Đối với sinh viên trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên, thực hành Vật lý Đại cương là một trong những học phần thực hành bắt buộc, được thực hiện với mục đích khảo sát các hiện tượng, kiểm nghiệm các định luật đã học trong các học phần Vật lý Đại cương, có kỹ năng và kinh nghiệm sử dụng các thiết bị thí nghiệm. Ngoài ra học phần thi nghiệm Vật lý Đại cương còn cung cấp cho sinh viên phương pháp nghiên cứu, rèn luyện tác phong và những đức tính cần thiết của người nghiên cứu khoa học thực nghiệm.
Giáo trình thí nghiệm Vật lý đại cương được biên soạn theo chương trình Thí nghiệm Vật lý Đại cương [1&2] của Khoa Vật lý trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái nguyên. Giáo trình gồm hai tập. Tập 1 trình bày hai phần: lý thuyết sai số và một số bài thí nghiệm thuộc phần cơ - nhiệt. Tập 2 trình bày một số bài thí nghiệm thuộc phần điện - từ và quang. Mỗi bài thí nghiệm trong giáo trình trình bày chi tiết mục đích thí nghiệm, giới thiệu thiết bị thí nghiệm, cơ sở lý thuyết và hướng dẫn thực hành. Cuối mỗi bài thí nghiệm có các câu hỏi kiểm tra và phần hưởng dẫn viết báo cáo thực hành để sinh viên có thể trình bày kết quả thi nghiệm và vận dụng, củng cố kiến thức đã học. Để giáo trình có tính cập nhật và hiện đại, giáo trình có sử dụng một số tài liệu tham khảo liệt kê ở cuối sách.
Nhóm tác giả bày tỏ sự chân thành cảm ơn đối với lãnh đạo trưởng Đại học Sư phạm - Đại học Thái nguyên đã tạo điều kiện trong việc biên soạn cuốn giáo trình, cảm ơn các bạn đồng nghiệp đã góp nhiều ý kiến quý báu cho việc hoàn thiện cuốn sách.
Cuốn sách có thể dùng làm tài liệu tham khảo cho học viên cao học và giáo viên phổ thông
Thái Nguyên, tháng 6 năm 2016
NHÓM TÁC GIẢ
MỤC LỤC
Lời nói đầu
PHẦN I: LÝ THUYẾT SAI SỐ
PHẦN II: THỰC HÀNH
Bài 1: Làm quen và sử dụng các dụng cụ đo độ dài
Bài 2: Phép cân chính xác
Bài 3: Xác định khối lượng riêng của vật rắn bằng cân phân tích và bình tỉ trọng
Bài 4: Nghiên cứu các tính chất của chuyển động nhờ máy ATWOOD
Bài 5: Khảo sát hệ vật chuyển động tịnh tiến - quay xác định mô men quán tính của bánh xe và lực ma sát ổ trục
XEM TRƯỚC
TẢI VỀ
Bài tập Vật lí đại cương A1.
Để download tài liệu Bài tập Vật lí đại cương A1 các bạn click vào nút download bên trên.
📁 Chuyên mục: Đề kiểm tra bậc đại học và cao đẳng
📅 Ngày tải lên: 18/10/2010
📥 Tên file: Vat-ly-dai-cuong-A1-[bai-tap].9760.pdf [1.1 MB]
🔑 Chủ đề: vat li dai cuong
► Like TVVL trên Facebook nhé!
Thước kẹp là dụng cụ dùng để đo độ dài có cấp chính xác từ 0,1-0,02mm. Hầu hết các thước kẹp đều có các vạch chia theo hệ mét [SI] và hệ Inch [Anh]. Một thước kẹp điển hình có cấu tạo gồm thước chính T và thước phụ T’ [du xích].
Thước chính T có các vạch chia cách đều nhau sao cho giá trị của một độ chia nhỏ nhất là a=1mm [theo hệ mét].
Thước phụ T’ có thể trượt dọc trên thân thước chính T. Tổng số độ chia nhỏ nhất N trên du xíc cho phép xác định cấp chính xác của thước. Du xích được chế tạo theo nguyên tắc: giá trị N độ chia nhỏ nhất của du xích đúng bằng giá trị của [N-1] độ chia nhỏ nhất của thước chính.
