Bài giảng Thí nghiệm Vật lý phổ thông - ĐH Phạm Văn Đồng

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH QUẢNG NGÃI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHẠM VĂN ĐỒNG
---------

BÀI GIẢNG

THÍ NGHIỆM VẬT LÝ PHỔ THƠNG

TRẦN THỊ THU THỦY

1. Quảng

Ngãi, 07/2021
1


LỜI NÓI ĐẦU
Để giúp sinh viên ngành Sư phạm Vật lý thuận tiện trong khi học học phần Thí
nghiệm Vật lí phổ thơng, tơi tiến hành biên soạn bài giảng Thí nghiệm Vật lí phổ thơng.
Nội dung bài giảng gồm 9 chủ đề. Trong mỗi chủ đề của bài giảng gồm nhiều bài thí
nghiệm: bài thí nghiệm thực hành, thí nghiệm kiểm chứng, thí nghiệm biểu diễn. Mỗi bài
thí nghiệm được bố cục theo thứ tự: mục đích thí nghiệm, cơ sở lí thuyết, các dụng cụ thí
nghiệm, trình tự tiến hành thí nghiệm, hướng dẫn báo cáo làm thí nghiệm và trả lời câu
hỏi.
Học phần này giúp cho sinh viên hiểu được vai trị của thí nghiệm vật lý trong việc
hình thành các khái niệm và xây dựng các định luật vật lý, ngoài ra cũng giúp sinh viên
rèn luyện kĩ năng kĩ xảo khi tiến hành thí nghiệm, giới thiệu các phương án thí nghiệm
thường được sử dụng trong phổ thơng, các dụng cụ thiết bị. Qua đó sinh viên có kĩ năng
lựa chọn phương án, dụng cụ thí nghiệm, khắc phục những khó khăn, vận dụng linh hoạt
thí nghiệm vào giảng dạy trường phổ thơng.
Mặc dù người biên soạn đã rất cố gắng để bài giảng được hoàn chỉnh, đáp ứng tốt

cho việc dạy và học, nhưng chắc chắn không tránh khỏi các khiếm khuyết. Rất mong
nhận được những ý kiến đóng góp để bài giảng được hoàn chỉnh hơn.
Quảng Ngãi, tháng 07 – 2021
Người biên soạn

2


MỤC LỤC
PHẦN MỞ ĐẦU: SAI SỐ CỦA PHÉP ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG VẬT LÍ .............. 6
I. MỤC ĐÍCH ................................................... 6
II – PHÉP ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG VẬT LÍ . HỆ ĐƠN VỊ SI .................. 6
1. Phép đo các đại lượng vật lí ....................................... 6
2. Hệ đơn vị đo ................................................. 7
III – SAI SỐ PHÉP ĐO ............................................. 7
1. Sai số hệ thống ............................................... 7
2. Sai số ngẫu nhiên ............................................. 7
3. Giá trị trung bình .............................................. 8
4. Cách xác định sai số của phép đo ..................................... 8
5. Cách viết kết quả đo ............................................ 9
6. Sai số tỉ đối ................................................. 9
7. Cách xác định sai số phép đo gián tiếp ................................ 9
CHỦ ĐỀ 1 ...................................................... 14
BÀI 1: KHẢO SÁT CHUYỂN ĐỘNG THẲNG ĐỀU CỦA VIÊN BI TRÊN MÁNG NGANG
............................................................. 14
CHỦ ĐỀ 1 ...................................................... 17
BÀI 2: KHẢO SÁT CHUYỂN ĐỘNG BIẾN ĐỔI ĐỀU CỦA VIÊN BI TRÊN MÁNG
NGHIÊNG ...................................................... 17
CHỦ ĐỀ 1 ...................................................... 20
BÀI 3: KHẢO SÁT CHUYỂN ĐỘNG CỦA VẬT TRÊN MẶT PHẲN NGHIÊNG XÁC ĐỊNH

HỆ SỐ MA SÁT .................................................. 20
V. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM ........................................ 23
VII. NHỮNG PHƯƠNG ÁN PHÁT TRIỂN TÍNH NĂNG CỦA THIẾT BỊ. ...... 23
CHỦ ĐỀ 1 ...................................................... 24
BÀI 4: KHẢO SÁT LỰC ĐÀN HỒI, NGHIỆM LẠI ĐỊNH LUẬT HÚC ............. 24
CHỦ ĐỀ 1 ...................................................... 26
BÀI 5: KHẢO SÁT CHUYỂN ĐỘNG NÉM NGANG, NÉM XIÊN ................ 26
CHỦ ĐỀ 2 ...................................................... 30
BÀI 1: NGHIỆM QUY TẮC TỔNG HỢP HAI LỰC SONG SONG .............. 30
CHỦ ĐỀ 2 ...................................................... 34
BÀI 2: NGHIỆM QUY TẮC TỔNG HỢP HAI LỰC ĐỒNG QUY .............. 34
3


