báo cáo thí nghiệm vật lí 1

XÁC ĐỊNH GIA TỐC TRỌNG TRƯỜNG
BẰNG CON LẮC THUẬN NGHỊCH

I- MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM:
Vận dụng lý thuyết về chuyển động quay của vật rắn quanh một trục cố định và khái
niệm mô men quán tính để khảo sát chuyển động dao động quanh vị trí cân bằng của con
lắc vật lý tại hai điểm treo O1 và O2 của nó. Khảo sát thực nghiệm ảnh hưởng của sự phân
bố khối lượng gia trọng đến chu kì dao động của con lắc vật lý nhằm thiết lập trạng tháI
thuận nghịch để từ đó xác định chính xác gia tốc trọng trường tại nơi làm thí nghiệm.
II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT:
Con lắc vật lý là một vật rắn bất kì, khối lượng m, có thể dao động quanh một trục cố
định nằm ngang đi qua điểm O1 nằm cao hơn khối tâm G của nó (H.1). O1 gọi là điểm
treo của con lắc.
01

G

Pt


02

Pn
P
Hình 1

Vị trí cân bằng của con lắc trùng với phương thẳng đứng của đường thẳng O1G. Khi
kéo con lắc lệch khỏi vị trí cân bằng một góc  nhỏ, rồi buông nó ra thì thành phần Pt của
trọng lực P=mg tác dụng lên con lắc một mômen lực M1 có trị số bằng:
M1=-Pt.L1=-mg.L1.sin

(1)

Trong đó g là tốc trọng trường, L1=O1G là khoảng cách từ điểm O1 đến khối tâm G,
dấu (-) cho biết mômen lực M1 luôn kéo con lắc về vị trí cân bằng, tức quay ngược chiều
với góc lệch . Khi  nhỏ, ta có thể coi gần đúng:
M1  - mg.L1.

(2)

Phương trình cơ bản đối với chuyển động quay của con lắc quanh trục đi qua 01 có
dạng:


1 

M1
I1

(3)

ở đây 1 = d2/dt2 là gia tốc góc, I1 là mômen quán tính của con lắc đối với trục quay
đi qua O1. Kết hợp (3) với (2) và thay 12 = mg.L1/I1, ta nhận được phương trình dao
động của con lắc:
d 2
 12 .  0
2
dt

(4)

Nghiệm của phương trình (4) có dạng:
 = 0.cos (1.t + )

(5)

là một hàm điều hòa theo thời gian, với 0 là biên độ dao động, 1 là tần số góc,  là pha
ban đầu tại thời điểm t = 0.
Từ (5) ta suy ra chu kỳ T1 của con lắc:
T1 

2
I1
 2 .
1
mg.L1

(6)

Như vậy chu kì dao động T1 của con lắc vật lý phụ thuộc mô men quán tính I1 của nó
đối với trục quay O1 , khoảng cách L1 từ khối tâm G đến trục quay và khối lượng m của
nó.
Trong con lắc vật lý, ta có thể tìm thấy một điểm O2, nằm trên đường thẳng đi qua O1
và G, sao cho khi dao động quanh trục nằm ngang đi qua O2 thì chu kỳ dao động của con
lắc đúng bằng chu kỳ dao động của nó khi dao động quanh trục đi qua O1. Con lắc vật lý
khi đó được gọi là con lắc thuận nghịch.
Thật vậy, ta có thể dễ dàng chứng minh rằng, có tồn tại điểm treo O2 này, như sau :
Khi dao động quanh trục đi qua điểm O2 (H1), chu kỳ dao động T2 của con lắc được tính
toán tương tự trên, và ta tìm được:
T2 

I2
2
 2 .
2
mg.L 2

(7)

với L2=O2 G là khoảng cách từ trục quay đi qua điểm O2 đến khối tâm G và I2 là
mômen quán tính của con lắc đối với trục quay đi qua O2.
Gọi IG là mômen quán tính của con lắc đối với trục quay đi qua khối tâm G và song
song với hai trục đi qua O1 và O2. Theo định lý Huyghens-Steiner:
I 1  I G  m.L12

(8)

I 2  I G  m.L22

(9)


Nếu điểm treo O2 thoả mãn điều kiện T1=T2, thay (9), (8) vào (7), (6) ta tìm được biểu
thức xác định vị trí của O2:
L1.L 2 

IG
m

(10)

Mặt khác, từ (6), (7) ta có thể rút ra biểu thức xác định gia tốc trọng trường :
g

4  2 .( L1  L 2 ).( L1  L 2 )
T12 .L1  T22 .L 2

(11)

Nếu hai điểm treo 01,02 thoả mãn công thức (10), thì T1=T2=T, và biểu thức xác định
gia tốc trọng trường được đơn giản thành :
g

4 2 .L
T

2

(12)

với L= L1+L2= O1O2 là khoảng cách giữa hai trục nằm ngang đi qua O1 và O2.
III. CÂU HỎI KIỂM TRA
1. Con lắc vật lý so với con lắc toán khác nhau và giống nhau ở những điểm nào? (Con
lắc toán gồm một sợi dây không dãn, khối lượng không đáng kể, một đầu buộc vào một
điểm O cố định, đầu kia treo tự do một quả cầu hoặc một chất điểm khối lượng m).

Về sự khác nhau:

Con lắc toán học: gồm 1 sợi dây không dãn, khối lượng không đáng kể 1 đầu
buộc vào 1 điểm cố định còn đầu kia treo 1 quả cầu hoặc 1 chất điểm có khối
lượng m, con lắc toán học chủ yếu nghiên cứu động học chất điểm, mà chất

điểm được quy ước có kích thước là 0 nhưng vẫn có khối lượng tùy ý.

Con lắc vật lí: là 1 vật rắn bất kì có khối lượng và có trọng tâm xác định, trục
quay nằm trong chính nó( không đi qua trọng tâm) và không biểu diễn vật thể
như 1 chất điểm.


Sự giống nhau: Khi xét đến giao động với gia tốc trọng trường thì chúng cùng
chuyển động với cùng 1 công thức tính chu kì và chúng đều thực hiện những
dao động xung quanh 1 điểm hay 1 trục cố định dưới tác dụng của trọng lực.

2. Hãy chứng minh rằng một con lắc vật lý bất kỳ với điểm treo O1 cho trước đều có
thể tìm thấy điểm O2 để con lắc trở thành thuận nghịch.

Thật sự ta có điểm O2 như vậy: Khi dao động quanh trục đi qua điểm O2
và chu kì dao động T2 của con lắc được xác định theo công thức:

T2 

2

2

 2 .

I2
mg.L2

Với L2 = O2G là khoảng cách từ trục quay đi qua điểm O2 đến khối tâm G
và I2 là momen quán tính của con lắc đối với trục quay đi qua O2 Gọi IG là

momen quán tính của trục quay đi qua khối tâm G và song song với 2 trục đi
qua O1 và O2. Theo Định lý Huyghens-Steiner:

I 1  I G  m.L12

I 2  I G  m.L22

Nếu điểm O2 thỏa mãn điều kiện T1 = T2 thì:

T1 

2

1

 2 .

I1
mg.L1

Ta được biểu thức xác định được vị trí O2: L1 .L2 

IG
m


3. Trình bày cách điều chỉnh gia trọng C để con lắc trở thành thuận nghịch với hai
điểm treo O1, O2 cho trước.

Vặn gia trọng C về sát quả nặng 4. Dùng thước cặp đo khoảng cách x0

giữa chúng. Ghi giá trị x0 vào bảng. Đặt con lắc lên giá đỡ theo chiều thuận sau
đó đo thời gian 50 chu kỳ dao động và ghi vào bảng , dưới cột 50T1. Đảo
ngược con lắc và đo thời gian 50 chu kỳ nghịch, ghi kết quả vào bảng 1 dưới
cột 50T2. Vặn gia trọng C về vị trí cách quả nặng 4 một khoảng x0 =x0+40mm.
Đo thời gian 50 chu kỳ thuận và 50 chu kỳ nghịch ứng với vị trí này, ghi kết
quả vào bảng.

Biểu diễn kết quả đo trên đồ thị: trục tung dài 120mm, biểu diễn thời
gian 50T1 và 50T2, trục hoành dài 80mm, biểu diễn vị trí x của gia trọng C. Nối
các điểm 50T1 với nhau và các điểm 50T2 với nhau bằng các đoạn thẳng, giao
của chúng là điểm gần đúng vị trí x1 của gia trọng C để có T1 = T2 = T. Dùng
thước cặp đặt gia trọng C về đúng vị trí x1. Đo 50T1 và 50T2. Ghi kết quả vào
bảng, bên phải điểm cắt thì 50T1 > 50T2. Từ kết quả phép đo 5 tại vị trí x1 cho
ta rút ra nhận xét cần dịch chuyển nhỏ gia trọng C theo hướng nào để thu được
kết quả tốt nhất sao cho 50T1 = 50T2.Cuối cùng, khi đó xác định được vị trí tốt
nhất của gia trọng C.

