MỘT SỐ BÀI THỰC HÀNH VẬT LÝ LỚP 12 Bài thực hành số 1 XÁC ĐỊNH CHU KÌ DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC ĐƠN VÀ ĐO GIA TỐC TRỌNG TRƯỜNG I. Mục đích - Khảo sát ảnh hưởng của biên độ, khối lượng của quả nặng và độ dài của dây treo đối với chu kì dao động của con lắc đơn. - Xác định gia tốc trọng trường g tại nơi làm thí nghiệm bằng con lắc II. Lí thuyết - Con lắc đơn gồm một vật nặng có kích thước nhỏ, khối lượng m, được treo ở đầu một sợi dây mềm không dãn có độ dài l và có khối lượng không đáng kể. Với các dao động nhỏ thì con lắc đơn dao động với chu kỳ (7.1) - Tại các vị trí khác nhau trên Trái Đất, gia tốc trọng trường có giá trị khác nhau. Việc xác định gia tốc trọng trường tại nơi làm thí nghiệm có ý nghĩa quan trọng. Trong khoa học và đời sống có nhiều phương pháp khác nhau để xác định gia tốc trọng trường. Trong bài thực hành này ta xác định gia tốc trọng trường g bằng con lắc đơn theo công thức (7.2) III. Dụng cụ và lắp đặt 1. Dụng cụ thí nghiệm Đế ba chân bằng sắt, có hệ vít chỉnh cân bằng. Giá đỡ bằng nhôm, cao 75cm, có thanh ngang treo con lắc. Thước thẳng dài 700 mm gắn trên giá đỡ. Ròng rọc bằng nhựa, đường kính D 5 cm, có khung đỡ trục quay. Dây làm bằng sợi tổng hợp, mảnh, không dãn, dài 70 cm. Viên bi thép có móc treo. Cổng quang điện hồng ngoại, dây nối và giắc cắm 5 chân. Đồng hồ đo thời gian hiện số, có hai thang đo 9,999 s và 99,99 s. Thanh ke 2. Lắp đặt thí nghiệm Sơ đồ thí nghiệm được trình bày trên hình 7.1 Hình 7.1. Bộ thiết bị thí nghiệm khảo sát dao động của con lắc đơn 2 1 3 6 5 4 7 8 9 IV. Tiến hành thí nghiệm 1. Khảo sát ảnh hưởng của biên độ lên chu kỳ dao động của con lắc đơn Nối cổng quang điện với cổng A của đồng hồ đếm thời gian hiện số, sử dụng thang đo ở vị trí 9,999 s. Cắm phích lấy điện của đồng hồ đo thời gian vào nguồn điện 220V, bật công-tắc K trên mặt đồng hồ để các chữ số hiển thị trên cửa sổ Thời gian. Treo viên bi (6) có khối lượng m1 = 50 g vào đầu dưới của sợi dây (5). Vặn các vít của đế ba chân, điều chỉnh cho giá đỡ cân bằng thẳng đứng. Đặt thanh ke (9) áp sát cạnh của giá đỡ tại vị trí (thấp hơn đáy viên bi) ứng với độ dài L trên thước (3). Quay ròng rọc để thả dần sợi dây cho tới khi đáy của viên bi vừa tiếp xúc với cạnh ngang của thanh ke. Gọi r là bán kính viên bi, độ dài l của con lắc đơn là l = L - r Điều chỉnh để con lắc đơn này có độ dài l1 =50 cm. Dịch chuyển cổng quang điện đến vị trí sao cho cửa sổ của nó nằm trên mặt phẳng ngang với vị trí của tâm viên bi và cách tâm viên bi một khoảng A1 = 3 cm. Kéo viên bi đến vị trí đối diện cửa sổ của cổng quang điện, rồi buông tay thả cho con lắc đơn dao động không vận tốc đầu. Khi đó con lắc đơn dao động với biên độ góc bằng α1 Sau vài dao động, bấm nút RESET trên mặt đồng hồ đo thời gian hiện số để tiến hành đo n (có thể chọn n = 10) dao động toàn phần của con lắc đơn. Ghi giá trị đo được trong mỗi lần đo vào bảng 7.1. Giữ nguyên khối lượng m1 và độ dài l1 = 50 cm của con lắc đơn. Thực hiện phép đo trên đây với các giá trị A khác nhau rồi ghi tiếp vào bảng 7.1. Từ các kết quả thu được trong bảng 7.1, rút ra kết luận về chu kỳ của con lắc đơn dao động với biên độ nhỏ. 2. Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng lên chu kì của con lắc đơn Giữ nguyên độ dài l1 = 50 cm. Thêm quả nặng để thay đổi khối lượng con lắc. Điều chỉnh dây treo để chiều dài con lắc không đổi. Đo thời gian con lắc thực hiện n dao động toàn phần với biên độ đủ nhỏ (theo kết quả phần trên). Ghi các kết quả trong mỗi lần đo vào bảng 7.2. Từ các kết quả thu được trong bảng 7.2, rút ra kết luận về khối lượng của con lắc đơn dao động với biên độ nhỏ. 3. Khảo sát ảnh hưởng của độ dài lên chu kì dao động của con lắc đơn Giữ nguyên khối lượng 50 g. Điều chỉnh dây treo để con lắc dao động với các độ dài dây khác nhau, xác định thời gian n dao động toàn phần để xác định chu kì T. Ghi kết quả vào bảng 7.3. Dùng các kết quả trong bảng 7.3: - vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của T và chiều dài con lắc. Rút ra nhận xét. - vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của T2 và chiều dài con lắc. Rút ra nhận xét. Từ các đồ thị, kết luận về chiều dài của con lắc đơn dao động với biên độ nhỏ. V. Các điểm cần chú ý Cần tìm hiểu kĩ về nguyên lí làm việc của cổng quang điện và đồng hồ đếm thời gian hiện số để khắc phục những sự cố do chúng gây ra. Thông thường cần kiểm tra xem con lắc dao động có cắt tia quang học trong cổng quang điện hay không, đặt đồng hồ đúng MODE và cắm đúng cổng. VII. Báo cáo kết quả thực hành THỰC HÀNH XÁC ĐỊNH CHU KÌ DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC ĐƠN VÀ GIA TỐC TRỌNG TRƯỜNG Họ và tên:................................................Lớp:..............Nhóm:.................... Ngày làm thực hành:.................................................................................... Viết báo cáo theo các nội dung sau: 1. Mục đích . . 2. Tóm tắt lí thuyết Thế nào là con lắc đơn . . Con lắc đơn dao động với chu kỳ . . Công thức xác định gia tốc trọng trường nhờ con lắc đơn . . . . 3. Kết quả a. Khảo sát ảnh hưởng của biên độ đối với chu kỳ của con lắc đơn Bảng 7. 1 m = 50 g, l = 50 cm A cm Góc lệch αo Thời gian n dao động s T s A1 = 3 A2 = A3 = A4 = Kết luận về chu kỳ của con lắc đơn dao động với biên độ nhỏ . . b. Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng đối với chu kỳ của con lắc đơn Bảng 7. 2 l = 50 cm, A = .........cm m (g) Thời gian n dao động (s) Chu kì T (s) A1 = A2 = A3 = A4 = Kết luận về khối lượng của con lắc đơn dao động với biên độ nhỏ . . c. Khảo sát ảnh hưởng của chiều dài đối với chu kỳ của con lắc đơn Bảng 7.3 Chiều dài l cm Thời gian n dao động s Chu kì T s s2 A1 = A2 = A3 = A4 = T l - Vẽ đồ thị T phụ thuộc l Từ đồ thị, nhận xét về ảnh hưởng của chiều dài lên chu kỳ của con lắc đơn . . - Vẽ đồ thị T2 phụ thuộc l T2 l Từ đồ thị, nhận xét thấy . . Suy ra Với Gia tốc trọng trường tại nơi làm thí nghiệm 4. Trả lời các câu hỏi Câu 1. Sự khác nhau giữa hai cách đo chu kì T của con lắc đơn . . Câu 2. Công thức tính sai số là . . Bài thực hành số 2 KHẢO SÁT ĐOẠN MẠCH XOAY CHIỀU CÓ R, L, C MẮC NỐI TIẾP I. Mục tiêu Thông qua bài thực hành, học sinh xác định được các thông số đặc trưng cho đoạn mạch xoay chiều có các linh kiện: điện trở, cuộn cảm và tụ điện mắc nối tiếp. Đồng thời học sinh biết thực hiện mạch cộng hưởng điện, một hiện tượng được ứng dụng rất nhiều trong kĩ thuật. II. Cơ sở lí thuyết 1. Các thông số trong mạch điện xoay chiều có RLC mắc nối tiếp a b c Uac, 6V, 50Hz R L, r a b c Uad, 6V, 50Hz d R L C Mắc linh kiện theo sơ đồ trên, với hai trường hợp không có tụ điện C và có tụ điện C. Dùng đồng hồ vôn đo các điện áp trên mạch điện thứ nhất với các vị trí như sau: Uab, Ubc, Uac. Vẽ giản đồ Frenen với các véc tơ tương ứng các điện áp Uab, Ubc, Uac. Uab =I.R Ubc =I.Zbc Uac = I.Zac Đoạn bh mô tả điện áp trên điện trở thuần của cuộn dây, tức Ubh = I.r. Mà điện trở R và điện trở thuần r mắc nối tiếp nhau, nên ta có: a b c IZac IR IZbc IwL h Tương tự, ta có: Ta có thể dùng thước đo độ dài các đoạn thẳng trên giản đồ Frenen để xác định các đại lượng