CHỦ ĐỀ 2 ...................................................... 38
BÀI 3: KHẢO SÁT CÂN BẰNG CỦA VẬT RẮN CĨ TRỤC QUAY QUY TẮC MƠ MEN
LỰC .......................................................... 38
CHỦ ĐỀ 2 ...................................................... 43
BÀI 4: KHẢO SÁT CHUYỂN ĐỘNG RƠI TỰ DO. XÁC ĐỊNH GIA TỐC RƠI TỰ DO .. 43
CHỦ ĐỀ 3 ...................................................... 52
BÀI 1: XÁC ĐỊNH MƠ-MEN QN TÍNH CỦA VẬT RẮN THEO PHƯƠNG PHÁP DAO
ĐỘNG XOẮN. NGHIỆM ĐỊNH LÝ STEINER ............................. 52
CHỦ ĐỀ 3 ...................................................... 61
BÀI 2: KHẢO SÁT SÓNG DỪNG TRÊN SỢI DÂY. XÁC ĐỊNH VẬN TỐC TRUYỀN SÓNG
TRÊN SỢI DÂY .................................................. 61
CHỦ ĐỀ 4 ...................................................... 71
BÀI 1: KHẢO SÁT HIỆN TƯỢNG CĂNG BỀ MẶT CỦA CHẤT LỎNG ........... 71
XÁC ĐỊNH HỆ SỐ CĂNG BỀ MẶT .................................... 71
CHỦ ĐỀ 4 ...................................................... 80
BÀI 2: NGHIỆM ĐỊNH LUẬT BOILO MARIOT - SACLƠ ĐỐI VỚI CHẤT KHÍ ..... 80

CHỦ ĐỀ 5 ...................................................... 83
BÀI 1: KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI NHIỆT. XÁC ĐỊNH NHIỆT DUNG RIÊNG
CỦA VẬT RẮN .................................................. 83
CHỦ ĐỀ 5 ...................................................... 93
BÀI 2: ĐỊNH LUẬT BẢO TỒN VÀ CHUYỂN HĨA NĂNG LƯỢNG............. 93
XÁC ĐỊNH ĐƯƠNG LƯỢNG CÔNG – NHIỆT............................. 93
CHỦ ĐỀ 6 ..................................................... 100
BÀI 1: KHẢO SÁT HIỆN TƯỢNG DÃN NỞ NHIỆT. ĐO HỆ SỐ NỞ DÀI CỦA CÁC VẬT
RẮN ......................................................... 100
CHỦ ĐỀ 6 ..................................................... 105
BÀI 2: XÁC ĐỊNH NHIỆT NÓNG CHẢY VÀ NHIỆT HÓA HƠI CỦA NƯỚC ....... 105
KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH CHUYỂN PHA CỦA NƯỚC. ...................... 115
XÁC ĐỊNH NHIỆT NÓNG CHẢY VÀ NHIỆT NGƯNG TỤ ................... 115
CHỦ ĐỀ 7: ĐO THÀNH PHẦN NGANG CỦA TỪ TRƯỜNG TRÁI ĐẤT .......... 117
CHỦ ĐỀ 8: KHẢO SÁT TƯƠNG TÁC TỪ CỦA DÒNG ĐIỆN ................. 128
NGHIỆM ĐỊNH LUẬT AMPE VỀ LỰC TỪ.............................. 128
CHỦ ĐỀ 9: XÁC ĐỊNH TIÊU CỰ CỦA THẤU KINH HỘI TỤ ................. 137
VÀ THẤU KÍNH PHÂN KỲ ........................................ 137
4


5


PHẦN MỞ ĐẦU: SAI SỐ CỦA PHÉP ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG VẬT LÍ
I. MỤC ĐÍCH
1. Phát biểu được định nghĩa về phép đo các đại lượng vật lí. Phân biệt phép đo trực tiếp
và phép đo gián tiếp.
2. Nắm được những khái niệm cơ bản về sai số của phép đo các đại lượng vật lí và cách
xác định sai số của phép đo:

a) Phát biểu được thế nào là sai số của phép đo các đại lượng vật lí.
b) Phân biệt được hai loại sai số: sai số ngẫu nhiên, sai số hệ thống.
c) Biết cách xác định sai số dụng cụ, sai số ngẫu nhiên.
d) Tính được sai số của phép đo trực tiếp.
e) Tính được sai số phép đo gián tiếp.
f) Biết cách viết đúng kết quả phép đo, với số các chữ số có nghĩa cần thiết.
II – PHÉP ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG VẬT LÍ. HỆ ĐƠN VỊ SI
Khi nghiên cứu các hiện tượng tự nhiên, trong Vật lí học người ta thường dùng
phương pháp thực nghiệm: tiến hành các phép đo các đại lượng vật lí đặc trưng cho
hiện tượng, xác định mối liên hệ giữa chúng, từ đó rút ra quy luật vật lí.
Để thực hiện các phép đo, ta phải có các dụng cụ đo. Tuy nhiên trong thực tế, hầu
như không một dụng cụ đo nào, khơng một phép đo nào có thể cho ta giá trị thực của đại
lượng cần đo. Các kết quả thu được chỉ là gần đúng. Vì sao vậy? Điều này có mâu thuẫn
hay khơng với quan niệm cho rằng Vật lí là một mơn khoa học chính xác? Để trả lời câu
hỏi này, trước hết ta cần làm rõ khái niệm: phép đo các đại lượng vật lí là gì? vì sao có
sự sai lệch giữa giá trị thực của đại lượng cần đo và kết quả đo? Từ đó xác định kết quả
và đánh giá được độ chính xác của phép đo.
1. Phép đo các đại lượng vật lí
Ta dùng một cái cân để đo khối lượng một vật. Cái cân là một dụng cụ đo, và phép
đo khối lượng của vật thực chất là phép so sánh khối lượng của nó với khối lượng của
các quả cân, là những mẫu vật được quy ước có khối lượng bằng một đơn vị (1 gam, 1
kilơgam...) hoặc bằng bội số nguyên lần đơn vị khối lượng. Vậy:
Phép đo một đại lượng vật lí là phép so sánh nó với đại lượng cùng loại được quy
ước làm đơn vị.
Cơng cụ để thực hiện việc so sánh nói trên gọi là dụng cụ đo, phép so sánh trực tiếp
thông qua dụng cụ đo gọi là phép đo trực tiếp.