4. Viết biểu thức xác định chu kỳ dao động của con lắc thuận nghịch với biên độ nhỏ .

Ta có biểu thức xác định gia tốc trọng trường:
g

4 2 .( L1  L2 ).( L1  L2 )
T12 .L1  T22 .L2

Nếu T = T1 = T2 , L = O1O2 = L1+L2 thu được công thức:
g

4 2 .L
T2

Và


T  2

L
g

5. Để xác định chu kỳ dao động của con lắc thuận nghịch, tại sao không đo từng chu
kỳ mà phải đo nhiều chu kỳ (50 chu kỳ chẳng hạn)? Khi đo như vậy, khắc phục được
những sai số nào? Sai số của phép đo được tính như thế nào?

Để xác định chu kì chu kì dao động của con lắc thuận nghịch ta phải đo nhiều
chu kì vì để khắc phục những sai số ngẫu nhiên và khi đo như vậy ta có thể
khắc phục được sai số của phép đo và sai số của dụng cụ đo. Sai số của phép
đo được tính theo công thức: ∆T =(∆T)dc + T

6. Viết công thức tính sai số phép đo g bằng con lắc thuận nghịch? Trong công thức đó
sai số của số  được xác định như thế nào ?

Sai số phép đo g bằng con lắc thuận nghịch được tính theo công thức:

g   . g  (

L 2  T 2  


)
L

T


trong đó nếu lấy π=3,14 thì giá trị sai số của số sẽ bằng: ∆π=0,01.


BÁO CÁO THÍ NGHIỆM
XÁC ĐỊNH GIA TỐC TRỌNG TRƯỜNG
BẰNG CON LẮC THUẬN NGHỊCH
Xác nhận của thầy giáo
Trường: Đại Học Bách Khoa TP. HCM
Lớp: VP2016/1

Nhóm: 5

Họ tên sinh viên 1: Võ Nguyễn Gia Luật
Họ tên sinh viên 2: Huỳnh Thế Hào
I. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
Bảng 1:

L = 72  1 (mm)
Vị trí gia trọng C

50T1 (s)

50T2 (s)

x0 = 0 mm

83,84

83,77

x0+40 = 40 mm

84,06

84,26

x1 =14,5 mm

83,93

83,87

(mm)

2. Vẽ đồ thị (H5)

50T1
50T2
50T2

50T1

X= 0

X=14,5mm

X=40mm

Bảng 2: Tại vị trí tốt nhất x1' con lắc vật lý trở thành thuận nghịch T1= T2 = T:
Vị trí tốt nhất x'1 = 14,5 (mm)
Lần đo

50T1 (s)

 (50t1)

50T2 (s)

 (50t2)

1

84,93

0

84,91

0,01

2

84,95

0,02

84,93

0,01

3

84,91

0,02

84,92

0

Trung bình

84,93

0,02

84,92

0,01

3. Xác định chu kỳ dao động của con lắc thuận nghịch:
* Căn cứ vào bảng 2, tính chu kỳ dao động T của con lắc thuận nghịch là trung
bình của các giá trị đo được của 50T1 và 50T2:
T





1 50T1  50T2
.
 1,6985( s )
50
2

* Sai số ngẫu nhiên của phép đo T:
T 





1  (50T1 )   (50T2 )
.
 0,0003( s )
50
2

* Sai số dụng cụ của phép đo T: 0,005 (s)

T = (T)dc + T = 0,0053 (s)

* Sai số phép đo T:
4. Tính gia tốc trọng trường

- Tính gia tốc trọng trường:

2
2
g = 4 2.L  4 .0,72
 9,8528(m / s 2 )
2

T

1,6985

- Tính sai số tương đối của gia tốc trọng trường:
 = g  L  2T  2   0,001  2.0,0053  2.0,001  0,0083
g

L

T



0,72

1,6985

- Tính sai số tuyệt đối của gia tốc trọng trường:
g= .g = 0,0083.9,8528 = 0,0818

3,142

5. Viết kết quả phép đo gia tốc trọng trường:
g  g = 9,8528  0,0818 (m/s2)

II. NHẬN XÉT: Kết quả này là phù hợp với dự đoán với sai số là nhỏ.


KHẢO SÁT CÁC QUÁ TRÌNH CÂN BẰNG NHIỆT ĐỘNG
XÁC ĐỊNH TỶ SỐ NHIỆT DUNG PHÂN TỬ CP/CV CỦA CHẤT KHÍ
I. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM
Khảo sát các quá trình biến đổi trạng thái cân bằng nhiệt động của một khối không khí
chứa trong bình và xác định tỷ số nhiệt dung phân tử  = Cp /CV của khối khí.
II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Nhiệt dung phân tử của chất khí
Trạng thái của khối khí được đặc trưng bởi các đại lượng : áp suất p, thể tích V, nhiệt độ T.
Đối với 1 mol khí, các đại lượng này liên hệ với nhau bởi phương trình trạng thái :
(1)
pV  RT
ở đây R = 8,31J/mol.K là hằng số chất khí.
Khi truyền lượng nhiệt Q cho khối khí có khối lượng m, khối khí sẽ nóng lên và
nhiệt độ của nó tăng thêm một lượng dT. Theo định nghĩa, nhiệt dung riêng c của chất
khí là đại lượng đo bằng lượng nhiệt cần truyền cho 1 kilôgam chất khí để nhiệt độ của nó
tăng thêm 1 độ. Do đó :
Q
c =
(2)
m. dT

