……….(%) k L1.( L  L1 ) ( L  L1 ) - Tính sai số tuyệt đối trung bình của hệ số ma sát: k  k. =…………………..( mm) Viết kết quả đo:k= k  k =…………  ……..( mm) •Những chú ý khi tiến hành thí nghiệm để giảm sai số: 1. Ta có thể điều chỉnh mặt bàn nằm ngang băng cách dùng thước chiều cao các cạnh của bàn nếu nền nhà phẳng 2. khi tiến hành thí nghiệm ta nên để dây xích nằm theo đường thẳng song song với mép bàn 3. Khi tiến hành thí nghiệm tránh để các yếu tố bên ngoài ảnh hưởng như :Quạt thổi từ trên xuống, nếu dây xích băng sắt thì tránh để gần nam châm… 4. Vì thước có độ chia nhỏ nhất là mm do đó người đọc kết quả thí nghiệm phải chú ý đọc chính xác tránh nhầm lẫn. 2.2.2. BÀI TẬP THÍ NGHIỆM 2: Đề bài: Cho các dụng cụ sau: Một ống thủy tinh thẳng, dài có đường kính trong 2-3mm Cốc đựng chất lỏng Một thước có độ chia nhỏ nhất đến mm Hãy trình bày và giải thích một phương án thí nghiệm để xác định khối lượng riêng của chất lỏng trên. (Trình bày cơ sở lý thuyết, trình tự thí nghiệm, bảng số liệu, cách tính sai số và những chú ý trong quá trình làm thí nghiệm để giảm sai số). Lời giải: • Cơ sở lý thuyết: Nhúng thẳng ống thủy tinh vào chất lỏng, đo chiều cao ban đầu của cột khí trong ống. Bịt đầu trên ống, từ từ nâng thẳng đứng ống lên gần đến ngang mặt thoáng chất lỏng, đo lại chiều cao cột khí. Xem như trong quá trình di chuyển ống, nhiệt độ cột khí trong ống không thay đổi. Áp dụng định luật Bôilơ-Mariôt sẽ xác định được khối lượng riêng chất lỏng ban đầu.  pa (h2  h1 ) gh.h2 Pa: áp suất khí quyển h: chiều cao cột chất lỏng trong ống thủy tinh so với mặt thoáng của nước trong cốc h1, h2: chiều cao cột khí trong ống trước và sau khi di chuyển ổng thủy tinh. • Tiến hành thí nghiệm Trước tiên ta đặt cốc đựng chất lỏng ở trạng thái cân bằng sau đó nhúng thẳng ống thủy tinh vào chất lỏng và đo chiều cao ban đầu của cột khí trong ống. Sau đó bịt đầu trên ống rồi từ từ nâng thẳng đứng ống lên gần đến ngang mặt thoáng chất lỏng, đo lại chiều cao cột khí. h2 h1 Tiến hành thí nghiệm 5 lần rồi ghi các kết quả vào bảng dưới đây • Bảng số liệu : h Lần TN g = 9,8 0,1m/s2 . Pa=……………….(N/m2) Đơn vị độ cao là (10-3 m) h h1 h1 h1 h1 h2 h h h h2 h2 h2 1 2 3 4 5 •.Tính sai số của phép đo: - Tính giá trị trung bình:  pa (h2  h1 ) =………………….(kg/m3 ) gh.h2 - Tính sai số tương đối của phép đo:     h1 h2 h1 g h .    =…………=……..(%) h2 h2  h1 g h2  h1 h - Tính sai số tuyệt đối trung bình:    . =…….........(kg/m3 ) - Viết kết quả cuối cùng:      = ………….  ……….(kg/m3 ) Những chú ý khi tiến hành thí nghiệm để giảm sai số: - Trong quá trình nâng ống thủy tinh lên thì ta phải nâng từ từ sao cho co thể coi là nhiệt độ không đổi và phải bịt kín đầu trên của ống để không có sự trao đổi khí, khi đó định luật Bôi Lơ – Mariốt được nghiệm đúng và giảm được sai số. - Quá trình giữ ống cố định để đọc kết quả thì phải giữ thẳng ống, người đọc kết quả phải đọc chính xác kết quả đo. Tránh đọc nhầm kết quả. 2.2.3.BÀI TẬP THÍ NGHIỆM 3: Đề bài : Cho lò xo có độ cứng k, Quả cầu rỗng có khối lượng riêng D, một cốc nước có khối lượng riêng D0. Với dụng cụ là một chiếc thước thẳng có độ chia nhỏ nhất là mm, Hãy xác định thể tích phần rỗng của quả cầu. (Trình bày cơ sở lý thuyết, trình tự thí nghiệm, bảng số liệu, cách tính sai số và những chú ý trong quá trình làm thí nghiệm để giảm sai số). Lời giải : • Cơ sở lý thuyết: Gọi V là thể tích toàn bộ quả cầu ,V0 là thể tích phần rỗng của quả cầu Khi treo quả cầu vào lò xo ta có: p  k .l1  (V  V0 ) D.g  k .l1 k .l  V0  V  1 (1) D.g Khi treo quả cầu vào lò xo và nhúng vào trong nước P  FA  k .l2 k (l1  l2 ) (2) D0 .g V  Từ (1) và (2) ta có:  V0  k l1  l2 l1 (  ) g D0 D Vậy với dụng cụ đã cho ta hoàn toàn có thể tìm được V0 • Tiến hành thí nghiệm Trước tiên ta treo quả cầu vào lò xo, đợi quả cầu nằm cân bằng khi đó ta đọc kết quả độ dãn của lò xo l1 . Sau đó ta tiếp tục tiến hành thí nghiệm treo quả cầu vào lò xo rồi nhúng toàn bộ quả cầu vào trong nước (chỉ có quả cầu chìm trong nước) khi đó ta đọc kết quả độ dãn của lò xo l2 . k k m m Tiến hành thí nghiệm 5 lần rồi ghi các số liệu vào bảng sau: • Bảng số liệu Lần TN L1( m) L1 ( m) g= 9,8  0,1(m/s 2 ) D=……… …..(kg/m3 ) D0=………….(kg/ m3) L1 ( m) L1 ( m) L2( m) L2 ( m) 1 2 3 4 5 • Tính sai số của phép đo: - Tính giá trị trung bình : V0  k l1  l2 l1 (  )  .................. (m3 ) D g D0 - Tính sai số tuyệt đối trung bình : V0  k.l1 1 1 l l k .l2 k.g l2 =………………(m3 ) .|  | .|  1  1 | 2 D0 D D D D g D . g g 0 0 0 - Tính sai số tương đối của phép đo :  V 0 =………………=…………(%) V0 L 2 ( L 2 ( m) m) Viết kết quả của phép đo: V0  V0  V0 =……………  ………( m3) Những chú ý khi tiến hành thí nghiệm để giảm sai số: - Trong quá trình tiến hành thí nghiệm ta chú ý khi lò xo cân bằng thì mới đọc giá L1, L2. Và phải đọc chính xác các giá trị. - Khi tiến hành thí nghiệm ta hạn chế các yếu tố ảnh hưởng khách quan bên ngoài như: Không để quạt chạy mạnh. 2.2.4. BÀI TẬP THÍ NGHIỆM 4: Đề bài : Giả sử bạn cần phải lấy nước từ vòi để chứa đẩy một bể lớn có dung tích biết trước nhờ một ống dẫn mềm có đầu cuối là một ống kim loại hình trụ. Bạn muốn biết trước thời gian hoàn tất cái công việc chán ngất đó. Liệu bạn có thể tính ra thời gian đó không, nếu bạn chỉ có trong tay một cái thước? (Trình bày cơ sở lý thuyết, trình tự thí nghiệm, bảng số liệu, cách tính sai số và những chú ý trong quá trình làm thí nghiệm để giảm sai số). Lời giải: • Cơ sơ lý thuyết Khi hướng vòi nhựa mềm lên cao theo phương thẳng đứng, ta có thể dùng thước đo được chiều cao h của tia nước. Vận tốc nước chảy ra khỏi miệng vòi được tính theo công thức v  2gh Tích của vận tốc v vừa tìm được với diện tích tiết diện ngang của đầu kim loại (đường kính của đầu kim loại được đo bằng thước) cho lưu lượng Q của nước, tức lượng nước chảy ra trong một giây: d 2 Q  vS= 2gh. 4 Bây giờ ta có thể tính được thời gian nước chảy đầy bể, vì thể tích V của nó đã biết trước: V 4V  2 Q d 2gh • Tiến hành thí nghiệm Trước tiên ta đo đường kính đầu kim loại bằng thước, sau đó ta hướng vòi nhựa mềm lên cao theo phương thẳng đứng, cho dòng nước chảy ra, đánh dấu rồi đo khoảng cách h. t h d Tiến hành thí nghiệm 5 lần rồi ghi các số liệu vào bảng sau: • Bảng số liệu : g= 9,8  0,1(m/s 2 ) V=……… …..