Giáo trình Thực tập vật lý đại cương A1 - Trần Kim Cương

84 trang phuongnguyen 2730

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Thực tập vật lý đại cương A1 - Trần Kim Cương", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

giao_trinh_thuc_tap_vat_ly_dai_cuong_a1_tran_kim_cuong.pdf

Nội dung text: Giáo trình Thực tập vật lý đại cương A1 - Trần Kim Cương

TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC ÑAØ LAÏT F 7 G GIAÙO TRÌNH THÖÏC TAÄP VAÄT LYÙ ÑAÏI CÖÔNG A1 TRAÀN KIM CÖÔNG 2005
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 1 - MUÏC LUÏC MUÏC LUÏC - 1 - BAØI MÔÛ ÑAÀU - 3 - I/ MUÏC ÑÍCH ,YEÂU CAÀU VAØ YÙ NGHÓA CUÛA THÖÏC HAØNH VAÄT LYÙ - 3 - II/ LYÙ THUYEÁT VEÀ SAI SOÁ. - 3 - 1/ Sai soá heä thoáng - 4 - 2/ Sai soá ngaãu nhieân. - 5 - 3/ Sai soá tuyeät ñoái vaø sai soá töông ñoái. - 5 - 4/ Caùc ñònh lyù veà sai soá : - 5 - 5/ Qui taéc laøm troøn vaø vieát keát quaû . - 6 - 6/ Ñoà thò - 7 - III/ TRÌNH TÖÏ LAØM MOÄT BAØI THÍ NGHIEÄM. - 9 - BAØI 1. THÖÔÙC KEÏP – PANME - 10 - I/ NGUYEÂN TAÉC - 10 - 1/ Thöôùc keïp - 10 - 2/ Panme : - 12 - II/ THÖÏC HAØNH : - 13 - BAØI 2. CAÂN CHÍNH XAÙC - 16 - I/ LYÙ THUYEÁT: - 16 - 1. Xaùc ñònh soá 0 cuûa caân: - 17 - 2.Xaùc ñònh ñoä nhaïy cuûa caân - 17 - 3.Pheùp caân ñôn - 18 - 4. Phöông phaùp caân laëp - 19 - II/ THÖÏC HAØNH - 19 - III/ CHUÙ YÙ - 20 - BAØI 3. CAÙC ÑÒNH LUAÄT CAÂN BAÈNG LÖÏC - 21 - I/ MUÏC ÑÍCH : - 21 - II/ LYÙ THUYEÁT : - 21 - III/ DUÏNG CUÏ - 23 - IV/ THÖÏC HAØNH : - 23 - Baøi 4. CAÙC ÑÒNH LUAÄT CHAÁT KHÍ - 27 - I.MUÏC ÑÍCH: - 27 - II. LYÙ THUYEÁT: - 27 - 1/ Caùc ñònh luaät thöïc nghieäm cuûa khí lyù töôûng: - 27 - 2/ Phöông trình traïng thaùi khí lyù töôûng: - 28 - III. DUÏNG CUÏ: - 28 - IV. THÖÏC HAØNH: - 30 - Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 2 - BAØI 5. ÑO NHIEÄT HOÙA HÔI CUÛA NÖÔÙC - 33 - I. LYÙ THUYEÁT: - 33 - II. DUÏNG CUÏ: - 34 - III. THÖÏC HAØNH: - 34 - BAØI 6. XAÙC ÑÒNH ÑIEÄN TRÔÛ BAÈNG CAÀU UYSTON - 37 - I/ LYÙ THUYEÁT - 37 - II/ THÖÏC HAØNH : - 38 - BAØI 7. ÑÒNH LUAÄT OHM CHO MAÏCH XOAY CHIEÀU - 41 - I/ LYÙ THUYEÁT - 41 - II/ THÖÏC HAØNH : - 44 - BAØI 8. XAÙC ÑÒNH HEÄ SOÁ ÑAØN HOÀI CUÛA LOØ XO - 46 - I/ LYÙ THUYEÁT - 46 - II/ THÖÏC HAØNH - 48 - BAØI 9. SOÙNG DÖØNG - 50 - I/ LYÙ THUYEÁT - 50 - II/ THÖÏC HAØNH - 52 - Baøi 10. ÑÖÔØNG KEÁ - 54 - I/ LYÙ THUYEÁT - 55 - II/ THÖÏC HAØNH - 56 - Baøi 11. KHAÛO SAÙT CAÙC HIEÄN TÖÔÏNG GIAO THOA - 59 - I. LYÙ THUYEÁT: - 59 - III. DUÏNG CUÏ: - 65 - II.THÖÏC HAØNH: - 67 - Baøi 12. QUANG HÌNH HOÏC - 72 - I. LYÙ THUYEÁT: - 72 - III. DUÏNG CUÏ: - 75 - IV.THÖÏC HAØNH: - 76 - SIEÂU DAÃN NHIEÄT ÑOÄ CAO HEÂ BSCCO PHA TAÏP Pb + Sb - 79 - I/ Môû ñaàu : - 79 - II/ phaàn thöïc nghieäm - 80 - III/ Keát quaû vaø thaûo luaän - 80 - IV/ Keát luaän - 82 - TAØI LIEÄU THAM KHAÛO - 83 - Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 3 - BAØI MÔÛ ÑAÀU I/ MUÏC ÑÍCH ,YEÂU CAÀU VAØ YÙ NGHÓA CUÛA THÖÏC HAØNH VAÄT LYÙ. Vaät lyù laø moät moân khoa hoïc thöïc nghieäm. Haàu heát caùc ñònh luaät Vaät lyù ñöôïc thieát laäp baèng con ñöôøng thöïc nghieäm. Maët khaùc, nhöõng ñònh luaät ñöôïc xaây döïng töø lyù thuyeát thuaàn tuùy chæ coù yù nghóa khi ñaõ ñöôïc thöïc nghieäm kieåm nghieäm. Vì vaäy thöïc nghieäm Vaät lyù coù moät yù nghóa raát quan troïng . Muïc ñích cuûa thí nghieäm Vaät lyù laø treân cô sôû caùc thí nghieäm , ta ñoïc giaù trò caùc ñaïi löôïng , so saùnh vôùi lyù thuyeát ñeå kieåm nghieäm caùc ñònh luaät hoaëc tìm ra caùc qui luaät môùi. Thöïc taäp Vaät lyù ñaïi cöông laø böôùc ñaàu taäp döôït, chuaån bò kyõ naêng caàn thieát ñeå coù theå tieáp tuïc nghieân cöùu khoa hoïc noùi chung vaø Vaät lyù noùi rieâng. Giaùo trình naøy nhaèm muïc ñích : -Khaûo saùt moät soá hieän töôïng vaø kieåm nghieäm moät soá ñònh luaät ñaõ hoïc trong chöông trình Vaät lyù ñaïi cöông. -Laøm quen vaø söû duïng moät soá duïng cuï maùy moùc thoâng thöôøng töông ñoái ñôn giaûn, song coù vai troø quan troïng vaø laø cô sôû ñeå sau naøy tieáp xuùc vôùi caùc maùy moùc , duïng cuï phöùc taïp hôn trong nghieân cöùu khoa hoïc. Bieát phöông phaùp nghieân cöùu vaø laøm coâng taùc thöïc nghieäm ( trình baøy keát quaû nghieân cöùu , xöû lyù soá lieäu , phaân tích keát quaû thöïc nghieäm v.v ) . Reøn luyeän taùc phong vaø nhöõng ñöùc tính caàn thieát cuûa ngöôøi laøm coâng taùc thöïc nghieäm khoa hoïc : nghieâm tuùc , thaän troïng , tæ mæ , kieân trì , khaùch quan vaø trung thöïc. II/ LYÙ THUYEÁT VEÀ SAI SOÁ. Moãi ñaïi löôïng Vaät lyù ñeàu coù moät soá caùc ñôn vò ño. Pheùp ño caùc ñaïi löôïng goàm hai loaïi : tröïc tieáp vaø giaùn tieáp . Ñaïi löôïng ño tröïc tieáp laø ta coù theå ño ñaïc , ñoïc tröïc tieáp qua duïng cuï, maùy moùc ño ( nhö chieàu daøi , thôøi gian nhieät ñoä v.v ) . Caùc ñaïi löôïng ño giaùn tieáp ñöôïc tính thoâng qua caùc ñaïi löôïng ño tröïc tieáp ( ví duï : vaän toác ñöôïc xaùc ñònh baèng tæ soá quaõng ñöôøng vaø thôøi gian ño ñöôïc ). Khi ño caùc ñaïi löôïng Vaät lyù phaûi Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 4 - thoâng qua maùy moùc, duïng cuï vaø con ngöôøi , neân keát quaû ño ñöôïc coù ñoä chính xaùc phuï thuoäc vaøo phöông tieän vaø con ngöôøi thöïc nghieäm. Noùi khaùc laø keát quaû ño ñöôïc coù moät ñoä leäch naøo ñoù so vôùi giaù trò thöïc cuûa noù goïi laø sai soá. Sai soá goàm hai loaïi sai soá ngaãu nhieân vaø sai soá heä thoáng. Sai soá heä thoáng laø sai soá cuûa caùc keát quaû ño dieãn bieán theo moät chieàu höôùng xaùc ñònh ( ví duï : duøng quaû caân coù sai soá 1 gam ñeå caân moät vaät naøo ñoù thì keát quaû bao giôø cuõng sai leäch ( lôùn hôn hoaëc nhoû hôn) 1 gam). Sai soá ngaãu nhieân laø sai soá xaûy ra theo chieàu höôùng khoâng xaùc ñònh ñöôïc (ví duï : nhieät ñoä phoøng coù theå thaêng giaùng moät caùch hoaøn toaøn ngaãu nhieân trong quaù trình thí nghieäm, toác ñoä gioù , ñoä aåm khoâng khí , aùp suaát khí quyeån v.v ). 1/ Sai soá heä thoáng. Khi thí nghieäm phaûi loaïi tröø sai soá naøy ñeán möùc toái thieåu, vì noù coù theå laøm sai leäch haún caùc keát quaû ño. Muoán vaäy caàn phaûi bieát loaïi sai soá heä thoáng vaø caùch loaïi tröø chuùng . Thoâng thöôøng coù moät soá loaïi sai soá chuû yeáu sau : * Do doä chính xaùc cuûa duïng cuï ño : Loaïi sai soá naøy ta khoâng bieát ñöôïc chính xaùc giaù trò ño ñöôïc lôùn hôn hay nhoû hôn giaù trò thöïc ( ví duï : duøng thöôùc keïp coù du xích 1/20 mm - coù nghóa sai soá heä thoáng cöïc ñaïi laø 1/20 mm). Loaïi sai soá naøy khoâng theå loaïi tröø ñöôïc vì noù phuï thuoäc giôùi haïn ño ( ñoä chính xaùc) cuûa maùy ño. * Do sai soá ban ñaàu cuûa duïng cuï ño : Loaïi sai soá naøy laøm cho keát quaû ño hoaëc lôùn hôn hoaëc nhoû hôn giaù trò thöïc ( ví duï : khi chöa ño, kim ñoàng hoà voân keá ñaõ chæ 0,5V . Nhö vaäy khi ñoïc , keát quaû ño ñöôïc ñeàu lôùn hôn giaù trò leõ ra ño ñöôïc laø 0,5V ). Loaïi sai soá naøy coù theå loaïi tröø ñöôïc baèng caùch hieäu chænh ( coäng hoaëc tröø ñoä leäch ban ñaàu trong keát quaû ño ñöôïc). * Do tính chaát ñoái töôïng ño : Ví duï : khi xaùc ñònh khoái löôïng rieâng cuûa moät chaát ( ρ = m/ v) treân cô sôû caân vaø ño theå tích vaät . Neáu trong vaät coù choã baát ñoàng nhaát ( khuyeát taät, hoác roãng chaúng haïn ) thì theå tích ño ñöôïc seõ lôùn hôn theå tích thöïc cuûa vaät. Nhö vaäy khoái löôïng rieâng caàn xaùc ñònh seõ nhoû hôn khoái löôïng rieâng thöïc cuûa vaät. Loaïi sai soá naøy khoâng bieát ñöôïc roõ baûn chaát vaø ñoä lôùn cuûa noù. Tuy nhieân coù theå loaïi tröø ñöôïc baèng caùch thay Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 5 - ñoåi caùc ñaïi löôïng ño vaø caùc ñieàu kieän ño ( ví duï : coù theå ño treân nhieàu vaät khaùc nhau cuøng laøm baèng moät chaát ñeå xaùc ñònh khoái löôïng rieâng). 2/ Sai soá ngaãu nhieân. Loaïi sai soá naøy tuaân theo qui luaät thoáng keâ ñoái vôùi caùc hieän töôïng töï nhieân. Theo lyù thuyeát xaùc suaát thì caùc keát quaû ño seõ thaêng giaùng xung quanh giaù trò thöïc, vaø caøng gaàn giaù trò thöïc xaùc suaát caøng cao. Sai soá naøy coù theå giaûm thieåu ñöôïc baèng caùch ño ñaïi löôïng nhieàu laàn trong nhöõng ñieàu kieän khaùc nhau, sau ñoù laáy trung bình caùc keát quaû ño. 3/ Sai soá tuyeät ñoái vaø sai soá töông ñoái. Sai soá tuyeät ñoái vaø sai soá töông ñoái cuøng quyeát ñònh ñoä chính xaùc cuûa pheùp ño . Kí hieäu sai soá tuyeät ñoái laø ∆x, sai soá ngaãu nhieân laø ∆xn, sai soá heä thoáng laø ∆xk thì : ∆x = ∆xn + ∆xk Ñeå thaáy roõ ñoä chính xaùc cuûa pheùp ño, ngöôøi ta ñònh nghóa sai soá töông ñoái ∂x: ∂x = (∆x/ x ≈ ∆x / a = a( ñôn vò) ± ∂a (%) ) . 100% x laø giaù trò thöïc cuûa ñaïi löôïng ño . x laø giaù trò trung bình cuûa ñaïi löôïng ño. 4/ Caùc ñònh lyù veà sai soá : Lyù thuyeát veà sai soá ñaõ chöùng minh hai ñònh lyù cô baûn sau : Ñònh lyù 1: Sai soá tuyeät ñoái cuûa moät toång hay hieäu baèng toàng caùc sai soá tuyeät ñoái cuûa caùc thöøa soá . Neáu : x = a ± b Trong ñoù : a = a ± ∆a , b = b ± ∆b Thì : ∆x = ∆a + ∆b Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 6 - Ñònh lyù 2 : Sai soá töông ñoái cuûa moät tích hay moät thöông baèng toång caùc sai soá töông ñoái cuûa töøng thöøa soá . Neáu : x = a.b hoaëc x = a/b Trong ñoù : a = a ± ∆a , b = b ± ∆b Thì :∂x = ∆x = ∆a + ∆b = ∂a+∂b x a b Heä quaû : Neáu x = an thì : ∂x =n∂a. Chuù yù : 1/Khi aùp duïng caùc ñònh lyù treân thì a vaø b phaûi laø hai ñaïi löôïng ñoäc laäp , neáu a vaø b khoâng ñoäc laäp thì phaûi bieán ñoåi cho chuùng thaønh ñoäc laäp roài môùi ñöôïc aùp duïng hai ñònh lyù . 2/ Trong tröôøng hôïp chung ta coù theå aùp duïng caùch tính sau : Neáu y = f(x1 , x2 , , xn) Thì : 2 n ⎛ ∂f ⎞ ∆y = ⎜ ∆x ⎟ ∑ ⎜ j ⎟ j = 1⎝ ∂x j ⎠ Trong nhieàu tröôøng hôïp , khi khoâng caàn ñoä chính xac cao , ngöôøi ta laáy giôùi haïn treân (cöïc ñaïi ) cuûa sai soá ñeå tính toùan theo coâng thöùc ñôn giaûn hôn : n ∂f ()∆y max = ∑ ∆x j j =1 ∂x j 5/ Qui taéc laøm troøn vaø vieát keát quaû . * Laøm troøn sai soá : Do keát quaû ño ñöôïc vaø do ñoù bieåu thöùc tính sai soá chæ laø gaàn ñuùng khi soá laàn ño bò haïn cheá . Vì vaäy khi thöïc nghieäm khoâng caàn ñoä chính xaùc cao thì soá laàn ño ñaïi khoâng lôùn (≈ ≥ 5 laàn) vaø trong sai soá chæ giöõ laïi moät chöõ soá khaùc khoâng (ví duï : 2, 300 ,0.07 , 0.9) . Tuy nhieân khi tính toaùn thì coù theå ñöôïc sai soá goàm nhieàu chöõ soá . Do vaäy phaûi laøm troøn sai Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 7 - soá . Ñeå giaù trò cuûa pheùp ño vaãn naèm trong khoûang tin caäy thì sai soá phaûi laøm troøn theo chieàu taêng (ví duï 1,693 → 2 ; 0,82 → 0,9 ) . Moät soá tröôøng hôïp neáu laøm troøn theo qui taéc treân , sai soá seõ taêng quùa nhieàu (ví duï : 0,12 → 0,2 ) . Nhö vaäy sai soá do laøm troøn quaù lôùn thì coù theå giöõ nguyeân hai chöõ soá . * Laøm troøn vaø vieát keát quaû : Keát quaû ñöôïc laøm troøn ñeán chöõ soá coù nghóa töông öùng vôùi haøng chöõ soá coù nghóa cuûa sai soá . Ví duï : ∆a = 0,15m vaø a = 7,6427m thì a ñöôïc laøm troøn thaønh 7.65m . Keát quaû ñöôïc vieát döôùi daïng : a = ( a ± ∆a ) (ñôn vò ) hay : a = a( ñôn vò) ± ∂a (%) Nhö ví duï treân , ta vieát : a = (7,65 ± 0,15)m hay a = 7,65 m ± 2 % Chuù yù : * Vì sai soá ñöôïc laøm troøn ñeán moät chöõ soá coù nghóa , neân neáu trong bieåu thöùc tính sai soá coù soá haïng nhoû hôn 1/10 soá haïng khaùc thì coù theå boû qua . Ví duï : ∆a = ∆b + ∆c + ∆d Trong ñoù : ∆a = 1,57 ; ∆c = 4,32 ; ∆d = 0,123 Ta thaáy : ∆d/∆c < 1/10 → khi tính bieåu thöùc treân ta coù theå boû qua ∆d . * Sai soá tuyeät ñoái cuûa moät ñaïi löôïng laø ñoä leäch cöïc ñaïi cuûa giaù trò ño ñöôïc so vôùi giaù trò trung bình : n a j a = ∑ vaø a= a − ai j =1 n max vôùi : n laø soá laàn ño . aj laø giaù trò ñaïi löôïng a trong laàn ño thöù j 6/ Ñoà thò Ñoà thò bieåu dieãn moái töông quan giöõa hai ñaïi löôïng : töø ñoù coù theå bieát ñöôïc qui luaät moái quan heä phuï thuoäc vaø cuõng töø ñoù coù theå ngoïai Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 8 - suy ñöôïc moät giaù trò naøo ñoù khoâng thu ñöôïc tröïc tieáp baèng thöïc nghieäm . Thoâng thöôøng duøng truïc hoaønh bieåu dieãn ñaïi löôïng bieán ñoåi ñoäc laäp , truïc tung bieåu dieãn ñaïi löôïng phuï thuoäc . Choïn tæ leä xích sao cho ñoà thò chieám toaøn boä khoå giaáy (giaáy keû oâ vuoâng , keû ly hay logarit) . Bieåu dieãn caû giaù trò ño laãn giaù trò sai soá treân ñoà thò . Nhö vaäy öùng vôùi moãi ñieåm cuûa ñoà thò Vaät lyù thöïc nghieäm seõ laø moät oâ chöõ nhaät . Ví duï bieåu haøm y = f(x) thì öùng vôùi moãi giaù trò xi = xi ± ∆x ta thu ñöôïc moät giaù trò töông öùng yi = yi ± ∆y vaø caùc caïnh cuûa oâ chöõ nhaät laø 2∆xi vaø 2∆yi chính laø oâ sai soá . Ñoà thò phaûi ñi qua taát caû caùc oâ sai soá (coù theå khoâng ñi qua taâm cuûa oâ ) sao cho caùc oâ phaân boá töông ñoái ñoàng ñeàu veà hai phía ñoà thò . Neáu coù oâ naøo naèm ngoøai thì phaûi coi raèng laàn ño ñoù laø sai do laàm loãi phaûi loïai boû hoaëc kieåm tra laïi keát quaû pheùp ño ñoù . Ñoà thò phaûn aùnh moät quaù trình bieán ñoåi vaät lyù thöôøng laø lieân tuïc neân phaûi laø ñöôøng cong phaúng . Nhöõng bieán ñoåi ñoät ngoät raát hieám khi xaûy ra . Do vaäy khi gaëp tröôøng hôïp soá lieäu ño thaêng giaùng thaát thöôøng khoâng theo qui luaät nhaát ñònh phaûi thaän troïng kieåm tra laïi toaøn boä caùc thao taùc thí nghieäm . y5 2∆y4 y4 y3 y2 2∆x4 y1 i x x1 x2 x3 x4 x5 H.1 Ñoà thò thöïc nghieäm y = f(x) . Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 9 - III/ TRÌNH TÖÏ LAØM MOÄT BAØI THÍ NGHIEÄM. a/ Chuaån bò : Phaûi ñoïc kyõ baøi thí nghieäm ôû nhaø tröôùc khi laøm thí nghieäm. Naém vöõng noäi dung , muïc ñích vaø yeâu caàu cuûa baøi thí nghieäm . Phaûi coù vôû chuaån bò ghi caùc böôùc caàn thí nghieâïm, coù keû saün baûng bieåu ñeå ñieàn soá lieäu. b/ Thí nghieäm : Tröôùc khi thí nghieäm phaûi tìm hieåu duïng cuï thí nghieäm kyõ caøng, hieåu ñöôïc tính naêng, taùc duïng , caùch söû duïng caùc duïng cuï, maùy moùc môùi ñöôïc tieán haønh caùc thao taùc thí nghieäm. Neáu coù choã naøo chöa roõ khoâng töï tìm hieåu ñöôïc phaûi hoûi giaùo vieân höôùng daãn, khoâng ñöôïc töï yù thao taùc seõ daãn ñeán chaùy , hoûng duïng cuï. Phaûi coù traùch nhieäm baûo quaûn duïng cuï. Phaûi xeáp ñaët duïng cuï, baøn gheá goïn gaøn tröôùc khi rôøi phoøng thí nghieäm. Thöïc hieän thoùi quen “vaøo sao ra vaäy ”. Khoâng ñi laïi tuøy tieän trong phoøng thí nghieäm, khoâng noùi to, phaûi nghieâm tuùc thöïc hieän noäi quy phoøng thí nghieäm. Kieân trì thí nghieäm khoâng ñöôïc laøm böøa , laøm aåu . c/ Baùo caùo thí nghieäm : Sinh vieân phaûi noäp baùo caùo cuûa baøi thí nghieäm tröôùc môùi ñöôïc laøm baøi thí nghieäm tieáp theo. Phaûi tham gia ñaày ñuû caùc baùo caùo thí nghieäm môùi ñöôïc xeùt döï thi hoïc phaàn . Hoïc sinh naøo laøm toát taát caû caùc baøi thí nghieäm coù theå ñöôïc xeùt mieãn thi hoïc phaàn vaø ñöôïc cho ñieåm khaù gioûi tuøy theo möùc ñoä. Noäi dung cuûa baøi BAÙO CAÙO THÍ NGHIEÄM theo trình töï sau : +Teân baøi thí nghieäm. +Teân ngöôøi laøm thí nghieäm. +Toùm taét lyù thuyeát ( ngaén goïn ñuû yù cô baûn). + Keát quaû thí nghieäm ( neâu keát quaû töøng böôùc thí nghieäm, caùc soá lieäu ño vaø tính toaùn ñeàu ghi thaønh baûng vaø coù ñôn vò roõ raøng ; caùc tính toaùn sai soá cuûa caùc ñaïi löôïng giaùn tieáp caàn trình baøy caùch tính moät caùch toùm taét. Laøm troøn sai soá vaø vieát keát quaû cuoái cuøng ). +Ñaùnh giaù vaø bieän luaän ( toång quan veà quaù trình thöïc nghieäm, ñoä tinh caäy caùc soá lieäu thöïc nghieäm, nhöõng vöùng maéc vaø ñeà xuaát v.v ). Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 10 - BAØI 1. THÖÔÙC KEÏP – PANME Ñeå ño caùc vaät vôùi ñoä chính xaùc töø 1/10 ñeán 1/100 mm, ngöôøi ta duøng thöôùc keïp hoaëc panme, ñoù laø caùc duïng cuï raát thoâng duïng trong kyõ thuaät . I/ NGUYEÂN TAÉC 1/ Thöôùc keïp * Caáu taïo : Goàm hai ngaøm A, B ( H.1) . Ngaøm A gaén lieàn vôùi thöôùc L1 ( thöôùc thöôøng) chia vaïch tôùi mm, coù ñaùnh soá theo cm. Ngaøm B gaén vôùi thöôùc ñoäng L2 coù theå dòch chuyeån theo L1 vaø tieáp xuùc vôùi ngaøm A. Treân L1 phía sau coù moät raõnh tröôït. Thanh tröôït naèm treân raõnh gaén vôùi L2 ñeå ñònh vò cho L1 vaø L2 luoân luoân song song vôùi nhau. OÁc C ñeå coá ñònh ngaøm B. moät soá thöôùc keïp coù theâm baûn tröôït Q, oác khoùa D vaø oác vi caáp E ñeå di chuyeån nhoû ngaøm B. * Thöôùc ñoäng : Treân thöôùc thöôøng L1 ta laáy a (mm) chia laøm b khoûang ñeàu nhau , moãi khoaûng daøi a/b (mm) (thöôøng laø giaù trò 0.5 ;1 ; hoaëc 2 mm) . Treân thöôùc ñoäng L2 laáy moät ñoaïn daøi (a - 1) mm chia thaønh b khoaûng . Moãi khoaûng daøi (a - b)/b mm . Nhö vaäy moãi khoaûng treân thöôùc ñoäng so vôùi moät khoaûng treân thöôùc thöôøng ngaén hôn moät ñoaïn laø : Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 11 - a a −1 1 ∂ = − = (mm) b b b Ñaïi löôïng ∂ ñaëc tröng cho thöôùc ñoäng cuûa thöôùc keïp goïi laø ñoä chính xaùc cuûa thöôùc keïp , noù laø ñoä daøi ngaén nhaát maø thöôùc keïp coù theå ño ñöôïc . Ví duï : Thöôùc keïp 1/50 mm ñöôïc laøm nhö sau : Laáy a = 50 mm treân thöôùc thöôøng L1 chia thaønh b = 50 khoaûng . Treân thöôùc ñoäng L2 laáy (a – 1 ) = 50 – 1 = 49 mm chia thaønh b = 50 khoaûng . Nhö vaäy moãi khoaûng treân thöôùc ñoäng ngaén hôn treân thöôùc thöôøng laø : 1/b = 1/50 mm . Töông töï nhö vaäy ñoái vôùi caùc thöôùc keïp 1/10 ,1/20 vaø 1/100 mm . * Caùch ño vaø ñoïc keát quaû . Muoán ño vaät . nôùi loûng oác C vaø D ñeå L2 coù theå dòch chuyeån treân L1 . Ñöa vaät caàn ño vaøo giöõa hai ngaøm A,B . Khi hai ngaøm tieáp xuùc vaät , duøng oác D khoùa laïi vaø oác E ñeå dòch chuyeån nhoû cho hai ngaøm vöøa tieáp xuùc vaät ño (chæ vaën vöøa ñuû oác E , neáu khoâng seõ laøm hoûng vaät hoaëc oác vi caáp ) . Khoùa chaët oác D vaø ñoïc keát quaû treân thöôùc. Muoán laáy vaät ra haõy laøm theo trình töï ngöôïc laïi . Khi hai ngaøm A vaø B khít nhau thì vaïch soá 0 treân L1 truøng vôùi vaïch soá 0 treân L2 . Khi keïp vaät thì L2 dòch chuyeån so vôùi L1 moät khoaûng ñuùng baèng kích thöôùc vaät ño . Chieàu daøi l bao goàm phaàn nguyeân (mm) ñöôïc ñoïc treân L1, phaàn leû ñöôïc ñoïc treân L2. Giaû söû vaät thöù n treân L2 truøng vôùi vaïch baát kyø cuûa L1. Vì ta bieát moãi khoaûng chia treân L2 nhoû hôn moät löôïng ∂ so vôùi khoaûng chia treân thöôùc L1. Thaønh thöû n khoaûng chia treân L2 seõ ngaén hôn n khoaûng chia treân L1 moät ñoaïn n∂ ñuùng baèng phaàn leû cuûa chieàu daøi l caàn ño. Thöôøng thì treân thöôùc ñoäng L2 khoâng ñaùnh soá thöù töï n cuûa caùc vaïch chia maø ghi tích n∂ . Do ñoù coù theå ñoïc ngay phaàn leû nhoû hôn mm cuûa vaät caàn ño. Toùm laïi caùch ñoïc keát quaû laø : +Phaàn nguyeân ñoïc treân L1 (laáy vaïch gaàn nhaát veà phía traùi soá 0 cuûa L2). +Phaàn leû (thaäp phaân) ñoïc treân L2 (vaïch truøng vôùi vaïch baát kyø treân L1). Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 12 - 2/ Panme : Panme laø duïng cuï ño kích thöôùc caùc vaät vôùi ñoä chính xaùc cao (töø 1/100 ñeán 1/500 mm). * Caáu taïo : Vi keá coù haøm U coá ñònh, thanh A vaø truïc B gaén chaët vôùi haøm U. Trong loøng truïc G laø vít vi caáp B . Troáng C vaø oác E ñoàng truïc vôùi G. Khi quay C hoaëc E , toaøn boä heä thoáng troáng C vaø vít vi caáp B seõ tònh tieán doïc theo truïc D. OÁc H duøng ñeå khoùa chaët thanh B khi ñoïc giaù trò ño treân thöôùc . Treân truïc G coù thöôùc thöôøng L1 doïc theo truïc G chia tôùi mm (hoaëc ½ mm) ñöôïc ñaùnh soá töøng 5 hoaëc 10 mm moät. Meùp cuûa troáng C coù thöôùc voøng L2. Giôùi haïn kích thöôùc vaät coù theå ño ñöôïc ghi treân haøm U hoaëc truïc G (ví duï : 0 – 25 mm ; 25 – 50 mm) (H.2). H.2 Panme * Thöôùc voøng : Quay troáng C moät voøng quanh truïc G, vít vi caáp B tònh tieán theâm moät ñoaïn h (mm) doïc theo truïc G, h goïi laø böôùc cuûa vít vi caáp . Thöôùc voøng L2 treân meùp cuûa troáng C ñöôïc chia thaønh q khoaûng . Vaäy khi quay troáng C moät khoaûng , vít vi caáp tònh tieán ñöôïc moät ñoaïn d : h d = (mm) q d ñaëc tröng cho panme goïi laø ñoä chính xaùc cuûa panme. Noù thöôøng ñöôïc ghi treân haøm U hoaëc truïc G. Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 13 - * Caùch ño vaø ñoïc keát quaû : Khi ño , môû oác H, xoay troáng C ngöôïc chieàu kim ñoàng hoà ñeå môû roäng khoaûng troáng A – B . Ñöa vaät caàn ño vaøo giöõa A – B, quay troáng C theo chieàu kim ñoàng hoà, khi tôùi ñoä chaët nhaát ñònh (haøm A vaø B ñaõ saùt khít vaät), oác E seõ tröôït treân loø xo löïc haõm raêng tröôït vaø B seõ khoâng dòch chuyeån nöõa (khi ñoù nghe coù tieáng tröôït bi haõm “taïch, taïch”). Khoùa oác H vaø ñoïc keát quaû treân thöôùc. Phaàn nguyeân mm (hoaëc nöûa mm) ñoïc treân L1 , vaïch beân traùi gaàn meùp troáng nhaát (vaïch treân hoaëc döôùi ñöôøng keû doïc). Phaàn thaäp phaân ñoïc treân L2 (vaïch truøng vôùi ñöôøng keû doïc cuûa L1). * Chuù yù : Ñoái vôùi thöôùc coù oác vi caáp h = 0.5 mm ta phaûi ñoïc phaàn nguyeân tôùi nöûa mm, treân L1seõ coù hai ñöôøng vaïch , coù moät haøng öùng vôùi soá nguyeân mm, moät haøng öùng vôùi soá nguyeân nöûa mm. II/ THÖÏC HAØNH : * Hieäu chænh soá 0 : Ñoái vôùi thöôùc keïp khi hai ngaøm A , B khít nhau coù theå soá 0 cuûa hai thöôùc khoâng truøng nhau. Neáu soá 0 cuûa L2 ôû beân phaûi soá 0 cuûa L1 thì keát quaû ñoïc ñöôïc baèng kích thöôùc vaät ño coäng vôùi khoaûng caùch ban ñaàu giöõa chuùng. Nhö vaäy kích thöôùc thöc cuûa vaät baèng keát quaû ñoïc ñöôïc tröø ñi khoaûng caùch ban ñaàu goïi laø soá hieäu chænh. Tröôøng hôïp ngöôïc laïi ta phaûi coäng theâm. Ñoái vôùi panme khi hai thanh A , B tieáp xuùc nhau coù theå hai soá 0 cuûa hai thöôùc cuõng khoâng truøng nhau. Neáu soá 0 cuûa L2 vöôït quaù soá 0 cuûa L1 theo chieàu kim ñoàng hoà m vaïch thì kích thöôùc vaät baèng keát quaû ñoïc ñöôïc coäng theâm m∂ . Tröôøng hôïp ngöôïc laïi ta phaûi tröø ñi. * Duøng thöôùc keïp xaùc ñònh theå tích caùc vaät : -Khoái hoäp chöõ nhaät . -Hình truï troøn . -Hình truï roãng . Caùc keát quaû ño ñöôïc laäp thaønh baûng maãu sau : Khoái hoäp chöõ nhaät Hình truï troøn Hình truï roãng a(mm) b(mm) c(mm) d(mm) h(mm) D(mm) d(mm) h(mm) 1 2 Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 14 - . . . T.Bình Sai soá * Duøng panme ño ñöôøng kính caùc vieân bi roài xaùc ñònh theå tích . Laäp baûng töông töï nhö treân roài tính toaùn. * Caùc bieåu thöùc xaùc ñònh theå tích. -Khoái hoäp : V = a.b.c vôùi : a, b, c laø chieàu daøi caùc caïnh. 1 -Khoái truï : V = .d2 .h 4 vôùi : d laø ñöôøng kính vieân bi. h laø chieàu cao 1 -Khoái truï roãng : V = .(D2 − d 2 ).h 4 vôùi :D laø ñöôøng kính ngoaøi. d laø ñöôøng kính trong. 1 Vieân bi : V = π.d 3 6 vôùi d laø ñöôøng kính. Chuù yù : Xem laïi baøi môû ñaàu ñeå tính sai soá theå tích caùc vaät. Chuù yù veà vieäc tính sai soá cuûa caùc bieán phuï thuoäc trong theå tich khoái truï roãng. Caâu hoûi chuaån bò 1. Moãi khoaûng treân thöôùc ñoäng cuûa thöôùc keïp 2/100mmcoù ñoä daøi bao nhieâu ? 2. Taïi sao hai phía cuûa ngaøm A vaø Bcoù hình daïng khaùc nhau?( taùc duïng cuûa chuùng ) 3. Neâu taùc duïng cuûa caùc oác C vaøD (neáu coù)treân thöôùc keïp) 4. Ñoái vôùi panmer 1/100mm,khi troáng C quay moät voøng thì vít vi caápB tònh tieán ñöôïc moät khoaûng bao nhieâu? 5. YÙ nghóa cuûa caùc soá ghi(0 – 25mm)hay (25 –50mm)treân panmer? Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 15 - 6. Taïi sao phaûi hieäu chænh soá 0 cuûa thöôùc keïp vaø panmer? Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 16 - BAØI 2. CAÂN CHÍNH XAÙC I/ LYÙ THUYEÁT: Ñeå xaùc ñònh khoái löôïng cuûa caùc vaät vôùi ñoä chính xaùc < 10-2gam ngöôøi ta duøng caân chính xaùc (hoaëc caân phaân tích ),song ñoái vôùi nhöõng loaïi caân naøy thöôøng taûi troïng khoâng vöôït quaù 200g. a.Caáu taïo: H.3 Caân ñöôïc ñaët trong hoäp kính ñeå traùnh buïi vaø gioù(H.3). Boä phaän cô baûn laø ñoøn caân A coù dao hình laêng kính B. Hai quang treo ñóa C töïa treân ñoøn caân A qua hai dao hình laêng kính D .Kim E gaén chính giöõa ñoøn caân vaø coù theå dao ñoâng treân baûng G. Nhôø caùc dao maø caân raát linh ñoäng . Coù maõ H laø quaû caân nhoû ñaët treân moùc I phía treân ñoøn caân .Nhôø nuùm K vaø caàn N ta coù theå dòch chuyeåncon maõ treân ñoøn caân A ñeå thay ñoåi taûi troïng moãi beân ñóa caân. OÁc Pñeå moå cöûa kính khi cho vaät vaøo ñóa caân. OÁc Q ñeå ñieàu chænh caân thaêng baèng. Vò trí thaêng baèng cuûa caân xaùc ñònh baèng boït nöôùc . Coù hai phöông phaùp caân chính laø caân ñôn vaø caân laëp Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 17 - b.Pheùp caân ñôn 1. Xaùc ñònh soá 0 cuûa caân: Khi cho caân laøm vieäc (nôùi haï oác 0 ngöôïc chieàu kim ñoàng hoà )ôû cheá ñoä khoâng taûi,döôùi taùc duïng cuûa momen troïng löïc cuûa caùc tay ñoøn caân ,sau moât soá dao ñoäng caân seû thaêng baèng vaø kim E seõ döøng ôû vò trí ao naøo ñoù treân baûng chia vaïch G.Vò trí ao coù ñöôïc goïi laø vò trí soá 0 thöïc cuûa caân. Boû qua caùc sai soá döôi möùc ñoä chímh xaùc cuûa caân ta coù theå coi vò trí ao öùng vôùi söï baèng nhau cuûa caùc momen troïng löïc caïc caùnh tay ñoøn cuûa caân. Song vì caân dao ñoäng khaù laâu neân ñeå xaùc ñònh ao moät caùch nhanh choùng coù theå coi gaàn ñuùng : a1 −a2 a = 0 2 Trong ñoù a1 vaø a2 laø ñoä leäch lieân tieáp veà beân phaûi vaø beân traùi cuûa caân. Ñeå xaùc ñònh ao chính xaùc hôn ta ñoïc ñoä leäch lieân tieáp cuûa caân veà hai phía nhieàu laàn roài laáy giaù trò : ⎡ N N ⎤ ∑ ai (beân phaûi) ∑ ai (beân traùi) 1 ⎢ i =1 i =1 ⎥ a0 = ⎢ − ⎥ 2 ⎢ N N ⎥ ⎣⎢ ⎦⎥ (1) 2.Xaùc ñònh ñoä nhaïy cuûa caân Khi caân vaät ta phaûi thay ñoåi caùc quaû caân ñeå caân caân baèng ôû vò trí ao. Song thöïc teá ñieàu naøy khoù thöïc hieànma caân coù theå leäch ñi moät vaøi vaïch. Khi ñoù ta caàn bieát khoái löôïng beân naùylôn hay nho ûhôn beân kia bao nhieâu . Ñeå kim leäch khoûi vò trí caân baèng moät ñoä chia ta caàn bieát phaûi ñaët vaøo moät beân ñóa caân khoái löôïng bao nhieâu . Giaù trò ñoù goïi laø ñoä nhaïy(ñoä chính xaùc thöïc teá )cuûa caân. Goïi m laø khoái löôïng ñaët leân moät ñóa caân ,an laø vò trí caân baèng cuûa caân khi ñoù,thì ñoä nhaïy y cuûa caân laø : m y = ( gam/ñoä chia) an − a0 (2) Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 18 - 3.Pheùp caân ñôn Ñaët vaät caàn caân leân ñóa traùi,caùc quaû caân khoái löôïng m1 leân ñóa phaûi.Neáu caân caân baèng ôû ao thì m1 laø khoái löôïng caàn xaùc ñònh. Neáu vò trí caân baèng ôû am thì khoái löông vaät seõ laø: m = m1 ± y (am − a0 ) (3) (daáu coäng öùng vôùi kim leäch veà beân phaûi ao ,daáu tröø öùng vôùi kim leäch veà beân traùi ao). Pheùp caân trong moâi tröôøng khoâng khí neân coù aûnh höôûng cuûa löïc ñaåy Archimeøde. Trong bieåu thöùc (3) khoâng keå ñeá löïc ñaåy naøyneân môùi chæ laø khoái löôïng bieåu kieán. Ñeå coù khoái löôïng thöïc cuûa vaät ta phaûi hieäu chænh. Goïi :mo laø khoái löôïng thöïc cuûa vaät. V laø theå tích cuûa vaät. D laø khoái löôïng rieâng cuûa vaät. V, ρ laø theå tích vaø khoái löôïng rieâng cuûa caùc quaû caân. e laø khoái löôïng rieâng cuûa khoâng khí nôi laøm thí nghieäm . g laø gia toác troïng tröôøng. F1, F2 laø löïc taùc duïng leân ñóa caân beân traùi vaø beân phaûi. Ta coù: m 0 ⎛ e ⎞ F1 = m 0g − Veg = m 0g − eg = m 0g⎜1− ⎟ D ⎝ D ⎠ m1 ⎛ e ⎞ F2 = m1g − Veg = m1g − eg = m1g⎜1− ⎟ ⎝ ⎠ Taïi vò trí caân baèng ao (coi nhö hai caùnh tay ñoøn daøi baèng nhau ), ta coù F1 = F2, töùc laø : ⎛ e ⎞ ⎛ e ⎞ m 0g =⎜1 − ⎟ = m1g⎜1 − ⎟ ⎝ D ⎠ ⎝ ⎠ Töø ñoù : 1 − e m = ( )m 0 ()1− e D 1 Thöôøng thì e/D<< 1 neân gaàn ñuùng : m 0 ≈ m1 (1− e )(1+ e D) ≈ m1 + (1 D − 1 )m1e (4) Keát hôïp (3) vaø (4) ta coù : Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 19 - mo= m1 + (1/D –1/ ρ ) m1e ± y( am – ao) (5) Hay: mo= m + (1/D –1/ ρ ) m1e (5’) Neáu D ≈ ρ thì (5) laïi trôû veà (3). 4. Phöông phaùp caân laëp Ñaët leân ñóa caân traùi moät quaû caân khoái löôïng M( lôùn hôn khoái löôïng vaät caàn caàn caân) laøm bì. Ñaët leân ñóa phaûi caùc quaû caân nhoûcoù khoái löôïng toång coäng m1 ñeå kim caân baèng ôû vò trí am naøo ñoù. Goïi l1, l2 laø caùnh tay ñoøn beân traùi vaø beân phaûi cuûa caân. Khi caân baèng ta coù: Mgl1= m1gl2 hay Ml1= m1l2 (6) Giöõ nguyeân bi M, ñaët vaät m leân ñóa caân phaûi, ruùt bôùt caùc quaû caân cho kim caân baèng ôû am. Toång khoái löôïng vaùc quaû caân ñóa phaûi khi ñoù laø : Mgl1= (m2 + m )gl2 Hay: Ml1 = (m2 +m) l2 (7) Töø (6) vaø (7) suy ra: m= m1 – m2 (8) Neáu hieäu chænh söùc ñaåy Archimeøde thì thay giaù trò m ôû (8) vaøo (5’) ta ñöôïc khoái löôïng thöïc cuûa vaät. Phöông phaùp caân naøy cho pheùp caân nhanh vaø chính xaùc khoái löôïng cuûa vaät vì loïai tröø ñöôïc sai soá cuûa hai nöûa ñoøn caân khoâng hoaøn toaøn daøi baèng nhau. II/ THÖÏC HAØNH - Kieåm tra söï thaêng baèng boït nöôùc hay daây roïi. Ñieàu chænh thaêng baèng nhôø caùc oác Q. - Xaùc ñònh soá 0 a0 cuûa caân. Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 20 - - Xaùc ñònh ñoä nhaïy cuûa caân (duøng con maõ ñaët ôû caùc vò trí 0.5 ; 1 ; 1.5 v.v mg) - Caân vaät theo pheùp caân thöôøng. - Caân vaät theo pheùp caân laëp. - Hieäu chænh söùc ñaåy Archimeøde neáu caàn thieát (trong baøi naøy sinh vieân khoâng phaûi hieäu chænh). Laäp baûng caùc keát quaû ño vaø tính sai soá. III/ CHUÙ YÙ - Söû duïng caân töø töø , nheï nhaøng khi môû hoaëc ñoùng oác O. Khi thay ñoåi theå troïng treân ñóa caân phaûi duøng oác O khoùa caân laïi. - Töø töø nôùi oác O neáu thaáy kim E leäch nhieàu quaù veà moät phía phaûi khoùa caân laïi ngay vaø giaûm khoái löôïng treân ñóa sao cho ñeán khi khoái löôïng hai beân ñóa caân töông ñöông nhau môùi cho caân dao ñoäng. - Khi caân phaûi luoân luoân ñoùng caùc cuûa kính cuûa caân. - Phaûi duøng keïp gaép caùc quaû caân . Khi gaép caùc quaû caân ra phaûi ñaët ñuùng vò trí cuûa quaû caân vaøo hoäp quaû caân. - Neáu thao taùc thaät nheï nhaøng vaø töø töø khi môû cho caân laøm vieäc thì kim E raát ít dao ñoäng treân baûng G, do ñoù coù theå xaùc ñònh ngay ñöôïc vò trí caân baèng a0 cuûa caân. Caâu hoûi chuaån bò 1/ Taïi sao phaûi ñeàu chænh caân thaêng baèng tröôùc khi thöïc hieän caùc pheùp caân ? 2/ Taïi sao phaûi xaùc ñònh vò trí soá 0 ban ñaàu a0 cuûa caân ?. 3/ Ñoä nhaïy cuûa caân laø gì ? YÙ nghóa thöïc tieãn cuûa noù ?. 4/ Öu ñieåm cuûa phöông phaùp caân laëp so vôùi caân ñôn ?. 5/ Taïi sao phaûi hieäu chænh khoái löôïng vaät khi caân ? Khi naøo thì khoâng phaûi hieäu chænh khoái löôïng vaät caân ?. 6/ Taïi sao khi caân vaät phaûi ñoùng kính vaø phaûi duøng keïp gaép caùc quaû caân ? Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 21 - BAØI 3. CAÙC ÑÒNH LUAÄT CAÂN BAÈNG LÖÏC I/ MUÏC ÑÍCH : Nghieäm laïi caùc ñònh luaät veà toång hôïp vaø phaân tích löïc , veà ñoøn baåy momen quay vaø boä roøng roïc . II/ LYÙ THUYEÁT : Theo nguyeân lyù toång hôïp vaø phaân tích löïc : Neáu moät vaät chòu taùc duïng cuûa ñoàng thôøi nhieàu löïc thì noù töông ñöông vôùi taùc duïng cuûa moät löïc duy nhaát coù phöông , chieàu vaø ñoä lôùn baèng phöông , chieàu vaø ñoä lôùn cuûa löïc toång hôïp theo nguyeân lyù coäng veùcto . Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 22 - Ngöôïc laïi neáu moät vaät chòu taùc duïng cuûa moät löïc thioø coù theå xem nhö noù chòu taùc duïng cuûa ñoàng thôøi nhieàu löïc sao cho toång hôïp löïc ñoù chính baèng löïc taùc duïng leân vaät (phöông , chieàu , ñoä lôùn ) theo nguyeân lyù coäng vecto . r s n r F − ∑ Fi (1) i =1 Daáu −s chæ raèng phöông trình (1) coù tính thuaän nghòch . Neáu moät vaät naèm caân baèng thì toång hôïp caùc löïc taùc duïng leân vaät phaûi baèng khoâng : r ∑ Fi ≡ 0 (2) i Nhö theá coù nghóa hình chieáu cuûa löïc toång hôïp leân moät phöông baát kyø luoân baèng khoâng : F ≡ 0 (2’) Neáu ta coù moät thanh daøi I1 + I2 = 1 (Khoái löôïng khoâng ñaùng keå ) , moãi daàu thanh chòu taùc duïng moät köïc bôûi caùc gia troïng m1 vaø m2 (h.1) , ñieåm töïa A ñöôïc coá ñònh (thanh coù theå quay töï do xung quanh ñieåm töïa A ) . Ñeå thanh khoâng chuyeån ñoäng (naèm caân baèng ) , chöùng toû raèng : P1l1 = p2l2 (3) Giaû söû ta coù moät baùnh xe coù theå quay töï do H.1 Xung quanh truïc o cuûa noù (h.2) . Taïi hai ñieåm A vaø B thaúng haøng vôùi o coù treo hai vaät khoái löôïng m1 vaø m2 döôùi taùc duïng troïng löïc seõ coù hai löïc taùc duïng leân hai ñieåm A vaø B cuûa baùnh xe : Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 23 - P1 = m1g ; P2 = m2g (3) Ñaët AO = r1 ; BO = r2 Chöùng toû raèng baùnh xe caân baèng khi : P1r1 = P2r2 (4) Neáu P1r1 > P2r2 baùnh xe seõ baét ñaàu quay theo taùc duïng cuûa p2 ( giaû ñònh ma saùt baèng 0 ). Vì vaäy moät caùch toång quaùt goïi r laø khoaûng caùch giöûa ñieåm taùc duïng cuûa löïc f (vuoâng goc1 vôùi r vaø song song vôùi maët phaúng baùnh xe ) ñeán truïc quay thì m = f.r ñöôïc goïi laø momen quay hay momen xoaén . Neáu ta coù moät boä goàm n roøng roïc , troïng löôïng F cuûa taûi troïng giaén vaøo ñöôïc phaân boá giöõa n phaàn daây . Do ñoù daây bò baét buoäc vôùi söùc caêng ñoàng ñeàu treân toaøn boä ñoä daøi cuûa noù . Ñieàu naøy coù nghóa löïc caêng fs ôû ñaàu cuoái cuûa daây ñöôïc cho bôûi : F f = h s n III/ DUÏNG CUÏ - 1 baûng töø - 2 löïc keá : Moät löïc keá 5N , moät löïc keá 100N . - 1 boä chaân giaù ñôõ. - 3 löïc keá ñóa quay . - 12 gia troïng , moãi gia troïng 50g . - 3 ñeá töø tính . - 1 ñoøn baãy caân baèng . - 2 thanh giaén baùnh xe . - 2 baùnh xe lôùn . - 2 baùnh xe nhoû. - 2 thanh moùc gia troïng kim loaïi . - 1 choát moùc daây nhöïa. - 1 cuoän daây noái. IV/ THÖÏC HAØNH : 1/ ñaët hai löïc keá leân baûng töø vaø boá trí nhö (H.3) . Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 24 - H.3 Moùc hai daây cuûa löïc keá vôùi nhau vaø moùc vôùi moät gia troïng . Ñieàu chænh cho hai löïc keá chæ soá khoâng . Theâm caùc gia troïng roài ghi caùc chæ soá P (Troïng löôïng treo theâm ) , F1,F2 (ñoïc treân löïc keá töông öùng ) ; tính ra löïc F . Laäp baûng keát quaû ño : o o P(N) α1( ) F1(N) α2( ) F2(N) F(N) o o *Chuù yù : Ñeå deå tính toaùn neân choïn α1 vaø α2 caùc giaù trò ñeå tính (30 ,45 , 60o ) Töø baûn ño ruùt ra keát luaän ? 2/Boá trí thí nghieäm nhö (H.4) H.4 Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 25 - Thay ñoåi caùc gia troïng P2 , khoaûng caùch r2 ,r1 keát quaû ghi thaønh baûng P2(N) R2(cm) R1(cm) P1r1(N.cm) P2r2(N.cm) Töø baûng keát quaû ruùt ra keát luaän ? 3/Gaén baùnh xe lôùn leân baûng töø , gaén löïc keá vaøo giaù ñôõ vaø boá trí nhö (H.5) H.5 Thay ñoåi P2 baèng caùc gia troïng . Thay ñoåi r1 ,r2 ñoïc P1 treân löïc keá . Keát quaû ghi thaønh baûng . P2(N) R2(cm) P1(N) R1(cm) P1r1(N.cm) P2r2(N.cm) Töø baûng keát quaû ruùt ra keát luaän ? 4/ Boá trí thí nghieäm laàn löôït nhö sau (H.6 a,b,c) : Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 26 - H.6a H.6b Thay ñoåi caùc gia troïng . Ghi caùc giaù trò thaønh baûng . Fh(N) Fs(N) (n = 2) Fs(N) (n = 3) Fs(N) (n = 4) Töø baûng keát quaû ruùt ra keát luaän ? Nhaän xeùt vaø ñaùnh giaù Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 27 - H.6c Caâu hoûi chuaån bò : 1/ Ñònh luaät veà toång hôïp vaø phaân tích löïc . 2/ Moâmen löïc ? F 3/ Giaûi thích bieåu thöùc (5) f = H baèng dònh luaät baûo toaøn Naêng s n löôïng . 4/ Haõy neâu moät soá öùng duïng cuûa caùc ñònh luaät caân baèng löïc maø anh (chò) ruùt ra töø baøi thí nghieäm naøy. BAØI 4. CAÙC ÑÒNH LUAÄT CHAÁT KHÍ I.MUÏC ÑÍCH: Muïc ñích cuûa baøi thí nghieäm naøy giuùp cho sinh vieân nghieäm laïi caùc ñònh luaät thöïc nghieäm cuûa khí lyù töôûng. II. LYÙ THUYEÁT: 1/ Caùc ñònh luaät thöïc nghieäm cuûa khí lyù töôûng: a) Ñònh luaät Boyle - Mariotte: Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 28 - Moät khí lyù töôûng coù khoái löôïng nhaát ñònh trong quaù trình ñaúng nhieät T = const thì aùp suaát p tyû leä nghòch vôùi theå tích V: p.V = const (1) b) Ñònh luaät Charles: Moät khoái khí coù khoái löôïng nhaát ñònh trong quaù trình ñaúng tích V = const thì aùp suaá p tyû leä thuaän vôùi nhieät ñoä T: p = const (2) T c) Ñònh luaät Gay - Lussac: Moät khoái khí lyù töôûng coù khoái löôïng nhaát ñònh trong quaù trình ñaúng aùp p = const thì theå tích V tyû leä thuaän vôùi nhieät ñoä. V = const (3) T 2/ Phöông trình traïng thaùi khí lyù töôûng: Caùc ñònh luaät thöïc nghieäm coù theå bieåu dieãn qua 1 phöông trình chung goïi laø phöông trình traïng thaùi khí lyù töôûng : m pV = RT (4) µ Vôùi: * m: Khoái löôïng khí. * µ: Khoái löôïng moät Kmol khí. * R: Haèng soá khí lyù töôûng. Bieåu thöùc (4) ñöôïc goïi laø phöông trình traïng thaùi khí lyù töôûng hay phöông trình Clapeyron - Mendeleev. Phöông trình (4) cho 1 Kmol khí : pV = const (5) T III. DUÏNG CUÏ: 1/ Moät coác ñöïng nöôùc. 2/ Moät ñaàu ñieän trôû ñun nöôùc. 3/ Moät nhieät keá. Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 29 - 4/ Moät giaù thöïc nghieäm. 5/ Moät maùy bôm tay ñeå bôm khí taïo aùp suaát thaáp treân maùy coù ñoàng hoà hieån thò giaù trò aùp suaát vôùi ñôn vò mbar. Khi bôm ta caàm maùy bôm nhö hình veõ boùp maïnh caàn "a" vaø thaû nhanh ñeå ñaåy khí trong baàu maùy bôm ra ngoaøi. Muoán ñöa khí vaøo baàu ta boùp caàn "b". 6/ OÁng chöùa nöôùc taïo moâi tröôøng nhieät. 