Nếu  là khối lượng của 1 mol chất khí thì nhiệt dung phân tử C của chất khí sẽ là :
Q
C =  .c =

(3)
dT

Đơn vị đo của c là J/ kg.K, của C là J/mol.K và của  là kg/mol .
Nhiệt dung của chất khí phụ thuộc đặc điểm quá trình nung nóng. Để chứng minh
điều này, ta áp dụng phương trình trạng thái khí lý tưởng và nguyên lý thứ nhất của nhiệt
động lực học. Theo nguyên lý này : Độ biến thiên nội năng dU của một hệ nhiệt động
trong quá trình biến đổi trạng thái nào đó đúng bằng lượng nhiệt Q và công A mà hệ
nhận từ ngoài vào trong quá trình đó, tức là:
(4)
dU  A  Q
ở đây A = - p dV, với p là áp suất và dV là độ biến thiên thể tích của khối khí.
Rút Q từ (4) và thay vào (3), ta tìm được :
C=

dU p. dV

dT
dT

(5)

Trong quá trình đẳng tích : V = const, nên dV = 0 và A = 0. Khi đó từ (5) ta suy ra nhiệt
dung phân tử đẳng tích CV :
CV 

dU
dT

(6)

Trong quá trình đẳng áp : p = const, nên dp = 0 và lấy vi phân của phương trình (1) ta có :
(7)
p.dV  R.dT
Thay (6) và (7) vào (4), ta suy ra nhiệt dung phân tử đẳng áp Cp :


(8)

C p  CV  R

Cp

Công thức (7) cho thấy Cp > CV, nên
Quá trình đoạn nhiệt. Tỉ số  

Cp
CV

CV

> 1.

.

Quá trình đoạn nhiệt là quá trình biến đổi trạng thái mà hệ không trao đổi nhiệt với
ngoài, tức là Q = 0. Khi đó (4) viết thành :
dU = A
(9)
Rút dU từ (5) và thay vào (9) , ta được :

CV dT = - p. dV
(10)
Chia (7) cho (10) và chú ý đến (8) , ta tìm được :
1

C  CV
C
V dp
 P
 1 P
p dV
CV
CV

hay

C p dV
dp

p
CV V

(11)

Thực hiện phép tích phân đối với (11),
(12)
p.V   const
với



Cp
CV

ta tìm được phương trình đoạn nhiệt :

(13)

là tỷ số nhiệt dung phân tử của chất khí - còn gọi là hệ số Poátxông. Phương trình (12)
chứng tỏ trong quá trình dãn nở đoạn nhiệt, khi thể tích V tăng thì áp suất p giảm nhanh
hơn nhiều so với trong quá trình đẳng nhiệt (p.V= const). Nghiên cứu quá trình đoạn nhiệt
có ý nghĩa rất quan trọng trong lý thuyết nhiệt động học, nó cho phép xây dựng một chu trình
hoạt động cho loại động cơ nhiệt đặc biệt, có hiệu suất cao nhất, đó là chu trình Cac nô.
Trong thí nghiệm này, ta sẽ xác định tỷ số nhiệt dung phân tử  của không khí theo
phương pháp dãn đoạn nhiệt
III. CÂU HỎI KIỂM TRA
Định nghĩa và viết biểu thức của nhiệt dung riêng và nhiệt dung phân tử. Nhiệt dung của
chất khí có phụ thuộc điều kiện của quá trình nung nóng không ?

Trạng thái của khối khí được đặc trưng bởi các đại lượng : áp suất p,
thể tích V, nhiệt độ T.

Đối với 1 mol khí, các đại lượng này liên hệ với nhau bởi phương trình
trạng thái :

pV = RT


Ở đây R = 8,31J/mol.K là hằng số chất khí.

Khi truyền lượng nhiệt δQ cho khối khí có khối lượng m, khối khí sẽ
nóng lên và nhiệt độ của nó tăng thêm một lượng dT. Theo định nghĩa,
nhiệt dung riêng c của chất khí là đại lượng đo bằng lượng nhiệt cần
truyền cho 1 kilôgam chất khí để nhiệt độ của nó tăng thêm 1 độ. Do
đó:

 .Q
mdT

Nếu là khối lượng của 1mol chất khí thì nhiệt dung phân tử của chất khí sẽ là:

C  u.c 

 .Q
dT

Đơn vị đo của c là J/ kg.K, của C là J/mol.K và của là kg/mol. Nhiệt dung của
chất khí phụ thuộc đặc điểm quá trình nung nóng.