Gọi b là giá trị một độ chia nhỏ nhất trên du xích ta có:
𝑁𝑏 =[𝑁 − 1]𝑎 hay 𝑎 − 𝑏 = ∆=𝑎𝑁 [1]
Với ∆= 𝑎 − 𝑏 là cấp chính xác của thước kẹp.
Thước kẹp được thiết kế sao cho khi hai cạnh của mỏ kẹp đo kích thước ngoài sát nhau thì vạch 0 của thước T và T’ sẽ trùng khí với nhau. Kích thước D của một vật đo bằng thước kẹp được xác định theo công thức sau:
𝐷 = 𝑛. 𝑎 + 𝑚. ∆ [2]
Trong đó:
n [nguyên], đọc trên thước chính T, là tổng số độ chia nhỏ nhất nằm giữa vạch 0 của thước T và vạch 0 của thước T’.
m [nguyên], đọc trên du xích T’, là tổng ố độ chia nhỏ nhất nằm giữa vạch 0 và vạch thứ m của thước T’ [Vạch thứ m là vạch trùng khít với một vạch nào đó trên thước T].
Như vậy để đọc đúng kết quả đo cần phải xác định chính xác các giá trị của m và n trong công thức [2]. Tùy thuộc vào vị trí tương đối của vạch 0 trên T’ với vach thứ n và n+1 trên T, sẽ có 3 khả năng xảy ra như trong tài liệu hướng dẫn thí nghiệm đã trình bày.
2. Panme:
Panme là dụng cụ đo độ dài dùng để đo những vật có kích thước nhỏ với độ chính xác lên đến 10μm [0] hoặc 1μm [0], nên còn gọi là thước micromet. Một thước Panme có cấp chính xác 0 sử dụng trong thí nghiệm này bao gồm:
Để giảm khoảng cách giữa hai trục vít, xoay trục vít di động cùng chiều kim đồng hồ bằng cán vít nhỏ đến khi nghe tiếng lách tách thì dừng.
Đọc kết quả đo: Trong trường hợp mép du xích rất sát một vạch nào đó trên thước chính thì ta sẽ tiến hành lấy xấp xỉ như ví dụ trong tài liệu hướng dẫn.
III. Thực nghiệm:
- Đo các kích thước của một trụ rỗng kim loại bằng thước kẹp
[Vẽ hình trụ rỗng kim loại trang 13]
Bước 1: Quan sát và xác định cấp chính xác của thước kẹp.
Bước 2: Đo 5 lần đường kính ngoài D của trụ rỗng bằng 2 mỏ kẹp to, rồi tính giá trị của D theo công thức 2. Và ghi kết quả vào bảng.
Bước 3: Đo 5 lần đường kính trong d của trụ rỗng bằng 2 mỏ kẹp nhỏ ở phía trên, rồi tính giá trị của d theo công thức. Ghi kết quả vào bảng.
Bước 4: Đo 5 lần chiều cao h của trụ rỗng bằng 2 mỏ kẹp to, rồi tính giá trị của h theo công thức 2. Ghi kết quả vào bảng.
- Đo đường kính của viên bi thép bằng thước kẹp Panme
Bước 1: Kiểm tra điểm “0” của thước để xác định sai số hệ thống: vặn cán vít nhỏ để đầu trục vít di động tiến sát vào đầu trục vít cố định. Nếu vạch “0” của du xích trùng khít với đường chuẩn trên thước T, thì không có sai số hệ thống và tiếp tục thực hiện bước 2. Ngược lại trước khi đo cần hiệu chỉnh thước hoặc xác định sai số hệ thống cho kết quả đo.
Bước 2: Kẹp viên bi vào giữa hai đầu trục vít cố định và di động. Đo 5 lần đường kính D của viên bi, xác định giá trị D theo công thức số 3 hoặc 4 và ghi vào bảng,
Bài Số 2
XÁC ĐỊNH MOMEN QUÁN TÍNH CỦA VẬT RẮN ĐỐI
XỨNG
I. Mục đích thí nghiệm:
Xác định momen quán tính của vật rắn đối xứng.