r và L trong sơ đồ mạch không có tụ điện. Đối với mạch có đủ các phần tử R, L và C, ta cần xác định các đại lượng L, r, C và công suất tiêu thụ P. Trong trường hợp này cần đo các điện áp Uab, Ubc, Uac, Uad và cũng lập giản đồ Frenen như hình sau: a c b d h I.Zac I.R I.Zbc IwL I/wC I.r j a b c Uad, 6V, 50Hz d R L C Các véc tơ có độ lớn tương ứng với các điện áp Uab, Ubc, Uac, Uad đo được trên mạch. Ta sẽ có: Xác định độ lệch pha của cường độ dòng điện I với các điện áp Uab, Ubc, Uac, Uad bằng thước đo góc giữa các véc tơ trên giản đồ frenen. Công suất P = UadIcosj, với I = Uab/R Công suất toả nhiệt P' = (R+r).I2. 2. Hiện tượng cộng hưởng: Nếu giữ nguyên điện áp hiệu dụng U giữa hai đầu đoạn mạch và thay đổi tần số w sao cho , thì sẽ có hiện tượng cộng hưởng, khi đó tổng trở của mạch đạt giá trị cực tiểu, tức là Zch = Zmin = R. Cường độ hiệu dụng của dòng điện trong đoạn mạch đạt cực đại Các điện áp tức thời giữa hai đầu tụ và cuộn cảm bằng nhau và ngược pha nhau, nên triệt tiêu nhau, do vậy điện áp hai đầu R bằng hai đầu đoạn mạch. Cường độ dòng điện biến đổi đồng pha với điện áp hai đầu đoạn mạch. III. Dụng cụ thí nghiệm - Hộp dụng cụ gồm bảng lắp ráp mạch điện cùng các linh kiện: cuộn dây, tụ điện, điện trở cùng các dây nối. - Bộ nguồn xoay chiều. - Máy phát tần số - Đồng hồ đo điện đa năng hiện số DT9205A. IV. Tiến hành thí nghiệm 1. Xác định các thông số của mạch điện a b c Uac, 6V, 50Hz R L, r - Cắm linh kiện lên bảng lắp ráp theo sơ đồ lí thuyết, trong mạch có hai phần tử: Cuộn dây và điện trở. - Nối dây nguồn cung cấp điện xoay chiều 6V, 50Hz cho mạch điện. - Dùng đồng hồ vôn đo điện áp tại các chốt của linh kiện và điền vào bảng sau. Uab (3 lần đo) Ubc(3 lần đo) Uac(3 lần đo) R1 = 10W R2 = 680W Tương tự cho trường hợp có thêm tụ điện C a b c Uad, 6V, 50Hz d R L C Đo các điện áp và điền vào bảng sau R = 10W Uab(3 lần đo) Ubc(3 lần đo) Uac(3 lần đo) Uad(3 lần đo) C1 = 1mF C1 = 2mF C1 = 4mF 2. Khảo sát hiện tượng cộng hưởng - Nối các linh kiện theo mạch sau. 3V~, 10 - 500Hz 10W L 20mF A - Chọn thang ampe mức 200mA. - Dùng máy phát tần số, chọn mức điện áp khoảng 3V, tần số điều khiển trong khoảng 10Hz đến 500Hz. - Điều chỉnh tần số từ 10Hz trở lên, để tìm giá trị cực đại của dòng điện, tức dòng cộng hưởng (dòng tăng dần sau đó giảm dần). - Khi đạt dòng cực đại, dùng đồng hồ để đo điện áp giữa hai đầu các linh kiện và hai đầu đoạn mạch. - Xác định tổng trở thuần của điện trở và cuộn dây, và nghiệm lại biểu thức U = Imax.R. R=10W, L Imax U f UR UL UC C=20mF C=40mF C=10mF - Vẽ đường cong cộng hưởng cho các trường hợp tụ khác nhau, dùng bảng số lệu sau: f(Hz) I(mA) V. Các điểm cần lưu ý - Các biểu thức tính toán ở trên đối với L và C là ứng với tần số 50Hz, nếu thay đổi tần số, cần thay 3,14 bằng 2pf với f là tần số đọc được trên bộ nguồn xoay chiều. - Cuộn dây có điện trở thuần khá lớn (khoảng từ 20W đến 85, tùy theo nhà sản xuất), nên khi đo điện áp hai đầu điện trở và hai đầu đoạn mạch sẽ khác nhau khá xa (theo lí thuyết thì chúng bằng nhau khi cộng hưởng, đó là với điều kiện điện trở cuộn dây bé có thể bỏ qua). - Đồng hồ đo điện đa năng hiện số DT9205A, có thêm nút DH là dùng để dừng giá trị hiển thị trên đồng hồ (vì giá trị hiển thị nhiều lúc không ổn định, nên chờ cho đến lúc số hiển thị thay đổi với biên độ nhỏ nhất là được). Ví dụ, xử kết quả đo được như sau để vận dụng: R=10W, L Imax U fch UR UL,r UC C=3mF mA 3,77V 280Hz 0,53V 9,6V 9,1V C=4mF C=1mF Dùng giản đồ Frenen để xử lí số liệu thu được UC =9,1V UL=9,1V UL,r=9,6V Ur =3,2V UR =0,53V - Cuộn dây có