Phân biệt nhiệt dung phân tử đẳng tích Cv và đẳng áp CP . Tìm biểu thức liên hệ giữa
chúng để chứng tỏ Cp  Cv .

CV là nhiệt dung tính trong quá trình biến đổi mà thể tích của hệ không đổi và
được tính bằng δ.Qv chia cho n.dT.

CP là nhiệt dung tính trong quá trình biến đổi mà áp suất của hệ không đổi và
được tính bằng δ.Qp chia cho n.dT.


Các công thức liên hệ đã được thiết lập ở phần nguyên lý đo.

Trong thực tế, khi nào có thể coi gần đúng các quá trình nén hoặc dãn khí là đẳng nhiệt
hoặc đoạn nhiệt ? Sau khi nén hoặc dãn khí chứa trong bình A, tại sao lại phải chờ một
khoảng thời gian nào đó (khoảng 4 - 5 phút) thì độ chênh cột nước trên hai nhánh áp kế
M mới đạt giá trị ổn định ?

Khi quá trình nén hoặc dãn khí xảy ra rất nhanh, không kịp trao đổi nhiệt với
ngoài ( Q = 0) nên có thể coi gần đúng là quá trình nén hoặc dãn đoạn nhiệt.
Khi quá trình nén hoặc dãn khí diễn ra trong thời gian dài( đủ để cân bằng
nhiệt) thì được coi là quá trình nén hoặc dãn đẳng nhiệt( vì nhiệt độ môi
trường được coi là không đổi và khí sẽ cân bằng với nhiệt độ môi trường).

Chờ một khoảng thời gian 4 - 5 phút cho nhiệt độ của khối khí trong bình A
cân bằng với nhiệt độ phòng. Khi đó độ chênh cột nước trong hai nhánh áp kế
M đạt giá trị ổn định.
Tại sao trong thí nghiệm này, ta phải dùng áp kế cột n ước mà không dùng áp kế
thuỷ ng ân để đo áp suất khí trong bình thuỷ tinh A ?

Trong thí nghiệm này, ta phải dùng áp kế cột nước mà không dùng áp kế thuỷ
ngân để đo áp suất khí trong bình thuỷ tinh A tại vì:

Ta có điều kiện thí nghiệm là: h và H << H0. Ta có H0 của Hg = 760 mm, H0
của nước là 10,3m. Điều này chứng tỏ rằng đo áp suất bằng nước nhạy hơn
thủy ngân. Do đó, nếu ta dùng thủy ngân khi ta đo các giá trị h, H thì sẽ khó
trong việc quan sát sự thay đổi và đo đạc H, h.

Đo an toàn thí nghiệm: Thủy ngân là một chất rất độc, ống đo của ta là ống
hình chữ U hở 2 đầu, nếu ta để nó rơi ra ngoài thì rất nguy hiểm!

5. Muốn đảm bảo kết quả đo được chính xác, tại sao phải đóng kín van K2 ngay khi cột

nước trong hai nhánh áp kế M vừa đạt mức ngang nhau ?


6. Chứng minh công thức tính sai số tương đối của tỷ số nhiệt dung phân tử chất khí
H
 
H  h có dạng :






H  h  h  H
H  (H  h)

Ta có công thức:

 

H
H h

Lấy lô-ga-rít nê-pe cả 2 vế ta được

ln(γ)= ln(H)−ln(H −h)

Sau đó lấy vi phân:







H H  h
  hh  Hh



H
H h

H ( H  h)

7. Tính giá trị lý thuyết của tỷ số nhiệt dung phân tử không khí khô (coi như chỉ gồm các
phân tử ôxy 02 và nitơ N2) theo số bậc tự do i của các phân tử khí .

Vì O2 và N2 đều là khí lưỡng nguyên tử nên i=5.
Cv 

i
5
R R
2
2

C p  Cv  R 

 

Cp
Cv



5
7
R R
2
2

7
 1,4
5

8. Nếu không khí trong bình có độ ẩm cao chứa nhiều hơi nước thì giá trị lý thuyết của tỷ
số nhiệt dung phân tử của không khí sẽ thay đổi như thế nào (tăng hay giảm so với không khí
khô) ? Giải thích tại sao ?
Cho biết số bậc tự do I phụ thuộc cấu tạo của các phân tử khí :


phân tử đơn nguyên tử (khí trơ,..) : i = 3.
phân tử lưỡng nguyên tử (O2,N2,..) : i = 5.
phân tử đa nguyên tử ( H2O, CO2,...) : i = 6
Dùng công thức:

 

Cp

Cv



i2
2
 1
i
i

Từ công thức trên, ta nhận thấy giá trị lý thuyết của tỷ số nhiệt dung phân tử
của không khí ẩm sẽ giảm so với không khí khô lý do là không khí ẩm có chứa
H2O mà i H 2O = 6 nên i của hệ không khí ẩm sẽ lớn hơn i của hệ không khí khô:
γ giảm.