(m3 ) Lần TN d( m) 1 2 3 4 5 d ( m) d ( m) d ( m) h( m) h ( m) h ( m) h ( m) • Tính sai số của phép đo: - Tính giá trị trung bình : V 4V =……………….(s) t  Q d 2 2gh - Tính sai số tương đối của phép đo :  t  d g h =……………..=……….(%)   2.   t  d 2.g 2.h - Tính sai số tuyệt đối trung bình : t  t. =…………(s) - Viết kết quả cuối cùng : t  t  t =……….  ……..(s) Những chú ý khi tiến hành thí nghiệm để giảm sai số: - Khi đánh dấu để đo độ cao h thì ta phải đánh dấu và đo chính xác, khí điều chỉnh vòi nước thì ta phải điều chỉnh cho vòi nước thật sự thẳng đứng để giảm sai số. - Quá trình ta đo đường kính d, ở đây ta dùng thước thẳng do đó khi đo d ta phải xác định chính xác đường thẳng đo qua tâm ống kim loại. 2.2.5. BÀI TẬP THÍ NGHIỆM 5: Đề bài: Một người muốn xác định khối lượng của một chiếc xuồng mà anh ta đang ở đó. Hỏi người đó sẽ làm như thế nào nếu trong tay chỉ có một sợi dây thừng, một bút bi nhỏ và biết số cân nặng của chính mình. (Trình bày cơ sở lý thuyết, trình tự thí nghiệm, bảng số liệu, cách tính sai số và những chú ý trong quá trình làm thí nghiệm để giảm sai số). Lời giải: • Cơ sở lý thuyết: Giả sử ràng một người đứng trên mui xuồng cố định. Tổng động lượng của người và xuồng khi đó bằng không. Sức cản của nước có thể bỏ qua đối với các vận tốc nhỏ, do đó theo định luật bảo toàn động lượng, tổng này không được thay đổi ngay cả khi người đó bắt đầu đi về phía đuôi xuồng. Vậy ta có thể viết m1 v1 + m2 v2 = 0 = > m1 v1 = − m2 v2 Dấu "trừ" trong phương trình trên có nghĩa là xuồng dịch chuyển ngược chiều với người. Xét về độ lớn: m 1 v 1 = m 2 v 2 Các chỉ số 1 và 2 là đế kí hiệu các đai lượng đối với người và xuồng tương ứng. Nhân hai vế phương trình trên với thời gian t cần thiết để người đó đi từ mũi đến đuôi xuồng, ta được m 1 v 1 t= m 2 v 2 t = > m 1 S 1 = m 2 S 2 = > m2  m1 S1 S2 Trong công thức này S 1 và S2 là độ dịch chuyển của người và xuồng đối với mặt nước cố định. Cần nhớ ràng người dịch chuyển đối với xuồng một khoảng cách ℓ. Ta có liên hệ: S1=ℓ − S2 Như vậy: m2  m1 l  S2 S2 Do đó khi đo chiều dài của xuồng và quãng đường mà nó đã đi, ta có thể tính được khối lượng m2 của xuồng vì khối lượng của người đã biết. Vì biểu thức trên chứa tỉ số của các đoạn ℓ − S2 và S2 cho nên không cần phải biểu diễn các độ dài trên theo các đơn vị thông dụng, mà ta có thể dùng chiều dài chiếc bút bi hoặc chiều dài nắp bút bi làm đơn vị dài để xác định xem các đoạn trên gấp nó bao nhiêu lần. • Tiến hành thí nghiệm Trước hết ta đo chiều dài của chiếc xuồng (giá trị l ), sau đó ta đo quãng đường S 2 mà xuồng đi được (ở đây ta dùng sợi dây thừng để đo chiều dài), Trước khi người Di chuyển l  s2 S2 Sau khi người di chuyển. l tiến hành thí nghiệm 5 lần rồi ghi các số liệu thu được vào bảng sau : • Bảng số liệu : M 1 = … … …  … … . . (kg) l =… … …  … … . . (lần Bút b i) Đ ơ n vị đ o c hiều d ài là gấp s ố lần c hiều d ài b út b i) Lần TN S2 S2 S2 S2 1 2 3 4 5 • Tính sai số của phép đo : - Tính giá trị trung bình : m2  m1 l  S2 =………………….(kg) S2 - Tính sai số tương đối của phép đo:  m2 m1 l l  2.S2    S2 .| | =……………=……..