SKKN xử lý số liệu trong thực hành vật lý và phương pháp giải bài toán thực nghiệm luyện thi THPT quốc gia

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HƯNG YÊN
TRƯỜNG THPT DƯƠNG QUẢNG HÀM
---------

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

XỬ LÝ SỐ LIỆU TRONG THỰC HÀNH VẬT LÝ VÀ
PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN THỰC NGHIỆM LUYỆN THI
TRUNG HỌC PHỔ THÔNG QUỐC GIA

Lĩnh vực : Chuyên môn Vật lý - 04
Người thực hiện : NGUYỄN HUY HOÀNG
Chức vụ : Giáo viên môn Vật lý
Đơn vị: Trường THPT Dương Quảng Hàm

Năm học : 2015 – 2016
BẢN CAM KẾT


I. TÁC GIẢ
Họ và tên: NGUYỄN HUY HOÀNG
Ngày sinh: 25 – 03 - 1981
Giáo viên môn Vật Lý
Đơn vị công tác: Trường THPT Dương Quảng Hàm

II. TÊN SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
Đề tài “ xử lý số liệu trong thực hành vật lý và phương pháp giải bài toán
thực nghiệm luyện thi THPT QG”

III. NỘI DUNG CAM KẾT
Tôi xin cam kết sáng kiến kinh nghiệm này là của bản thân tôi viết,

không sao chép nội dung của người khác. Sáng kiến kinh nghiệm này đã áp
dụng thành công trong giảng dạy tại trường THPT Dương Quảng Hàm.
Văn Giang, ngày 30 tháng 3 năm 2016
Người cam kết

Nguyễn Huy Hoàng

SƠ YẾU LÍ LỊCH


Họ và tên :

Nguyễn Huy Hoàng

Năm sinh :

25 – 03 - 1981

Năm vào ngành :

2003

Năm vào Đảng :

2005

Dân Tộc :

Kinh

Đơn vị công tác :

Trường THPT Dương Quảng Hàm

Chức vụ :

Giáo viên Tổ Lý – Hoá

Trình độ chuyên môn : Đại học Sư phạm
Bộ môn giang dạy :

Vật lý

PHẦN MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài:
Vật lí là một khoa học thực nghiệm, học vật lí trong trường phổ
thông là học tập gắn liền với thực tiễn thông qua các sự vật, hiện tượng vật lí
trong thế giới tự nhiên để giúp HS hiểu biết các quy luật của nó và cùng
chung sống với thực tiễn đời sống xã hội.
Thí nghiệm thực hành (gọi tắt là thí nghiệm) Vật lí trong trường
Trung học phổ thông (THPT) là một trong những mục đích quan trọng giúp
học sinh (HS) hình thành nên những nét nhân cách con người thông qua
những kĩ năng khoa học và các thao tác tư duy logic vật lí, đồng thời qua đó
giúp HS hiểu sâu sắc hơn các khái niệm, hiện tượng vật lí, giải thích được
các hiện tượng vật lí đơn giản đang xảy ra trong thế giới tự nhiên và xung
quang chúng ta.
Thí nghiệm Vật lí trong trường THPT giúp HS củng cố và khắc sâu
những kiến thức, kĩ năng thu được từ thực tiễn và các bài giảng lí thuyết, gắn
lí thuyết với thực hành, học đi đôi với hành, giúp HS tin tưởng vào các chân
lí khoa học.

Bộ giáo dục và đào tạo đã nhận định lấy công tác kiểm tra đánh giá
làm khâu then chốt để thực hiện đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào
tạo. Theo đó, trong các kỳ thi trung học phổ thông quốc gia ( THPT QG),
môn vật lý đã có hàm lượng nhất định các câu hỏ, bài tập về thí nghiệm,


thực hành, sử lý sai số, cách ghi kết quả từ thực nghiệm, .... Với học sinh
THPT thì đây là một trong những nội dung mới, khó và thường là làm qua
loa cho xong.
Nhằm từng bước hình thành kỹ năng giải quyết các vấn đề liên quan đến
thực nghiệm, thực hành trong các kỳ thi THPT QG , tôi chọn đề tài :” XỬ
LÝ SỐ LIỆU TRONG THỰC HÀNH VẬT LÝ VÀ PHƯƠNG PHÁP
GIẢI BÀI TOÁN THỰC NGHIỆM LUYỆN THI TRUNG HỌC PHỔ
THÔNG QUỐC GIA” để dạy học sinh lớp 12 trường THPT Dương Quảng
Hàm ôn thi THPT QG.