6

Nhiều đại lượng vật lí có thể đo trực tiếp như chiều dài, khối lượng, thời gian,...
trong khi những đại lượng vật lí khác như gia tốc, khối lượng riêng, thể tích,... khơng có
sẵn dụng cụ đo để đo trực tiếp, nhưng có thể xác định thơng qua một cơng thức liên hệ
với các đại lượng đo trực tiếp. Ví dụ, gia tốc rơi tự do g có thể xác định theo công thức g
=

2s
, thông qua hai phép đo trực tiếp là phép đo độ dài quãng đường s và thời gian rơi t.
t2

Phép đo như thế gọi là phép đo gián tiếp.
2. Hệ đơn vị đo
Một hệ thống các đơn vị đo các đại lượng vật lí đã được quy định thống nhất áp
dụng tại nhiều nước trên thế giới, trong đó có Việt Nam, gọi là hệ SI.
Hệ SI quy định 7 đơn vị cơ bản, đó là:
 Đơn vị độ dài: mét (m)
 Đơn vị thời gian: giây (s)
 Đơn vị khối lượng: kilôgam (kg)
 Đơn vị nhiệt độ: kenvin (K)
 Đơn vị cường độ dòng điện: ampe (A)
 Đơn vị cường độ sáng: canđela (Cd)
 Đơn vị lượng chất: mol (mol).
Ngoài 7 đơn vị cơ bản, các đơn vị khác là những đơn vị dẫn xuất, được suy ra từ các
đơn vị cơ bản theo một cơng thức, ví dụ: đơn vị lực F là niutơn (N), được định nghĩa: 1
N = 1 kg.m/s2.
III – SAI SỐ PHÉP ĐO
1. Sai số hệ thống
Giả sử một vật có độ dài thực là l = 32,7 mm. Dùng một thước có độ chia nhỏ nhất
1 mm để đo l, ta chỉ có thể xác định được l có giá trị nằm trong khoảng giữa 32 và 33
mm, cịn phần lẻ khơng thể đọc trên thước đo. Sự sai lệch này, do chính đặc điểm cấu

tạo của dụng cụ đo gây ra, gọi là sai số dụng cụ.
Sai số dụng cụ là khơng thể tránh khỏi, thậm chí nó cịn tăng lên khi điểm 0 ban đầu
bị lệch đi, mà ta sơ suất trước khi đo không hiệu chỉnh lại. Kết quả là giá trị đại lượng đo
thu được luôn lớn hơn, hoặc nhỏ hơn giá trị thực. Sai lệch do những nguyên nhân trên
gây ra gọi là sai số hệ thống.
2. Sai số ngẫu nhiên
Lặp lại phép đo thời gian rơi tự do của cùng một vật giữa hai điểm A, B, ta nhận
7


được các giá trị khác nhau. Sự sai lệch này khơng có ngun nhân rõ ràng, có thể do hạn
chế về khả năng giác quan của con người dẫn đến thao tác đo khơng chuẩn, hoặc do điều
kiện làm thí nghiệm không ổn định, chịu tác động của các yếu tố ngẫu nhiên bên ngoài ...
Sai số gây ra trong trường hợp này gọi là sai số ngẫu nhiên.
3. Giá trị trung bình
Sai số ngẫu nhiên làm cho kết quả phép đo trở nên kém tin cậy. Để khắc phục người ta
lặp lại phép đo nhiều lần. Khi đo n lần cùng một đại lượng A, ta nhận được các giá trị
khác nhau : A1, A2, …An.
Giá trị trung bình của chúng:
A=

A 1 + A 2 + ...+ A n
n

(1)

sẽ là giá trị gần đúng nhất với giá trị thực của đại lượng A.
4. Cách xác định sai số của phép đo
a) Trị tuyệt đối của hiệu số giữa trị trung bình và giá trị của mỗi lần đo gọi là sai số
tuyệt đối ứng với lần đo đó:

A 1 = A  A 1 ; A 2 = A  A 2 ; A 3 = A  A 3 ; …

(2)

Sai số tuyệt đối trung bình của n lần đo được tính theo cơng thức:
A =

A 1 + A 2 +...+ A n
n

( 3)

Giá trị A xác định theo (3) là sai số ngẫu nhiên. Như vậy, để xác định sai số ngẫu
nhiên ta phải đo nhiều lần. Trong trường hợp không cho phép thực hiện phép đo nhiều
lần (n < 5), người ta khơng tính sai số ngẫu nhiên bằng cách lấy trung bình theo cơng thức
(3), mà chọn giá trị cực đại A max , trong số các giá trị sai số tuyệt đối thu được từ (2).
b) Sai số tuyệt đối của phép đo là tổng sai số ngẫu nhiên và sai số dụng cụ:
A = A + A

,

(4)

Trong đó A’ là sai số hệ thống gây bởi dụng cụ, thơng thường có thể lấy bằng nửa
hoặc một độ chia nhỏ nhất trên dụng cụ. Trong một số dụng cụ đo có cấu tạo phức tạp,
ví dụ đồng hồ đo điện đa năng hiện số, sai số dụng cụ được tính theo một cơng thức do
nhà sản xuất quy định.
Chú ý:
– Sai số hệ thống do lệch điểm 0 ban đầu là loại sai số cần phải loại trừ, bằng cách
chú ý hiệu chỉnh chính xác điểm 0 ban đầu của dụng cụ đo trước khi tiến hành đo.