(%) m2 m1 | l  S2 | S2 (l  S2 ) - Tính sai số tuyệt đối trung bình: m 2  .m 2 =……………(kg) - Viết kết quả đo: m 2  m 2  m 2 =……………  …………(kg) • Những chú ý khi tiến hành thí nghiệm để giảm sai số: 2.2.6. BÀI TẬP THÍ NGHIỆM 6: Đề bài: Hãy tìm một phương pháp cho phép xác định được thể tích của một căn phòng mái bằng mà trong tay chỉ có một chiếc đồng hồ, một cuộn chỉ và một quả dọi. (Trình bày cơ sở lý thuyết, trình tự thí nghiệm, bảng số liệu, cách tính sai số và những chú ý trong quá trình làm thí nghiệm để giảm sai số). Lời giải: • Cơ sở lý thuyết: Khi buộc một quả dọi vào đầu một sợi dây, ta được một con lắc có chiều dài ℓ (Đo bằng chiều cao của phòng). Khối lượng của sợi dây nhỏ không đáng kể nên ta có thể xem đây là một con lắc toán học. Khi đó ta có thể dùng công thức tính chu kì T của nó như sau : l T  2 g Sau khi dùng đồng hồ xác định được T (chỉ cần đếm số dao động trong một thời gian đủ dài, rồi chia đại lượng thứ hai cho đại lượng thứ nhất), ta tính được chiều dài ℓ của con lắc theo công thức trên, đó cũng chính là chiều cao cùa phòng. Còn g có thể tìm trong các sổ tay tra cứu ứng với khu vực địa lí đang làm thí nghiệm, hoặc đơn giản lấy bằng 9,81m/s 2. Bằng cách tương tự ta có thể xác định được chiêu dài và chiều rộng của căn phòng. Sau đó nhân ba số tìm được, ta sẽ có thể tích của phòng. Nếu làm như trên mà chiều của con lắc quá dài hoặc nếu việc xác định chu kì cùa con lắc không thuận tiện, ta có thể dùng một nửa kích thước bằng cách gập đôi sợi dây lại (Hoặc lấy 1/4 hoặc 1/8 hoặc 1/16 chiều dài sợi dây để làm con lắc) • Tiến hành thí nghiệm Trước hết ta buộc một quả dọi vào đầu một sợi dây để tạo thành con lắc toán học có chiều dài ℓ1 . Giả sử lấy ℓ1 bằng 1/16 chiều cao của căn phòng. Sau đó ta cho con lắc dao động trong khoảng từ 20 đến 25 dao động và bấm giờ. Khi đó thu được chu kỳ dao động của con lắc từ đó tính được chiều dài ℓ1 và suy ra được chiều cao của căn phòng. Với các cạnh còn lại thì ta làm tương tự như trên. Mỗi cạnh ta tiến hành thí nghiệm 5 lần và ghi các số liệu thu được vào bảng số liệu sau: • Bảng số liệu: Lần TN 1 2 3 4 5 t (s) - Tính giá trị trung bình: l1  g=9,81  0,01 (m/s 2) Số dao động thực hiện là 25 (có thể lấy 20) T (s) T (s) T (s) • Tính sai số của phép đo T 2 .g =.................(m) 4. 2 - Tính sai số tương đối của phép đo = l1 T g   2.   2. =..................=.......(%)  l1 T g - Tính sai số tuyệt đối trung bình: l1   .l1 =...................( m) - Viết kết quả của phép đo: T (s) l1  l1  l1 =..........  ........... (m) Tương tự ta cũng có bảng kết quả đối với các cạnh còn lại của căn phòng Khi đó ta có các giá trị của chiều cao, chiều dài, chiều rộng lần lượt là: l1  l1  l1 =..........  ........... (m) l2  l2  l2 =..........  ........... (m) l3  l3  l3 =..........  ........... (m) - Ta tính được giá trị trung bình của thể tích căn phòng V  L1.L2 .L3 =..................... (m3) - Tính sai số tương đối của phép đo: = V L1 L2 L3    =...............=...........(%) V L1 L2 L3 - Tính sai số tuyệt đối trung bình: V   .V =..................(m3) - Viết kết quả cuối cùng: V  V  V =...................  ................ (m3) • Những chú ý khi tiến hành thí nghiệm để giảm sai số: - Trong quá trình tiến hành thí nghiệm ta phải chú ý lấy số dao động đủ lớn để giảm sai số, tuy nhiên cũng không nên lấy số dao động lớn quá, vì khi đó dao động chưa chắc đã được duy trì. - Trong quá trình tiến hành thí nghiệm ta nên hạn chế các yếu tố ảnh hưởng tới lúc đo chu kỳ như: quạt chạy, gió, người tiến hành thí nghiệm không đứng yên..... - Vì quá trình bấm đồng hồ do ta chủ động nên để giảm sai số thì ta để cho cho con lắc thực hiện vài dao động rồi mới đồng hồ. 2.2.7. BÀI TẬP THÍ NGHIỆM 7: Đề bài: Làm thế nào với một chiếc cân nhạy và một chiếc thước bạn có thể xác định được áp suất trong một quà bóng đá? (Trình bày cơ sở lý thuyết, trình tự thí nghiệm, bảng số liệu, cách tính sai số và những chú ý trong quá trình làm thí nghiệm để giảm sai số). Lời giải: • Cơ sở lý thuyết: Tất cả các vật trong không khí đều chịu tác dụng của một lực đẩy có giá trị bằng trọng lượng của không khí bị chiếm chỗ. Vậy ta có thể viết kết quả cân một quả bóng có áp suát p dưới dạng sau: M = Mb + Ma - m trong đó Mb: khối lượng của vetxi (ruột) và vỏ da, Ma: khối lượng của không khí chứa trong quả bóng và m là khối lượng của khống khí bị chiếm chỗ. Ta dễ dàng thấy ràng nếu bỏ qua thể tích của vetxi và vỏ da (do đó bỏ qua lực đẩv Acsimét tác dụng lên chúng) thì đối với quả bóng chứa không khí ở áp suất khí quyển, hai số hạng sau của phương trình trên là bằng nhau và phép cân chỉ cho khối lượng Mb của vỏ da và vetxi. Vì bơm thực tế không làm thay đổi thể tích V của quả bóng, nên số hạng cuối cùng cũng như số hạng đầu tiên của vế phải phương trình ở trên là không đổi. Gọi M và M0 là khối lượng của quả bóng (được xác định bằng cân) ứng với khi được bơm lên tới áp suất "làm việc" p và khi có áp suất bên trong bằng áp suất khí quyển p 0 . Hiệu M - M0 chia cho thể tích V của quả bóng sẽ cho sự tăng mật độ khối lượng (khối lượng riêng) của không khí từ ρ 0 tương ứng với áp suất khí quyển p 0 đến ρ ở áp suất p cần tìm. M  M0    0 V Do thể tích quả bóng không thay đổi khi bơm, nên khối lượng riêng của khí tỷ tỉ lệ thuận với áp suất:  p  0 p0 Từ hai phương trình trên suy ra đại lượng cần tìm: p P0 P M  M0 P M  M0   0 (0  )  p0  0 . 0 0 V 0 V Trong biểu thức này, hiệu hai khối lương được xác định bằng cân. thể tích V được tính sau khi đo đường kính bằng một cái thước (Đo chu vi theo vòng tròn xích đạo rồi chi cho π). còn po và ρ0 có thể tra trong các sổ tra cứu vé vật lí (cụ thể p o = 1at và ρ0 = l,293kg/m3). Nếu muốn nhận được kết quả chính xác hơn, cần phải tính tới điều là khối lượng riêng của khí thay đổi với nhiệt độ, tức là thay cho giá trị ρ0 = l,293kg/m3 ở 0°c cần phải lấy giá trị của ρ0 ở nhiệt độ không khí lúc làm thí nghiệm. • Tiến hành thí nghiệm Đầu tiên ta hiệu chỉnh cân cho chính xác (quy chuẩn số “0”), sau đó ta tiến hành cân khối lượng M0 của quả bóng khi áp suất trong bóng bằng áp suất p 0 (trước khi bơm khí vào trong bóng), sau đó ta bơm khí tới áp suất p nào đó rồi lại cân khối lượng M của quả bóng. Sau khi tiến hành cân khối lượng xong ta dùng thước dây để đo chu vi C của quả bóng, từ đó ta tính được thể tích V của quả bóng. Ở đây thể tích V được tính theo công thức V C3 .  