BÁO CÁO THÍ NGHIỆM
XÁC ĐỊNH TỶ SỐ NHIỆT DUNG PHÂN TỬ CP / CV
CỦA CHẤT KHÍ
Xác nhận của thầy giáo
Trường: Đại Học Bách Khoa TP. HCM
Lớp: VP2016/1

Nhóm: 5

Họ tên sinh viên 1: Võ Nguyễn Gia Luật
Họ tên sinh viên 2: Huỳnh Thế Hào
I. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
1. Bảng 1
- Độ chính xác của thước milimét trên giá đỡ áp kế M : .............(mm)

Lần

H

h

đo

(mmH2O)

(mmH2O)

1

280

72

1,3462

0,0101

2

276

74

1,3663

0,0100

3

286

68

1,3119

0,0444

4

245

59

1,3172

0,0391

5

259

68

1,3560

0,0003

6

276

76

1,3800

0,0237

7

278

81

1,4112

0,0549

8

256

64

1,3333

0,0230

9

264

73

1,3822

0,0259

10

269

71

1,3586

0,0023

Trung

268,9

70,6

1,3563

0,0234




bình
2. Tính kết quả của phép đo tỷ số nhiệt dung phân tử  

Cp
CV

của không khí

Tính giá trị trung bình :

 = 1,3563

Tính sai số tuyệt đối trung bình :

 = 0,0234

Viết kết quả phép đo :

     = 1,3563  0,0234

3. Tính giá trị lí thuyết của tỷ số  của không khí theo công thức :  lt 

i2
= 1,4
i

4. So sánh giá trị đo đo với giá trị lí thuyết lt bằng cách tính độ lệch tỉ đối :


 lt   do 1,4  1,3563
=
 3,1214%
 lt
1,4

II. NHẬN XÉT: Kết quả là phù hợp với lý thuyết khi sai số là nhỏ.


KHẢO SÁT CÁC QUÁ TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC VÀ VA CHẠM TRÊN ĐỆM
KHÔNG KHÍ
NGHIỆM CÁC ĐỊNH LUẬT NEWTON
MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM
Khảo sát chuyển động của hệ vật trên băng đệm khí để nghiệm lại định luật I và II
của Newton dựa trên :
Sự bảo toàn trạng thái chuyển động của một vật chịu tác dụng của các lực cân bằng.
Mối quan hệ giữa lực tác dụng và gia tốc chuyển động của vật.
Mối quan hệ giữa lực và phản lực xuất hiện khi hai vật tương tác bằng lực đàn hồi.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Định luật I của Newton
Khi một vật không chịu tác dụng của lực nào (vật cô lập) hoặc chịu tác dụng của các


lực có hợp lực bằng không ( F = 0), nếu vật đó đang đứng yên thì nó tiếp tục đứng yên,
còn nếu vật đó đang chuyển động thì nó tiếp tục chuyển động thẳng đều.


Trong hai trường hơp nêu tren, vận tốc v của vật đều không thay đổi, tức là trạng
thái chuyển động của vật được bảo toàn. Tính chất bảo toàn trạng thái chuyển động gọi
là quán tính của vật.
Độ lớn của vận tốc trong chuyển động thẳng đều tính bằng :
v

s
t

(1)

với s là đoạn đường đi được của vật trong khoảng thời gian t. Đơn vị đo vận tốc v là
mét trên giây (m/s).
Định luật II của Newton


Khi một vật chịu tác dụng của các lực có hợp lực khác không ( F  0), thì nó sẽ




chuyển động có gia tốc. Gia tốc a của vật tỉ lệ với hợp lực F tác dụng lên vật và tỉ lệ
nghịch với khối lượng m của vật đó :

 F
a=
m

(2)

Đơn vị đo của lực F là newton (N), của khối lượng m là kilôgam (kg) và của gia tốc
a là mét trên giây bình phương (m/s2 ).
Độ lớn của gia tốc trong chuyển thẳng biến đổi đều tính bằng :


a

v v 2  v 1

t
t 2  t1

(3)

trong đó v1 , v2 là vạn tốc của vật chuyển động tại các thời điểm tương ứng t1 , t2 .
III. CÂU HỎI KIỂM TRA
Với các dụng cụ như trên, có những cách nào để xác định vận tốc tức thời và những
cách nào để xác định gia tốc của chuyển động ?