2. Tính cấp thiết của đề tài:
Mục đích dạy học ngày nay ở nước ta và trên thế giới không chỉ dừng lại
ở việc truyền thụ cho học sinh những tri thức, kỹ năng mà loài người đã tích
lũy được trước đây, mà còn đặc biệt quan tâm đến việc bồi dưỡng cho học
sinh năng lực sáng tạo ra những tri thức mới, phương pháp mới, cách giải
quyết vấn đề mới phù hợp với hoàn cảnh của mỗi đất nước, mỗi dân tộc. Vì
lẽ đó học vật lý gắn liền với thực nghiệm và liên hệ với thực tế là tất yếu.
Tuy nhiên việc dạy học theo hướng truyền thụ một chiều, cách học thiên
về lý thuyết và cách hỏi thi theo hướng nặng về tính toán đã có từ khá lâu
rồi. Chính vì thế mà những bài toán liên quan đến thực hành, thực nghiệm
trở nên khó khăn đối với học sinh.
Để từng bước khắc phục những khó khăn đó, đề tài “ cách xử lý số liệu
trong thực hành vật lý và phương pháp giải bài toán thực nghiệm luyện thi
THPT QG” giúp người dạy, người học có thêm thông tin, kiến thức chuẩn bị

tốt nhất cho kỳ thi THPT QG sắp tới.
3. Mục đích nghiên cứu:
- Về lý thuyết: Nêu rõ ý nghĩa, vai trò của thí nghiệm thực hành, cơ
sở vật lý để đo các đại lượng vật lý. Đưa ra các cơ sở toán học để xử lý kết
quả đo các đại lượng vật lý,tính sai số của các phép đo và cách ghi kết quả
đo.
- Về thực nghiệm: Đo đặc, sử lý số liệu trong một số bài thực hành
trong chương trình vật lý THPT. Vận dụng kiến thức được trang bị giải một
số bài toán trong các kỳ thi THPT QG.
4. Phương pháp nghiên cứu:
- Tìm hiểu, phân tích, tổng hợp các tài liệu về thực hành thí nghiệm


cho sinh viên các trường đại học sư phạm, các trường kỹ thuật, tài liệu
hướng dẫn giáo viên giảng dạy các bài thực hành trong chương trình vật lý
THPT.
- Nghiên cứu các câu hỏi về thực hành, vận dụng thực tiễn trong các
đề đề thi tốt nghiệp THPT, thi đại học của Bộ Giáo dục và Đào tạo.
- Tổng hợp kinh nghiệm giảng dạy, kinh nghiệm ôn thi đại học - cao
đẳng của bản thân trong các năm học.
- Từ học hỏi kinh nghiệm của các đồng nghiệp trong các đợt tập
huấn, hội thảo sinh hoạt tổ nhóm chuyên môn.
- Tổng hợp kết quả bài thi đại học các năm môn Vật lí các lớp của học
sinh lớp 12 trường THPT Dương Quảng Hàm.
5. Đối tượng và thời gian nghiên cứu:
- Đề tài được áp dụng với học sinh khối 12 Trường THPT Dương
Quảng Hàm
- Thực hiện đề tài từ năm học 2015 – 2016

PHẦN NỘI DUNG
I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT:
1. CHỨC NĂNG CỦA THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH
Theo quan điểm lí luận nhận thức thì thí nghiệm có những chức năng
cụ thể sau đây:
1. Thí nghiệm là phương tiện thu nhận tri thức
Thí nghiệm là một phương tiện quan trọng của hoạt động nhận thức
của con người, thông qua thí nghiệm con người đã thu nhận được những tri
thức khoa học cần thiết nhằm nâng cao năng lực của bản thân để có thể tác
động và cải tạo thực tiễn. Trong học tập thí nghiệm là phương tiện của hoạt
động nhận thức của học sinh, nó giúp người học trong việc tìm kiếm và thu
nhận kiến thức khoa học cần thiết.
2. Thí nghiệm là phương tiện kiểm tra tính đúng đắn của tri thức
Trong khoa học phương pháp thực nghiệm được coi là “hòn đã thử
vàng” của mọi tri thức chân chính. Bởi vậy, có thể nói thí nghiệm có chức
năng trong việc kiểm tra tính đúng đắn của tri thức đã thu nhận.
3. Thí nghiệm là phương tiện để vận dụng tri thức vào thực tiễn
Trong quá trình vận dụng kiến thức vào thực tiễn, vào việc thiết kế và
chế tạo các thiết bị kĩ thuật, người ta gặp phải những khó khăn nhất định do
tính khái quát và trừu tượng của các tri thức cần vận dụng, cũng như bởi tính
phức tạp của các thiết bị kĩ thuật cần chế tạo. Trong trường hợp đó thí
nghiệm được sử dụng với tư cách là phương tiện thử nghiệm cho việc vận
dụng tri thức vào thực tiễn.
4. Thí nghiệm là một bộ phận của các phương pháp nhận thức
Thí nghiệm luôn đóng một vai trò rất quan trọng trong các phương
pháp nhận thức khoa học. Chẳng hạn, đối với phương pháp thực nghiệm, thí
nghiệm luôn có mặt ở nhiều khâu khác nhau: làm xuất hiện vấn đề nghiên
cứu, kiểm tra tính đúng đắn của các giả thuyết. Trong phương pháp mô hình,
thí nghiệm giúp ta thu thập các thông tin về đối tượng gốc làm cơ sở cho
việc xây dựng mô hình. Ngoài ra, đối với mô hình vật chất điều bắt buộc là

người ta phải tiến hành các thí nghiệm thực sự với nó. Cuối cùng, nhờ những


kết quả của các thí nghiệm được tiến hành trên vật gốc tạo cơ sở để đối
chiếu với kết quả thu được từ mô hình, qua đó để có thể kiểm tra tính đúng
đắn của mô hình được xây dựng và chỉ ra giới hạn áp dụng của nó.
2. TÍNH SAI SỐ VÀ XỬ LÍ SỐ LIỆU:
2.1. Định nghĩa phép đo một đại lượng vật lý:
a. Phép đo trực tiếp: Đo một đại lượng vật lí có nghĩa là so sánh nó
với một đại lượng cùng loại mà ta chọn làm đơn vị.
Ví dụ : Dùng thước đo chiều dài, dùng đồng hồ đo thời gian, dùng cân
đo khối lượng, .....
b. Phép đo gián tiếp: Trường hợp giá trị của đại lượng cần đo được
tính từ giá trị của các phép đo trực tiếp khác thông qua biểu thức toán học,
thì phép đo đó là phép đo gián tiếp.
Ví dụ : Đo tốc độ trung bình, đo bước sóng của ánh sáng đơn sắc,...
2.2. Sai số của phép đo:
Khi đo một đại lượng vật lí, dù đo trực tiếp hay gián tiếp, bao giờ ta
cũng mắc phải sai số. Người ta chia thành hai loại sai số như sau:
a. Sai số hệ thống:
Sai số hệ thống xuất hiện do sai sót của dụng cụ đo hoặc do phương
pháp lí thuyết chưa hoàn chỉnh, chưa tính đến các yếu tố ảnh hưởng đến kết
quả đo. Sai số hệ thống thường làm cho kết quả đo lệch về một phía so với
giá trị thực của đại lượng cần đo. Sai số hệ thống có thể loại trừ được bằng
cách kiểm tra, điều chỉnh lại các dụng cụ đo, hoàn chỉnh phương pháp lí
thuyết đo, hoặc đưa vào các số hiệu chỉnh.
b. Sai số ngẫu nhiên:
Sai số ngẫu nhiên sinh ra do nhiều nguyên nhân, ví dụ do hạn chế của
giác quan người làm thí nghiệm, do sự thay đổi ngẫu nhiên không lường
trước được của các yếu tố gây ảnh hưởng đến kết quả đo. Sai số ngẫu nhiên

làm cho kết quả đo lệch về cả hai phía so với giá trị thực của đại lượng cần
đo. Sai số ngẫu nhiên không thể loại trừ được. Trong phép đo cần phải đánh
giá sai số ngẫu nhiên.
2.3. Phương pháp xác định sai số của phép đo trực tiếp:
a) Phương pháp chung xác định giá trị trung bình và sai số ngẫu nhiên:
Giả sử đại lượng cần đo A được đo n lần. Kết quả đo lần lượt là