7/ OÁng thí nghieäm. Treân oáng coù khaéc thuôùc ño vaïch nhoû nhaát 1mm. Trong oáng coù moät gioït thuûy ngaân ñeå taïo theå tích cuûa oáng, döôùi gioït thuûy ngaân laø moät bình kín chöùa khoâng khí. ÔÛ ñaàu oáng coù moät baàu chöùa chaát huùt aåm. Ñaàu oáng ñöôïc noái vôùi maùy bôm. Neáu kim maùy bôm chæ soá 0 thì khoâng khí chöùa trong oáng thí nghieäm treân gioït thuûy ngaân taïo neân moät aùp suaát baèng aùp suaát cuûa khí quyeån p0. Khi ñoù aùp suaát p cuûa khoâng khí trong bình döôùi gioït thuûy ngaân laø: p = p0 + pH (6) Vôùi: * pH laø aùp suaát do gioït thuûy ngaân taùc duïng leân khoâng khí döôùi gioït thuûy ngaân P pH = S * P laø troïng löôïng cuûa gioït thuûy ngaân vaø S tieát dieän cuûa oáng thí nghieäm. mg V Sl. pH = = ρ . . g = ρ . g S H S H S Vaäy pH = ρ H . g. l (7) 3 Vôùi: * ρ H = 13595 Kg/m laø khoái löôïng rieâng cuûa thuûy ngaân. * g = 9,8 m/s2 laø gia toác troïng tröôøng. * l = 0,0125 m laø chieàu cao cuûa gioït thuûy ngaân. Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 30 - Ta coù aùp suaát do gioït thuûy ngaân taïo ra: 2 pH = ρ H . g. l = 13595 x 9,8 x 0,0125 = 1665 N/m pH = 0,01665 bar = 16,65 mbar. ôû Ñaø Laït aùp suaát khí quyeån khoaûng: p0 = 913,25 mbar. Neáu duøng maùy bôm huùt bôùt ñi moät löôïng khí ôû trong oáng thí nghieäm treân gioït thuûy ngaân. Khi gioït thuûy ngaân ôû traïng thaùi caân baèng, aùp suaát cuûa khoâng khí ôû döôùi gioït thuûy ngaân giaûm ñi moät löôïng ∆p. p = p0 + pH - ∆p Hay p = 930 - ∆p (mbar) (8) Giaù trò cuûa ∆p ñoïc treân ñoàng hoà cuûa maùy bôm. Vaäy trong thí nghieäm aùp suaát cuûa khoâng khí chöùa trong oáng thí nghieäm döôùi gioït thuûy ngaân ñöôïc tính theo bieåu thöùc (9). Ta coù theå tích cuûa khoâng khí döôùi gioït thuûy ngaân: d 2 V = S. h = π. . h 4 Vôùi: * d = 0,27 cm laø ñöôøng kính trong cuûa oáng thí nghieäm. * h laø chieàu cao cuûa phaàn oáng thí nghieäm döôùi gioït thuûy ngaân. Vaây: 2 π.,(027).h 3 V = = 0,0573 .h (cm ). 4 V = 0,0573. h (cm3 ) (9) Vaäy theå tích cuûa khoái khoâng khí thí nghieäm ñöôïc xaùc ñònh theo bieåu thöùc (10) IV. THÖÏC HAØNH: Khi söû duïng maùy bôm ta boùp caàn "a" vaø thaû nhanh keâu leân tieáng xì laø ñöôïc. Muoán taêng aùp suaát thaáp ta bôm tieáp töông töï. Muoán giaûm aùp suaát thaáp töùc ñöa löôïng khí vaøo maùy bôm ta keùo nheï caàn "b". Nghieäm laïi ñònh luaät Boyle - Mariotte: Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 31 - Ñoïc nhieät ñoä cuûa khoái khoâng khí treân nhieät keá t = 0C. Duøng maùy bôm thay ñoåi ∆p vaø ñoïc chieàu cao h cuûa khoái khoâng khí döôùi gioït thuûy ngaân. Duøng coâng thöùc (8) vaø (9) ñeå tính: Duøng ñònh luaät Boyle - Mariotte ñeå giaûi thích baûng treân vaø nhaän xeùt: Nghieäm laïi phöông trình traïng thaùi khí lyù töôûng. Laáy khoaûng 2/3 coác nöôùc . Duøng ñieän trôû ñun nöôùc. Sao cho nhieät ñoä ñun nöôùc khoaûng 700C. Laáy oáng ñöïng nöôùc taïo moâi tröôøng nhieät ra khoûi giaù thí nghieäm, Ñoå nöôùc ñaõ ñun noùng vaøo oáng roài gaén laïi treân giaù thí nghieäm nhö cuõ. Chuù yù: caån thaän nöôùc noùng. Ñoïc nhieät ñoä baèng nhieät keá. Duøng maùy bôm ñeå ño aùp suaát p vaø theå tích V cuûa khoái khoâng khí ôû döôùi gioït thuûy ngaân töông öùng vôùi caùc nhieät ñoä sau: 650C , 600C ,550C , 500C, 450C, Duøng coâng thöùc sau ñeå ñoåi ra nhieät ñoä tuyeät ñoái: T = t0C + 273. Trình baøy thí nghieäm theo baûng sau: ∆p h t P V T p.V/T (mbar) (cm) (0 C) (mbar) (cm3 ) K (mbar.cm3.K-1 ) Duøng phöông trình traïng thaùi khí lyù töôûng: pV = const T Ñeå giaûi thích baûng treân vaø nhaän xeùt. Caâu hoûi chuaån bò: 1/ Trình baøy ñònh luaät Boyle - Mariotte. 2/ Trình baøy ñònh luaät Charles. 3/ Trình baøy ñònh luaät Gay - Lussac. Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 32 - 4/ Trình baøy phöông trình traïng thaùi khí lyù töôûng. 5/ Giaù trò aùp suaát ∆p ñoïc treân maùy bôm coù phaûi laø aùp suaát cuûa khoâng khí trong maùy bôm khoâng ? Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 33 - BAØI 5. ÑO NHIEÄT HOÙA HÔI CUÛA NÖÔÙC I. LYÙ THUYEÁT: Giaû söû ta coù moät khoái nöôùc m2 ôû nhieät ñoä t2 ñöôïc ñem troän vaøo moät khoái nöôùc m1 ôû nhieät ñoä t1 vôùi t1 < t2 . Keát quaû caû hai khoái nöôùc m1 vaø m2 caân baèng ôû nhieät ñoä tM . vôùi t1 < tM < t2 Nhö vaäy khoái löôïng nöôùc m2 ñaõ toûa ra moät nhieät löôïng. ∆ Q2 = C m2 (t2 - tM ) Vôùi C laø nhieät dung rieâng cuûa nöôùc. Ngöôïc laïi khoái löôïng nöôùc m1 ñaõ haáp thu moät nhieät löôïng. ∆ Q2 = C m1 (tM - t1 ) Neáu heä hoaøn toaøn caùch nhieät thì theo ñònh luaät baûo toaøn naêng löôïng ta coù: ∆ Q2 = ∆ Q1 Goïi QD laø nhieät löôïng caàn cung caáp cho moät khoái löôïng m2 nöôùc hoùa thaønh hôi ôû nhieät ñoä soâi tS thì nhieät löôïng cung caáp cho 1Kg nöôùc hoùa thaønh hôi ôû nhieät ñoä soâi tS seõ laø: QD qD = m2 Theo ñònh luaät baûo toaøn naêng löôïng moät khoái löôïng m2 hôi nöôùc ngöng tuï laïi noù cuõng toûa ra moät nhieät löôïng baèng QD. Trong thí nghieäm naøy chuùng ta cho m2 khoái löôïng hôi nöôùc ôû nhieät ñoä soâi tS vaøo moät khoái löôïng m1 nöôùc chöùa trong moät bình nhieät löôïng keá ôû nhieät ñoä t1 . Nhieät ñoä caân baèng ôû heä laø tM . Vaäy nhieät löôïng maø khoái löôïng nöôùc m1 nhaän ñöôïc laø: ∆ Q1 = C m1 (tM - t1 ) Nhieät löôïng maø khoái löôïng hôi nöôùc m2 ôû nhieät ñoä soâi tS toûa ra: Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 34 - ∆ Q2 = C m2 (tS - tM) + m2 qD Theo ñònh luaät baûo toaøn naêng löôïng ta phaûi coù ∆Q1 = ∆Q2 , töùc laø : C m1 (tM - t1 ) = C m2 (tS - tM) + m2 qD Suy ra nhieät hoùa hôi rieâng qD cuûa nuôùc ôû nhieät ñoä soâi tS : Cm1(tM − t1) qD = - C (tS - tM ) (1) m2 Do nhieät löôïng cuûa m2 khoái löôïng hôi nöôùc toûa ra coøn cung caáp moät phaàn cho bình nhieät löôïng keá. Cho bieát ñöông löôïng baèng nöôùc cuûa nhieät löôïng keá m0 = 0,023 Kg. Vaäy coâng thöùc (1) ñöôïc vieát laïi: m1+ m0 qD = . C (tM - t1 ) - C (tS - tM ) (2) m2 II. DUÏNG CUÏ: 1/ Moät coác ñöïng nöôùc. 2/ Moät xy ranh. 3/ Moät nhieät keá. 4/ Moät giaù thí nghieäm. 5/ Moät bình ñun. 6/ Moät gheá nhoû coù theå thay ñoåi ñoä cao baèng caùch vaën oác V. 7/ Moät beáp ñieän hieäu theá 220 V. 8/ Moät oáng taùch nöôùc. 9/ Moät caân coù ñoä chính xaùc 0,1 g. 10/ Moät bình nhieät löôïng keá. Naép bình nhieät löôïng keá gaén chaët vôùi voû bình baèng 2 loø xo. III. THÖÏC HAØNH: Muïc ñích cuûa baøi thí nghieäm naøy laø ño nhieät hoùa hôi cuûa nöôùc ôû nhieät ñoä soâi. 1/ Cho moät löôïng nöôùc vaøo coác ñun cao khoaûng töø 3 cm. Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 35 - Neáu trong oáng taùch nöôùc coù nöôùc phaûi ñoå heát nöôùc ra ngoaøi. Chuù yù: Phaûi tuyeät ñoái caån thaän vì duïng cuï thuûy tinh deã vôõ. 2/ Caân bình nhieät löôïng keá vaø naép khoâng coù chöùa nöôùc beân trong. Khoái löôïng cuûa bình nhieät löôïng keá M = 330 g. Sinh vieân kieåm tra laïi. 3/ Cho vaøo nhieät löôïng keá moät löôïng nöôùc sao cho cao khoaûng 5 cm. Roài ñaäy naép laïi cho leân caân. Duøng xy ranh ñeå ñieàu chænh löôïng nöôùc trong bình nhieät löôïng keá sao cho khoái löôïng nöôùc trong bình m1 = 200 g = 0,2 Kg. Giöõ nguyeân vò trí caùc quaû caân treân caùnh tay ñoøn. 4/ Duøng nhieät keá ño nhieät ñoä t1 cuûa nöôùc trong nhieät löôïng keá. Ño nhieät ñoä xong phaûi boû nhieät keá vaøo bao nhieät keá, caån thaän ñaët vaøo nôi traùnh va chaïm. 5/ Caém phích ñieän cuûa beáp vaøo hieäu theá 220 V. 6/ Ñôïi nöôùc trong coác ñun soâi khoaûng 2 ñeán 3 phuùt. Sao cho voøi beân döôùi cuûa oáng taùch nöôùc phun ra nhöõng doøng hôi noùng. 7/ Duøng hai loø xo cuûa naép nhieät löôïng keá moùc vaøo voû nhieät löôïng keá ñeå giöõ chaët naép. 8/ Ñaët caân leân gheá nhoû. 9/ Duøng tay caàm nhieät löôïng keá, ñöa voøi döôùi cuûa oáng taùch nöôùc vaøo loã troøn treân naép. Sao cho ñaàu voøi xuoáng saâu döôùi maët nöôùc trong bình nhieät löôïng keá töø 1 cm ñeán 1,5 cm. Khi ñoù hôi nöôùc noùng seõ phun vaøo bình nghe tieáng buïp buïp. 10/ Ñöa gheá nhoû coù caân laïi döôùi bình nhieät löôïng keá. Vaën oác V cuûa gheá nhoû ñieàu chænh sao cho bình nhieät löôïng keá ñaët treân ñóa caân maø ñaàu döôùi cuûa voøi oáng taùch nöôùc vaãn ôû döôùi maët nöôùc trong nhieät löôïng keá khoaûng 1 ñeán 1,5 cm. Ñieàu chænh sao cho voøi khoâng chaïm vaøo naép cuûa nhieät löôïng keá. 11/ Ñöa quaû naëng cuûa caân taêng theâm 5 g. 12/ Quan saùt khi caân caân baèng. Duøng moät tay giöõ bình nhieät löôïng keá. Tay coøn laïi vaën oác V cuûa gheá nhoû haï xuoáng. Ñaåy caân vaø gheá nhoû ra. 13/ Laáy bình nhieät löôïng keá ra khoûi voøi cuûa oáng taùch nöôùc. 14/ Ruùt phích caém ñieän cuûa beáp ra khoûi hieäu theá 220 V. Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 36 - 15/ Ñaäy loã troøn treân naép bình nhieät löôïng keá laïi baèng nuùt baàn. Duøng ñuõa khuaáy khuaáy nöôùc trong bình nhieät löôïng keá khoaûng 15 giaây. 16/ Duøng nhieät keá ño nhieät ñoä tM trong bình. Caát nhieät keá. 17/ Caân laïi caû bình nhieät löôïng keá vaø nöôùc suy ra khoái löôïng m2 cuûa hôi nöôùc ngöng tuï. 18/ Thay nhieät keá vaøo vò trí oáng daãn hôi nöôùc trong bình ñun vaø ñoïc nhieät ñoä soâi ts . Sai soá cuûa nhieät ñoä laáy laø sai soá ñoïc . 19/ Duøng coâng thöùc (2) sau ñeå tính nhieät hoùa hôi rieâng cuûa nöôùc ôû nhieät ñoä soâi: Caâu hoûi chuaån bò 1/ Nhieät dung rieâng laø gì ? 2/ Nhieät hoùa hôi rieâng laø gì ? 3/ Coâng thöùc tính nhieät hoùa hôi rieâng vaø nhieät dung rieâng ?. 4/ Haõy giaûi thích vai troø cuûa oáng taùch nöôùc trong baøi thí nghieäm naøy. Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 37 - BAØI 6. XAÙC ÑÒNH ÑIEÄN TRÔÛ BAÈNG CAÀU UYSTON I/ LYÙ THUYEÁT Ñeå xaùc ñònh ñieän trôû moät caùch töông ñoái chính xaùc , thoâng thöôøng ngöôøi ta duøng Ohm keá . Tuy nhieân trong tröôøng hôïp ñoøi hoûi caáp ñoä chính xaùc cao khoâng theå duøng Ohm keá . Khi ñoù ngöôøi ta coù theå duøng phöông phaùp caàu Uyston laø moät trong nhöõng phöông phaùp cho pheùp xaùc ñònh ñieän trôû töông ñoái chín h xaùc vöøa ñôn vaø nhanh choùng . Nguyeân taéc caàu Uyston goàm caùc ñieän trôû R1 , R2 , R3 , R4 taïo thaønh boán caïnh cuûa töù giaùc ABCD ñöôøng cheùo AC ñöôïc kheùp kín baèng nguoàn theá ñieän ñoäng ε , ñieän trôû r . Ñöôøng cheùo BD ñöôïc kheùp kín baèng ñieän keá G ñieän trôû trong Rg (h.1). H.1 Chieàu döông qui öôùc cho ñoaïn maïch ñuôïc chæ ra treân hình veõ . chieàu ñi quanh caùc voøng maïch qui öôùc laø chieàu thuaän chieàu quay kim ñoàng hoà . Maïng ñieän goàm boán nuùt ñieän A , B , C , D . Aùp duïng qui taéc Kiechop 2 cho caùc voøng maïng ñoäc laäp , ta ñöôïc ba phöông trình ñoäc laäp ñoái vôùi caùc nuùt ,maïng . Chaúng haïn vôùi caùc nuùt A , B , C : Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 38 - Ie – I1 – I3 = 0 I1 – I2 – IG = 0 (1) I2 + I4 – Ie = 0 Maïng ñieän chöùa saùu ñoaïn maïch , goàm ba voøng maïng ñoäc laäp , chaúng haïn : ABCA , ABDA , BCDB . aùp duïng qui taéc Kiechop 2 cho caùc voøng maïng ñoâc laäp ta ñöôïc : Ier + I1R1 + I2R2 = 0 I1R1 + IGRG - I3R3 = 0 (2) I2R2 – I4R4 - IGRG = 0 Heä saùu phöông trình ñoâc laäp (1) vaø (2) cho pheùp xaùc ñònh saùu nghieäm I1 . Neáu bieát tröôùc giaù trò taát caû caùc ñieän trôû vaø ñieän ñoäng ε thì giaûi heä phöông trình noùi treân , deå daøng xaùc ñònh ñöôïc 6 aån laø cöôøng ñoä doøng dieän I1 , I2 , I3 , I4 , Ie vaø ñieän trôû R1 .Ñoù chính laø nguyeân taèc cuûa caàu Uyston khoâng caân baèng . Thay ñoåi caùc giaù trò ñieän trôû R2 , R3 , R4 coù theå ñaït ñöôïc ñieàu kieän doøng IG = 0 Töø (1) deã daøng tìm ñöôïc : I1 = I2 I3 = I4 (3) Töø (2) tìm ñöôïc ; I1R1 = I3R3 I2R2 = I4R4 (4) Töø (3) vaø (4) tìm ñöôïc : R R R 1 = 3 hay R = R 3 (5) R R 1 2 2 4 R4 Phöông trình (5) chöùng toû trong tröôøng hôïp IG = 0 (caàu caân baèng) , giaù trò caàn tìm R1 ñöôïc xaùc ñònh theo R2 vaø tæ soá R3/R4 . Ngöôïc laïi neáu tìm ñöôïc caùc giaù trò R2 , R3, R4 sao cho R1/R2 = R3/R4 thì IG = 0 khoâng phuï thuoäc vaøo ε , r vaø RG . Ñoù laø nguyeân taéc caàu Uyston caân baèng. II/ THÖÏC HAØNH : Thay R3 vaø R4 baèng moät daây ñieän trôû ñoàng nhaát tieát dieän ñeàu . R2 laø hoäp ñieän trôû maãu, R1 laø ñieän trôû caàn xaùc ñònh. Maéc maïch theo sô ñoà (H.2) Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 39 - Ñieåm D tieáp xuùc vôùi daây ñieän trôû coù theå di ñoäng ñöôïc. Baèng caùch dòch chuyeån ñieåm D treân daây ta coù theå tìm ñöôïc vò trí ñieåm D ñeå caân baèng. Khi ñoù R1 xaùc ñònh deã daøng theo vò trí ñieåm D (AD = x ; l = AB) : R3 x R1 = R2 = R2 (6) R4 1− x * 1. Ñieän trôû R1 caàn xaùc ñònh goàm coù hai ñieän trôû nuùt giöõa laø ñaàu chung . Haõy duøng caàu xaùc ñònh caùc Rl1 sau ñoù nghieäm laïi tröôøng hôïp maéc noái tieáp vaø song song hai ñieän trôû. H.2 * 2. R2 laø hoäp ñieän trôû maãu choát caém , khi ruùt choát naøo thì giaù trò ñieän trôû baèng soá ghi töông öùng treân choát . Ví duï ruùt choát coù ghi 20 thì giaù trò R2 laø 20 Ω ; ruùt choát coù ghi 30 vaø 20 thì giaù trò R2 laø 20 + 30 = 50 Ω , v.v Trong baøi chæ duøng caùc choát giaù trò haøng chuïc Ω (10 , 20 , v.v ) * 3. R laø moät ñieän trôû con chaïy ñeå baûo veä ñieän keá G . Khi baét ñaàu ño phaûi ñeå R ôû vò trí max vì khi ñoù caàu chöa caân baèng , doøng qua ñieän keá G coù theå raát lôùn laøm chaùy ñieän keá G . Khi ñaõ tìm ñöôïc vò trí caân baèng Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 40 - D môùi dòch chuyeån con chaïy cuûa R veà vò trí R = 0 ñeå taêng ñoä nhaïy ñieän keá G ; ñoùng ñieàu chænh laïi ñieåm caân baèng D vaø ghi giaù trò x . * 4. Laäp baûng caùc giaù trò ño, moãi laàn ño thay ñoåi R2 (xem baûng maãu baøi 1) . Tính Rl1vaø ∆Rl1. Chuù yù : Khi ño bieán trôû R ñeå baûo veä ñieän keá phaûi ñaët giaù trò cöïc ñaïi . Sau khi ñaõ tìm ñöôïc khoaûng chöøng vò trí ñieåm D ñeå caàu caân baèng môùi giaûm bieán trôû R veà 0 ñeå taêng ñoä nhaïy ñieän keá . Khi ñoù khoâng ñöôïc dòch chuyeån D nhieàu treân Ac , neáu khoâng ñieän keá seõ bò chaùy hoûng. Moãi laàn thay ñoåi R2 ñeàu ñöa bieán trôû R veà cöïc ñaïi roài sau ñoù môùi laïi tieáp tuïc caùc böôùc nhö ñaõ laøm. Caâu hoûi chuaån bò : 1/ Khi caàu caân baèng ñieän theá taïi ñieåm B vaø D coù baèng nhau khoâng ? Haõy giaûi thích vì sao ? . 2/ Giaûi thích vì sao trong baøi thí nghieäm khoâng caàn phaân bieät cöïc aâm hay cöïc döông cuûa nguoàn ñieän ε . 3/ Vì sao khi tieán haønh thí nghieäm khoâng neân ñoùng khoùa K quaù laâu ? 4/ Taùc duïng cuûa ñieän trôû R noái tieáp vôùi ñieän keá G ?. 5/ Vò trí caân baèng cuûa caàu vaø do ñoù giaù trò R1 caàn xaùc ñònh coù phuï thuoäc S.ñ.ñ cuûa nguoàn ñieän ε hay khoâng ? Haõy giaûi thích vì sao ? Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 41 - BAØI 7. ÑÒNH LUAÄT OHM CHO MAÏCH XOAY CHIEÀU I/ LYÙ THUYEÁT 1.Maïch ñieän xoay chieàu laø maïch ñieän coù hieäu ñieän theá ôû hai ñaàu bieán ñoåi theo qui luaät hình Sin . U = U0 Sinωt Vôùi -U0 laø bieân ñoä. -ω laø taàn soá goùc : ω = 2πf ; f laø taàn soá (Hz). Neáu maéc vaøo maïch xoay chieàu moät ñieän trôû R thì doøng ñieän chaïy qua ñieän trôû cuõng bieán thieân theo qui luaät Sin : U I = I sinω t = 0 sinωt (1) 0 R Nhö vaäy hieäu ñieän theá giöõa hai ñaàu ñieän trôû vaø doøng ñieän qua noù cuøng pha (H.1a) . Neáu maéc vaøo maïch cuoän daây coù heä soá töï caûm L thì doøng ñieän qua cuoän daây chaäm pha hôn hieäu ñieän theá giöõa hai ñaàu cuoän daây moät goùc π/2 : I = I0 Sin(ωt - π/2) (2) Bieân ñoä doøng ñieän : I0 = U0 /Lω (3) Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 42 - Ñaïi löôïng XL = ωL goïi laø caûm khaùng cuûa maïch coù cuoän daây . (3) laø ñònh luaät Ohm cho maïch xoay chieàu coù chöùa caûm khaùng (H.1b). Neáu maéc vaøo maïch moät tuï ñieän coù ñieän dung C thì doøng qua maïch nhanh pha hôn hieäu ñieän theá treân maïch moät goùc π/2 : I = I0 Sin(ωt + π/2) (4) Bieân ñoä doøng ñieän : U0 I0 = = U0C (5) 1 C Ñaïi löôïng X0 = 1/ωC goïi laø dung khaùng cuûa maïch coù tuï ñieän . (5) laø ñònh luaät Ohm cho maïch xoay chieàu coù chöùa dung khaùng (H.1c) . Neáu maéc vaøo maïch cuoän daây coù heä soá tuï caûm L noái tieáp moät ñieän trôû R thì doøng ñieän trong maïch chaäm pha hôn hieäu ñieän theá ôû hai ñaàu maïch moät goùc ϕ < π/2 I = I0 Sin(ωt - ϕ ) (6) Bieân ñoä doøng ñieän : U0 I0 = (7) R2 +ω2L2 Ñaïi löôïng Z = R2 + ω2L2 goïi laø toång trôû cuûa maïch . (7) laø ñònh luaät Ohm cho maïch xoay chieàu coù chöùa R noái tieáp L . Leäch pha giöõa theá vaø doøng ñöôïc xaùc ñònh bôûi (H.1c) : tgϕ = Lω/R (8) Chuù yù raèng cuoän daây thöïc teá bao giôø cuõng coù moät ñieän trôû thuaàn R naøo ñoù . Vì vaäy cuoän daây xem nhö töông ñöông moät töï caûm L noái tieáp moät ñieän trôû R . Neáu maïch coù caû R , L , C noái tieáp thì doøng ñieän trong maïch coù daïng : I = I0 sin(ωt - ϕ ) Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 43 - Vôùi bieân ñoä : U0 I0 = (9) 2 R2 + ()L − 1 C 2 Ñaïi löôïng R2 + (L − 1 C ) goïi laø toång trôû cuûa maïch coù R , L ,C noái tieáp . Leåch pha ϕ giöõa theá vaø doøng xaùc ñònh bôûi : L − 1 C tgϕ = R (10) (9) laø ñònh luaät Ohm cho maïch xoay chieàu coù R , L , C noái tieáp (H.1e). Khi ño baèng duïng cuï ño ñieän , ta chæ ño ñöôïc giaù trò hieäu duïng Uhd vaø Ihd . chuùng lieân heä vôùi bieân ñoä bôûi : I hd = Io / 2 ; U hd = Uo / 2 Nhö theá ñònh luaän Ohm cho maïch xoay chieàu bieåu thò moái lieân heä giöõa giaù trò hieäu duïng cuûa cöôøng ñoä doøng ñieän vaø hieäu ñieän theá giöõa hai ñaàu ñoïan maïch coù daïng : Ihd = Uhd /Z Toång quaùt cho maïch coù R , L , C, maéc noái tieáp : U hd I hd = R2 + (L −1/Cω)2 Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 44 - Neáu maïch khoâng coù L hay C thì bieåu thöùc treân töông öùng ta cho L = 0 vaø C = ∝ . 2. Töø ñònh Ohm cho maïch xoay chieàu ta coù theå xaùc ñònh ñöôïc heä soá töï caûm L cuûa cuoän daây vaø ñieän dung C cuûa tuï ñieän : Z2 − R2 L = Z = Uhd / Ihd C = 1/Xcω (11) ω Ñieän trôû R xaùc ñònh töû ñònh luaän Ohm cho doøng moät chieàu : R = U/I. Xaùc ñònh R , Z , Xc , bieát ω ta tính ñöôïc L vaø C . II/ THÖÏC HAØNH : A/ Duïng cuï : Baøi thí nghieäm goàm coù : 2 cuoän daây , 2 tuï ñieän , 2 voân keá vaø 2 Ampe keá ( 1 chieàu vaø xoay chieàu ); 1 bieán trôû , nguoàn ñieän xoay chieàu vaø 1 chieàu. B/ Thí nghieäm : 1. Xaùc ñònh heä soá töï caûm L cuûa cuoän daây maéc maïch nhö sô ñoà (H.2). K coù theå noái vôùi nguoàn xoay chieàu hoaëc 1 chieàu . Tröôùc tieân noái K vôùi nguoàn 1 chieàu . Ñieàu chænh R ñeå coù giaù trò vöøa phaûi cuûa A vaø V . Laäp baûng giaù trò cuûa I ,V roài töø ñoù tính R . Chuyeån K sang maïch xoay chieàu , tieán haønh töông töï nhö treân ñeå xaùc ñònh Z. Tính L theo (11) tính ϕ theo (8). Chuù yù : Chæ ñoùng maïch trong thôøi gian 2 -> 3 giaây caàn thieát ñuû thôøi gian cho pheùp ño .Khoâng ñöôïc ñoùng maïch laâu , neáu khoâng cuoän daây seõ bò noùng , ñieän trôû seõ thay ñoåi vaø keùt quûa ño seõ bò troâi . 2. Xaùc ñònh ñieän dung C cuûa tuï ñieän : Thay cuoän daây L baèng tuï C . Laäp baûng giaù trò cuûa I vaø V . Töø ñoù tính ñöôïc Xc vaø xaùc ñònh ñieän dung C. 3. Xaùc ñònh heä soá töï caûm L1 , L2 cuûa hai cuoän daây rieâng reõ . Maéc hai cuoän daây noái tieáp , song song roài xaùc ñònh L töông cuûa chuùng . Xaùc ñònh ñieän dung cuûa C1 , C2 cuûa hai tuï ñieän . Maéc noái tieáp roài song song Xaùc ñònh ñieän dung C töông ñöông trong hai tröôøng hôïp vaø nghieäm laïi coâng thöùc ñaõ bieát Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 45 - 4. Moãi laàn ño thay ñoåi giaù trò Ampe keá vaø voân keá baèng caùch thay ñoåi con chaïy treân bieán trôû R hoaëc thay ñôûi choát caém treân nguoàn ñieän vaøo ( 3 ; 4 ; 5 ; 6 ; 9 ; 12V). 5. Ampe keá trong baøi duøng ño cho caû doøng xoay chieàu vaø laãn doøng 1 chieàu .Khi ño doøng moät chieàu ta baät coâng taéc sabg daáu baèng ( =) , neáu ño doøng xoay chieàu ta baät coâng taéc sang daáu (~) . Moät ñaàu Ampe keá coá ñònh ghi 0 ñaàu kia laø caùc choát thang ño , soá chæ treân choát töông öùng vôùi thang ño . ví duï khi ta noái vaøo choát ghi 50 mA thì thang ño laø 50 mA , nghóa laø khi kim ñoàng hoà leân heát thang (100 vaïch) thì ta ñöôõc gía trò doøng ñieän laø 50 mA. Tröôùc moãi pheùp ño bao cuõng ñeå Ampe keá ôû thanh lôùn nhaát ñeå traùnh chaùy ñoàng hoà (Ví duï : 1A hay 5A ) sau neáu thaáy kim ñoàng hoà leäch ít ta môùi chuyeån ñoàng hoà veà thang ño nhoû hôn cho ñeán khi ñoïc ñöôïc deã daøng . Khi duøng Ampe keá hoaëc voân keá 1 chieàu neáu thaáy kim ñoàng hoà chaïy ngöôïc ta ñoåi hai ñaàu daây noái vaøo hai choát cuûa chuùng. Caâu hoûi chuaån bò 1/ Ñòng luaän Ohm cho maïch xoay chieàu cho maïch ñieän coù R, L noái tieáp ; R, C noái tieáp ; R, L, C noái tieáp . 2/ Caûm khaùng vaø dung khaùng ? 3/ leäch pha giöõa theá vaø doøng trong caùc loïai ñoïan maïch . 4/ Caùc giaù trò hieäu duïng cuûa doøng xoay chieàu . 5/ Caùc giaûn ñoà Vectô cuûa caùc loaïi ñoaïn maïch xoay chieàu. Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 46 - BAØI 8. XAÙC ÑÒNH HEÄ SOÁ ÑAØN HOÀI CUÛA LOØ XO I/ LYÙ THUYEÁT a/ Khi taùc duïng moät löïc (keùo hoaëc neùn) ñoïc theo truïc moät loø xo, loø xo seõ bò bieán daïng (giaõn hoaëc co) moät ñoïan ∆x . Khi ñoù loø xo seõ sinh ra moät löc choáng laïi söï bieán daïng goïi laø löïc ñaøn hoài F. Khi ∆x nhoû , löïc ñaøn hoài tuaân theo ñònh luaät Hooke : r F = −k∆x (1) k laø heä soá tæ leä goïi laø heä soá ñaøn hoài (coøn goïi laø heä soá cöùng ) cuûa loø xo. K phuï thuoäc baûn chaát vaät lieäu laøm loø xo, hình daïng, tieát dieän vaø kích thöôùc ban ñaàu cuûa loø xo. b/ Neáu treo moät vaät coù khoái löôïng m döôùi moät loø xo theo phöông thaúng ñöùng, loø xo seõ giaõn moät ñoaïn ∆x (H.1) . Khi caân baèng ta coù : r F + mgr = 0 (2) Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 47 - Choïn chieàu döông cuûa x theo chieàu höôùng töø treân xuoáng döôùi. Töø (1) ta coù : − k.∆x + mg = 0 (2’) mg Töø ñoù : k = (3) x k xaùc ñònh theo (3) khi vaät treo caân baèng döôùi loø xo goïi laø phöông phaùp tónh. H.1 c/ Neáu keùo vaät ra khoûi vò trí caân baèng (H.1b) roài buoâng ra, vaät seõ chuyeån ñoäng theo qui luaät sau : Taùc duïng leân vaät coù: r Löïc ñaøn hoài F = − kxr vaø troïng löïc pr = mgr Toång löïc naøy gaây ra gia toác cuûa vaät vaø loø xo. Tuy nhieân caùc phaàn töû cuûa loø xo chuyeån ñoäng vôùi gia toác khaùc nhau. Caùc phaàn töû caøng xa vaät coù gia toác caøng nhoû. Gaàn ñuùng, ta coù theå coi 1/3 khoái löôïng cuûa loø xo chuyeån ñoäng vôùi cuøng gia toác cuûa vaät, hay töông ñöông vôùi khoái löôïng cuûa vaät taêng leân M/3 (M laø khoái löông loø xo). Theo ñònh luaät 2 Newton ta coù : r r F + P = (m + M 3)xr Hay : −K.X + (m + M 3)g = (m + M 3)X&& (4) Maët khaùc : X = x + ∆x Thay (5) vaøo (4) , duøng (3) khi chuù yù ñeán khoái löôïng loø xo ta ñöôïc : −K.x = (m + M 3)&x& (5) Hay : K &x& + x = 0 (6) m + M 3 (6) laø phöông trình chuyeån ñoäng cuûa vaät döôùi daïng vi phaân . Vaät seõ dao ñoäng xung quanh vò trí caân baèng theo phöông trình : Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 48 - ⎛ K ⎞ ⎜ ⎟ x = Acos⎜ t + α ⎟ (7) ⎝ m + M 3 ⎠ α vaø A laø pha ban ñaàu vaø bieân ñoä dao ñoäng. Chuùng laø caùc haèng soá tích phaân ñöôïc xaùc ñònh töø caùc ñieàu kieän ban ñaàu. Chu kyø dao ñoäng cuûa heä : T = 2π (m + M 3) K (8) Ñaët S = T2 4π 2 ; a = 1 k ; b = M (3K) ta ñöôïc : S = am + b (9) S dS α m H.2 Ñoái vôùi moãi loø xo xaùc ñònh a, b laø caùc ñaïi löôïng khoâng ñoåi. Thay ñoåi troïng vaät m thì chu kì dao ñoäng (8) vaø do ñoù S cuõng thay ñoåi ,Deã thaáy töø (9) ñoà thò bieåu dieãn S theo m laø ñöôøng thaúng goùc nghieâng α (H.2) vôùi tgα = a . Do ñoù : dM K = ctgα = dS (10) k xaùc ñònh theo (10) khi vaät dao ñoäng goïi laø phöông phaùp ñoäng. II/ THÖÏC HAØNH a/ Xaùc ñònh K theo phöông phaùp tónh Maéc moät quaû gia troïng vaøo loø xo, ño chieàu daøi x0 . Maéc theâm moät quaû khoái löôïng m1, ñoïc ñoä daøi x töông öùng vaø : x1 =x1 − x0 Maéc theâm quaû gia troïng (hoaëc thay ñoåi quaû gia troïng m1) vaø laøm töông töï ta coù : Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 49 - x2 = x2 − x0 Laäp baûng (xem baûng maãu baøi soá 1) caùc giaù trò caùc mi töông öùng caùc ∆xi vaø tính Ki theo (3) . Tính K vaø ∆K töø caùc Ki . b/ Xaùc ñònh K theo phöông phaùp ñoäng Treo caùc quaû gia troïng thay ñoåi nhö treân nhöng cho loø xo dao ñoäng . Duøng ñoàng hoà baám giaây ño thôøi gian 50 , 100 chu kyø roài tính ra chu kyø dao ñoäng . Laäp baûng bieán thieân vaø veõ ñoà thò S theo M . Töø ñoà thò tính K theo (10) . Chuù yù : * Laøm thöïc haønh vôùi ít nhaát 3 loø xo khaùc nhau. * Moãi loaïi loø xo (tuøy theo tieát dieän ) treo caùc troïng vaät sao cho ñoä bieán daïng laø nhoû . Khi keùo loø xo leäch khoûi vò trí caân baèng chæ keùo moät ñoïan nhoû theo phöông thaúng ñöùng , khoâng ñeå loø xo dao ñoäng ngang . Caâu hoûi chuaån bò : 1. YÙ nghóa cuûa heä soá ñaøn hoài cuûa loø xo ? Heä soá ñaøn hoài cuûa moät loø xo xaùc ñònh coù phuï thuoäc phöông phaùp ño hay khoâng ?. 2. Ñeå xaùc ñònh heä soá ñaøn hoài cuûa loø xo theo phöông phaùp tónh coù theå treo khoái löôïng lôùn tuøy yù vaøo loø xo khoâng ? Haõy giaûi thích taïi sao. 3. Taïi sao khi xaùc ñònh heä soá K cuûa loø xo theo phöông phaùp ñoäng khoâng ñöôïc ñeå loø xo dao ñoäng ngang ? 4. Taïi sao khi ño chu kyø dao ñoäng cuûa loø xo ta khoâng ño tröïc tieáp 1 chu kyø maø phaûi ño nhieàu chu kyø dao ñoäng roài môùi tìm ra 1 chu kyø dao ñoäng ?. 