điện trở thuần khá lớn (khoảng r =31W). - Cần phải hiểu điện áp hai đầu điện trở thuần là của điện trở R và điện trở r của cuộn dây, trong trường hợp này điện trở thuần là 10 + 31 = 41W. Theo phân tích UAB = UR + Ur = 0,53 + 3,2 = 3,73 V so sánh được với 3,77V - Vẽ đường cong cộng hưởng cho các trường hợp tụ khác nhau. Đường cong sẽ có dạng: f I - Khi thực hiện khảo sát hiện tượng cộng hưởng, có thể dùng bộ nguồn 6V, 50Hz cố định, lúc đó muốn xác định giá trị cực đại của dòng, có thể điều chỉnh lõi của cuộn cảm. - Nếu thời gian không cho phép, chỉ khảo sát hiện tượng cộng hưởng. VI. Câu hỏi mở rộng 1. Điện trở thuần của cuộn dây có thể bỏ qua trong thí nghiệm này được không? 2. Trong mạch RLC mắc nối tiếp, khi tăng tần số thì các giá trị của phép đo hiệu điện thế hai đầu các linh kiện là UR, UL, UC thay đổi như thế nào? 3. Cho sơ đồ mạch điện như hình sau, khung dao động RLC (R là điện trở thuần của cuộn dây) được nối với các nguồn tín hiệu có các tần số tương ứng là f1, f2, .fn. Nếu điều chỉnh tụ C để cho mạch cộng hưởng với tín hiệu fi nào đó, thì tín hiệu ở lối ra sẽ thay đổi như thế nào so với lối vào? Giải thích? f1, f2, .fn Ra L Vào C VII. Báo cáo thực hành THỰC HÀNH KHẢO SÁT ĐOẠN MẠCH XOAY CHIỀU CÓ R, L, C MẮC NỐI TIẾP Họ và tên:................................................Lớp:..............Nhóm:.................... Ngày làm thực hành:.................................................................................... Viết báo cáo theo các nội dung sau: Tóm tắt lí thuyết: Vẽ sơ đồ của các mạch dùng để khảo sát Nêu tóm tắt cách sử dụng vôn kế xoay chiều và phương pháp dùng giản đồ Frenen để xác định các trị số L, r, C, Z và cosj của cả đoạn mạch. Chuẩn bị dụng cụ và lắp ráp bài thí nghiệm Các dụng cụ cần lựa chọn và cách kiểm tra chúng. Thứ tự thao tác lắp ráp mạch điện. Cách sử dụng máy phát tần số để xác định số liệu cho đường cong cộng hưởng Bảng số liệu thực hành R=10W, L Imax U f UR UL UC C=20mF C=40mF C=10mF f(Hz) I(mA) Kết quả theo yêu cầu của bài thí nghiệm Dùng số liệu trên bảng để vẽ giản đồ frenen Dùng compa và thước thực hiện xác định số liệu theo yêu cầu của bài. Tính toán ra các trị số của L, r, C, Z và cosj của cả đoạn mạch. Vẽ đồ thị của đường cong cộng hưởng Nhận xét chung về bài thí nghiệm Số liệu tính toán có phù hợp với lí thuyết không. Khó khăn khi thực hiện bài thí nghiệm này là gì. Gợi ý thí nghiệm nâng cao QUAN SÁT SỰ LỆCH PHA GIỮA CƯỜNG ĐỘ DÒNG ĐIỆN VÀ HIỆU ĐIỆN THẾ CỦA DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU QUA CÁC LINH KIỆN R, C, L Các mạch điện khảo sát như sau A V R a) A V C b) A V L c) Dụng cụ và các bước thực hành Dụng cụ gồm: - Máy phát tín hiệu, chọn mức 3V-3Hz. - Bảng mạch lắp ráp. - Các linh kiện diện trở, tụ điện, cuộn cảm. - Vôn kế chỉ thị kim V và điện kế G chỉ thị kim đóng vai trò ampe kế. - Các dây nối. Các bước thực hiện: - Nối mạch điện theo các sơ đồ trên. - Cấp tín hiệu cho mạch điện, bằng cách bật công tắc nguồn tín hiệu và điều chỉnh các thông số điện áp và tần số khoảng 3V, 3Hz. - Quan sát kim của điện kế và vôn kế để xác định pha của của điện áp và dòng điện lệch nhau như thế nào. Lưu ý Vì các kim chuyển động sớm hay muộn chỉ trong thời gian rất ngắn, nên tập trung quan sát kĩ để có kết luận đúng. Hãy cho biết lí do với cuộn dây rất khó quan sát độ lệch pha. Hãy tìm chọn cuộn dây có số vòng thích hợp, điện trở thuần bé và có lõi sắt bên trong để thực hiện xem có quan sát được độ lệch pha hay không. Bài thực hành số 3 XÁC ĐỊNH BƯỚC SÓNG ÁNH SÁNG I. Mục đích - Quan sát hiện tượng giao thoa của ánh