2 .6 Tiến hành đo các đại lượng 5 lần rồi ghi các số liệu vào bảng dưới đây. • Bảng số liệu: P0 = 1,033.105N/m2 ρ0 = l,293kg/m3 M 0 , M 0 , M , M có đơn vị (kg) C, C có đơn vị (m) Lần TN 1 2 3 4 5 C C C C M0 M0 • Tính sai số của phép đo: - Tính thể tích quả cầu: + Tính giá trị trung bình: V C3 =........................ (m3) 6. 2 + Tính sai số tương đối của phép đo M 0 M 0 M M M M  V C  =..........=..........(%)  3.  2.  V C + Tính sai số tuyệt đối trung bình V   .V  .............................(m3) Ta thu được kết quả : V  V  V  ............  .........(m3) - Tính áp suất của quả bóng: + Tính giá trị trung bình: P M  M0 =………………(N/m2 ) p  p0  0 . 0 V + Tính sai số tương đối của phép đo: p V M M0 =…………….=………..(%)     p V M  M0 M  M0 + Tính sai số tuyệt đối trung bình : p  .p  ……….( N/m2) Viết kết quả cuối cùng: p  p  p =……….  …….( N/m2) • Những chú ý khi tiến hành thí nghiệm để giảm sai số: - Khi cân bóng để giảm sai số do nhầm lẫn thì khi đọc kết quả ta phải đứng thẳng với kim chỉ giá trị đo để đọc (Với loại cân đồng hồ). - Khi đo chu vi C của quả bóng ta phải đo sao cho chu vi đó đi qua tâm quả bóng (Đo chu vi theo vòng tròn xích đạo). 2.2.8. BÀI TẬP THÍ NGHIỆM 8: Đề bài : Trình bày phương án thực hành xác định gần đúng hệ số ma sát trượt giữa gỗ và mặt sàn nhà ngang phẳng với các dụng cụ sau: + 01 thước thẳng độ chia nhỏ nhất đến mm. + 01 vật rắn là khối gỗ hình hộp chữ nhật có kích thước 20cm x 30cm x 60cm (không được coi là chất điểm đối với sàn nhà) + 01 bút viết còn mực. (Trình bày cơ sở lý thuyết, trình tự thí nghiệm, bảng số liệu, cách tính sai số và những chú ý trong quá trình làm thí nghiệm để giảm sai số). Lời giải : • Cơ sở lý thuyết : + Khi tác dụng một lực theo phương ngang lên khúc gỗ đặt trên sàn nhà với kích thước lớn nhất là chiều cao, thì tuỳ vào điểm đặt của lực mà khúc gỗ có thể trượt trên sàn hoặc quay quanh trục quay tạm thời đi qua 1 cạnh đáy của khúc gỗ (hình vẽ). + Ta có thể tìm được điểm đặt của lực sao cho khúc gỗ có trạng thái trung gian giữa quay và trượt, khi đó lực ma sát nghỉ chuyển thành lực ma sát trượt. + Điều kiện cân bằng của khúc gỗ:      P  Q  Fms  F  0  P = Q; F = F ms  F = N = Q = P (1) Với trục quay qua A: MF = MP  F.h = P.a/2 a (2) + Từ (1) và (2)  .P.h  P a a  2h 2  Q (*)  F (a và h trong công thức (*) có thể đo được h bằng thước thẳng khi làm thí nghiệm)  Fms A • Trình tự thí nghiệm + Đo một bề rộng a thích hợp của khúc gỗ a/2  P bằng thước thẳng + Dùng đầu bút (hoặc đầu thước, đầu ngón tay) tác dụng lực theo phương ngang lên khúc gỗ với điểm tác dụng thấp gần đáy, ban đầu khúc gỗ sẽ trượt trên mặt sàn + Dịch chuyển dần điểm tác dụng của lực lên cao dần, khi khúc gỗ bắt đầu lật, dùng bút đánh dấu điểm đó trên khúc gỗ. + Đo chiều cao h của điểm đặt so với mặt sàn. Tiến hành thí nghiệm 5 lần rồi ghi các số liệu thu được vào bảng số liệu sau: • Bảng số liệu: Lần TN a (m) a (m) a (m) a (m) h (m) h (m) h (m) h (m ) 1 2 3 4 5 • Tính sai số của phép đo: - Tính giá trị trung bình:  a =.................. 