5. Taïi sao cho loø xo dao ñoäng ta chæ keùo cho loø xo daõn 1 ñoaïn nhoû so vôùi chieàu daøi loø xo theo phöông thaúng ñöùng ?. Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 50 - BAØI 9. SOÙNG DÖØNG I/ LYÙ THUYEÁT Khi hai soùng phaúng cuøng bieân ñoä truyeàn ngöôïc chieàu nhau , chuùng seõ giao thoa vôùi nhau vaø taïo thaønh soùng ñöùng , coù theå cho soùng tôùi phaûn xaï treân moät thaønh raén , khi ñoù soùng tôùi vaø soùng phaûn xaï giao thoa vôùi nhau taïo thaønh soùng ñöùng . Haøm cuûa soùng tôùi vaø soùng phaûn xaï : Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 51 - S = acos (ω t − Kx) 1 S2= acos (ω t + Kx) Soùng toång hôïp : S = S1 + S2 = 2acosKx . cosωt Thay K = 2π/λ ta coù : ⎛ 2π x ⎞ S = ⎜2acos ⎟ cos t (1) ⎝ λ ⎠ Bieåu thöùc (1) cho thaáy : -Moïi ñieåm cuûa moäi tröôøng ñeàu dao ñoäng cuøng pha (vì pha ωt cuûa dao ñoäng khoâng phuï thuoäc vò trí ) . Ta noùi raèng trong moâi tröôøng coù heä soùng ñöùng hay soùng döøng . -Bieân ñoä cöïc ñaïi cuûa soùng khoâng phuï thuoäc thôøi gian maø chæ phuï thuoäc toïa ñoä cuûa ñieåm khaûo saùt : 2π x A = 2acos λ Xeùt hai tröôøng hôïp : λ 2λ 1/ ÔÛ caùc ñieåm thoûa maõn ñieàu kieän x = ± n = ± 2n 2 4 (n laø soá nguyeân) dao ñoäng coù bieân ñoä cöïc ñaïi laø 2a . Caùc ñieåm ñoù goïi laø ñieåm buïng cuûa soùng vaø maët soùng taïi caùc ñieåm buïng goïi laø maët buïng . 2/ ÔÛ caùc ñieåm thoûa maõn ñieàu kieän x = ± (2n + 1)λ 4 dao ñoäng coù bieân ñoä trieät tieâu . Caùc ñieåm ñoù goïi laø ñieåm nuùt vaø maët soùng taïi ñoù goïi laø maët nuùt . Nhö vaäy caùc ñieåm nuùt vaø ñieåm buïng caùch nhau λ/4 . Xeùt soùng ñöùng taïo ra khi soùng tôùi phaûn xaï taïi maët caûn P phaúng (H.3) . Giao ñieåm N cuûa ox vôùi P laø moät ñieåm coá ñònh neân phaûi laø moät ñieåm nuùt vaø P laø moät maët nuùt . Caùc maët nuùt khaùc song song vôùi P vaø caùch P nhöõng khoaûng λ/2 , λ , 3λ/2 Caùc maët buïng cuõng song song vôùi P vaø caùch P nhöõng khoaûng λ/4 , 3λ/4 , 5λ/4 v.v (H.1) cuõng bieåu dieãn ñoä dòch chuyeån S theo hoaønh ñoä x ôû caùc thôøi ñieåm khaùc nhau : t = 0 , t = T/12 vaø t = T/2 . Ñoù laø caùc ñöôøng hình sin coù chu kyø khoâng gian laø λ . Taïi moãi thôøi ñieåm t , cöïc ñaïi cuûa ñöôøng cong (caùc ñieåm buïng B) coù trò soá xaùc ñònh 2acosωt . Daïng cuûa ñöôøng sin bieán thieân lieân tuïc theo thôøi gian nhöng vò trí cuûa ñöøng cong khoâng thay ñoåi . Vaäy moïi ñieåm cuûa moäi tröôøng dao ñoäng taïi choã vôùi bieân ñoä khaùc nhau , töïa hoà nhö soùng khoâng lan truyeàn . Do ñoù coù teân goïi laø soùng ñöùng hay soùng döøng . Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 52 - Ñoái vôùi moät sôïi daây ñaøn hoài coù hai ñaàu coá ñònh , hoaëc moät ñaàu daây coá ñònh coøn moät ñaàu dao ñoäng vôùi bieân ñoä raát nhoû thì ñieàu kieän ñeå coù λ soùng döøng treân daây laø : l = K k (2) 2 vôùi l laø chieàu daøi sôïi daây , K = 1, 2, 3 laø soá buïng soùng . Noùi caùch khaùc vôùi moät sôïi daây l xaùc ñònh coù hai ñaàu coá ñònh thì chæ taïo neân nhöõng soùng ñöùng coù böôùc soùng thoûa maõn : λk = 2l K (3) Goïi v laø vaän toác truyeàn soùng treân daây , f laø taàn soá soùng thì : λk = vT = v fk → v = fk .λk (4) H.3 Soùng ñöùng khaù phoå bieán trong thöïc teá , noù hình thaønh trong moïi moâi tröôøng höõu haïn coù chöùa moät nguoàn phaùt soùng : treân daây ñaøn , coät khoâng khí trong oáng saùo , soùng voâ tuyeán , aùnh saùng II/ THÖÏC HAØNH Thí nghieäm : A/ Moät bình thuûy tinh hình truï C thoâng vôùi bình D baèng oáng daãn löu cao su . Naâng hay haï D ta coù theå laøm thay ñoåi chieàu cao coät nöôùc trong C . Aâm thoa T laøm cho caùc ñieåm ôû mieäng A cuûa bình C dao ñoäng vaø coù theå taïo thaønh heä soùng ñöùng trong coät khoâng khí AB vôùi B laø nuùt , A laø buïng . Khi coù soùng ñöùng aâm seõ nghe roõ vaø vang nhaát . Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 53 - Tìm caùc vò trí coù soùng ñöùng , ñoïc chieàu daøi Ab treân thöôùc gaén vôùi oáng C . Bieát taàn soá f cuûa aâm thoa (ghi treân aâm thoa) , tính vaän toác truyeàn aâm trong khoâng khí . H.2 B/ Moät maùy phaùt dao doäng coù taàn soá thay ñoåi töø 0 – 20KHz ñöôïc gaén vôùi moät sôïi daây , ñaàu kia sôïi daây noái vôùi moät löïc keá gaén coá ñònh treân moät giaù ñôõ . Caùch söû duïng maùy phaùt taàn soá : * Nuùm ngoaøi cuøng beân phaûi chæ ñoä lôùn taàn soá (Hz) . Nuùm thöù hai chæ thanhg ño töø x 0.1 (Hz) ñeán x 2(KHz) . Ví duï neáu ta ñeå nuùm thöù nhaát ôû soá 4 nuùm thöù hai ôû vò trí x 10 thì taàn soá dao ñoäng seõ laø 4x10 = 40Hz . * Nuùm ñöôøi cuøng chæ daïng xung dao ñoäng . Ta ñeå ôû cheá ñoä xung ~ . * Nuùm thöù ba beân traùi ñeå taêng bieân ñoä dao ñoäng töø 0 – 6 . 1/ Khaûo saùt söï thay ñoåi cuûa böôùc soùng theo taàn soá dao ñoäng : coá ñòng chieàu daøi sôïi daây öùng vôùi löïc caêng töø 1 - 5 N (töï choïn) , duøng nuùm 1 vaø 2 cuûa maùy phaùt taàn soá ñeå thay ñoåi taàn soá dao ñoäng . Ghi laïi keát quûa soùng döøng λK vaø vaän toác soùng döøng treân daây töông öùng . 2/ Laëp laïi thí nghieäm treân öùng vôùi hai giaù trò löïc caêng khaùc cuûa daây (töï choïn). 3/ Bieåu dieãn söï phuï thuoäc cuûa böôùc soùng vaøo taàn soá dao doäng öùng vôùi caùc löïc caêng khaùc nhau vaø rut1 ra nhaän xeùt . Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 54 - Caâu hoûi chuaån bò : 1/ Theá naøo laø soùng döøng , ñieàu kieän ñeå coù soùng döøng ?. 2/ Nhöõng ñieåm naøo seõ coù bieân ñoä cöïc ñaïi vaø nhöõng ñieåm naøo coù bieân ñoä cöïc tieåu , teân goïi cuûa chuùng ?. 3/ Lieân heä giöõa vaän toác soùng vaø taàn soá soùng ?. 4/ Trong thöïc teá coù nhöõng loaïi soùng döøng naøo ? BAØI 10. ÑÖÔØNG KEÁ Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 55 - I/ LYÙ THUYEÁT Khi roïi aùnh saùng phaân cöïc phaúng theo truïc quang hoïc cuûa moät tinh theå thì truïc dao ñoäng cuûa vector saùng E cuûa soùng saùng khi ra khoûi tinh theå bò quay ñi moät goùc naøo ñoù. Hieän töôïng naøy goïi laø hieän töôïng phaân cöïc quay. Chaát laøm quay maët phaúng phaân cöïc aùnh saùng goïi laø chaát quang hoaït. Goùc quay cöïc do chaát quang hoaït gaây ra phuï thuoäc chieàu daøy cuûa chaát quang hoaïtt cuûa chaát quang hoaït vaø böôùc soùng aùnh saùng. Ñoái vôùi dung dòch cuûa chaát quang hoaït , goùc quay cöïc coøn phuï thuoäc noàng ñoä cuûa chaát quang hoaït trong dung dòch theo ñònh luaät Biot α = α 0 lC Vôùi [α0] : naêng suaát quay cöïc cuûa chaát quang hoaït. l : beà daøy lôùp dung dòch aùnh saùng truyeàn qua. C : noàng ñoä dung dòch. Bieát [α0] vaø l , ño α ta xaùc ñònh ñöôïc C. Duïng cuï ñeå ño noàng ñoä dung dòch ñöôøng goïi laø ñöôøng keá. Nguyeân taéc cuûa noù döïa treân hieän töoïng phaân cöïc quay. Sô ñoà nguyeân lyù cuûa ñöôøng keá bieåu dieãn treân (H.1). Nguoàn saùng 1 phaùt aùnh saùng ñôn saéc loïc saéc 3 ñeå loïc aùnh saùng ñôn saéc. Baûn tuamalin 4 ñeå bieán aùnh saùng töï nhieân thaønh aùnh saùng phaân cöïc phaúng . Baûn thaïch anh 5 che ñuùng phaàn giöõa cuûa baûn tuamalin ñeå taïo thaønh tröôøng saùng 3 mieàn. Baûn thaïch anh laøm quay maët phaúng phaân cöïc aùnh saùng moät goùc naøo ñoù . Baûn tuamalin 7 gaén vaøo voøng chia ñoä 11 ñeå phaân tích , voøng chia ñoä quay ñöôïc nhôø nuùm quay 12. Ñoä treân voøng ñoïc ñöôïc nhôø kính luùp 10 . Tröôøng saùng ñöôïc quang saùt nhôø oáng kính coù vaät kính 8 vaø thò kính 9. Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 56 - Neáu maët phaúng dao ñoäng cuûa baûn phaân cöïc vaø phaân tích song song nhau thì nhìn qua oáng kính tröôøng saùng seõ coù ba maøu phaân bieät . Hai phaàn saùng cuûa tröôøng öùng vôùi phaàn chuøm tia khoâng bò baûn thaïch anh che, Phaàn giöõa toái hôn vì caùc tia saùng qua baûn thaïch anh ñaõ bò quay ñi moät goùc naøo ñoù so vôùi phöông ban ñaàu . Vì vaäy sau khi qua baûn phaân tích cöôøng ñoä aùnh saùng ñaõ bò giaûm (H.2a) . Neáu quay kính phaân tích thì coù theå laøm cho tröôøng saùng môø ñeàu (khoâng saùng maø cuõng khoâng toái haún) . Ta noùi hai tröôøng saùng ñaõ caân baèng (H.2b) . H.2 Khi ñoù soá 0 cuûa thang ñoäng truøng vôùi thang soá 0 cuûa thang coá ñònh. Phöông phaùp döïa treân so saùnh tröôøng nhö vaäy goïi laø phöông phaùp ño baùn daï . Khi ñaët oáng ñöïng dung dòch ñöôøng 6 vaøo khoaûng giöõa baûn phaân cöïc vaø baûn phaân tích thì maët phaúng phaân cöïc aùnh saùng bò quay ñi vaø tröôøng saùng bò maát caân baèng ñoä roïi . Quay baûn phaân tích ta coù theå caân baèng ñöôïc ñoä roïi cuûa tröôøng saùng vaø soá ñoïc ñöôïc treân voøng 11 chính laø goùc quay cöïc cuûa aùnh saùng do dung dòch ñöôøng gaây ra . Vaønh chia ñoä ghi töø 0 ñeán 1800 theo hai chieàu treân hai nöûa voøng troøn . Phía trong voøng coù thöôùc coá ñònh laøm du xích moãi vaïch chi du xíchtöông öùng laø 0.050 ñöôïc chia thaønh 20 khoaûng coù giaù trò 0.050 / khoaûng chia . Ñeå phoùng to khoaûng chia ñoïc cho deã coù gaén theâm kính luùp . II/ THÖÏC HAØNH 1-Xaùc ñònh vò trí soá 0 treân voøng chia ñoä cuûa ñöôøng keá ( α0) . Röûa saïch vaø ñoå ñaày nöôc caát vaøo oáng ñöïng dung dòch ñöôøng 6 , ñaët noù vaøo ñöôøng keá . Baät ñeøn hôi Natri . Ñieàu chænh thò kính ñeå thaáy roõ ñöôøng gianh giôùi cuûa ba mieàn tröôøng saùng . Quay nuùm 12 ñeå cho caùc tröôøng Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 57 - saùng môø ñeàu nhau . Khi ñoù soá 0 cuûa du xích truøng (hoaëc gaàn truøng) vôùi soá 0 cuûa thang chia ñoä . Ghi soá α0 . Sau moãi laàn ño moät dung dòch , xaùc ñònh laïi α0 . 2-Laäp ñöôøng cong maãu α = f(C) . Caân 2.5 gam ñöôøng hoaø tan vôùi nöôùc caát thaønh theå tích 50 ml caân duøng trong baøi laø caân duøng trong kó thuaät coù ñoä chính xaùc 0.1 gam .Quûa caân ñaët treân ñoøn caân beân traùi coù ghi töø 0 ñeán 20, caùc soá ghi treân ñoøn caân töông öùng vôùi khoái löôïng (tính baèng gam ) ñaët leân ñóa caân beân phaûi khi ñaët quûa caân ôû vò trí ñoù . Oác vít caáp treân ñoøn caân beân phaûi ñeå chænh soá 0 cuûa caân duøng moät maûnh giaáy laøm bì ñaët vaøo ñóa caân beân phaûi . Xaùc ñònh khoái löôïng bì sau ñoù ñeå quûa caân ôû vò trí caân xaùc ñònh roài cho ñöôøng vaøo bì caân . Ví duï ta caân bì ñöôïc 2,5g ta seõ ñeå quûa caân ôû vò trí 7.5 gam ta seõ ñöôïc khoái löôïng caàn caânkhi vaân caân baèng laø 7.5 – 2.5 = 5 gam , ta ñöôïc dung dòch ñöôøng noàng ñoä C = m / V = 0.05 g/ cm3 . Ñoå dung dòch naøy vaøo oáng 6 vaø ñaët vaøo ñöôøng keá (khoâng ñeå laïi boït khí trong oáng) . Dòch chuyeån thò kính 9 ñeå quan saùt roõ tröôøng saùng . Quay voøng chia ñoä sao cho tröôøng saùng ñoàng ñeàu , ñoïc giaù trò treân thang chia ñoä , ta ñöôïc α1 töông öùng vôùi noàng ñoä C1 . Ñoå dung dòch töø oáng 6 trôû laïi oáng ñong , ñoå bôùt dung dòch giöõ laïi 40 ml trong oáng , t ta ñöôïc dung dòch noàng doä C2 = 4/5 C1 = 0.04 g/cm3 . Tieáp tuïc laøm nhö vaäy ta seõ ño ñöôïc caùc giaù trò α i töông öùng vôùi caùc Ci : 3 C3 = 4/5 C2 = 0.032 g/cm 3 C4 = 4/5 C3 = 0.025 g/cm 3 C5 = 4/5 C4 = 0.016 g/cm V.v Bieåu dieãn caùc keát quaû ño treân ñoà thò goùc quay α theo noàng ñoä C ta ñöôïc ñöôøng cong maãu (ñöôøng cong vôùi caùc oâ sai soá) . 3-Xaùc ñònh noàng ñoä Cx cuûa dung dòch ñöôøng : Thay dung dòch ñöôøng caàn xaùc ñònh noàng ñoä vaøo oáng 6 . Tieán haønh ño nhö treân ta ñöôïc α x . Töø ñöôøng cong maãu ta suy ra Cx töông öùng vaø ∆Cx . Sau khi ño song ñoå traû dung dòch CX ôû oáng 6 trôû laïi bình ñöïng dung dòch CX . Chuù yù : Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 58 - Tröôùc khi laøm baøi phaûi ñoïc kyõ baøi du xích cuûa thöôùc keïp baøi thöôùv keïp Panmer. Ñoïc kyõ phaàn phöông phaùp caân ñôn vaø phaàn chuù yù cuûa baøi vaân chính xaùc. Khi pha dung dòch vaø ñoå vaøo oáng 6 phaûi laøm nheï nhaøng , traùnh laøm ñoå vôõ . Caâu hoûi chuaån bò : 1/ Hieän töôïng phaân cöïc quang laø gì ? 2/ Ñònh luaän Biot vaø nguyeân taéc cuûa ñuôøng keá. 3/ Taïi sao phaûi xaùc ñònh goùc quay αo ban ñaàu cuûa ñöôøng keá ? 4/ Daïng ñoà thò bieåu dieãn goùc quay cöïc α theo noàng ñoä ñöôøng Cx laø ñöôøng gì vaø noù coù qua goùc toïa ñoä (0,0) khoâng ? 5/ Taïi sao khoâng ñeå laïi boït khí khi cho nöôùc hoaëc dung dòch ñöôøng vaøo oáng ñöïng dung dòch 6 ? . Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 59 - BAØI 11. KHAÛO SAÙT CAÙC HIEÄN TÖÔÏNG GIAO THOA I. LYÙ THUYEÁT: 1/ Quaù trình soùng: Soùng laø quaù trình lan truyeàn caùc dao ñoäng cuûa phaàn töû moâi tröôøng trong khoâng gian theo thôøi gian. Quaù trình soùng chæ lan truyeàn naêng löôïng maø khoâng lan truyeàn chaát. 2/ Soùng ngang: Soùng ngang laø soùng maø phöông dao ñoäng cuûa caùc phaàn töû moâi tröôøng vuoâng goùc vôùi phöông truyeàn soùng. 3/ Soùng doïc: Soùng doïc laø soùng maø phöông dao ñoäng cuûa caùc phaàn töû moâi tröôøng doïc theo phöông truyeàn soùng. Soùng doïc coù theå lan truyeàn trong moâi tröôøng: Khí, loûng vaø raén. Soùng aâm laø soùng doïc. Soùng nöôùc gaàn ñuùng laø soùng ngang . 4/ Chu kyø vaø taàn soá soùng: Chu kyø vaø taàn soá soùng laø chu kyø vaø taàn soá dao ñoäng cuûa caùc phaàn töû moâi tröôøng. 5/ Vaän toác soùng: Vaän toác soùng laø quaõng ñöôøng maø soùng truyeàn ñi ñöôïc trong moät giaây (s). Vaän toác soùng phuï thuoäc vaøo baûn chaát moâi tröôøng. Vaän toác cuûa soùng treân maët nöôùc coù daïng: Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 60 - gλ 2πσ v = + (1) 2π ρλ. Vôùi : - g laø gia toác troïng tröôøng. - σ Heä soá löïc caêng maët ngoaøi. - ρ khoái löôïng rieâng cuûa nöôùc. - λ laø böôùc soùng. 6/ Böôùc soùng: Böôùc soùng λ laø quaõng ñöôøng maø soùng truyeàn ñi ñöôïc trong moät chu kyø: v λ = v T = (2) f 7/ Maët soùng: Maët soùng laø quyõ tích cuûa nhöõng ñieåm maø caùc phaàn töû moâi tröôøng dao ñoäng cuøng pha. Neáu maët soùng laø maët phaúng ta goïi soùng phaúng. Neáu maët soùng laø maët caàu ta goïi soùng caàu. Ñöôøng thaúng vuoâng goùc vôùi caùc maët soùng goïi laø tia soùng. Hình H.1 8/ Phöông trình soùng: Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 61 - Quaù trình lan truyeàn soùng phaúng theo moät truïc OX ñöôïc dieãn taû baèng moät bieåu thöùc toaùn hoïc goïi laø haøm soùng hay phöông trình soùng: ⎛ 2πx⎞ Ψ = a0 cos ⎜ωt − ⎟ (3) ⎝ λ ⎠ Neáu bieát ñöôïc haøm soùng chuùng ta hoaøn toaøn coù theå xaùc ñònh ñöôïc: - Bieân ñoä soùng. - Taàn soá vaø chu kyø soùng. - Vaän toác vaø böôùc soùng. - Traïng thaùi dao ñoäng cuûa moïi phaàn töû moâi tröôøng ôû moïi thôøi ñieåm. 9/ Nguyeân lyù Huyghen: Hieän töôïng phaûn xaï soùng, khuùc xaï soùng vaø nhieãu xaï soùngñöôïc giaûi thích döïa treân nguyeân lyù Huyghen : Moãi ñieåm cuûa moâi tröôøng maø moät maët soùng truyeàn ñeán ñeàu trôû thaønh nguoàn soùng caàu thöù caáp; Maët soùng keá tieáp seõ laø maët bao cuûa caùc soùng caàu thöù caáp. Nguyeân lyù Huyghen coù theå ñöôïc nghieäm laïi nhö sau: Taïo moät soùng phaúng treân moät chaäu nöôùc. Ñaët moät taám chaén soùng coù chöøa moät loã O. Sau loã O ta coù soùng caàu. Hình H.2 10/ Hieän töôïng giao thoa soùng: Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 62 - Hieän töôïng giao thoa soùng laø hieän töôïng taïi vuøng gaëp nhau cuûa hai soùng coù nhöõng vuøng maø phaàn töû moâi tröôøng dao ñoäng cöïc ñaïi vaø cöïc tieåu xen keõ nhau. Hieän töôïng giao thoa soùng chæ xaûy ra bôõi hai soùng keát hôïp. Hai soùng keát hôïp laø hai soùng: - Coù phaàn töû moâi tröôøng dao ñoäng cuøng phöông. - Cuøng taàn soá. - Coù hieäu pha khoâng ñoåi theo thôøi gian. Coù theå taïo ra hai soùng keát hôïp treân maët nöôùc nhö sau: Duøng hai ñaàu nhoïn ñöôïc lieân keát vôùi nhau coù hình chöõ U. Chöõ U ñöôïc gaén vaøo nguoàn dao ñoäng coù taàn soá f. Cho hai ñaàu nhoïn chöõ U chaïm vaøo maët nöôùc. Khi ñoù hai ñaàu nhoïn S1 vaø S2 seõ laø hai nguoàn taïo ra soùng keát hôïp. (Hình H.3). H.3 Giaû söû ta coù hai nguoàn soùng keát hôïp S1 vaø S2. Ñeå ñôn giaûn ta giaû söû phaàn töû moâi tröôøng taïi hai nguoàn dao ñoäng coù daïng: Ψ1 = a0 cos ωt Ψ2 = a0 cos ωt Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 63 - Theo bieåu thöùc (3). Nguoàn S1 vaø S2 seõ gaây cho phaàn töû moâi tröôøng taïi M dao ñoäng coù daïng: a0 ⎛ 2πr1 ⎞ Ψ1M = cos ⎜ωt − ⎟ r1 ⎝ λ ⎠ a0 ⎛ 2πr2 ⎞ Ψ2 M = cos ⎜ωt − ⎟ r2 ⎝ λ ⎠ a0 Vôùi: A01 = r1 Laø bieân ñoä a0 soùng A02 = r2 r1 , r2 , laø khoaûng töø s1 , vaø s2 ñeán M. Do soùng caàu neân bieân ñoä giaûm daàn khi xa nguoàn. Nhö vaäy dao ñoäng toång coäng phaàn töû M : → → → A = A01 + A02 Suy ra: 2 2 A = AA01 ++02 2A01 A02Cos∆ϕ (4) 2π r − r Vôùi: ∆ϕ = ∆r = 2π 1 2 (5) λ λ Laø hieäu pha cuûa hai dao ñoäng. Neáu: r2 - r1 = Kλ (6) Vôùi: K = 0, ± 1, ± 2 Khi ñoù: ∆ϕ = 2Kπ Suy ra: A = A01 + A02 : Bieân ñoä cöïc ñaïi. λ Neáu: r2 - r1 = ( 2K + 1 ) (7) 2 Khi ñoù: ∆ϕ = ( 2K + 1 ) π Suy ra: A = ⎜ A01 - A02 ⎜: Bieân ñoä cöïc tieåu. Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 64 - Töø (6) vaø (7) ta thaáy quyõ tích cuûa caùc phaàn töû dao ñoäng cöïc ñaïi vaø cöïc tieåu laø nhöõng ñöôøng cong hyperbol xen keõ nhau. (Hình H.3). 11/ Hieän töôïng phaûn xaï soùng: Neáu soùng truyeàn ñeán maët giôùi haïn cuûa moâi tröôøng truyeàn, maø soùng khoâng theå truyeàn qua thì soùng seõ truyeàn ngöôïc trôû laïi ñöôïc goïi laø hieän töôïng phaûn xaï soùng. (Hình H.4) 12/ Hieän töôïng nhieãu xaï soùng: Hieän töôïng nhieãu xaï soùng laø hieän töôïng tia soùng thay ñoåi phöông truyeàn khi gaëp chöôùng ngaïi vaät. (Hình H.5). Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 65 - III. DUÏNG CUÏ: Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 66 - 1/ Nguoàn ñieän 12 V - AC: Ñöôïc duøng ñeå cung caáp ñieän cho: ñeøn, maùy taïo soùng, maùy hoaït nghieäm. 2/ Beå chöùa soùng: Xem hình H.6 Beå chöùa soùng goàm coù: - Beå chöùa nöôùc (BN) - Voøi thaùo nöôùc (V) - Göông phaûn chieáu (G) - Maøn quan saùt soùng (M) 3/ Ñóa hoaït nghieäm: Khi quay ñóa seõ che - môû aùnh saùng. Neáu taàn soá che - môû phuø hôïp vôùi taàn soá soùng. Chuùng ta seõ thaáy hieän töôïng soùng döøng . Nguoàn ñieän cung caáp cho ñóa hoaït nghieäm 12 V - AC. 4/ Maùy taïo soùng: Maùy taïo soùng coù caùc boä phaän sau: - Ñaàu taïo soùng (ÑS). - Ñoäng cô taïo soùng (ÑC). - Thanh rung (TR) treân thanh rung coù khaéc caùc vaïch caùch nhau 5mm. - OÁc thay ñoåi taàn soá (O): Khi thay ñoåi vò trí O treân thanh rung (TR) thì taàn soá rung seõ thay ñoåi töø 10Hz ñeán 25Hz. - Nuùm S ñeå thay ñoåi taàn soá rung cuûa ñoäng cô. Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 67 - Nguoàn ñieän cung caáp cho maùy taïo soùng 12 V - AC. 5/ Nuùm H: Nuùm H ñöôïc duøng ñeå thay ñoåi taàn soá quay cuûa ñóa hoaït nghieäm. Nuùm H ôû beân traùi nuùm S. 6/ Caùc ñoái töôïng thöïc nghieäm: - Ñinh taïo soùng troøn (a). - Vaät hai maët loài (b). - Vaät hai maët loõm (c). - Vaät tam giaùc (d). - Caùc taám chaén (e). - Taám nhieàu chöùc naêng (f). 7/ Moät coác ñöïng nöôùc. 8/ Moät thöôùc thaúng. II.THÖÏC HAØNH: 1/ Muïc ñích Baøi thí nghieäm naøy nhaèm muïc ñích: - Nghieäm laïi nguyeân lyù Huyghen. - Khaûo saùt hieän töôïng phaûn xaï vaø nhieãu xaï soùng cô. - Khaûo saùt hieän töôïng giao thoa soùng cô. 2/ Caém hai phích ñieän cuûa ñeøn vaøo hieäu theá 12 V - AC. Thoâng thöôøng ñaõ caém saün sinh vieân chæ kieåm tra laïi. 3/ Caém hai phích ñieän cuûa maùy hoaït nghieäm vaø maùy taïo soùng vaøo hieäu theá 12 V - AC. Thoâng thöôøng ñaõ caém saün sinh vieân chæ kieåm tra laïi. Chuù yù: Maùy hoaït nghieäm vaø maùy taïo soùng cuøng chung hai phích caém. 4/ Vaën hai nuùm S vaø H veà taän cuøng. Thoâng thöôøng ñaõ vaën saün sinh vieân chæ kieåm tra laïi. Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 68 - 5/ Chuù yù: Trong baøi thí nghieäm naøy chuùng ta khoâng duøng maùy hoaït nghieäm töùc khoâng duøng nuùm H ôû beân traùi. 6/ Ñoå nöôùc vaøo beå chöùa nöôùc (BN) sao cho khi ñaët vaät hai maët loài vaøo ñeå thöû maët nöôùc thaáp hôn 1mm. Duøng voøi (V) ñeå ñieàu chænh löôïng nöôùc. Chuù yù: Vaën chaët voøi (V) ñeå nöôùc khoâng chaûy ra voøi khi thí nghieäm. 7/ Duøng caùc oác V1 ,V2 vaø V3 treân giaù vaø ñeá mang cuûa maùy taïo soùng. Ñeå ñaàu taïo soùng (ÑS) song song vôùi maët nöôùc vaø xuoáng döôùi maët nöôùc 1mm. 8/ Caém phích ñieän cuûa nguoàn ñieän 12V vaøo hieäu theá 220V. 9/ Ñöa ñeøn vaøo trung taâm beå chöùa nöôùc. 10/ Muoán thay ñoåi taàn soá ta thay ñoåi vò trí oác O treân thanh rung. 11/ Xoay nuùm S töø töø raát chaäm cuøng chieàu kim ñoàng hoà ta thaáy thanh rung seõ rung vaø taïo ra soùng phaúng. Nhìn leân maøn quan saùt soùng M ta thaáy soùng phaúng chaïy sang phaûi. Duøng caùc oác V1 ,V2 vaø V3 vaø thay ñoåi nuùm S ñeå ñieàu chænh sao cho coù soùng phaúng ñeïp. 12/ Chuù yù: Khi vaën nuùm S phaûi luoân luoân vaën töø töø vaø raát chaäm khi taêng cuõng nhö khi giaûm. 13/ Sinh vieân veõ ra hình daïng cuûa caùc maët soùng phaúng. 14/ Nghieäm laïi nguyeân lyù Huyghen: Ñaët taám nhieàu chöùc naêng vaøo beå chöùa nöôùc sao cho khe roäng xuoáng döôùi vaø taám song song vôùi maët soùng. Duøng caùc taám chaén (e) ñeå che bôùt khe roäng taïo thaønh khe heïp. Thay ñoåi beà roäng khe töø nhoû ñeán lôùn vaø quan saùt maët soùng sau khe. Sinh vieân veõ laïi vaø nhaän xeùt. 15/ Laáy caùc taám (f) vaø (e) ra khoûi beå nöôùc. 16/ Khaûo saùt hieän töôïng phaûn xaï vaø nhieãu xaï soùng. a) Ñaët vaät hai maët loài (a) vaøo beå nöôùc nhö hình veõ. Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 69 - Sinh vieân veõ laïi caùc maët soùng phaûn xaï vaø nhieãu xaï vaø caùc tia soùng töông öùng. Duøng nguyeân lyù Huyghen ñeå giaûi thích. b) Laáy vaät hai maët loài ra khoûi beå nöôùc. Ñaët vaät hai maët loõm (b) vaøo beå chöùa nöôùc nhö hình veõ. Sinh vieân veõ laïi caùc maët soùng vaø tia soùng töông öùng cuûa soùng phaûn xaï vaø nhieãu xaï. Duøng nguyeân lyù Huyghen ñeå giaûi thích. c) Laáy vaät hai maët loõm ra khoûi beå nöôùc. Ñaët vaät tam giaùc vaøo beå nöôùc nhö hình veõ. Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 70 - Sinh vieân veõ laïi caùc maët soùng vaø tia soùng töông öùng cuûa soùng phaûn xaï vaø nhieãu xaï. Duøng nguyeân lyù Huyghen ñeå giaûi thích. Laáy vaät tam giaùc ra khoûi beå nöôùc. 17/ Xoay nuùm S töø töø ngöôïc chieàu kim ñoàng hoà veà taän cuøng traùi ñeå taét ñaàu taïo soùng. 18/ Khaûo saùt hieän töôïng giao thoa soùng. a) Gaén hai ñinh taïo soùng troøn (a) vaøo ñaàu taïo soùng (ÑS). Ñaàu taïo soùng (ÑS) coù nam chaâm seõ huùt hai ñinh. Ñieàu chænh sao cho ñaàu taïo soùng (ÑS) khoâng chaïm vaøo maët nöôùc, hai ñinh taïo soùng troøn thaúng ñöùng, song song nhau, caùch nhau khoaûng 4 ñeán 5cm. Ñaàu hai ñinh chaïm xuoáng maët nöôùc. b) Xoay nuùm S töø töø cuøng chieàu kim ñoàng hoà ñeå taïo soùng. c) Nhìn leân maøn quan saùt soùng M ta thaáy hieän töôïng giao thoa soùng d) Duøng thöôùc ño khoaûng caùch d giöõa hai ñinh taïo soùng vaø khoaûng caùch D giöõa hai taâm soùng treân maøn quan saùt soùng M. Laäp tyû soá: d β = D e) Duøng thöôùc ño khoaûng caùch X giöõa 4 gôïn soùng (cöïc ñaïi giao thoa) ôû giöõa hai taâm soùng treân maøn M Suy ra khoaûng caùch giöõa hai cöïc ñaïi lieân tieáp: X i = 4 Vì khoaûng caùch giöõa hai cöïc ñaïi lieân tieáp i baèng nöûa böôùc soùng λ. Vaäy böôùc soùng quan saùt treân maøn M laø λx baèng: λx = 2i f) Vì kích thöôùc thöïc cuûa soùng treân maët nöôùc nhoû hôn treân maøn quan saùt M laø β laàn. Vaäy böôùc soùng thöïc λ do hai ñaàu ñinh taïo ra treân maët nöôùc laø: λ = β λx Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 71 - Sinh vieân moâ taû laïi hieän töôïng giao thoa vaø xaùc ñònh böôùc soùng λ. g) Xoay töø töø nuùm S veà taän cuøng traùi. Laáy hai ñinh taïo soùng troøn ra khoûi ñaàu taïo soùng. 19/ Ruùt phích ñieän cuûa nguoàn ñieän 12V- AC ra khoûi maïng 220V. Caâu hoûi chuaån bò : 1/ Soùng cô laø gì ? 2/ Maët soùng vaø tia soùng. 3/ Haøm soùng hay phöông trình soùng. 4/ Hai soùng keát hôïp. 5/ Ñieàu kieän ñeå coù cöïc ñaïi vaø cöïc tieåu giao thoa . 6/ Nguyeân lyù Huyghen. 7/ Muoán thay ñoåi taàn soá taïo soùng chuùng ta laøm theá naøo ? 8/ Haõy giaûi thích vai troø cuûa göông G trong thí nghieäm naøy. Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 72 - BAØI 12. QUANG HÌNH HOÏC I. LYÙ THUYEÁT: Lyù thuyeát quang hình hoïc ñöôïc xaây döïng treân cô sôû cuûa ba ñònh luaät thöïc nghieäm: 1/ Ñònh luaät truyeàn thaúng aùnh saùng: Trong moät moâi tröôøng trong suoát ñoàng chaát vaø ñaúng höôùng aùnh saùng truyeàn theo moät ñöôøng thaúng. 2/ Ñònh luaät phaûn xaï vaø khuùc xaï aùnh saùng: Khi aùnh saùng truyeàn ñeán maët phaân caùch giöõa hai moâi tröôøng (1) vaø (2) kí hieäu P seõ xaûy ra hieän töôïng phaûn xaï vaø khuùc xaï aùnh saùng. N (1) K i i' S P I (2) r ' N R SI goïi laø tia tôùi I ∈ P goïi laø ñieåm tôùi NIN’ ⊥ P goïi laø phaùp tuyeán tôùi IK goïi laø tia phaûn xaï Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 73 - IR goïi laø tia khuùc xaï I = SIˆN goïi laø goùc tôùi I’ = NIˆK goïi laø goùc phaûn xaï R = N ' IˆR goïi laø goùc khuùc xaï Hieän töôïng phaûn xaï vaø khuùc xaï tuaân theo hai ñònh luaät bieåu dieãn baèng hai bieåu thöùc sau : i ≡ i’. Sini ≡const = n (2) Sin r 12 n12 goïi laø chieát suaát cuûa moâi tröôøng (2) ñoái vôùi moâi tröôøng (1) . Goïi v1 vaø v2 laø vaän toác aùnh saùng trong moâi tröôøng (1) vaø (2) töông öùng ta coù : v1 n21= (3) v2 Neáu moâi tröôøng (1) laø chaân khoâng thì v1 = c ( vaän toác aùnh saùng trong chaân khoâng). Khi ñoù : c n21 = ≡ n2 (4) v2 n2 goïi laø chieát suaát tuyeät ñoái cuûa moâi tröôøng (2) o Neáu n1 > n2 thì töø (2) ,(3) vaø (4) ta suy ra r > I . khi r = 90 C thì i = io vaø sinio = n21 = n2 /n1 ; ta khoâng coøn thaáy tia khuùc xaï nöõa . Ñoù laø hieän töôïng phaûn xaï toaøn phaàn . Goùc io goïi laø goùc giôùi haïn phaûn xaï toaøn phaàn. 3/ Göông phaúng : khi aùng saùng chieáu tôùi göông phaúng seõ xaûy ra hieän töôïng phaûn xaï . neáu göông phaúng quay moät goùc α tia phaûn xaï quay moät goùc 2α. F O R1 α I 4/ Göông caàu loõm: Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 74 - Moät göông caàu loõm coù baùn kính R coù tieäu cöï: R f = 2 Tia saùng song song vôùi truïc chính seõ hoäi tuï taïi tieâu ñieåm F cuûa göông caàu. 5/ Thaáu kính: Thaáu kính laø moät moâi tröôøng trong suoát ñöôïc giôùi haïn bôõi caùc maët caàu hay maët caàu vaø maët phaúng. Thaáu kính coù meùp moûng laø thaáu kính hoäi tuï. Thaáu kính coù meùp daøy laø thaáu kính phaân kyø. Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 75 - Goïi D laø ñoä tuï cuûa thaáu kính , ta coù : 1 ⎛ 11⎞ D = = (n - 1) ⎜ + ⎟ (Dp) (5) f ⎝ RR12⎠ Vôùi: + n laø chieát suaát cuûa chaát laøm thaáu kính. + R1 vaø R2 laø baùn kính cuûa caùc maët caàu.(Tính baèng meùt) + R > 0 : Maët loài. + R < 0 : Maët loõm. Tia saùng song song vôùi truïc chính seõ hoäi tuï taïi tieâu ñieåm F naèm treân truïc chính cuûa thaáu kính hoäi tuï hay coù phöông ñi qua tieâu ñieåm F naèm treân truïc chính cuûa thaáu kính phaân kyø. III. DUÏNG CUÏ: 1/ Nguoàn ñieän 12 V - AC. 2/ Moät ñeøn hieäu ñieän theá cung caáp cho ñeøn 12V - AC. 3/ Moät baûng thí nghieäm coù chia ñoä. 4/ Giaù thí nghieäm. 5/ Moät thaáu kính hoäi tuï vaø moät thaáu kính phaân kyø. 6/ Moät göông phaúng vaø moät göông caàu loõm. 7/ Moät heä khaûo saùt hieän töôïng phaûn xaï vaø khuùc xaï. Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 76 - IV.THÖÏC HAØNH: Muïc ñích cuûa baøi thí nghieäm naøy giuùp cho sinh vieân nghieäm laïi caùc ñònh luaät phaûn xaï, khuùc xaï, phaûn xaï toaøn phaàn cuûa aùnh saùng. Khaûo saùt söï truyeàn soùng qua caùc quang cuï: göông phaúng, göông caàu, thaáu kính hoäi tuï, thaáu kính phaân kyø. PHAÀN A: Nghieäm laïi caùc ñònh luaät phaûn xaï, khuùc xaï. Khaûo saùt hieän töôïng phaûn xaï toaøn phaàn. Ño chieát suaát cuûa nöôùc. 1/ Caém phích ñieän cuûa nguoàn 12V - AC vaøo 220 V. 2/ Caém phích ñieän ñeøn cuûa heä khaûo saùt hieän töôïng phaûn xaï vaø khuùc xaï vaøo hieäu theá 12V. 3/ Xoay troáng 0 ñeå tia saùng 0 vuoâng goùc vôùi maët nöôùc vaø tia soá 9 song song vôùi maët nöôùc. Nhö hình veõ. Khi ñoù goùc tôùi cuûa caùc tia saùng töông 0 0 0 0 öùng: i0 = 0, i1 = 10 , i2 = 20 , i3 = 30 , i4 = 40 4/ Duøng thöôùc ño goùc ño goùc khuùc xaï cuûa caùc tia 2, 3, vaø 4. Trình baøy theo baûng sau: Tia I r Sin i n21 = Sinr 0 2 i2 = 20 r2 = n21 = 0 3 i3 = 30 r3 = n21 = 0 4 i4 = 40 r4 = n21 = 5/ Nhaän xeùt baûng soá lieäu treân. 6/ Xoay troáng 0 ñeå tia saùng soá 7 hay soá 6 coù goùc khuùc xaï r = 900. Duøng thöôùc ño goùc ño goùc giôùi haïn phaûn xaï toaøn phaàn L. 1 7/ Duøng coâng thöùc: n = SinL Tính chieát suaát cuûa nöôùc. Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 77 - 8/ Ruùt phích caém ñieän cuûa nguoàn 12V ra khoûi 220V. 9/ Ruùt phích ñieän cuûa heä khaûo saùt phaûn xaï vaø khuùc xaï ra khoûi nguoàn 12V. PHAÀN B Göông phaúng. 1/ Caém phích ñieän cuûa nguoàn 12V vaøo hieäu theá 220V. 2/ Caém phích ñieän cuûa ñeøn vaøo nguoàn 12V. 3/ Ñieàu chænh ñeå ñeøn taïo ra moät tia saùng hay moät chuøm tia saùng song song treân baûng thí nghieäm coù chia ñoä. Nhôø giaùo vieân giuùp ñôõ. 4/ Ñaët göông phaúng leân baûng thí nghieäm. Sao cho tia saùng chieáu tôùi göông taïi ñieåm I truøng vôùi taâm cuûa voøng troøn chia ñoä. Xem hình. 5/ Quan saùt tia phaûn xaï vaø quay göông ñi caùc goùc α = 100, 200, vaø 300. Nhìn leân baûng chia ñoä ñoïc caùc goùc β töông öùng cuûa tia phaûn xaï. Trình baøy theo baûng sau: α β 00 00 100 . . . 200 . . . 300 . . . 6/ Nhaän xeùt baûng soá lieäu treân. PHAÀN C: Göông caàu. 1/ Ñaët göông caàu leân baûng chia ñoä 2/ Chieáu moät tia saùng hay moät chuøm tia saùng tôùi song song vôùi truïc chính. Chuùng seõ hoäi tuï taïi tieâu ñieåm F treân truïc chính. 3/ Duøng thöôùc ño tieâu cöï f. 4/ Duøng coâng thöùc: f = R/2 ñeå nghieäm laïi. Cho R = 7,5 cm. Sinh vieân duøng compa vaø thöôùc ño laïi R PHAÀN D: Thaáu kính. 1/ Gaén thaáu kính hoäi tuï hai maët loài leân taïi taâm cuûa voøng troøn chia ñoä. Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 78 - 2/ Chieáu moät tia saùng hay moät chuøm tia saùng tôùi song song vôùi truïc chính cuûa thaáu kính. Chuùng seõ hoäi tuï taïi tieâu ñieåm F treân truïc chính. 3/ Duøng thöôùc ño tieâu cöï f. 4/ Duøng coâng thöùc(5) Tính chieát suaát n cuûa chaát laøm thaáu kính. Cho R1 = R2 = 12 cm. Sinh vieân duøng compa vaø thöôùc ño laïi R2 vaø R2 . 5/ Gaén thaáu kính phaân kyø hai maët loõm leân baûng. Ño tieâu cöï f vaø tính chieát suaát n töông töï nhö thaáu kính hoäi tuï. Cho R1 = R2 = 12 cm. Caâu hoûi chuaån bò : 1/ Trình baøy ñònh luaät phaûn xaï. 2/ Trình baøy ñònh luaät khuùc xaï. 3/ Trình baøy hieän töôïng phaûn xaï toaøn phaàn. 4/ Chieát suaát tuyeät ñoái cuûa moâi tröôøng phuï thuoäc theá naøo vaøo vaän toác cuûa aùnh saùng trong moâi tröôøng ñoù. 5/ Khi göông quay moät goùc α thì tia phaûn xaï quay moät goùc bao nhieâu ? 6/ Coâng thöùc tính tieâu cöï göông caàu theo baùn kính göông. 7/ Coâng thöùc tính tieâu cöï thaáu kính theo baùn kính maët giôùi haïn. Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 79 - SIEÂU DAÃN NHIEÄT ÑOÄ CAO HEÂ BSCCO PHA TAÏP PB + SB Abstract : The BSCCO superconducting compound at the is presently very concerned for its hight superconducting transition temperature . In this article , We like to report our studying results on synthesis of superconducting materials as well as effets of temperature and mixture paramiters on the superconductivity of the BSCCO compound dope Pb + Sb mixed with different nominal compositions . According to the R(T) measurements the superconducting transition temperature depends on compositions of elements in the compound , on temperature control and compressed pressure . XRD results also show that when the compound’s compounsitions as well as temperature control and compressed pressure change slightly , the change on the phase structure of superconducting compound will be consequently caused . I/ Môû ñaàu : Töø khi sieâu daãn nhieät ñoä cao heä BSCCO ñöôïc phaùt hieän vôùi caùc pha 2201 coù Tc = 10 – 150K , 2212 coù Tc = 80 – 850K vaø 2223 coù Tc = 110 – 1150K , vieäc coá gaéng laøm ñôn pha sieâu daãn trong heä naøy ñaõ ñöôïc nhieàu nhaø nghieân cöùu quan taâm. Ñaëc bieät laø nhöõng coá gaéng ñeå laøm taêng haøm löôïng cuûa pha 2223 coù Tc cao trong vaät lieäu . Nhieàu nhöõng nghieân cöùu pha taïp caùc nguyeân toá thay theá cho Bi nhaèm muïc ñích laøm oån ñònh pha vaø naâng cao nhieät ñoä chuyeån pha Tc cuûa heä naøy ñaõ ñöôïc thöïc hieän . Moät soá nghieân cöùu veà pha taïp hoãn hôïp Pb + Sb ñaõ ñöôïc thöïc hieän ñoái vôùi heä naøy. Caùc nhaø nghieân cöùu ñaõ vaáp phaûi raát nhieàu khoù khaên vì ñaëc tröng sieâu daãn cuûa heä sieâu daãn BSCCO pha taïp phuï thuoäc raát nhieàu yeáu toá : nhieät ñoä vaø thôøi gian nung thieâu keát , nhieät ñoä vaø thôøi gian uû, phöông phaùp laøm laïnh, taïp chaát trong quaù trình cheá taïo cuõng nhö ñoä tinh khieát cuûa caùc vaät lieäu goác ban ñaàu v.v Caùc nghieân cöùu veà thay theá cho Bi baèng Sb vaø Pb ñoàng thôøi [1 - 2] vôùi nhieàu kyõ thuaät khaùc nhau nhö phaûn öùng khuyeách taùn traïng thaùi raén thoâng thöôøng, toâi noùng chaûy, ñuùc luoàng phaúng, phöông phaùp phaûn öùng maïng v.v ñaõ ñöôïc thöïc hieän ñeå toång hôïp . Caùc keát quaû cho thaáy khoâng keå caùc tæ leä khaùc nhau cuûa Pb vaø Sb cuõng nhö caùc quy trình laøm laïnh khaùc nhau , vaät lieäu toång hôïp ñeàu laø heä ña pha . Nhöng ñieåm ñaëc bieät laø ôû ñaây caùc on o o giaù trò cuûa Tc vaø Tc quan saùt ñöôïc bieán ñoåi trong phaïm vi raát roäng töø khoaûng 50 K - o on o 140 K . Söï cao baát thöôøng cuûa Tc ôû 140 K ñaõ ñöôïc giaû thieát [3] laø hình thaønh moät “pha môùi “ kí hieäu laø 4441 (Bi3Sb0.8Sr4Ca3.9CuO15+) . Vieäc nghieân cöùu pha taïp Pb + Sb trong sieâu daãn heä BSCCO ñeán nay vaãn tieáp tuïc ñeå giaûi ñaùp nhieàu vaán ñeà nhö : vai troø cuûa Sb trong sieâu daãn nhieät ñoä cao , aûnh höôûng cuûa söï coù maët cuûa “pha môùi “ leân ñaëc tröng sieâu daãn cuûa heä Bi – Pb , baûn chaát cuûa “pha môùi“ Chuùng toâi choïn ñoái töôïng nghieân cöùu laø vaät lieäu sieâu daãn heä BSCCO pha taïp Pb + Sb vôùi hôïp phaàn danh ñònh Bi2–XPbX–Z SbZSr2Ca2Cu3Oy vôùi x = 0.1 ÷ 0.7 .Vôùi muïc ñích nghieân cöùu aûnh höôûng cuûa caùc thoâng soá : aùp suaát neùn maãu , nhieät ñoä vaø thôøi gian nung , tæ leä thaønh phaàn pha taïp leân ñaëc tröng sieâu daãn cuûa vaät lieäu . Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù
Thöïc taäp vaät lyù ñaïi cöông A 1 - 80 - II/ phaàn thöïc nghieäm Qui trình thí nghieäm Caùc maãu sieâu daãn ñöôïc cheá taïo treân cô sôû phaûn öùng traïng thaùi raén thoâng thöôøng cuûa Bi2O3 , PbO , CaCO3 , SrCO3 , vaø CuO vôùi ñoä tinh khieát ≥ 99% . Hoãn hôïp ñöôïc nghieàn troän (theo tæ leä thaønh phaàn danh ñònh ) trong thôøi gian 2 giôø trong coái maõ naõo ; sau ñoù ñöôïc eùp thaønh vieân vôùi aùp suaát neùn töø 1 ÷4 taán/cm2 .Hoãn hôïp vieân ñöôïc nung khoâ (sô boä ) ôû nhieät ñoä 810oC trong moâi tröôøng khoâng khí trong thôøi gian 24h . Sau khi nghieàn troän trung gian , hoãn hôïp ñöôïc eùp vieân vaø ñöôïc nung thieâu keát ôû nhieät ñoä 855 – 870oC trong thôøi gian 96 – 100 giôø trong khoâng khí . Caùc maãu sau khi nung thieâu keát ñöôïc laøm laïnh trong loø ñeán nhieät ñoä 530oC (540oC) thì ñöôïc uû ôû nhieät ñoä naøy trong 48 giôø . Sau ñoù ñöôïc laøm laïnh trong loø ñeán nhieät ñoä phoøng . Ñieän trôû cuûa caùc maãu ñöôïc ño nhö moät haøm cuûa nhieät ñoä söû duïng kó thuaät 4 cöïc doø chuaån . Tieáp xuùc giöõa caùc cöïc doø vôùi maãu söû duïng boät nhaøo baèng baïc ñeå khoâ trong khoâng khí . Heä ño ñieän trôû cuûa khoa Vaät lyù, tröôøng Ñaïi hoïc Khoa hoïc töï nhieân – Ñaïi hoïc quoác gia Haø noäi vaø ñöôïc kieåm nghieäm laïi treân heä ñieän trôû chuùng toâi ñaõ cheá taïo taïi Khoa Vaät lyù tröôøng Ñaïi hoïc Ñaø laït . Caùc phaân tích nhieãu xaï tia X ñöôïc thöïc hieän treân heä ño SIEMEN D5000 taïi phoøng thí nghieäm tia X , Vieän Khoa hoïc vaät lieäu , Trung taâm khoa hoïc töï nhieân vaø coâng ngheä quoác gia Haø Noäi . III/ Keát quaû vaø thaûo luaän 1- Keát quaû ño ñieän trôû 2- Keát quaû phaân tích XRD Töø caùc phoå nhieãu xaï tia X thu ñöôïc ,keát quaû phaân tích pha ñònh tính nhö sau : + Maãu A1 : tæ löôïng pha 2223 ( Bi1.6Pb0.4Sr2Ca2Cu3O vaø Bi1.9Pb0.13Sr1.98Ca1.98Cu3O10 ) khaù lôùn vaø caùc hôïp chaát Bi2(CO)3O2 , CaCO3 + Maãu C : tæ löôïng pha 2223 Bi1.6Sr2Ca2Cu3O , 2234 Bi2.3Sr1.7CuO vaø Ca3Sb2O4 + Maãu D : tæ löôïng pha 2223 (Bi1.9Pb0.13Sr1.98Ca1.98Cu3O10 ) khaù maïnh , moät phaàn (2212) (BiO)2Sr2CaCu2O6 vaø caùc hôïp chaát Ca2Cu7Sr3Ox , Sr2Pb O4 , Pb2Sr2O7 , Bi2O3 . + Maãu E : Phaàn lôùn laø pha 2223(Bi1.9Pb0.13Sr1.98Ca1.98Cu3O10 ) , caùc hôïp chaát CaCO3 , Bi3Sr13Ca2Cu4Oz , Cu0.73Pb2.03Sr3O7.7 , Sb , Ca3Sr2O6 , + Maãu F1 : phaàn lôùn pha 2223 (Bi1.9Pb0.13Sr1.98Ca1.98Cu3O10 vaø Bi1 6Pb0.4Sr2Ca2Cu3Ox) , caùc hôïp chaát Ca2Cu7Sr3Ox , Bi2Sr2CuOx (2201) , Pb2O3 , Sb2O5 + Maãu B, L, I : khoâng thaáy xuaát hieän pha sieâu daãn naøo, chæ coù caùc hôïp chaát Bi4Sr3Ca3Cu4Ox , Bi2O2,75 , Bi2Sr3Cu2O8 , CaCO3 , Bi2O2CO3 . + Maãu H : Tæ löôïng caû 2 pha 2212 vaø 2223 ñeàu lôùn, caùc taïp chaát coøn laïi ít laø Sb2O4 , CaCu , B10Ca11 Ngoaøi caùc maãu treân ñaây , vôùi aùp suaát neùn maãu < 2 taán / cm2 caùc maãu ñeàu nöùt vôõ hay bieán daïng sau khi nung sô boä ( neáu P < 1 taán / cm2) hoaëc nöùt vôû hay bieán daïng sau khi thieâu keát. Nhö vaäy theo caùc thí nghieäm cuûa chuùng toâi , truøng hôïp vôùi caùc coâng trình nghieân cöùu [4] vôùi aùp suaát thaáp hôn 2 taán / cm2 caùc maãu ñeàu bò nöùt vôõ hoaëc bieán daïng Traàn Kim Cöông Khoa Vaät lyù