* Giá trị trung bình của đại lượng A trong n lần đo :
(1)

Số lần đo càng lớn, giá trị trung bình càng gần với giá trị thực A.
* Sai số tuyệt đối trong mỗi lần đo
Các đại lượng:

* Sai số tuyệt đối trung bình của n lần được coi là sai số ngẫu
nhiên:

(2)
* Sai số dụng cụ ΔA’:
● Mỗi dụng cụ có một độ chính xác nhất định. Nếu dùng dụng cụ này
để đo một đại lượng vật lí nào đó thì đương nhiên sai số nhận được không
thể vượt quá độ chính xác của dụng cụ đó. Nói cách khác, sai số của phép đo
không thể nhỏ hơn sai số dụng cụ.
● Tuy nhiên cũng vì một lí do nào đó, phép đo chỉ được tiến hành một
lần hoặc độ nhạy của dụng cụ đo không cao, kết quả của các lần đo riêng lẻ
trùng nhau. Trong trường hợp đó, ta phải dựa vào độ nhạy của dụng cụ để
xác định sai số. Sai số thường được lấy bằng nửa giá trị của độ chia nhỏ
nhất của dụng cụ.
● Khi đo các đại lượng điện bằng các dụng cụ chỉ thị kim, sai số được

xác định theo cấp chính xác của dụng cụ.
Ví dụ: Vôn kế có cấp chính xác là 2. Nếu dùng thang đo 200V để đo hiệu
điện thế thì sai số mắc phải là .
Nếu kim chỉ thị vị trí 150 V thì kết quả đo sẽ là:
● Khi đo các đại lượng điện bằng các đồng hồ đo hiện số, cần phải lựa
chọn thang đo thích hợp.
- Nếu các con số hiển thị trên mặt đồng hồ là ổn định (con số cuối cùng bên
phải không bị thay đổi) thì sai số của phép đo có thể lấy giá trị bằng tích của
cấp chính xác và con số hiển thị.
Ví dụ: đồng hồ hiện số có ghi cấp sai số 1.0% rdg (kí hiệu quốc tế cho dụng
cụ đo hiện số), giá trị điện áp hiển thị trên mặt đồng hồ là: U = 218 V
thì có thể lấy sai số dụng cụ là:


V
Làm tròn số ta có V
• Nếu các con số cuối cùng không hiển thị ổn định (nhảy số), thì sai số
của phép đo phải kể thêm sai số ngẫu nhiên trong khi đo.
Ví dụ: khi đọc giá trị hiển thị của điện áp bằng đồng hồ nêu trên, con số
cuối cùng không ổn định (nhảy số): 215 V, 216 V, 217 V, 218 V, 219 V (số
hàng đơn vị không ổn định). Trong trường hợp này lấy giá trị trung bình U =
217 V. Sai số phép đo cần phải kể thêm sai số ngẫu nhiên trong quá trình đo
V. Do vậy:
V
Chú ý:
• Nhiều loại đồng hồ hiện số có độ chính các cao, do đó sai số phép đo
chỉ cần chú ý tới thành phần sai số ngẫu nhiên.
• Trường hợp tổng quát, sai số của phép đo gồm hai thành phần: sai số
ngẫu nhiên với cách tính như trên và sai số hệ thống (do dụng cụ đo)
* Sai số tuyệt đối của phép đo :

(3)
* Sai số tỷ đối của phép đo :
(4)
Sai số tỷ đối càng nhỏ thì phép đo càng chính xác.
b) Kết quả đo:
(5)

Như vậy, để có kết quả phép đo trực tiếp ta làm như sau:
- Tính giá trị trung bình theo công thức (1)
- Tính các sai số theo công thức (3)
- Kết quả đo được viết như (5)
* Ví dụ: Đo đường kính viên bi 4 lần, ta có kết quả sau:

Giá trị trung bình của đường kính viên bi là:
=
Sai số tuyệt đối trung bình tính được là


=
Kết quả:
2.4. Phương pháp xác định sai số của phép đo gián tiếp:
a) Phương pháp chung
Giả sử đại lượng cần đo A phụ thuộc vào các đại lượng x, y, z theo
hàm số Trong đó x, y, z là các đại lượng đo trực tiếp và có giá trị
=
=
=
Giá trị trung bình được xác định bằng cách thay thế các giá trị x, y, z vào
hàm trên, nghĩa là = (,,).
1. b) Cách xác định cụ thể

Sai số được tính bằng phương pháp vi phân theo một trong hai cách
sau:
Cách 1
Cách này sử dụng thuận tiện khi hàm là một tổng hay một hiệu
(không thể lấy logarit dễ dàng). Cách này gồm các bước sau:
a. Tính vi phân toàn phần của hàm, sau đó gộp các số hạng có chứa vi phân
của cùng một biến số.
b. Lấy giá trị tuyệt đối của các biểu thức đứng trước dấu vi phân d và thay
dấu vi phân d bằng dấu . Ta thu được .
c. Tính sai số tỉ đối (nếu cần).
Ví dụ: Một vật ném xiên góc có độ cao
Trong đó:

Ta có:


= ...
=
Sử dụng quy ước viết kết quả ở IV ta có:
Cách 2
Sử dụng thuận tiện khi hàm là dạng tích, thương, lũy thừa.... Cách
này cho phép tính sai số tỉ đối, gồm các bước:
a. Lấy logarit cơ số e của hàm
b. Tính vi phân toàn phần hàm ln = ln , sau đó gộp các số hạng có chưa vi
phân của cùng một biến số.
c. Lấy giá trị tuyệt đối của biểu thức đứng trước dấu vi phân d và chuyển
dấu d thành ta có =
d. Tính = .
Ví dụ: Gia tốc trọng trường được xác định bằng biểu thức: g =

ở đây:

=
Khi đó: ln = ln ( 4) – ln( )
= =

= =

1. c) Một số trường hợp đặc biệt:
2. * Sai số tuyệt đối của một tổng hoặc một hiệu bằng tổng sai số tuyệt

đối của các số hạng.
3. F = X + Y - Z thì ∆F = ∆X +∆Y + ∆Z
4. * * Sai số tỷ đối của một tích hoặc một thương bằng tổng sai số tỷ đối

của các thừa số.
5. thì
2.5. Cách viết kết quả
a) Các chữ số có nghĩa
Số chữ số có nghĩa của một số là tất cả các chữ số từ trái sang phải, kể


từ số khác 0 đầu tiên.
Ví dụ:
- Số 3,14 có 3 chữ số có nghĩa là : 3,1,4
- Số có 5 chữ số có nghĩa: 1,4,0,3,0.
- Số 1,6. 10-19 có 2 chữ số có nghĩa: 1, 6.
Số chữ số có nghĩa càng chiều cho biết kết quả sai số càng nhỏ ( độ
chính xác càng cao).
b) Quy tắc làm tròn số

- Nếu chữ số ở hàng bỏ đi có giá trị thì chữ số bên trái nó vẫn giữ nguyên.
Ví dụ:
- Nếu chữ số ở hàng bỏ đi có giá trị 5 thì chữ số bên trái nó tăng thêm một
đơn vị
Ví dụ:
c) Cách viết kết quả
- Sai số tuyệt đối ∆A và sai số trung bình đều được làm tròn theo quy tắc
trên
- Khi viết kết quả, giá trị trung bình được làm tròn đến chữ số cùng hàng
với chữ số có nghĩa của sai số tuyệt đối.
Ví dụ:
Không thể viết
mà phải viết
hoặc là ta tính
Ta có thể viết

. Nếu sai số lấy đến 1 chữ số có nghĩa thì

Chú ý rằng khi viết kết quả cuối cùng, sai số toàn phần sẽ bằng tổng sai số
ngẫu nhiên và sai số hệ thống:
Ví dụ: Khi dùng thước kẹp để đo đường kính một sợi dây nhỏ, giả sử ta
đo 5 lần, sai số ngẫu nhiên tính được là . Thước kẹp có độ chính xác thì sai
số toàn phần sẽ là .


Nếu sai số ngẫu nhiên nhỏ hơn sai số hệ thống thì ta bỏ qua sai số ngẫu
nhiên đó (vì không thể đo được kết quả chính xác hơn cả cấp chính xác của
dụng cụ đo). Trong trường hợp phép đo chỉ thực hiện một lần thì sai số toàn
phần được lấy chính là sai số hệ thống (do dụng cụ đo).
2.6. Xử lí số liệu và biểu diễn kết quả bằng đồ thị

Trong nhiều trường hợp kết quả thí nghiệm được biểu diễn bằng đồ thị
là rất thuận lợi, vì đồ thị có thể cho thấy sự phụ thuộc của một đại lượng y
vào đại lượng x nào đó. Phương pháp đồ thị thuận tiện để lấy trung bình các
kết quả đo.
Giả sử bằng các phép đo trực tiếp, ta xác định được các cặp giá trị của x
và y như sau:
Muốn biểu diễn hàm bằng đồ thị, ta làm như sau:
a. Trên giấy kẻ ô, ta dựng hệ tọa độ decac vuông góc. Trên trục hoành đặt
các giá trị x, trên trục tung đặt các giá trị y tương ứng. Chọn tỉ lệ xích hợp lí
để đồ thị choán đủ trang giấy.
b. Dựng các dấu chữ thập hoặc các hình chữ nhật có tâm là các điểm , và có
các cạnh tương ứng là . Dựng đường bao sai số chứa các hình chữ nhật hoặc
các dấu chữ thập.
c. Đường biểu diễn là một đường cong trơn trong đường bao sai số được vẽ
sao cho nó đi qua hầu hết các hình chữ nhật và các điểm nằm trên hoặc
phân bố về hai phía của đường cong (hình 1).
d. Nếu có điểm nào tách xa khỏi đường cong thì phải kiểm tra lại giá trị đó
bằng thực nghiệm. Nếu vẫn nhận được giá trị cũ thì phải đo thêm các điểm
lân cận để phát hiện ra điểm kì dị
e. Dự đoán phương trình đường cong có thể là tuân theo phương trình nào
đó:
- Phương trình đường thẳng y = ax + b
- Phương trình đường bậc 2
- Phương trình của một đa thức
- Dạng y = eax, y = abx
- Dạng y = a/xn
- Dạng y = lnx.


Việc thiết lập phương trình đường cong được thực hiện bằng cách xác

định các hệ số a, b, …n. Các hệ số này sẽ được tính khi làm khớp các
phương trình này với đường cong thực nghiệm
Các phương trình này có thể chuyển thành phương trình đường thẳng
bằng cách đổi biến thích hợp (tuyến tính hóa)
3. CÁC BÀI THỰC HÀNH TRONG CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÝ 12BAN CƠ BẢN:
1. Thực hành : Khảo sát thực nghiệm các định luật dao động của con
lắc đơn.
2. Thực hành : Đo vận tốc sóng dừng ngang trên đàn hồi.
3. Thực hành : Khảo sát đoạn mạch điện xoay chiều có R, L, C mắc
nối tiếp.
4. Thực hành : Đo bước sóng ánh sáng bằng phương pháp giao thoa.
Trong khuôn khổ của đề tài tôi xin trình bày về hai thí nghiệm thực hành có
kinh nghiệm dạy nhiều lần trong chương trình vật lý THPT.
II. THỰC NGHIỆM.
Bài thực hành
XÁC ĐỊNH CHU KÌ DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC ĐƠN
VÀ ĐO GIA TỐC TRỌNG TRƯỜNG
I. Mục đích
- Khảo sát ảnh hưởng 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 :


- Trong bài thực hành này ta xác định gia tốc trọng trường g bằng con
lắc đơn theo công thức

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 khảo sát sự phụ thuộc của chu kỳ dao động nhỏ
vào chiều dài của con lắc đơn.
Sơ đồ thí nghiệm được trình bày trên hình 1.1
IV. Tiến hành thí nghiệm
* 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 – 50 Hz, bật công-tắc K trên mặt đồng hồ để các chữ số
hiển thị trên cửa sổ Thời gian.
* Sử dụng một viên bi (6) có khối lượng m = 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
Dưới đay là bảng kết quả thực hành của một học sinh lớp 12 A8 –


trường THPT Dương Quảng Hàm năm học 2015 – 2016:
* Lần 1 cho con lắc dao động nhỏ với chiều dài l1 = 30 cm.
Sau vài dao động, bấm nút RESET trên mặt đồng hồ đo thời gian hiện
số để xác định chu kỳ dao động nhỏ của con lắc đơn. Ghi 5 giá trị đo được

với chiều dài l1 vào bảng số liệu :

T1
1,100

Chiều dài của con lắc l = 30 cm
Khối lượng của quả nặng m = 50 g
T2
T3
T4
T5
Trung bình
1,10 1,099 1,101 1,098
0

* Lần 2 cho con lắc dao động nhỏ với chiều dài l2 = 40 cm.

T1
1,271

Chiều dài của con lắc l = 40 cm
Khối lượng của quả nặng m = 50 g
T2
T3
T4
T5
Trung bình
1,272 1,270 1,270 1,270

* Lần 3 cho con lắc dao động nhỏ với chiều dài l3 = 50 cm.

Chiều dài của con lắc l = 50 cm
Khối lượng của quả nặng m = 50 g


T1
1,416

T2
1,416

T3
1,414

T4
1,418

T5
1,416

Trung bình

Bài thực hành
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.
- 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
* 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 Yâng 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 D 1, 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 D 1
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

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 S 1, 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 L 3 sao cho dây
tóc bóng đèn nằm song song với các khe. Ở thành ống L 3 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 L 3 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 D 1 = 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
Ứng
với
kính

D1

D2

D3

(mm)

(mm)

(mm)

(mm)

(mm)

(mm)

(mm)

(mm)


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 L 3 sao cho
dây tóc bóng đèn nằm song song với các khe. Ở thành ống L 3 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 L 3 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 L 2 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
IV. HỆ THỐNG BÀI TẬP SỬ LÝ SỐ LIỆU THỰC HÀNH VÀ
PHƯƠNG PHÁP GIẢI.
Bài toán 1 : XÁC ĐỊNH GIÁ TRỊ CỦA ĐẠI LƯỢNG VẬT LÝ SỬ
DỤNG PHÉP ĐO TRỰC TIẾP.
Bài 1 : Đo chiều dài của con lắc đơn bằng thước thẳng:
Đề bài: Dùng thước thẳng có giới hạn đo 60 cm, độ chia nhỏ nhất 1

mm để đo chiều dài của con lắc đơn. Kết quả đo được sau 4 lần như sau:
Lần đo
L ( mm)

1
500

2
499

3
501

4
500

Kết quả của phép đo được ghi như thế nào ?
Lời giải:
* Giá trị trung bình của chu kỳ trong 4 lần đo:

* Sai số tuyệt đối trong mỗi lần đo:

* Sai số tuyệt đối trung bình của 4 lần được coi là sai số ngẫu nhiên:

* Sai số dụng cụ bằng 1 độ chia nhỏ nhất : Δl’ = 1 mm
* Sai số của phép đo :
* Kết quả : l = 500 2 ( mm ).
Bài 2: Đo đường kính bằng thước Pame:
Đề bài: Dùng thước Panme có độ chính xác (tức độ chia nhỏ nhất) là

0,01 mm để đo 4 lần đường kính D của một ống trụ kim loại, ta được giá trị
ghi trong bảng đo dưới đây:
Lần đo

D (mm)

1
2
3
4
Trung bình

8,76
8,74
8,75
8,77

∆Di
( mm)

Hãy viết kết quả của phép đo trên.
Lời giải:
* Giá trị trung bình của đường kính viên bi là:
=
* Sai số tuyệt đối trung bình tính được là
=
* Sai số dụng cụ bằng 1 độ chia nhỏ nhất : ΔD’ = 0,01 (mm)

* Sai số của phép đo :

Lần đo

D (mm)

1
2
3
4
Trung bình

8,76
8,74
8,75
8,77
8,75

∆Di
( mm)
0,01
0,01
0,00
0,02
0,01

Kết quả:
Bài 3 : Đo chu kỳ của con lắc đơn :
Đề bài : Dùng đồ hồ đo thời gia hiển thị số để xác định chu kỳ dao
động nhỏ của một con lắc đơn. Sử dụng thang đo 9,999 , sau 5 lần đo được
kết quả như sau.