8


– Sai sót: Trong khi đo, cịn có thể mắc phải sai sót. Do lỗi sai sót, kết quả nhận
được khác xa giá trị thực. Trong trường hợp nghi ngờ có sai sót, cần phải đo lại và loại
bỏ giá trị sai sót.
5. Cách viết kết quả đo
Kết quả đo đại lượng A không cho dưới dạng một con số, mà cho dưới dạng một
khoảng giá trị trong đó chắc chắn có chứa giá ( A –  A) < A < ( A +  A ) , hay là:
A  A  A

(5)

Chú ý: Sai số tuyệt đối của phép đo A thu được từ phép tính sai số thường chỉ được
viết đến một hoặc tối đa là hai chữ số có nghĩa, cịn giá trị trung bình A được viết đến
bậc thập phân tương ứng. Các chữ số có nghĩa là tất cả các chữ số có trong con số, tính từ
trái sang phải, kể từ chữ số khác 0 đầu tiên.
Ví dụ: Phép đo độ dài s cho giá trị trung bình s = 1,368 32 m, với sai số phép đo
tính được là s = 0,003 1 m, thì kết quả đo được viết, với s lấy một chữ số có nghĩa,
như sau:
s = (1,368  0,003) m
6. Sai số tỉ đối
Sai số tỉ đối A của phép đo là tỉ số giữa sai số tuyệt đối và giá trị trung bình của đại
lượng đo, tính bằng phần trăm:
A =

A
.100%
A

Sai số tỉ đối càng nhỏ thì phép đo càng chính xác.
Ví dụ: Phép đo khối lượng một vật cho kết quả m  m  m  1000 5 (mg) thì sai số
tương đối của phép đo khối lượng này sẽ là



m
5
.100% 
.100%  0,5%
m
1000

7. Cách xác định sai số phép đo gián tiếp
Để xác định sai số của phép đo gián tiếp, ta có thể vận dụng quy tắc sau đây:
a) Sai số tuyệt đối của một tổng hay hiệu thì bằng tổng các sai số tuyệt đối của các số
hạng.
b) Sai số tỉ đối của một tích hay thương thì bằng tổng các sai số tỉ đối của các thừa
số.
Ví dụ: Giả sử F là đại lượng đo gián tiếp, còn X, Y, Z là những đại lượng đo trực
9


tiếp.
– Nếu: F = X + Y– Z , thì  F =  X +  Y+  Z
– Nếu: F =

XY
, thì  F =  X +  Y+  Z
Z

c) Nếu trong cơng thức vật lí xác định đại lượng đo gián tiếp có chứa các hằng số (ví dụ:
 , e,…) thì hằng số phải được lấy gần đúng đến số lẻ thập phân sao cho sai số tỉ đối do

phép lấy gần đúng gây ra có thể bỏ qua, nghĩa là nó phải nhỏ hơn 1/10 tổng các sai số tỉ
đối có mặt trong cùng cơng thức tính.
Ví dụ: Xác định diện tích vịng trịn thơng qua phép đo trực tiếp đường kính d của
nó. Biết d = 50,6  0,1 mm.
d 2
Ta có S =
, do đó sai số tỉ đối của phép đo S:
4

S 2d 



 0,4% 


S
d

Trong trường hợp này, phải lấy  = 3,142 để cho


< 0,04%.


Nếu công thức xác định đại lượng đo gián tiếp tương đối phức tạp, các dụng cụ đo

trực tiếp có độ chính xác tương đối cao, sai số phép đo chủ yếu gây bởi các yếu tố ngẫu
nhiên, thì người ta thường bỏ qua sai số dụng cụ. Đại lượng đo gián tiếp được tính cho
mỗi lần đo, sau đo lấy trung bình và tính sai số ngẫu nhiên trung bình như trong các cơng
thức (1), (2), (3).
TĨM TẮT
 Phép đo một đại lượng vật lí là phép so sánh nó với đại lượng cùng loại được quy
ước làm đơn vị.
Phép so sánh trực tiếp thông qua dụng cụ đo gọi là phép đo trực tiếp.
Phép xác định một đại lượng vật lí qua một công thức liên hệ với các đại lượng đo
trực tiếp, gọi là phép đo gián tiếp.
 Giá trị trung bình khi đo nhiều lần một đại lượng A:
A=

A 1 + A 2 + ...+ A n
, là giá trị gần nhất với giá trị thực của đại lượng A.
n

 Sai số tuyệt đối ứng với mỗi lần đo:
A 1 = A  A 1 ; A 2 = A  A 2 ; A 3 = A  A 3 …

Sai số ngẫu nhiên là sai số tuyệt đối trung bình của n lần đo:
10


A =

A 1 + A 2 +...+ A n
n

Sai số dụng cụ A' có thể lấy bằng nửa hoặc một độ chia nhỏ nhất trên dụng cụ.

 Kết quả đo đại lượng A được cho dưới dạng: A  A  A , trong đó A là tổng sai số
,

ngẫu nhiên và sai số dụng cụ: A  A  A , được lấy tối đa đến hai chữ số có nghĩa,
cịn A được viết đến bậc thập phân tương ứng.
 Sai số tỉ đối A của phép đo là tỉ số giữa sai số tuyệt đối và giá trị trung bình của
đại lượng đo, tính bằng phần trăm: A =

A
. 100%.
A

 Sai số của phép đo gián tiếp, được xác định theo các quy tắc:
Sai số tuyệt đối của một tổng hay hiệu, thì bằng tổng các sai số tuyệt đối của các số
hạng.
Sai số tỉ đối của một tích hay thương, thì bằng tổng các sai số tỉ đối của các thừa số.
BÀI TẬP
1. Bài tập mẫu
Dùng thước kẹp có ĐCNN 0,1 mm để đo 5 lần đường kính d và chiều cao h của một
trụ thép, cho kết quả như trong bảng sau:
Lần

D

H

đo

(mm)

(mm)

1

30

19,9

2

30,1

19,8

3

30

20,0

4

30,1

19,7

5

30.1

19,9

Hãy cho biết kết quả phép đo d, h và tính thể tích của trụ thép.
Giải
Phép đo d, h là phép đo trực tiếp, giá trị trung bình và sai số ngẫu nhiên tính trong
bảng sau:
Lần

d

đo

(mm)

d

h
(mm)

11

h


1

30,0

0,06

19,9

0,04

2

30,1

0,04

19,8

0,06

3

30,0

0,06

20,0

0,14

4

30,1

0,04

19,7

0,16

5

30,1

0,06

19,9

0,04

TB

30,06

0,05

19,86

0,09

Sai số dụng cụ bằng 0,1 mm. Vậy:
Sai số phép đo đường kính trụ là:
d = 0,05 + 0,1 = 0,15 mm
Sai số phép đo chiều cao trụ là:
h = 0,09 + 0,1 = 0,19 mm.
Kết quả:

d = 30,06  0,15 (mm).
h = 19,86  0,19 (mm).

Thể tích trung bình của trụ:
d h 3,142.30,062.19,86

 14 100 (mm3).
4
4

V

Sai số tỉ đối:
V
d h 
0,15
0,19
 2. 

2

 0,02  2% Sai số tuyệt đối:

30,06 19,86
V
d
h
V  VV  14 100.0,02  282 (mm3 )

V = (1 410  28 ).10 (mm3)
2. Bài tập vận dụng
Dùng một đồng hồ đo thời gian có ĐCNN 0,001 s để đo n lần thời gian rơi tự do
không vận tốc đầu của một vật, bắt đầu từ điểm A (vA = 0) đến điểm B, kết quả cho
trong bảng dưới đây:
n

t

1

0,399

2

0,408

3

0,406

4

0,405

5

0,402

 ti

 t’

TB
12


a) Hãy tính thời gian rơi trung bình, sai số ngẫu nhiên, sai số dụng cụ, và sai số phép
đo thời gian. Phép đo này là trực tiếp hay gián tiếp? Nếu chỉ đo 3 lần (n=1, 2, 3) thì kết
quả đo bằng bao nhiêu?
b) Dùng một thước mm đo 5 lần khoảng cách s giữa hai điểm A, B đều cho một giá
trị như nhau bằng 798 mm. Tính sai số phép đo này và viết kết quả đo.
c) Cho cơng thức tính vận tốc tại B: v =

2s
2s
và gia tốc rơi tự do g = 2 . Dựa vào các
t
t

kết quả đo ở trên và các quy tắc tính sai số đại lượng đo gián tiếp đã học, hãy tính v,
g,  v,  g và viết các kết quả cuối cùng?

13


CHỦ ĐỀ 1_BÀI 1: KHẢO SÁT CHUYỂN ĐỘNG THẲNG ĐỀU CỦA VIÊN BI
TRÊN MÁNG NGANG
I. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM
1. Quan sát chuyển động thẳng đều của viên bi trên mặt phẳng ngang.

2. Xác định vận tốc viên bi.
II. DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM
1. Mặt phẳng ngang P có máng lăn, gắn thước 1000mm.
2. Thước đo góc G có quả dọi
3. Giá đỡ ba chân hình sao có 3 chân vít điều chỉnh thăng bằng.
4. Một trụ thép 10, một trụ thép 8 và một khớp chữ thập đa năng.
5. Bi thép.
6. Đồng hồ đo thời gian hiện số MC-964.
7. Hai cổng quang điện E, F.
8. Chân chống C có vít điều chỉnh.
9. Nam châm điện N
10.

Hộp công tắc nút nhấn kép để giữ và thả viên bi.

III. LẮP RÁP THÍ NGHIỆM
1. Đặt máng ngang lên giá đỡ, phối hợp điều chỉnh các chân vít và dịch chuyển khớp

nối đa năng đến vị trí thích hợp để mặt phẳng P nằm ngang. Khi đó, dây rọi song song với
mặt phẳng thước đo góc và chỉ số 0.
2. Nam châm điện N giữ và thả bi được đặt cố định tại đỉnh của phần máng nghiêng

(Hình 1), nối với ổ C của đồng hồ đo thời gian qua hộp công tắc kép kiểu nút nhấn.
3. Đặt hai cổng quang điện E, F cách nhau một đoạn s (ban đầu chọn s khoảng 30cm)

và nối chúng với hai cổng A, B của đồng hồ đo thời gian hiện số MC-964.

14

IV - TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM
A- Phương án 1 : Đo vận tốc tức thời ở các vị trí khác nhau trên quỹ đạo : Đồng hồ đo
thời gian hiện số MC-964 đặt làm việc ở MODE A+B , thang đo 9,999s.
1. Nhấn nút RESET để số chỉ trên đồng hồ trở về 0.000.
2. Nhấn công-tắc ngắt điện vào nam châm điện để thả cho viên bi lăn xuống từ đỉnh H,
chuyển động qua hai cổng quang điện E. F. Khi viên bi đi qua cổng E, đồng hồ chỉ t1 là
khoảng thời gian cổng E bị viên bi chắn tia hồng ngoại. Tiếp tục chuyển động, viên bi đi
qua cổng F trong khoảng thời gian t 2 , đồng hồ chỉ thời gian t  t1  t 2 . Nếu t1  t 2
thì chuyển động của viên bi trên máng ngang là thẳng đều.
Quan sát và ghi các khoảng thời gian t1 và t tương ứng hiển thị trên đồng hồ vào
bảng 1.
Gọi d là đường kính viên bi, vận tốc tức thời của viên bi tại vị trí đặt hai cổng quang điện
E, F được tính bằng:
vE 