2.h - Tính sai số tương đối của phép đo:     a h =.....................=........(%)  a h - Tính sai số tuyệt đối trung bình    .  ........................ Viết kết quả cuối cùng       .................................... • Những chú ý khi tiến hành thí nghiệm để giảm sai số: + Sai số gặp phải trong việc tạo ra trạng thái trung gian giữa quay và trượt. Để hạn chế sai số này cần làm lại thao tác tìm điểm đặt của lực F nhiều lần. 2.2.9. Bài tập thí nghiệm 9 : Đề bài : Cho một thanh gỗ thẳng dài có thể quay quanh một trục lắp cố định ở một giá thí nghiệm, một thước chia tới milimet, một bình hình trụ lớn đựng nước (đã biết khối lượng riêng của nước), một bình hình trụ đựng dầu hỏa, một lọ nhỏ rỗng, một lọ nhỏ chứa đầy cát có nắp đậy kín, hai sợi dây. Hãy trình bày một phương án xác định khối lượng riêng của dầu hỏa. (Trình bày cơ sở lý thuyết, trình tự thí nghiệm, bảng số liệu, cách tính sai số và những chú ý trong quá trình làm thí nghiệm để giảm sai số). Lời giải : l’ l0 • Cơ sở lý thuyết : Theo hệ thống đòn bẩy ta thấy khi treo lọ rỗng vào đòn bên phải, treo lọ đầy cát vào một vị trí ở đòn bên trái sao cho đòn bẩy cân F bằng nằm ngang : Ta có: P 0.l0 = P.l (1) - Nhúng lọ đựng đầy cát ngập trong nước rồi tìm vị trí treo nó sao cho đòn bẩy cân bằng: P P0 P0.l0 = (P - F).l1 (2) - Từ (1) và (2): F = P(l1 – l)/l1 Mà F = Dn.V.g P l1 - l Suy ra: Dn = . g.V l1 - Lặp lại thí nghiệm bằng cách thay nước bằng dầu hỏa, tìm vị trí l2 treo lọ cát để đòn bẩy cân bằng. P l2 - l . g.V l2 (l - l)l1 - Suy ra Dd = Dn . 2 (l1 - l)l2 - Ta có: Dd = • Trình tự thí nghiệm Trước tiên ta lắp thanh gỗ vào trục quay để có được một đòn bẩy. Sau đó ta treo lọ rỗng vào đòn bên phải, treo lọ đầy cát vào một vị trí ở đòn bên trái sao cho đòn bẩy cân bằng nằm ngang. Ghi giá trị l. Tiếp đó ta nhúng lọ đựng đầy cát ngập trong nước rồi tìm vị trí treo nó sao cho đòn bẩy cân bằng: Ghi giá trị l’ Ta lại lặp lại thí thí nghiệm bằng cách thay nước bằng dầu hỏa, tìm vị trí l" treo lọ cát để đòn bẩy cân bằng. Ghi giá trị l’’ Tiến hành thí nghiệm 5 lần rồi ghi các số liệu thu được vào bảng số liệu sau : Dnước=………………..(kg/m3) Các giá trị chiều dài được đo bằng đơn vị (m) l2 Lần L l1 l2 l 1 l1 l1 l2 l2 l l l TN 1 2 3 4 5 • Tính sai số của phép đo : - Tính giá trị trung bình : (l - l)l1 Dd = Dn . 2 =………………………..(kg/ m3) (l1 - l)l2 - Tính sai số tương đối của phép đo : 1 1 1 1 1 1 Dd  = l. | | + l1. |  |+ l2 .|  |=……………..=………(%)  Dd l1 - l l2 - l l1 l1 - l l2 l2 - l - Tính sai số tuyệt đối trung bình : Dd   .Dd =…………..(kg/ m3) Viết kết quả cuối cùng : Dd  Dd  Dd =………….  ……..(kg/ m3) • Những chú ý khi tiến hành thí nghiệm để giảm sai số: - Vì trong quá trình tiến hành thí nghiệm ta phải tạo thành hệ thống đòn bẩy, do đó ta phải di chuyển hết sức nhẹ nhàng các vị trí để tìm l, l1 , l2 , tránh làm ảnh hưởng đến đòn bẩy - Trong khi đọc các giá trị l, l1 , l2 , ta phải tìm đươc vị trí mà đòn bẩy thực sự cân bằng khi đó mới giảm được sai số mắc phải. 2.2.10. Bài tập thí nghiệm 10: Đề bài
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan