Bài giảng Vật lý đại cương - PGS. TS Đỗ Ngọc Uấn

Nội dung text: Bài giảng Vật lý đại cương - PGS. TS Đỗ Ngọc Uấn

1. Bμi giảng Vật lý đại c−ơng Tác giả: PGS. TS Đỗ Ngọc Uấn Viện Vật lý kỹ thuật Tr−ờng ĐH Bách khoa Hμ nội
2. Tμi liệu tham khaỏ: 1. Physics Classical and modern Frederick J. Keller, W. Edward Gettys, Malcolm J. Skove McGraw-Hill, Inc. International Edition 1993. 2. R. P. Feymann Lectures on introductory Physics 3. I. V. Savelyev Physics. A general course, Mir Publishers 1981 4. Vật lý đại c−ơng các nguyên lý vμ ứng dụng, tập I, II, III. Do Trần ngọc Hợi chủ biên
3. Các trang Web có liên quan: Bμigiảngcótrongtrang: load bμi giảng về in thμnh tμi liệu cầm tay, khi nghe giảng ghi thêm vμo!
4. Bμimởđầu •Tμi liệu học : Vật lý đại c−ơng: Dùng cho khối các tr−ờng ĐH kỹ thuật công nghiệp (LT&BT) Tập I : Cơ, nhiệt học. Tập II: Điện, Từ, Dao động & sóng. Tập III: Quang, L−ợng tử, VL nguyên tử, hạt nhân, chất rắn. •Cáchhọc: Lên lớp LT; mang theo tμi liệu cầm tay, nghe giảng, ghi thêm vμotμi liệu. • Về nhμ: Xem lại bμi ghi, hiệu chỉnh lại cùng tμi liệu -> Lμmbμitập. •LênlớpBT bắt đầu từ tuầnẫ SV lên bảng, thầy kiểm tra vở lμmbμiởnhμ. -> Điểm QT hệ số 0,3.
5. • Thí nghiệm: Đọc tμi liệu TN tr−ớc, kiểm tra xong mới đ−ợc vμo phòng TN, Sau khi đo đ−ợc số liệu phải trình thầy vμ đ−ợc thầy chấp nhận. •Lμm đợt 1: Từ tuần ẫ •Tμi liệu: Liên hệ BM VLDC tầng 2 nhμ D3. Hoμn chỉnh bμinμy mới đ−ợc lμm tiếp bμisau Cuối cùng phải bảo vệ TN Ê Nếu SV không qua đ−ợc TN, không đ−ợc dự thi. • Thi: 15 câu trắc nghiệm (máy tính chấm) + 2 câu tự luận, rọc phách (thầy ngẫu nhiên chấm) Mỗi ng−ời 1 đề . Điểm thi hs 0,7 • Điểm quá trình hệ số 0,3.
6. 1. Đối t−ợng vμ ph−ơng pháp vật lý học • Nghiên cứu các dạng vận động của thế giới vật chất, thế giới tự nhiên • Ăng-ghen: vận động bao gồm mọi biến đổi xảy ra trong vũ trụ từ dịch chuyển đơn giản đến t− duy. • Vật lý học lμ môn khoa học tự nhiên nghiên cứu các dạng vận động tổng quát nhất của thế giới vật chất: những đặc tr−ng tổng quát, các quy luật tổng quát về cấu tạo vμ vận động của vật chất
7. Cấu tạo vật chất: Vi mô: phân tử, nguyên tử ~ 10-10m. -10 - - ~ 10 m - - + - - - - - - - Na -31 Điện tử me=9,1.10 kg, -e=-1,6.10-19C Thế giới vi mô, vĩ mô; Vật chất tồn tại: lỏng rắn khí & Tr−ờng
8. Các b−ớc nghiên cứu: 1. Quan sát bằng giác quan hoặc máy móc. 2. Thí nghiệm định tính, định l−ợng. 3. Rút ra các định luật vật lý: thuộc tính, mối liên hệ. 4. Giải thích bằng giả thuyết. 5. Hệ thống các giả thuyết ->Thuyết vật lý 6. ứng dụng vμothựctiễn ==> Ph−ơng pháp qui nạp Ph−ơng pháp diễn dịch: các tiên đề ->mô hình->định lý, lý thuyết-> So sánh với kết quả thực nghiệm.