Lần

t1

d
,
t 1

vF 

t 2

t

d

t 2

v1

v2

đo
1
2
3
Nhận xét: Trên mặt phẳng ngang, vận tốc tức thời của viên bi tại các cổng quang điện E,
F đặt ở những vị trí khác nhau trên quĩ đạo có giá trị .....................................
Vậy chuyển động của viên bi trên máng ngang là chuyển động ......................
B- Phương án 2:

Đo vận tốc trung bình của viên bi trên các quãng đường khác nhau:

Đồng hồ đo thời gian hiện số MC-964 đặt làm việc ở MODE AB , thang đo 9,999s.
1. Hai cổng quang điện đặt cách nhau một khoảng s = 30cm.
2. Nhấn nút RESET để số chỉ trên đồng hồ trở về 0.000.
3. Nhấn công-tắc ngắt điện cho nam châm điện để thả viên bi lăn xuống, chuyển động

qua hai cổng quang điện E. F. Khi viên bi đi vào cổng E, đồng hồ đo thời gian bắt đầu đếm.
Khi viên bi đi đến cổng F, đồng hồ dừng đếm. Khoảng thời gian t viên bi đi qua quãng
đường giữa hai cổng quang điện được hiển thị trên đồng hồ.
15


4. Quan sát và ghi thời gian t vào bảng 1.
5. Giữ nguyên vị trí cổng E. Dịch cổng F xa dần cổng E, mỗi lần thêm 5 cm. Với mỗi

giá trị của s, lặp lại các động tác 1, 2, 3 để đo thời gian t tương ứng và ghi kết quả vào
bảng 1.
V. Phân tích kết quả thí nghiệm
1. Lập thương số s/t ứng mỗi trường hợp để xem trung bình mỗi giây viên bi đi được
bao nhiêu centimét. Ghi kết quả vào bảng 1.
TT

s (cm)

1

30

2

35

3

40

4

45

5

50

t (s)

v = s/t

2. Đại lượng v = s/t gọi là vận tốc trung bình của viên bi trên quãng đường s.
3. Biểu diễn trên đồ thị "quãng đường-thời gian” s =s (t) và “vận tốc trung bình–thời
gian “ v = v(t).
4. Cho nhận xét và kết luận rút ra từ kết quả tính v trong bảng 1 và dạng đồ thị s, v thu được.

16


CHỦ ĐỀ 1
BÀI 2: KHẢO SÁT CHUYỂN ĐỘNG BIẾN ĐỔI ĐỀU CỦA VIÊN BI TRÊN
MÁNG NGHIÊNG

I. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM
1. Quan sát chuyển động của viên bi trên máng nghiêng để thấy tính chất chuyển động thẳng
biến đổi đều (nhanh dần đều hoặc chậm dần đều) của nó.
2. Nghiên cứu sự thay đổi vận tốc v theo thời gian t, mối quan hệ đường đi-thời gian. Vẽ
đồ thị s phụ thuộc t2, để từ đó nêu nhận xét và kết luận về tính chất chuyển động.
Xác định vận tốc tức thời và gia tốc của viên bi.
II. DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM
1. Máng nghiêng P có gắn thước 1000mm.
2. Thước đo góc G có quả dọi.
3. Gía đỡ ba chân hình sao có 3 chân vít điều chỉnh thăng bằng.
4. Một trụ thép 10, một trụ thép 8 và một khớp chữ thập đa năng.
5. Bi thép.
6. Đồng hồ đo thời gian hiện số MC-964.
7. Hai cổng quang điện E, F.

8. Chân chống C có vít điều chỉnh.
9. Khớp nối đa năng để thay đổi độ cao điểm kê.
10. Nam châm điện N, hộp công-tắc nút nhấn kép để giữ và thả bi.
III LẮP RÁP THÍ NGHIỆM
Đặt máng nghiêng lên giá đỡ, phối hợp điều chỉnh các chân vít và dịch chuyển khớp nối
đa năng đến vị trí thích hợp để mặt phẳng P nằm nghiêng, sao cho dây rọi song song với
mặt phẳng thước đo góc và chỉ số khoảng 5-100.
1. Nam châm điện N để giữ và thả bi được đặt cố định tại một vị trí trên mặt phẳng
17


nghiêng, nối qua hộp công-tắc đến ổ C của đồng hồ đo thời gian…
2. Đặt cổng quang điện F cách E một đoạn s (ban đầu chọn s = 10 cm) và nối chúng với
hai ổ A, B của đồng hồ đo thời gian .
3. Đồng hồ đo thời gian hiện số MC-964 đặt làm việc ở MODE A  B , thang đo
9,999s. Khi viên bi lăn tới cổng E , đồng hồ bắt đầu đếm, đến cổng F đồng hồ dừng
đếm. Khoảng thời gian chuyển động t của viên bi giữa hai cổng E, F hiện thị trên đổng
hồ.
4. Để đo vận tốc tức thời của viên bi khi nó đi qua cổng F, ta chỉ việc vặn chuyển mạch
MODE của đồng hồ đo thời gian MC-963 về vị trí B (cổng F nối với ổ B). Khi đó đồng
hồ sẽ chỉ khoảng thời gian t, là khoảng thời gian viên bi chắn tia hồng ngoại khi nó đi
qua cổng F. Biết đường kính viên bi (d = 2.1cm ), ta tính được vận tốc tức thời:
v = d / t = 2,1 / t

(cm/s).