I, Cơ sở lí thuyết:
Momen quán tính của một điểm cách trục quay r xác định bởi:
𝐼 = 𝑚. 𝑟 2 [1]
Momen quán tính hệ chất điểm được xác định bằng tổng momen:
𝐼 = ∑𝑖𝑚𝑖𝑟𝑖 2 [2]
Với m, momen với trục quay qua khối tâm ∆ 0 là:
Với thanh thẳng l: 𝐼 0 = 𝑚𝑙
2 12 [3]
Với đĩa đặc R: 𝐼 0 = 𝑚𝑅
2 2 [4]
Với trụ có bán kính R: 𝐼 0 = 𝑚𝑅 2 [5]
Khối cầu đặc có bán kính R: 𝐼 0 = 25 𝑚𝑅 2 [6]
Nếu tác động momen ngoại lực 𝜏 vào vật để nó quay thì lò xo biến dạng góc xoắn ∅ và tạo dao động do lực đàn hồi.
𝜏 = −𝐷𝑧. ∅ [7]
Theo định lí momen động lượng:
𝜏 = 𝑑𝐿𝑑𝑡= 𝐼.𝑑𝜔𝑑𝑡= 𝐼.𝑑
2 ∅ 𝑑𝑡 2 [8]
Lấy [7] + [8] ta có: 𝑑
2 ∅ 𝑑𝑡 2 +
𝐷𝑧 𝐼∅ = 0 [9]
Bước 1: Lắp trụ rỗng có đĩa đỡ dưới lên trục quay. Dán miếng giấy lên mép đĩa đỡ. Điều chỉnh vị trí cổng quang sao cho khi trụ rỗng dao động, miếng giấy qué qua cảm biến rỗng.
Bước 2: Thực hiện giống phép đo với thanh dài.
2.1 Khối cầu đặc:
Bước 1: Lắp khối cầu lên trục quay, dán miếng giấy. Điều chỉnh cổng quang để khi khối cầu dao động, miếng giấy có thể quét qua cảm biến.
Bước 2: Thực hiện các bước 2,3 và 4 của phép đo với thanh dài.
2 Nghiệm lạ Steiner – Huygens:
Bước 1: Lắp đĩa kim loại màu đen sao cho tâ trùng với trục quay.
Bước 2: Thực hiện theo các bước 2,3 và 4 của phép đo momen quán tính của thanh dài. Chọn 1 giá trị chu kì dao động trong 5 lần đo và ghi lại vào bảng ứng với d = 0[mm].
Bước 3: Tháo đĩa ra và lắp lại trên trụ quay của lò xo để đo chu kì dao động của đĩa đối với các trục quay đi qua các lỗ theo ứng với các vị trí d lần lượt băng 30, 60, 90, 120, và 150 milimet.
Thực hiện theo bước 2 và ghi vào bảng 2.
Bài Số 3
KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC VẬT LÍ XÁC ĐỊNH GIA TỐC
TRỌNG TRƯỜNG
I. Mục đích thí nghiệm:
Khảo sát dao động của con lắc vật lý và xác định gia tốc trọng trường
II, Cơ sở lí thuyết:
Con lắc vật lí là vật rắn bất kì, khối lượng m, có thể dao động quanh 1 trục cố định nằm ngang.
VTCB của con lắc trùng với phương thẳng đứng. Khi kéo con lắc lệch khỏi VTCB 1 góc α nhỏ, rồi buông ra thì thành phần Pt của trọng lực P=mg tác dụng lên con lắc 1 momen lực M₁.
M₁ = -Pt₁ = -mgL₁sinα [1]
Với α nhỏ, ta có thể coi:
M₁ ≈ -mgL₁α [2]
Pt cơ bản đối với chuyển động quay của con lắc:
𝛽 =𝑀₁𝐼₁ [3]
ở đây có 𝛽₁ = 𝑑
2 α 𝑑𝑡 2 , I₁ là momen quán tính của con lắc với trục quay.
[2] + [3] => 𝑑
2 α 𝑑𝑡 2 + ѡ₁
2 α = 0 [4]
Nghiệm lại:
α = α₀cos[ѡ𝑡 + 𝜑] [5]
Bước 5: Biểu diễn kết quả đo thời gian 50T₁ và 50T₂ phụ thuộc vị trí x của gia trọng C trên đồ thị.
Bước 6: Xoay gia trọng C về x₁, thực hiện bước 2 và bước 3 để đo thời gian 50 chu kì thuận và nghịch.
Ghi vào bảng
Bước 7: So sánh 50T₁ và 50T₂ ở x₁
Nếu 50T₁ = 50T₂ thì x₁ là tốt nhất và thực hiện bước 8.