9. Vật lý lμ cơ sở cho các ngμnh khoa học khác. Sự phát triển của các ngμnh khác tạo điều kiện cho VL phát triển Những vấn đề cần giải quyết: •Năngl−ợng • Vật liệu mới • Công nghệ mới • Tin học phát triển xâm nhập vμ hỗ trợ các ngμnh khoa học khác
10. N−ớc lạnh Cách nhiệt h ín N−ớc nóng K 700
11. Mục đích học Vật lý: - Kiến thức cơ bản cho SV để học các môn khác -T− duy, suy luận khoa học - Xây dựng thế giới quan khoa học 2. Các đại l−ợng vật lý: thuộc Toạ độ của tính của một đối t−ợng VL véc tơ r r r r •đại l−ợng vô h−ớng: giá trị,r âm r= .x i + r y . j + z r . k d−ơng z rx r r • Đại l−ợng hữu h−ớng: Điểm r y r rz đặt, ph−ơng, chiều, độ lớn k θr r0 j i y 2 2 2 ϕ r= rx +y rz + r x
12. Các phép tính đại l−ợng véc tơ: Hoμo ntμn nh− trong giải tích écv tơ vμ đại số r Phép cộng r c r cr= ar + b b r rx a cx= ax + bx r ry r cy = ay+ by rz cz = az+ bz r r Tích vô h−aớng . br = ab α cos b α ar r c (= a b + )r 2 = a2 + b 2 2 + ab α cos
13. Tích có h−ớng r r r r c cr r c= ax b b r r r r a b α c |= a ì b | = ab sin α ar r r r r Qui tắc tam ax( xr = r r r r b c ) b .( a . c ) -diện c thuận .( a . b ) Các phép đạo hμm, vi phân, tích phân đối với các đại l−ợng biến thiên Đại l−ợngvôh−ớng biến thiên theo thời gian: ∂ϕ Δϕ ϕ = ϕ )t( ϕ)t(' = = lim ∂t Δt
14. Đại l−ợng véc tơ biến thiên theo thời gian r r F =F (t) F= F ( t ) r x x r r F F =F (t) r d F ΔF y y )t('F = =lim F =F (t) z r z dt Δt d F dFrdF rdF r =x i +y j + z k dt dt dt dt Đơn vị, thứ nguyên của các đại l−ợng vật lý: Qui định 1 đại l−ợng cùng loại lμmđơn vị đo: Hệ SI (system international)
15. Đơn vị cơ bản Kí hiệu Đvị Độ dμi L mét (m) Khối l−ợng M kg Thời gian t s C−ờngđộdòngđiện I A Độ sáng Z candela (Cd) Nhiệt độ tuyệt đối T Kenvin (K) L−ợng chất mol mol Đơn vị phụ: Góc phẳng α rad Góc khối Ω steradian(sr)
16. Thứ nguyên: Qui luật nêu lên sự phụ thuộc đơn vị đo đại l−ợng đó vμocácđơn vịcơ bản ThNg Ll= m M iτ t z I p Zα T k Ω q mol s r m Flực = m ar ⇒ N = kg . s2 N=L1 M1t-2.( )0
17. 4. Ph−ơng pháp xác định sai số của các phép đo vật lý: Phép đo: So sánh đại l−ợng nμy với đại l−ợng cùng loại đ−ợc chọn lμm đơn vị Phép đo trực tiếp: Đọc kết quả ngay trên thang đo Phép đo gián tiếp: Xác định đại V l−ợng cần đo thông qua các A phép đo trực tiếp các đại l−ợng liên quan trong các hμm với đại U R = l−ợng cần đo. I
18. Kết quả đo bao giờ cũng có sai số : Sai số hệ thống: Luôn sai về một phía > chỉnh dụng cụ đo Sai số ngẫu nhiên: Mỗi lần đo sai số khác nhau > đo nhiều lần Sai số dụng cụ: Độ chính xác của dụng cụ giới hạn Sai số thô đại: Do ng−ời đo > Nhiều ng−ời đo, loại các giá trị quá lệch
19. 4.1.Cách xác định ais số của phép đo trực tiếp A -đại l−ợng cần đo, Giá rịt thực lμ a. a1 ,a2, a3, an lμ các giá trị đo trong n lần đo sai số: Δa1=|a1-a|, Δa2=|a2-a|, , Δan=|an-a| 1 n 1 n 1 n =a∑ +a i ∑ Δai = a +a ∑i Δ n i= 1 n i= 1 n i= 1 1 n −a a =∑ a Δi n n i= 1 1 limΔ∑a =i 0 ⇒ a = a →n ∞ni= 1
20. Sai ốs tuyệt đối của mỗi lần đo: aΔ i |= a− i a | 1 n Δa =a| Δ a− a≤ |Δ a n ∑ i i= 1| a− aΔ |≤ a≤ + aΔ a Δa lμ sai số tuyệt đối trung bình n Nếu ốs lần đo đủ lớn 1 Δ∑a ≈i 0 ⇒ a ≈ a ni= 1 Sai ốs tuyệt đối của phép đo : aΔ = Δ a+ Δ dc a Δadc. ụlμ gc n ụ ốd is a s Δa Sai số t−ơng đối ủac phép đo : δ = % a
21. Ví dụ: Đo đ−ờng kính trụ Lần đo D(mm) ΔDi(mm) 1 21,5 0,02 2 21,4 0,08 3 21,4 0,08 4 21,6 0,12 5 21,5 0,02 Trung bìnhD 21 ,= 48 Δ D = 0 , 064 Sai số dụng cụ của th−Dớc Δ dc 0= , 1 mm Sai số tuyệt đối của phép đo : ΔD= 0,064+0,1=0,164mm ≈ 0,16mm
22. D D= D ± ( Δ 21 , = 48 ± 0 , 16 ) mm Sai số t−ơng đối của phép đo : ΔD 0 , 16 δ = 0%= , 00745 = = 0 , 75 % D 21 , 48 Qui tắc lμmtrònsaisố: Chỉ còn 2 chữ số có nghĩa. Phần bỏ đi < 1/10 gốc Tất cả các chữ số đều có nghĩa trừ các số 0 bêntráisốkhác0 đầutiên: 0,230 vμ 0,0203 đềucó3 chữsốcónghĩa.
23. 0,00745 ==> 0,0075 = 0,75%. vμ 0,0005 < 0,00745/10 Giá trị trung bình của của đại l−ợng cần đo phải viết qui tròn đến chữ số có nghĩa cùngbậcthậpphânvớichữsốcónghĩa cuối cùng của giá trị sai số đã qui tròn D D= D ± ( Δ 21 , = 48 ± 0 , 16 ) mm
24. Cách xác định sai số của dụng cụ đo điện: δ- Cấp chính xác ghi trên Δadc= δ. amax thang đo; 1,5 100mA amax Giá trị lớn nhất của 0 thang đo mA Δadc= δ. amax=1,5%.100mA=1,5mA Đối với các điện trở mẫu vμ điện dung mẫu: Δadc= δ.a a lμ giá trị đo đ−ợc trên dụng cụ, δ- cấp chính xác của thang đo lớn nhất đang đ−ợc sử dụng.
25. Hộp điện trở mẫu 0ữ9999,9Ω có δ=0,2 đối với thang 1000 Ω; Giá trị đo đ−ợc a=820,0 Ω =>Δadc= δ.a=0,2%.820,0=1,64 Ω≈1,7 Ω Đốivớicácdụngcụđo hiệnsố: Δadc= δ.a+n.α δ lμ cấp chính xác; a lμ giá trị đo hiển thị; α lμ độ phân giải;
26. n-phụ thuộc vμo thang đo vμ dụng cụ do nhμ sản xuất qui định. Đồng hồ 2000digit DT890 có δ=0,5; n=1 cho dòng 1 chiều; Umax=19.99V; Độ phân giải: α=Umax/2000=19,99/2000≈0,01V; Số đo hiển thị U=15,78V ΔUdc= δ.a+n.α= 0,5%.15,78V+1.0,01V=0,0889V ≈ 0,1V
27. 4.2. Cách xác định ais số của hépp đo gián tiếp: F=F(x,y,z) F- đại l−ợng đo gián tiếp; x,y,z- đo trực tiếp ∂F ∂F ∂F dF = dx + dy + dz ∂x ∂y ∂z ∂F ∂F ∂F ⇒ ΔF =Δx + Δy + Δz ∂x ∂y ∂z ∂F ∂F ∂F ΔF = | |Δ x + | |Δ y + | |Δ z ∂x ∂y ∂z
28. Cách xác định sai số t−ơng đối của phép đo gián tiếp: F=F(x,y,z) 1. Lấy Ln hai vế: lnF=lnF(x,y,z) 2. Lấy vi phân toμnphần: d(lnF)=dF/F 3. Rút gọn biểu thức 4. Lấy tổng giá trị tuyệt đối vi phân riêng phần vμ đổi d -> Δ F,x,y,z→ F,x,y,z
29. x Ví dụ: F =ln⇒ F ln = x − ln( + x y ) x+ y dF dxd ( x+ y ) ydx dy = − = − F x x+ yx ( x+ yx )+ y ΔF yΔ x Δy → = + Fx ( x+ yx )+ y Sai số của các đại l−ợng hoc tr−ớc lấy bằng 1 đơn vị của số có nghĩa cuối cùng. Sai số của các hằng số π, g lấy đến nhỏ hơn 1/10 sai số t−ơng ốiđ của F
30. Đo điện trở: R=U/I lnR=lnU-lnI dR dU dI ΔR ΔU ΔI = − → = + R U I R U I 4.3. Biểu diễn kết quả bằng đồ thị: y=f(x) y Δy Δx x
31. Đ−a đồ thị về dạng tuyến tính: y= ax+b Phụ thuộc giữa nhiệt dung của kim loại vμo nhiệt độ ở nhiệt độ thấp: 3 CKL=αT+ γT C/T γ α T2
32. •Bốnb−ớc chiến l−ợckhigiảibμitập: 1. Không tìm ngay cách tính đáp số cuối cùng. Hãychúý đếnđiềukiệnđầubμi. 2. Hãy nghĩ đến các công thức áp dụng vμ điều kiện của nó. 3. Quan sát kĩ hình vẽ, từng phần hình vẽ. 4. Hãy chắc chắn khi áp dụng các công thức. •Côngcụgiảibμitập: 1. Vẽ vμ suy nghĩ cẩn thận về lực, chọn trục toạ độ, nghĩ đến các góc. 2. Kiểm tra lại: véc tơ hay thμnh phần, Các yếu tố góc: Sin hay Cos, âm hay d−ơng