Lần đo
Chu kỳ ( s)

1
1,435

2
1,428

Hãy viết kết quả của phép đo trên.

3
1,427

4
1,421

5
1,412


Lời giải:
* Giá trị trung bình của chu kỳ trong 5 lần đo

* Sai số tuyệt đối trong mỗi lần đo:

0,013 (s)
* Sai số tuyệt đối trung bình của n lần được coi là sai số ngẫu nhiên:

* Ở thang đo 9,999, sai số dụng cụ: ΔT’ = 0,001 (s)

* Sai số của phép đo :
* Kết quả đo : T = 1,425 0,007 ( s)
Bài 4 : Đo chu kỳ của con lắc đơn:
Đề bài: Dùng đồng hồ bấm giây để đo chu kỳ dao động điều hòa T
của một vật bằng cách đo thời gian mỗi dao động. Ba lần đo cho kết quả thời
gian của mỗi dao động lần lượt là 2,01s; 2,12s; 1,99s. Thang chia nhỏ nhất
của đồng hồ là 0,01s. Kết quả của phép đo chu kỳ được biểu diễn bằng
A. T = (6,12 0,05)s

B. T = (2,04 0,05)s

C. T = (6,12 0,06)s

D. T = (2,04 0,06)s

Lời giải :
* Giá trị trung bình của chu kỳ trong 5 lần đo

* Sai số tuyệt đối trong mỗi lần đo:


* Sai số tuyệt đối trung bình của 3 lần được coi là sai số ngẫu nhiên:
* Ở thang đo 99,99, sai số dụng cụ: ΔT’ = 0,01 (s)
* Sai số của phép đo :
* Kết quả đo : T = 2,04 0,06 ( s) Đáp án D.
Bài 3 và bài 4 đều dùng đồng hồ đo thời gian hiển thị số để đo chu kỳ của
con lắc đơn nhưng ở hai thang đo khác nhau. Ta nhận thấy nếu chu kỳ dao
động của con lắc là bé ( T < 10 s ) thì nên sử dụng thang đo 9,999 vì có độ
chính xác cao hơn.
Trong các nội dung thực hành của lớp 12 các bài thực hành chủ yếu xác

định các đại lượng nhờ phép đo gián tiếp. Vậy ta cần xử lý số liệu của phép
đo như thế nào ? Dưới đây là cách giải quyết vấn đề đó.
Bài toán 2 : XÁC ĐỊNH GIÁ TRỊ CỦA ĐẠI LƯỢNG VẬT LÝ SỬ
DỤNG PHÉP ĐO GIÁN TIẾP.
Bài 1 : Xác định gia tốc rơi tự do qua khảo sát dao động nhỏ của con lắc
đơn:
Đề bài : Trong bài toán thực hành của chương trình vât lý 12 , bằng
cách sử dụng con lắc đơn để đo gia tốc rơi tự do là ( ∆g là sai số tuyệt đối
trong phép đo ) . Bằng cách đo trực tiếp thì xác định được chu kỳ và chiều
dài của con lắc đơn là T = 1,7951 ± 0,0001 (s) ; l = 0,8 ± 0,0002 ( m) . Gia
tốc rơi tự do có giá trị là :
A. 9,801
± 0,0035 (m/s2)
2
(m/s )
B. 9,801 ± 0,0003 (m/s2)
Lời giải :
* Biểu thức liên hệ :
Chu kỳ của con lắc đơn là :
* Giá trị trung bình :
* Xác định sai số:

C. 9,801 ± 0,0023
D. 9,801 ± 0,0004 (m/s2)