- Đo T dao động con lắc thuận nghịch:
Tại vị trí tốt nhất gia trọng C thực hiện đo thời gian 50 chu kì dao động tại mỗi trục quay thuận và nghịch 3 lần,
Ghi bảng 2 Tắt máy đó, kết thúc
\=> Ghi các thông số chiều dài con lắc và độ chính xác của máy đo thời gian ∆t vào bảng số liệu.
Bài 4:
Xác định bước sóng và vận tốc truyền âm trong không khí
bằng phương pháp cộng hưởng sóng dừng
I. Mục đích thí nghiệm:
Xác định bước sóng và vận tốc truyền âm trong không khí bằng phương pháp cộng hưởng sóng dừng.
II. Cơ sở lý thuyết:
Sóng là kết quả của quá trình lan truyền dao động của các phần tử trong môi trường đàn hồi trong không gian và theo thời gian.
Sự lan truyền được mô tả bởi phương trình toán học sau:
𝜕 2 𝑈⃗⃗ 𝜕𝑡 2 = 𝑣
2 ∆𝑈⃗⃗ [1]
Ở đây ∆ là toán tử Laplace, v là vận tốc truyền sóng còn 𝑈⃗⃗ là hàm số mô tả sự dịch chuyển của phần tử môi trường trong không gian và theo thời gian. Trong hệ tọa độ Decartes, toán tử Laplace có dạng:
∆= 𝜕
2 𝜕𝑥 2 +
𝜕 2 𝜕𝑦 2 +
𝜕 2 𝜕𝑧 2 [2] Nếu chỉ xét quá trình truyền sóng theo chiều x thì phương trình truyền sóng sẽ c ó dạng:
𝜕
2 𝑈 𝜕𝑡 2 = 𝑣
2 𝜕 2 𝑈 𝜕𝑥 2 [3] Nghiệm tổng quát của [3] có dạng:
𝑈[𝑥, 𝑡]= 𝑈 1 [𝑥 + 𝑣𝑡]+ 𝑈 2 [𝑥 −𝑣𝑡] [4]
khí 2 bên mặt loa sẽ bị n én, giãn liên tiếp nên dao động của màng loa sẽ truyền cho các phần tử khí gần nó tiếp tục lan ra theo tần số f.
Giả sử phía trước loa là một piston có thể dịch chuyển được. Khi đó các dao động âm truyền vào trong ấm tạo nên một cột khí dao động với tần số f. Cố định tần số dao động f, chuyển vị trí piston trong ống; hoặc cố định vị trí piston ta có thể nghe thấy tiếng vang rất to [bụng sóng] rồi lặng đi [nút sóng]
Các biến đổi cụ thể được trình bày trong trang 22 của tài liệu hướng dẫn.
IV. Tiến hành thí nghiệm
- Chuẩn bị dụng cụ:
- Tiến trình thí nghiệm:
Chuẩn bị
Cắm phích lấy điện vào nguồn điện 220V và bật công tắc ở mặt sau của máy phát tần số để các chữ số hiển thị trên ô cửa tần số.
Nhấn nút chọn dạng sóng và chọn thang đo tần để chọn tín hiệu ra xoay chiều hình sin trong dải 1kHz.
Quay puli để thả từ từ piston xuống sao cho mặt đáy của piston nằm gần sát miếng ông
- Khảo sát hiện tượng cộng hưởng sóng dừng trong ống một đầu kín một đầu hở:
Bước 1: Xoay núm điều chỉnh tần số để có tần số f=500Hz.
Bước 2: Quay puli để kéo từ từ piston lên tăng độ dài L của cột không khí trong ống. Lắng nghe âm thanh phát ra đồng thời quan sát kim chỉ trên bộ khuếch đại Mike, dừng lại ở vị trí kim chỉ đạt cực đại đầu tiên và phả ra âm to nhất. Ghi giá trị L vào bảng 1.
Bước 3: Tiếp tục kéo Piston lên cao để tìm thấy vị trí tương ứng với cực đại kế tiếp L2 và ghi kết quả vào bảng 1.
Bước 4: Lặp lại các bước 1-2 với tần số f=600Hz và f=700Hz.
- Khảo sát hiện tượng cộng hưởng sóng dừng trong ống hai đầu hở:
Bước 1: Xoay puli để nâng piston lên và đẩy nó ra khỏi ống. Ta có một ống 2 đầu hở dài 1000mm.
Bước 2: Điều chỉnh tăng dần tần số máy phát ở tần số bắt đầu từ 150Hz, quan sát kim trên bộ khuếch đại Mike, ghi lại các tần số xảy ra cộng hưởng.