sáng trắng qua khe Y-âng. Hiểu được hai phương án xác định bước sóng ánh sáng - Xác định bước sóng của ánh sáng đơn sắc dựa vào hiện tượng giao thoa của ánh sáng đơn sắc qua khe Y-âng - Rèn luyện kỹ năng lựa chọn và sử dụng các dụng cụ thí nghiệm để tạo ra hệ vân giao thoa II. Cơ sở lí thuyết. Hình 1a Hình 1b Sơ đồ thí nghiệm giao thoa khe Y-âng (H.1a); Hệ vân giao thoa trên màn (H. 1b) - Khi hai sóng ánh sáng đơn sắc phát ra từ hai nguồn kết hợp giao nhau thì có hiện tượng giao thoa. Khoảng vân ( khoảng cách giữa hai vân sáng hoặc hai vân tối cạnh nhau ) , trong đó là bước sóng của ánh sáng đơn sắc, D là khoảng cách từ khe Y-âng đến màn quan sát và a là khoảng cách giữa hai khe Nếu đo được i, D và a thì bước sóng của ánh sáng đơn sắc được xác định theo công thức - Vì ánh sáng trắng là tập hợp của vô số ánh sáng đơn sắc khác nhau và khoảng vân phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng, nên khi hai chùm ánh sáng trắng giao nhau, ta sẽ quan sát thấy trên màn có nhiều hệ vân giao thoa của các sóng ánh sáng đơn sắc và chúng không trùng khít nhau III. Dụng cụ thí nghiệm Bài thực hành này được đưa ra hai phương án thí nghiệm để lựa chọn. Nhiều trường phổ thông có các thiết bị thí nghiệm phù hợp với phương án 1 (sử đèn laze bán dẫn), do đó yêu cầu học sinh thực hành theo phương án này. Phương án thí nghiệm 2 được đưa vào phần đọc thêm. Tuy nhiên, nếu các trường có bộ thí nghiệm kính giao thoa là một hệ đồng trục dùng nguồn ánh sáng trắng, thì có thể thực hành theo phương án 2 (được trình bày trong mục IV) Phương án 1: dùng đèn laze bán dẫn Hình 2: Bộ thí nghiệm xác định bước sóng ánh sáng laze bán dẫn * Dụng cụ thí nghiệm - Đèn laze bán dẫn 1 5 mW - Tấm chứa khe Y-âng gồm 2 khe hẹp, song song, cách nhau a = 0,4 mm - Màn hứng vân giao thoa - Các đế để đặt đèn, tấm chứa khe Y-âng và màn hứng vân giao thoa - Thước cuộn chia đến milimet IV. Các bước tiến hành thí nghiệm 1) Phương án 1: dùng đèn laze bán dẫn Tìm hiểu kĩ cấu tạo của hệ đồng trục này. a. Bước 1. Cố định đèn laze và tấm chứa khe Y-âng lên giá đỡ - Nối đèn vào nguồn điện xoay chiều 220V và điều chỉnh tấm chứa khe Y-âng sao cho chùm tia laze phát ra từ đèn chiếu đều vào khe Y-âng kép. - Đặt màn hứng vân song song và cách tấm chứa khe Y-âng kép khoảng 1m để làm xuất hiện trên màn hệ vân giao thoa rõ nét. - Dùng thước đo khoảng cách D1 từ khe Y-âng tới màn và khoảng cách l1 giữa 6 vân sáng hoặc 6 vân tối liên tiếp. Điền các giá trị D1, l1 vào bảng số liệu 1. Tính, ghi vào bảng số liệu khoảng vân và bước sóng ánh sáng laze theo công thức b. Bước 2. Lặp lại bước thí nghiệm trên ứng với hai giá trị D lớn hơn D1 bằng cách dịch chuyển màn hứng vân giao thoa - Tính , ghi các kết quả thu được vào bảng số liệu 1 Bảng 1: Xác định bước sóng ánh sáng laze Lần thí nghiệm D (mm) l (mm) 1 2 3 Tính dùng các công thức: ; , trong đó chỉ số k biểu diễn lần đo thứ k, N là số lần đo (lấy N = 3) - Đưa ra nhận xét 2) Phần đọc thêm: phương án 2: Sử dụng kính giao thoa là một hệ đồng trục, nguồn ánh sáng trắng Hình 3: Sơ đồ kính giao thoa 2.1. Dụng cụ thí nghiệm: Kính giao thoa là một hệ đồng trục gồm các bộ phận sau: - Nguồn sáng: Đèn pin 3V – 1,5W (1) - Ống hình trụ L1 chứa các khe gồm + Đĩa tròn (2) có khe hẹp S dọc theo đường kính đĩa và được gắn cố định ở đầu ống + Đĩa tròn (3) nằm ở đầu kia của ống, có hai khe S1, S2 rộng mm, song song với khe S, cách nhau 0,25 mm. Đĩa (3) được gắn vào mặt phẳng của một thấu kính hội tụ có tiêu cự bằng khoảng cách từ đĩa (2) tới đĩa (3) - Ống quan sát hình trụ L2 có đường kính bằng đường kính ống L1, gồm: + Kính lúp (5) nằm ở đầu ống, đóng vai trò là một thị kính + Màn hứng vân giao thoa (4) là một đĩa trong suốt, có thước chia đến mm để đo khoảng vân, nằm ở gần tiêu diện của kính lúp. Vị trí của màn hứng vân được đánh dấu bằng vạch M ở bên ngoài ống L2 Đèn và ống L1 được gắn khít đồng trục trong ống định hướng L3 sao cho dây tóc bóng đèn nằm song song với các khe. Ở thành ống L3 có khe L nằm trước đĩa tròn (2) để lắp kính lọc sắc và có vạch đánh dấu vị trí K của hai khe S1, S2. Ống quan sát L2 lồng khít trong ống định hướng L3 và có thể dịch chuyển được dọc theo ống L3 để thay đổi khoảng cách từ hai khe (3) tới màn (4) - Kính lọc sắc màu đỏ và kính lọc sắc màu xanh - Thước chia đến milimet 2.2. Các bước tiến hành thí nghiệm Tìm hiểu kĩ cấu tạo của hệ đồng trục này Bước 1. Xác định bước sóng của ánh sáng đỏ - Đặt kính lọc sắc màu đỏ vào khe L và bật công tắc đèn pin - Đặt mắt nhìn hệ vân giao thoa qua kính lúp (5) và xoay nhẹ ống quan sát L2 sao cho các vạch chia trên thước ở màn (4) song song với các vân giao thoa. - Dịch chuyển ống L2 ( kéo ra hoặc đẩy vào ) tới khi điểm giữa của tất cả các vân sáng hoặc tất cả các vân tối trùng với các vạch chia trên thước. Khi đó khoảng vân i = 0,1mm - Dùng thước đo khoảng cách D1 = KM từ khe Y-âng tới màn và ghi vào bảng số liệu 2 - Xê dịch ống quan sát L2 hai lần để tìm vị trí của màn mà ta cho rằng các vạch chia trên thước ở màn trùng với điểm giữa của các vân sáng hoặc các vân tối. Dùng thước đo D2, D3 tương ứng và ghi vào bảng số liệu 2. Bước 2. Xác định bước sóng của ánh sáng xanh. - Lặp lại các bước thí nghiệm trên với kính lọc sắc màu xanh - Các số liệu thí nghiệm xác định bước sóng của ánh sáng đỏ và bước sóng của ánh sáng xanh đều đưa vào bảng số liệu 2 Lấy a = 0,250mm 0,005mm; i = 0,100mm 0,005mm Bảng 2: Số liệu thí nghiệm dùng kính giao thoa là một hệ đồng trục Lần thí nghiệm D1 (mm) D2 (mm) D3 (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) Ứng với kính lọc sắc đỏ Ứng với kính lọc sắc xanh - Tính theo các công thức: ; trong đó Dk là giá trị lần đo thứ k; N là số lần thí nghiệm (thực hiện thí nghiệm 3 lần cho mỗi loại kính lọc sắc) ; - Mô tả hệ vân giao thoa của hai chùm ánh sáng trắng và giải thích kết quả quan sát được - Mô tả sự thay đổi của hệ vân sau khi thay đổi D V. Các vấn đề cần chú ý 1. Chú ý dùng đèn laze bán dẫn - Không được nhìn trực tiếp vào đèn laze vì dễ hỏng mắt - Hệ vân giao thoa được quan sát trực tiếp trên màn hình mà không cần phải quan sát qua thị kính. 2. Chú ý dùng kính giao thoa là một hệ đồng trục, nguồn ánh sáng trắng: (Đối với phần đọc thêm thuộc phương án 2) Đèn và ống L1 được gắn khít đồng trục trong ống định hướng L3 sao cho dây tóc bóng đèn nằm song song với các khe. Ở thành ống L3 có khe L nằm trước đĩa tròn (2) để lắp kính lọc sắc và có vạch đánh dấu vị trí K của hai khe S1, S2. Ống quan sát L2 lồng khít trong ống định hướng L3 và có thể dịch chuyển được dọc theo ống L3 để thay đổi khoảng cách từ hai khe (3) tới màn (4). Để đảm bảo sự đồng trục trong quá trình làm thí nghiệm, ống định hướng L3 cần được giữ cố định, điều chỉnh ống L2 sao cho các vạch chia của thước trên màn (4) có phương thẳng đứng (mặt phẳng của màn (4) song song với mặt phẳng của hai khe S1, S2). - Sai số của kết quả thí nghiệm phụ thuộc rất nhiều vào kĩ năng thí nghiệm, vào thị lực khi quan sát vân giao thoa. Hãy điều chỉnh sao cho hệ vân to và rõ tới khi điểm giữa của tất cả các vân sáng hoặc tất cả các vân tối trùng với các vạch chia trên thước. Khi đó khoảng vân i = 0,1mm thì hãy đo khoảng cách D VI. Câu hỏi mở rộng Trong phương án 1, vì sao phải đặt màn hứng vân giao thoa song song với tấm chứa khe Y-âng ? Nếu đặt nghiêng một góc 450 thì có ảnh hưởng gì đến thí nghiệm ? Trong phương án 2, vì sao phải điều chỉnh dây tóc bóng đèn nằm song song với các khe? Nếu đặt vuông góc thì sao ? Quan sát hiện tượng giao thoa của hai chùm ánh sáng trắng + Bỏ kính lọc sắc ra khỏi khe L + Đặt mắt nhìn hệ vân giao thoa qua kính lúp (5). Mô tả hệ vân giao thoa quan sát được và giải thích kết quả quan sát này + Nếu thay đổi D, hệ vân sẽ thay đổi như thế nào? Tiến hành thí nghiệm kiểm tra dự đoán + Tại sao thấu kính hội tụ được gắn ở đĩa (3) người ta chọn tiêu cự của nó bằng khoảng cách từ đĩa (2) tới đĩa (3) ? VII. Báo cáo thực hành THỰC HÀNH XÁC ĐỊNH BƯỚC SÓNG ÁNH SÁNG Họ và tên:................................................Lớp:..............Nhóm:.................... Ngày làm thực hành:.................................................................................... Viết báo cáo theo các nội dung sau: 1. Mục đích thực hành .. .. 2. Tóm tắt lí thuyết Phương án 1: dùng đèn laze bán dẫn Hình vẽ 1.............................................................................................................. .. Công thức tính............................................................................................................ .. 3. Kết quả Bảng 1: Xác định bước sóng ánh sáng laze Lần thí nghiệm D (mm) l (mm) 1 2 3 Tính dùng các công thức: ; , trong đó chỉ số k biểu diễn lần đo thứ k, N là số lần đo (lấy N = 3) (dùng quy tắc làm tròn số liệu) - Đưa ra nhận xét Kết luận................................................................................................................. .. Trả lời các câu hỏi Câu 1.................................................................................................................. ................................................................................................................................. Câu 2.................................................................................................................. ................................................................................................................................. Câu 3.................................................................................................................. ................................................................................................................................. Lưu ý: Học sinh vẫn phải trả lời các câu hỏi mở rộng 2 và 3 mặc dù không trực tiếp làm thí nghiệm theo phương án 2 Bài 11 : ĐO BƯỚC SÓNG ÁNH SÁNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP GIAO THOA KHE YOUNG. Mục đích : Quan sát hệ vân giao thoa tạo bởi khe Young, sử dụng chùm tia Laser. Đo bước sóng ánh sáng. Cơ sở lý thuyết: a F1 F2 P D d1 d2 M 0 x E Tia laser là một chùm tia sáng song song, đơn sắc cao, có bước sóng nằm trong khoảng 0,630 – 0,690 mm. Khi chiếu chùm laser vuông góc với màn chắn P có hai khe hẹp song song thì hai khe hẹp này sẽ trở thành hai nguồn kết hợp phát sóng ánh sáng về phía trước. Cách P một khoảng D ta đặt một màn quan sát E song song với P. Trên E ta quan sát được hệ vân giao thoa ( các vân sáng xen kẽ các vân tối). Đo khoảng vân i, khoảng cách D, a ta sẽ tìm được l theo công thức : Dụng cụ thí nghiệm : Nguồn phát tia Laser ( 1 – 5 mW). Loại Laser bán dẫn (He - Ne)có bước sóng nằm trong khoảng 630nm – 690nm. Khe Young . Thước cuộn 3000 m. Thước kẹp. Giá thí nghiệm có gắn thước dài. Một