Dựa trên cơ sở lý thuyết, ta biết rằng vận tốc tức thời của một chuyển động
có thể tính theo công thức:

v=

s
t

với ∆s và ∆t là đủ nhỏ. Để đạt được điều này, trong thực tế, ta có thể chọn
miếng chắn tia hồng ngoại có kích thước khoảng 1cm. Thời gian đo được

trên đồng hồ điện tử cũng chính là khoảng thời gian mà vật dịch chuyển
được 1cm mà thông qua bảng kết quả số liệu - ta cũng biết là rất nhỏ. Vì
vậy, vận tốc tức thời tại điểm đang xét sẽ là

v=

1
t

(cm/s)

Trường hợp của gia tốc, ta dựa trên công thức

v 22  v12  2as

Với thủ thuật như đã trình bày, ta hoàn toàn có thể đo được vận tốc tức thời
của vật tại các điểm A (tương ứng với thời điểm t1) và B (tương ứng với thời
điểm t2). Có được độ dài giữa 2 cổng quang điện E, F, ta có thể tìm ra gia tốc
a theo công thức:


a

v 22  v12
2s

Để dễ nhận biết được tính chất của chuyển động, hoặc mối tương quan giữa các đaị
lượng, từ các số liệu thực nghiệm thu được ta nên xây dựng đồ thị mô tả quan hệ giữa
các đại lượng nào ? Hãy dự đoán tính chất của đồ thị và nghiệm lại bằng kết quả thực
nghiệm.

Ta sử dụng đồ thị tương quan vận tốc và thời gian (v−t) là tốt
nhất. Khi vật chuyển động thẳng đều, đồ thị là một đường
thẳng song song với trục Ox. Khi vật chuyển động có gia tốc,
đồ thị là một đường thẳng dốc nghiêng một góc α so với
phương ngang (tanα = a).

.
.

.

.

.

Trường hợp chuyển động thẳng đều

Trường hợp chuyển động có gia tốc

Hình 6: Đồ thị v-t trong các trường hợp khả năng

3. Nếu mép bên phải của cờ che sáng của xe nằm ở vị trí ban đầu cách tia hồng ngoại
cổng F là 3mm, thì phép đo vận tốc tức thời và gia tốc tại điểm E cách F một khoảng
l = 0,5m, phạm thêm sai số hệ thống là bao nhiêu % ?


Kết quả đo vận tốc tức thời có sai số hệ thống bằng 0.

Ta có: v 

x0
với x0 là bề rộng của cờ chắn sáng và t là thời gian mà cờ chắn
t

cổng hồng ngoại. Giá trị này không phụ thuộc vào nơi đặt xe ban đầu, luôn thể
hiện đúng (về mặt hệ thống) vận tốc tức thời tại điểm E.
Kết quả đo gia tốc tức thời có sai số hệ thống bằng

Ta có: v2 2 - v02 = 2.a.s = c.t.e  as  sa 
a
3

a
500

3
500

s a
. Thay số ta được:

s
a


BÁO CÁO THÍ NGHIỆM
Phần I. KHẢO SÁT CÁC QUÁ TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC TRÊN ĐỆM KHÔNG
KHÍ
NGHIỆM CÁC ĐỊNH LUẬT NEWTON

Xác nhận của thầy giáo
Trường: Đại Học Bách Khoa TP HCM
Lớp: VP2016/1

Nhóm: 5

Họ tên sinh viên 1: Võ Nguyễn Gia Luật
Họ tên sinh viên 2: Huỳnh Thế Hào
I. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
1. Bảng 1
Lần đo

Vị trí

t(s)

v=

x
t

(m/s)
1

2

3

4

5

E1

30

0,3333

F1

59

0,1695

E2

31

0,3226

F2

62

0,1613

E3

31

0,3226

F3

61

0,1639

E4

30

0,3333

F4

59

0,1659

E5

31

0,3226

F5

61

0,1639


2. Bảng 2
Khối lượng xe M0 =167,3 (g)

Khối lượng cốc m0 =5,2 (g)

M

F

t1

t2

t

a

6,2

0,0608

0,175

0,194

1,706

0,2946

8,2

0,0804

0,146

0,162

1,508

0,4228

9,2

0,0902

0,142

0,157

1,447

0,4486

15,2

0,1490

0,123

0,134

1,089

0,6067

12,2

0,1196

0,133

0,146

1,268

0,5150

II. Nhận xét kết quả: Gia tốc a của hệ vật chuyển động tỉ lệ với lục kéo F tác dụng lên
hệ vật đó.


KHẢO SÁT CHUYỂN PHA LOẠI I CỦA NƯỚC.
XÁC ĐỊNH NHIỆT NÓNG CHẢY CỦA NƯỚC ĐÁ

MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM
Khảo sát quá trình chuyển pha của nước, quá trình nóng chảy-đông đặc (chuyển pha loại 1) .

Xác định nhiệt nhiệt nóng chảy riêng của nước theo phương pháp dùng bình nhiệt lượng kế.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Các quá trình chuyển pha của nước
Các “phần” có cùng tính chất hoá học và vật lí tồn tại trong một hệ vật gọi là pha. Trong
những điều kiện xác định, các pha trong hệ vật có thể cùng tồn tại ở trạng thái cân bằng, hoặc
chuyển từ pha này sang pha khác - gọi tắt là quá trình chuyển pha. Ví dụ : Dưới áp suất khí
quyển và nhiệt độ phòng, nước có thể tồn tại ở pha lỏng L, pha rắn R (nước đá) hoặc pha khí
K (hơi nước). Khi bị làm lạnh đến 00C, thì nước chuyển dần thành nước đá theo chuyển pha
lỏng-rắn (L-R); còn khi bị đun nóng đến 1000C thì nước chuyển dần thành hơi nước theo
chuyển pha lỏng-khí (L-K).
Các quá trình chuyển pha của nước luôn xảy ra ở một nhiệt độ không đổi T ứng với áp suất p
cho trước - gọi là nhiệt độ và áp suất chuyển pha. Mối quan hệ giữa nhiệt độ T và áp suất p
trong các quá trình chuyển pha của nước được mô tả trên giản đồ pha (Hình 1), trong đó :

p
B
(R

p

(L)

C

M

P

(K
T

O

T

T

Hình
đoạn cong MB là tập hợp các trạng thái cân bằng giữa hai pha rắn (R) và lỏng (L),
đoạn cong MC là tập hợp các trạng thái cân bằng giữa hai pha lỏng (L) và khí (K), có điểm tận
cùng tại C, gọi là điểm tới hạn,
đoạn cong OM là tập hợp các trạng thái cân bằng giữa hai pha rắn (R) và khí (K),
điểm M là trạng thái cân bằng giữa ba pha R-L-K và được gọi là điểm ba.
Ẩn nhiệt chuyển pha : nhiệt nóng chảy và nhiệt ngưng tụ


Nếu ta liên tục cung cấp nhiệt cho một lượng chất ban đầu tồn tại ở pha rắn (nước đá
chẳng hạn) thì nhiệt độ T của lượng chất này sẽ thay đổi theo thời gian t như đồ thị trên Hình
2, trong đó :
T

F
D
E

T2
A B

T1

Q

Q
t
O
Hình 2
Các đoạn thẳng nghiêng OA, BD, EF tương ứng với các quá trình nung nóng của pha rắn,
pha lỏng và pha khí,
Các đoạn thẳng ngang AB, DE ứng với các quá trình chuyển pha rắn-lỏng (R-L) xảy ra ở
nhiệt độ không đổi T1 và quá trình chuyển pha lỏng-khí (L-K) xảy ra ở nhiệt độ không đổi T2 .
Như vậy nhiệt cung cấp cho một lượng chất trong quá trình chuyển pha không làm tăng
nhiệt độ của lượng chất đó. Nguyên nhân là do : trong quá trình nóng chảy, nhiệt cung cấp
được chuyển thành năng lượng giải phóng các phân tử khỏi mạng tinh thể của pha rắn; còn
trong quá trình bay hơi, nhiệt cung cấp được chuyển thành năng lượng cần thiết để thắng lực
tương tác giữa các phân tử của pha lỏng. Ngược lại, trong quá trình đông đặc hoặc ngưng tụ
thì lượng chất này lại toả ra cùng một lượng nhiệt giống như trong quá trình nóng chảy hoặc
bay hơi mà nhiệt độ của lượng chất vẫn giữ nguyên không đổi.
Lượng nhiệt cần thiết do lượng chất hấp thụ hoặc toả ra trong quá trình chuyển pha rắnlỏng (R-L) hoặc lỏng-khí (L-K) gọi là ần nhiệt chuyển pha. Nếu Qnc là nhiệt nóng chảy và
Qnt là nhiệt ngưng tụ của một chất có khối lượng m, thì đại lượng :
qnc 

Qnc
m

(1)

gọi là nhiệt nóng chảy riêng và đại lượng :
qnt 

Qnt
m

(2)

gọi là nhiệt ngưng tụ riêng của chất đó. Các đại lượng này có giá trị bằng lượng nhiệt hấp thụ
hoặc toả ra trong quá trình chuyển pha của 1 kilôgam khối chất và được đo theo đơn vị jun trên
kilogam (J/g).
Trong thí nghiệm này, ta sẽ xác định nhiệt nóng chảy riêng của nước đá theo phương pháp
dùng bình nhiệt lượng kế.
III. CÂU HỎI KIỂM TRA