IV - TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM
Khảo sát chuyển động nhanh dần đều:
Chuyển mạch MODE ở vị trí A  B
1. Nhấn nút RESET để số chỉ trên đồng hồ trở về 0.000.

2. Đặt khoảng cách ban đầu giữa viên bi và cổng E bằng s0 = 5cm, cổng E cách cổng F
bằng s1 = 15 cm.
3. Nhấn công-tắc ngắt điện cho nam châm để thả cho viên bi lăn qua hai cổng E, F. Ghi
các giá trị s, t vào bảng 1.
4. Dịch chuyển cổng E đến vị trí đặt cổng F và dịch cổng F đến vị trí cách E một khoảng
25 cm. Lặp lại bước 3. Ghi tiếp các giá trị của s, t vào bảng 1.
5. Dịch chuyển cổng E đến vị trí đặt cổng F và đặt cổng F đến vị trí cách E một khoảng 35
cm. Lặp lại bước 3. Ghi tiếp các giá trị của s, t vào bảng 1.
V. PHÂN TÍCH KẾT QUẢ
Bảng 1
S(cm)

t

Sj - Si

S0=5cm
10
20
30

18


NHẬN XÉT
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
......................
KẾT LUẬN :
……………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………
………………
Ghi chú: Có nhiều phương án khảo sát chuyển động nhanh dấn đều của viên bi trên mặt
phẳng nghiêng. Ví dụ:
- Khảo sát sự phụ thuộc s = s (t2 ), sử dụng MODE A B của đồng hồ đo thời gian,
cổng quang điện E nối với ổ B, nam châm điện nối qua công-tắc kép đến ổ A, với các giá
trị s = 5cm, 20cm, 45 cm, 80cm.
- Khảo sát sự phụ thuộc s = s (t2 ), sử dụng MODE A B của đồng hồ đo thời gian,
cổng quang điện E nối với ổ B, nam châm điện nối qua công-tắc kép đến ổ A, với các giá
trị của s như trong bảng 2. Vẽ đồ thị

s = s (t2), v= v(t). Rút ra nhận xét, kết luận.

Bảng 2
s (cm)

t (s)

t2

Đồ thị s = s (t2), v = v(t)

19

a = 2s/t2

v = 2s/t


CHỦ ĐỀ 1

BÀI 3: KHẢO SÁT CHUYỂN ĐỘNG CỦA VẬT TRÊN MẶT PHẲN
NGHIÊNG XÁC ĐỊNH HỆ SỐ MA SÁT

I. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM
Vận dụng phương pháp động lực học để khảo sát tác dụng của lực ma sát
đối với vật chuyển động trên mặt phẳng nghiêng. Đo hệ số ma sát nghỉ cực đại,
hệ số ma sát trượt, so sánh các giá trị thu được từ thực nghiệm.
II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1. Phương pháp động lực học
a. Cho một vật nằm trên mặt phẳng nghiêng P, với góc nghiêng  so với
mặt nằm ngang. Khi  nhỏ , vật vẫn nằm yên trên P, không chuyển động. Tăng
dần độ nghiêng, khi  đạt giá trị 0 nào đó vật bắt đầu chuyển động trượt
xuống với gia tốc a nào đó . Đại lượng:
0 = tan 0

(1)

có giá trị bằng hệ số ma sát nghỉ cực đại.
b. Khi   0 , vật trượt nhanh dần đều với gia tốc a, độ lớn của a chỉ
phụ thuộc góc nghiêng  và hệ số  - gọi là hệ số ma sát trượt:
a = g.(sin  -  .cos  )
Thực nghiệm cho thấy, trong hầu hết các trường hợp m  0.
Bằng cách đo  và a, ta xác định được hệ số ma sát trượt  :

20

(2)


 t = tan  -

a
g . cos 

(3)

Gia tốc a xác định theo hệ thức: a = 2s/t2, trong đó quãng đường s đo bằng
thước mm, thời gian t đo bằng đồng hồ đo thời gian hiện số điều khiển bằng
cơng tắc và cổng quang điện. Góc nghiêng  có thể đọc ngay trên thước đo góc
có quả dọi, gắn vào mặt phẳng nghiêng.
III - DỤNG CỤ CẦN THIẾT
1. Mặt phẳng nghiêng có gắn thước đo góc và quả rọi, và một thước thẳng 850
mm.
2. Nam châm điện gắn ở một đầu mặt phẳng nghiêng, nối với ổ A của đồng hồ
đo thời gian hiện số MC-964 qua hộp cơng tắc đóng ngắt để giữ và thả vật.
3. Đế ba chân hình sao có vít chỉnh thăng bằng, cọc thép Inox 10, khớp đa
năng và trụ thép 8 tạo thành giá đỡ mặt phẳng nghiêng, có thể thay đổi độ cao
điểm kê.
4. Trụ thép đường kính 30mm, cao 30mm, mạ Ni ken có hai mặt đáy dùng làm
mặt trượt.
5. Ke ba chiều để xác định vị trí vật.

IV. LẮP RÁP THÍ NGHIỆM
1. Lắp cọc thép inox 10 vào đế ba chân, xiết chặt bằng vít đầu nhựa M6. Đặt
máng nghiêng có lắp nam châm điện N và cổng quang điện E lên giá đỡ. Nam
châm điện N được lắp ở đầu A của máng nghiêng, nối qua hộp công tắc, và
cắm vào ổ A của đồng hồ đo thời gian nhờ một phích cắm có 5 chân. Nếu đồng
hồ đo thời gian được bật điện, ổ A sẽ cấp điện cho nam châm hoạt động. Cổng
quang điện E nối vào ổ B của đồng hồ đo thời gian.

21


Hạ thấp khớp nối để giảm góc nghiêng , sao cho khi đặt mặt đáy trụ thép lên
máng, trụ không thể tự trượt. Điều chỉnh thăng bằng cho máng nghiêng nhờ các
chân vít của giá đỡ, sao cho dây rọi song song với mặt phẳng thước đo góc.
V. TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM
1. Đo hệ số ma sát nghỉ cực đại
Đặt mặt đáy trụ thép lên mặt phẳng nghiêng. Giữ chắc giá đỡ, tăng dần góc
nghiêng  bằng cách đẩy từ từ đầu B của nó, để máng nghiêng trượt trên thanh
ngang của giá đỡ. Khi vật bắt đầu trượt thì dừng lại, đọc và ghi giá trị 0 vào
bảng 1.
Lặp lại thí nghiệm 5 lần và ghi các giá trị đo được vào bảng 1.
2. Đo hệ số ma sát trượt
Đưa khớp nối lên vị trí cao để tạo góc nghiêng   0 . Đọc giá trị , ghi vào
bảng 1.
Đồng hồ đo thời gian làm việc ở MODE A B, thang đo 9,999s. Nhấn
khoá K để bật điện cho đồng hồ.
1) Xác định vị trí ban đầu s0 của trụ thép: Đặt vật trụ kim loại lên đầu A của
máng nghiêng, sát với nam châm, mặt đáy tiếp xúc với mặt phẳng nghiêng.
Dùng miếng ke áp sát mặt nghiêng, đẩy ke đến vị trí chạm vào trụ kim loại, để
xác định vị trí đầu s0 của trụ trên thước đo. Ghi giá trị s0 vào bảng 1. Có thể
dịch chuyển vị trí nam châm điện sao cho s0= 0.
2) Nới lỏng vít để dịch chuyển cổng quang điện E đến vị trí cách s 0 một
khoảng s = 400mm, rồi vặn chặt vít, cố định vị trí cổng E trên máng nghiêng
3) Nhấn nút RESET trên mặt đồng hồ để đưa chỉ thị số về giá trị 0.000.
4) Ấn nút trên hộp công tắc để thả cho vật trượt, rồi nhả nhanh trước khi vật
đến cổng E.
Ghi thời gian trượt t vào bảng 1.
Đặt lại trụ kim loại vào vị trí s0 và lặp lại 5 lần phép đo thời gian t.

A. Kết thúc thí nghiệm: Tắt điện đồng hồ đo thời gian.
Chú ý: Hệ số ma sát phụ thuộc nhiều vào trạng thái bề mặt tiếp xúc giữa
các vật (bụi bậm, ẩm ướt, các vật bám dính trên mặt....). Vì vậy cần lau sạch
các bề mặt tiếp xúc của máng nghiêng, vật trượt trước khi thực hiện phép đo.

22


V. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
Bảng 1
0



s

t

Tính hệ số ma sát trượt và sai số phép đo.
VII. NHỮNG PHƯƠNG ÁN PHÁT TRIỂN TÍNH NĂNG CỦA THIẾT
BỊ.
Phương pháp vận dụng định luật biến đổi cơ năng (tùy chọn)
Vật nằm trên đỉnh mặt phẳng nghiêng, có thế năng Wt:
Wt = m.g h = mg s sin.

(4)

Khi vật trượt xuống chân mặt phẳng nghiêng: Toàn bộ thế năng ban đầu
chuyển thành động năng tịnh tiến và công của lực ma sát trượt trên quãng
đường s:

W t = Wđ + A
mgs sin =

mv2
+ Fms . s.
2

trong đó: Fms  t .N  t .mg.cos.
g s.sin =

v2
+ t .g.cos. s.
2

Vận tốc v của vật ở chân phẳng nghiêng được xác định nhờ cổng quang điện và
đồng hồ đo thời gian hiện số làm việc ở MODE B (cổng quang điện E nối với ổ
B).
v = D/t
trong đó, D là đường kính vật trươt, t là thời gian vật đi qua cổng quang điện
E.
Đo góc nghiêng , độ dài quãng đường s, đường kính D của vật, ta xác định
được hệ số ma sát trượt  t.

23


CHỦ ĐỀ 1
BÀI 4: KHẢO SÁT LỰC ĐÀN HỒI, NGHIỆM LẠI ĐỊNH LUẬT HÚC
I. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM
1. Khảo sát sự biến dạng của các lò xo gắn trên giá khi treo các quả nặng vào

đầu dưới của chúng.
2. Phát hiện mối quan hệ giữa lực tác dụng vào lò xo và độ biến dạng.
II. DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM
1. Ba lị xo dài 60mm, có độ cứng khác nhau.
2. Hộp gồm 12 quả gia trọng 50g, hai đầu có móc treo.
3. Bảng có in ba thước 270mm
4. Nam châm gắn bảng
5. Bảng từ tính 400x550mm
6. Trụ thép lắp trên đế ba chân có vít chỉnh thăng băng
III. TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM
1. Ba lị xo ban đầu có độ dài như nhau chịu ba lực tác dụng như nhau, nhưng
độ dãn lại khác nhau?
2. Chọn một lị xo có độ cứng lớn nhất, lần lượt treo các quả nặng 50g, quan sát
trên thước và ghi lai độ biến dạng tương ứng vào bảng 1.
Nghiệm lại định luật Huc: F = kx, đối với lị xo trên
IV. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
1. Bảng 1
m (g)

50

100

150

200

250

x (mm)

k

24


Hệ số đàn hồi k = mg/x

25