màn hứng E. Nguồn AC/DC 6 – 12V. Lắp ráp thí nghiệm : Bố trí thí nghiệm như hình trên : Khe Young đặt ngay sát sau nguồn Laser. Cấp nguồn DC 6V cho đèn Laser. Nên di chuyển khe Young sao cho hình ảnh giao thoa hiện lên rõ nét trên màn E. Chú ý ánh sáng khi làm thí nghiệm ( không được đứng đối diện với nguồn laser). Di chuyển thanh gắn màn E ra xa và tiến hành đo khoảng vân i trong thí nghiệm ( nên đo khoảng 5 – 6 khoảng vân). Chú ý các thông số a, D trên khe Young và trên thước dài. Lặp lại thí nghiệm 2 – 3 lần và ghi các giá trị thích hợp vào bảng. Kết thúc thí nghiệm: tắt công tắc, rút phích điện, vệ sinh chỗ thí nghiệm. Báo cáo thí nghiệm : Nên đo n khoảng vân trên L chiều dài của màn ( n = 5 ¸6 ). Khi đó, Bảng xác định bước sóng ánh sáng bằng phương pháp giao thoa - Khoảng cách giữa hai khe : a = .(mm). - Độ chính xác của thước milimet: D = .(mm). - Khoảng vân đánh dấu : n = .. Lần đo D (mm) L (mm) l Dl 1 2 3 Giá trị trung bình Viết kết quả của phép đo : Tham khảo thêm: SGK Vật Lý 12 ( Cơ bản) PHƯƠNG ÁN THÍ NGHIỆM Câu 7. Cho các dụng cụ sau: - Hai hộp đen kín có hai điện cực, bên ngoài hoàn toàn giống nhau, bên trong của một hộp có một đèn sợi đốt còn ở hộp kia là một điện trở; - Một nguồn điện (pin hoặc acquy); - Một ampe kế và một vôn kế; - Một biến trở và các dây nối. Hãy trình bày và giải thích một phương án thực nghiệm để xác định hộp nào chứa đèn, hộp nào chứa điện trở. Đáp án câu 7 - Mắc mạch điện khảo sát sự phụ thuộc của I vào U cho từng hộp đen. Từ đó vẽ đường đặc trưng Vôn – Ampe cho từng trường hợp. - Khi có dòng điện chạy qua, nhiệt độ của điện trở tăng không nhiều, nên điện trở ít thay đổi theo nhiệt độ. Vì vậy, đường đặc trưng Vôn – Ampe gần như là đường thẳng. - Khi có dòng điện chạy qua, nhiệt độ của dây tóc bóng đèn rất lớn, nên điện trở của dây tóc bóng đèn thay đổi theo nhiệt độ rất nhiều. Vì vậy, đường đặc trưng Vôn – Ampe có dạng 1 đường cong. - Dựa vào đặc tuyến Vôn – Ampe vẽ được ta xác định đúng từng hộp Câu 10 (2,0 điểm). Cho các dụng cụ sau: - Một máy biến áp - Dây dẫn đủ dài có lớp cách điện - Một vôn kế xoay chiều lí tưởng có nhiều thang đo. - Một nguồn điện xoay chiều ổn định. Hãy trình bày một phương án thí nghiệm để xác định số vòng của mỗi cuộn dây của máy biến áp mà không phải tháo ra đếm số vòng? Vận dụng công thức của máy biến áp: (1) - Để hở mạch thứ cấp, mắc cuộn sơ cấp vào nguồn điện xoay chiều - Dùng vôn kế đo hiệu điện thế giữa hai đầu cuộn sơ cấp U1 và cuộn thứ cấp U2. - Quấn sợi dây nhỏ quanh lõi từ của máy biến áp N3 vòng - Dùng vôn kế đo hiệu điện thế hai đầu cuộn dây vừa quấn, đo được giá trị U3. - Ta sẽ có U3 ứng với N3 vòng dây, từ đó áp dụng công thức (1) tính được số vòng ứng với U1 và U2. Bài 1 Để đo gia tốc trọng trường tại một vị trí trên mặt đất với các dụng cụ gồm: một lò xo nhẹ, thước đo chiều dài, đồng hồ bấm giây, một số vật nhỏ. a. Trình bày cơ sở lý thuyết của cách đo. b. Nêu sơ lược các bước thực hiện. a. Cơ sở lý thuyết : - Ở con lắc lò xo treo thẳng đứng (1) - Khi cân bằng lò xo dãn (2) - Từ (1) và (2) suy ra (3) b. - Đo chiều dài tự nhiên của lò xo bằng thước mét - Treo lò xo thẳng đứng vào một điểm cố định, vật m ở dưới, khi m cân bằng dùng thước mét đo độ dài lò xo, tính độ dãn - Kích thích cho vật m dao động theo phương thẳng đứng, dùng đồng hồ bấm giây đo chu kì dao động T (đo thời gian thực hiện số nguyên lần dao động rồi tính ra T) - Lặp lại các bước trên nhiều lần với nhiều vật rồi lấy các giá trị trung bình của và T - Thay vào công thức (3) tính g - Tính sai số và viết kết quả của phép đo. |