Bước 3: Xác định tần số cộng hưởng thấp nhất [mode cơ bản] và các tần số cộng hưởng bậc 1, 2
Bài Số 5
XÁC ĐỊNH ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN TRONG CHUYỂN
ĐỘNG QUAY CỦA VẬT RẮN
1ục đích thí nghiệm:
Xác định các đại lượng cơ bản của chuyển động quay của vật rắn.
2. Cơ sở lí thuyết:
với t = 0 thì φ[t] = 12 β𝑡 2 = β[𝑡
2 2 ]= βτ [6]
Suy ra có thể xác định được β khi có φ theo thời gian t.
Từ [1] và [4] có: mg𝑑 2 = 𝐼β = IdѠ[t]dt ℎ 𝑎𝑦 dѠ[t]= mgd2I 𝑑𝑡 [7]
\=> Ѡ[t]= mgd2I 𝑡 [8]
Momen động lượng của hệ: L = I. Ѡ[t]= mgd2I 𝑡 [9]
Xét φ= 90 thì từ [6] có: β = 𝑡Π 2 [10]
Kết hợp với [4] => H = I. β [11]
3. Trình tự thí nghiệm:
3 Xác định gia tốc góc 𝛃:
- Xác lập φ₁: Điều chỉnh vị trí ban đầu
Khi quay “thanh ngang + đĩa” cùng chiều kim đồng hồ
Nhấn START, đèn LED bật thì dừng lại.
- Đo thời gian:
Bước 1: Quấn sát chỉ vào rảnh puli, đầu sợi chỉ gắn 2 móc kim loại.
Bước 2: Xoay đĩa về vach 0 rồi ấn RESET.
Bước 3: Nâng lẫy công tắc, bật bơm khí.
Bước 4: Bập nhẹ cần điều khiển rổi thả tay.
Bước 5: Thực hiện các bước trên với các góc khác.
3 Xác định I:
- Thay đổi m, cố định d
Bước 1: Quấn chỉ vào rãnh giữa puli theo chiêu cùng chiều kim đồng hồ, đầu còn lại treo móc kim loại khối lượng 1g.
Bước 2: Thực hiện giống cách đo thời gian.
Bước 3: Lặp lại trình tự trên với m bằng 2g, 3g và 4g.
- Thay đổi d, giữa nguyên m;
Bước 1: Gắn 2 móc kim loại để có khối lượng m bằng 3g vào sợi chỉ
Bước 2: Thực hiện phép đo thời gian chuyển động quay ứng với góc φ bằng 90 độ ứng với các đường kính rãnh puli khác nhau lần lượt là d bằng 10mm, 20mm và 30mm.
Ghi kết quả vào bảng.
Đường kính rãnh puli: d = 20,00 ± 0,02 [x 10ˆ-3]
m [x 10ˆ-3kg]
Khối lượng các móc kim loại được dùng
M₁=mgd 2 [x10 ˆ- N]
t[s] β₁ = Π 𝑡 2 [rad/𝑠 2 ]
L₁=mgd 2 𝑡 [x10 ˆ- Kg. 𝑚 2 /𝑠]
1 2 3 4
- Thay đổi d:
Khối lượng: m = 3,00 ± 0,02 [x 10ˆ-3kg]
d[x 10ˆ-3m] M₂=mgd 2 [x10 ˆ-6 N]
t[s] β₂ = Π 𝑡 2 [rad/𝑠 2 ]
L₂=mgd 2 𝑡 [x10 ˆ- Kg. 𝑚 2 /𝑠]
10 20 30
Bài Số 6
XÁC ĐỊNH TỈ SỐ NHIỆT DUNG PHÂN TỬ Cp/Cv CỦA
KHÔNG KHÍ
1. Mục đích thí nghiệm:
Xác định tỉ số nhiệt dung phân tử Cp/Cv của không khí.
2. Cơ sở lí thuyết:
- Nhiệt dung đẳng tích Cv và nhiệt dung đẳng áp Cp:
Khi truyền cho khối khí có khối lượng m, một nhiệt lượng δQ, thì nhiệt độ của khối khí sẽ tăng lên một lượng là dT.
Nhiệt lượng cần truyền cho 1kg chất khí đó để nhiệt độ của nó tăng thêm 1 độ là nhiệt dung riêng c , là đại lượng đo bằng lượng: