Giáo Trình Thực Hành Vật Lý Đại Cương 2: Hướng Dẫn và Thực Hành

Giáo trình nghiên cứu thực hành vật lý đại cương 2, trình bày lý thuyết rõ ràng, minh họa ví dụ thực tế, phù hợp sinh viên vật lý.

• Tác giả: TS. Lưu Thế Vinh
• Trường học: Đại Học Đà Lạt
• Chuyên ngành: Vật Lý Đại Cương
• Đề tài: Giáo Trình Thực Hành Vật Lý Đại Cương 2 - Hướng Dẫn Chi Tiết
• Loại tài liệu: giáo trình
• Năm xuất bản: 2004
• Địa điểm: Đà Lạt

Mục lục chi tiết

• LỜI GIỚI THIỆU
• 1. PHẦN THỨ NHẤT: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ THỰC HÀNH VẬT LÝ
• 1.1. Pheùp ño caùc ñaïi löôïng vaät lyù
• 2. PHẦN THỨ 2. CÁC BÀI THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH
• 2.1. Baøi 1. CÔ HOÏC CHAÁT ÑIEÅM, HIEÄN TÖÔÏNG PHAÙCH

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Giáo Trình Thực Hành Vật Lý Đại Cương 2

Giáo trình "Thực hành vật lý đại cương 2" là một phần quan trọng trong chương trình đào tạo vật lý tại các trường đại học. Tài liệu này cung cấp cho sinh viên những kiến thức cơ bản và kỹ năng thực hành cần thiết để áp dụng lý thuyết vào thực tế. Nội dung giáo trình được thiết kế để giúp sinh viên làm quen với các phương pháp thí nghiệm vật lý cơ bản và nâng cao khả năng phân tích, đánh giá kết quả thí nghiệm.

1.1. Mục Đích Của Giáo Trình Thực Hành Vật Lý

Mục đích chính của giáo trình là trang bị cho sinh viên những kỹ năng thực hành cần thiết trong lĩnh vực vật lý. Sinh viên sẽ được học cách sử dụng các thiết bị thí nghiệm hiện đại và thực hiện các thí nghiệm cơ bản để củng cố kiến thức lý thuyết.

1.2. Cấu Trúc Của Giáo Trình

Giáo trình bao gồm 10 bài thực hành, mỗi bài tập trung vào một khía cạnh khác nhau của vật lý, từ cơ học đến quang học. Mỗi bài thực hành đều có phần lý thuyết và hướng dẫn chi tiết để sinh viên có thể thực hiện một cách chính xác.

II. Những Thách Thức Trong Việc Thực Hành Vật Lý Đại Cương 2

Việc thực hành vật lý không chỉ đơn thuần là thực hiện thí nghiệm mà còn đòi hỏi sinh viên phải đối mặt với nhiều thách thức. Những thách thức này có thể đến từ việc sử dụng thiết bị, phân tích dữ liệu, và hiểu biết về các hiện tượng vật lý.

2.1. Khó Khăn Trong Việc Sử Dụng Thiết Bị

Sinh viên thường gặp khó khăn trong việc làm quen với các thiết bị thí nghiệm hiện đại. Việc hiểu rõ cách thức hoạt động và cách sử dụng đúng cách là rất quan trọng để đạt được kết quả chính xác.

2.2. Phân Tích Dữ Liệu Thí Nghiệm

Phân tích dữ liệu là một phần không thể thiếu trong quá trình thực hành. Sinh viên cần phải biết cách xử lý và diễn giải kết quả thí nghiệm để rút ra những kết luận chính xác.

III. Phương Pháp Thực Hành Vật Lý Đại Cương 2 Hiệu Quả

Để đạt được kết quả tốt trong thực hành vật lý, sinh viên cần áp dụng những phương pháp hiệu quả. Những phương pháp này không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn nâng cao độ chính xác của kết quả.

3.1. Lập Kế Hoạch Thí Nghiệm

Trước khi thực hiện thí nghiệm, sinh viên cần lập kế hoạch chi tiết, bao gồm mục tiêu, phương pháp, và thiết bị cần sử dụng. Kế hoạch rõ ràng sẽ giúp quá trình thực hiện diễn ra suôn sẻ hơn.

3.2. Ghi Chép Kết Quả Chính Xác

Việc ghi chép kết quả một cách chính xác và đầy đủ là rất quan trọng. Sinh viên cần phải chú ý đến từng chi tiết nhỏ để đảm bảo rằng không có thông tin nào bị bỏ sót.

IV. Ứng Dụng Thực Tế Của Giáo Trình Thực Hành Vật Lý Đại Cương 2

Giáo trình thực hành vật lý không chỉ giúp sinh viên nắm vững lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tế trong nhiều lĩnh vực. Những kiến thức và kỹ năng thu được từ giáo trình có thể áp dụng trong nghiên cứu, công nghiệp và giáo dục.

4.1. Nghiên Cứu Khoa Học

Sinh viên có thể áp dụng những kiến thức từ giáo trình vào các nghiên cứu khoa học, từ đó phát triển các dự án nghiên cứu độc lập hoặc tham gia vào các nhóm nghiên cứu.

4.2. Ứng Dụng Trong Công Nghiệp

Kiến thức về vật lý có thể được áp dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp, từ sản xuất đến thiết kế sản phẩm. Điều này giúp sinh viên có cơ hội việc làm tốt hơn sau khi tốt nghiệp.

V. Kết Luận Về Giáo Trình Thực Hành Vật Lý Đại Cương 2

Giáo trình "Thực hành vật lý đại cương 2" đóng vai trò quan trọng trong việc đào tạo sinh viên. Nó không chỉ cung cấp kiến thức lý thuyết mà còn giúp sinh viên phát triển kỹ năng thực hành cần thiết cho sự nghiệp sau này.

5.1. Tương Lai Của Giáo Trình

Giáo trình sẽ tiếp tục được cập nhật và cải tiến để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của sinh viên và thị trường lao động. Việc tích hợp công nghệ mới vào giáo trình sẽ giúp nâng cao chất lượng đào tạo.

5.2. Khuyến Khích Sinh Viên Tham Gia

Khuyến khích sinh viên tham gia tích cực vào các hoạt động thực hành và nghiên cứu sẽ giúp họ phát triển toàn diện hơn. Điều này không chỉ nâng cao kiến thức mà còn rèn luyện kỹ năng làm việc nhóm và tư duy phản biện.

Nội dung chính

Giáo Trình Thực Hành Vật Lý Đại Cương II – TS. Lưu Thế Vinh (Đại Học Đà Lạt)

Tổng quan về giáo trình (250-300 từ)

Thực hành Vật lý đại cương II do TS. Lưu Thế Vinh biên soạn, được Trường Đại học Đà Lạt ban hành năm 2004, là tài liệu giảng dạy chính thức cho học phần thực hành tiếp nối của chương trình Vật lý đại cương bậc đại học. Trong khi học phần Thực hành Vật lý đại cương I tập trung vào các phương pháp thực nghiệm cơ bản nhằm kiểm chứng các hiện tượng cơ, nhiệt, điện và quang học cổ điển, học phần này mở rộng sang việc khảo sát các hệ thống đo lường phức tạp và tiếp cận các phương tiện đo hiện đại.

Mục tiêu học tập của giáo trình là trang bị cho sinh viên kỹ năng vận hành các thiết bị đo lường chuyên dụng như máy đếm tần số kỹ thuật số, dao động ký điện tử, hệ thống đệm khí và đặc biệt là hệ thống đo lường ghép nối máy vi tính PC. Sinh viên không chỉ nắm bắt bản chất vật lý của các hiện tượng khảo sát mà còn được rèn luyện kỹ năng thu nhận và xử lý số liệu thực nghiệm thông qua phần mềm chuyên dụng cài đặt trên máy tính.

Cấu trúc giáo trình gồm hai phần:

• Phần thứ nhất: Trình bày lý thuyết đo lường, hệ đơn vị đo và phương pháp tính toán sai số.
• Phần thứ hai: Gồm 10 bài thực hành chuyên đề bao quát từ cơ học chất điểm, động lực học vật rắn, máy điện, từ trường, quang học sóng cho đến vật lý nguyên tử và hạt nhân.

Điểm đặc trưng của giáo trình là tính đồng bộ hóa cao của các thiết bị thí nghiệm, kết hợp chặt chẽ giữa việc mô tả cơ sở lý thuyết, sơ đồ đấu nối mạch điện và quy trình thao tác từng bước trên máy vi tính điều khiển.

---

Nội dung kiến thức cốt lõi (500-600 từ)

                       CẤU TRÚC GIÁO TRÌNH
                               │
       ┌───────────────────────┴───────────────────────┐
       ▼                                               ▼
  PHẦN THỨ NHẤT                                   PHẦN THỨ HAI
Lý thuyết đo lường &                          10 Bài thực hành
  Xử lý sai số                                   chuyên đề
       │                                               │
 ┌─────┴─────┐                   ┌─────────────────────┼─────────────────────┐
 ▼           ▼                   ▼                     ▼                     ▼
Đơn vị    Xử lý sai số      [Bài 1 - Bài 2]       [Bài 3 - Bài 5]       [Bài 6 - Bài 10]
SI &      • Hệ thống         Cơ học chất điểm      Điện từ & Vận tốc     Quang học sóng
Gauss     • Ngẫu nhiên       & Cơ học vật rắn         ánh sáng           & Vật lý vi hạt
          • Phân bố Gauss

Các chương/chủ đề chính

Giáo trình triển khai hệ thống 10 bài thực hành trọng tâm:

• Bài 1 – Cơ học chất điểm, hiện tượng phách: Khảo sát và nghiệm lại ba định luật Newton, va chạm đàn hồi trên đệm không khí, định luật bảo toàn động lượng, bảo toàn động năng, hiện tượng tiêu hao động năng $\Delta E$ do biến dạng, tổng hợp hai dao động điều hòa cùng phương và hiện tượng phách thông qua hệ thống đo CASSY-E ghép nối máy vi tính.
• Bài 2 – Cơ học vật rắn: Đo gia tốc trọng trường $g$ bằng con lắc toán học; xác định mômen quán tính $J$ của con lắc vật lý; khảo sát chuyển động tuế sai (tiến động) của con quay hồi chuyển 18 nan hoa, nghiệm lại mối quan hệ giữa tần số quay $f_\omega$ và tần số tuế sai $f_\Omega$.
• Bài 3 – Thí nghiệm máy biến áp: Khảo sát các thông số kỹ thuật của máy biến áp một pha có lõi thép kỹ thuật điện (với các cuộn dây $n_1 = 250$ vòng, $n_2 = 500$ vòng, $n_3 = 1000$ vòng) ở chế độ không tải, có tải và ngắn mạch.
• Bài 4 & Bài 5 – Đo từ trường và đo vận tốc ánh sáng: Khảo sát phân bố từ trường trong lòng ống dây dẫn; xác định vận tốc truyền ánh sáng trong môi trường bằng thiết bị biến đổi xung điện và dao động ký (oscilloscope).
• Bài 6 & Bài 7 – Giao thoa và tán sắc ánh sáng: Đo bước sóng ánh sáng bằng lưỡng gương Fresnel; khảo sát hiện tượng tán sắc qua lăng kính, cách tử nhiễu xạ và đo chiết suất của khối thủy tinh.
• Bài 8, Bài 9 & Bài 10 – Vật lý vi hạt và lượng tử: Khảo sát hiện tượng nhiễu xạ tia X qua tinh thể để xác định hằng số mạng; kiểm chứng tính chất sóng của vi hạt qua nhiễu xạ chùm electron trên thanh đa tinh thể graphit để đo bước sóng De Broglie; đo điện tích riêng $e/m$ của electron.

Tiến trình nội dung đi từ cơ sở đo lường đại lượng vật lý cổ điển đến các hiện tượng cơ học, điện từ và kết thúc ở các bài thực nghiệm vật lý hiện đại.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình thiết lập hệ thống lý thuyết thực nghiệm dựa trên các nền tảng:

• Nguyên lý đo lường học: Xây dựng hệ thống đơn vị đo từ nguyên tắc ba đơn vị độc lập ($L, M, T$) của Gauss (1832) đến Hệ đơn vị quốc tế SI (1960) gồm 7 đơn vị cơ bản, 2 đơn vị bổ trợ và 27 đơn vị dẫn xuất, cùng phương trình thứ nguyên $\text{dim},X = L^p M^q T^r$.
• Lý thuyết sai số: Phân loại sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên; thiết lập các công thức sai số tuyệt đối, sai số tương đối, cấp chính xác dụng cụ đo điện ($\gamma% = \frac{\Delta a_{\max}}{A_{\max}} \cdot 100%$ với 8 cấp chính xác quy chuẩn: $0{,}05$; $0{,}1$; $0{,}2$; $0{,}5$; $1{,}0$; $1{,}5$; $2{,}5$; $5{,}0$); áp dụng phân bố chuẩn Gauss để tính sai số toàn phương trung bình $\sigma$ và sai số chuẩn $\sigma_a$.
• Mô hình động lực học và sóng: Phương trình cơ bản động lực học chất điểm $F = ma$, động lực học vật rắn quay $I\beta = M = \frac{dL}{dt}$, nguyên lý cảm ứng điện từ Faraday và lưỡng tính sóng - hạt.

Kỹ năng phát triển

• Kỹ năng kỹ thuật: Đấu nối mạch đo tín hiệu số, vận hành đầu đo quang học chữ U (cảm biến chắn chùm bức xạ), đầu đo cơ học ròng rọc T, máy tạo đệm không khí, bộ đếm tần số LH Digital Counter, Counter P và giao diện phần cứng CASSY-E.
• Kỹ năng phân tích: Xử lý đồ thị $v(t)$, $s(t^2)$ để tính gia tốc thông qua độ dốc (slope), xử lý số liệu bảng đo, tính toán sai số lan truyền của tích, thương, hàm nhiều biến.
• Năng lực thực nghiệm: Thiết lập điều kiện biên cho thí nghiệm (như góc lệch bé $\theta < 10^\circ$ của con lắc), kiểm soát các yếu tố ảnh hưởng môi trường và đảm bảo an toàn bức xạ.

---

Phương pháp giảng dạy và học tập (300-350 từ)

Giáo trình triển khai phương pháp tiếp cận thực nghiệm ba giai đoạn:

flowchart LR
    A["1. Chuẩn bị lý thuyết tại nhà\n(Đọc nguyên lý, chuẩn bị câu hỏi)"] --> B["2. Thao tác thực nghiệm tại phòng máy\n(Đấu nối mạch, nạp lệnh MS-DOS, lấy số liệu)"]
    B --> C["3. Xử lý số liệu & Báo cáo\n(Tính sai số, vẽ đồ thị, đối chiếu lý thuyết)"]

1. Chuẩn bị lý thuyết: Sinh viên tự nghiên cứu phần tóm tắt lý thuyết trước mỗi bài học, nắm vững bản chất vật lý và trả lời trước hệ thống câu hỏi chuẩn bị.
2. Thao tác tại phòng thí nghiệm: Sinh viên kiểm tra sơ đồ khối, đấu nối thiết bị theo hướng dẫn, khởi động các chương trình đo lường chuyên dụng trên môi trường MS-DOS (ví dụ: lệnh C:\CASSY>BMW, C:\CASSY\impact, C:\LEYBOLD\524302>beats), hiệu chỉnh các thông số đo trên phần mềm CASSY.
3. Xử lý số liệu và báo cáo: Ghi nhận dữ liệu thực tế từ giao diện bảng hoặc đồ thị, tính toán sai số ngẫu nhiên/hệ thống và hoàn thành báo cáo thực hành theo biểu mẫu quy định.

Hệ thống bài tập thực hành được cụ thể hóa bằng các phép đo định lượng: đo bước sóng âm thanh từ hiện tượng phách ($\lambda = v/f$ với $v = 340,\text{m/s}$), đo gia tốc trọng trường qua chu kỳ con lắc đơn $g = \frac{4\pi^2 l}{T^2}$, đo mômen quán tính con lắc vật lý $J = mR\left(\frac{gT^2}{4\pi^2} - R\right)$, đo hệ số biến áp $k = \frac{n_1}{n_2} \approx \frac{U_1}{U_2}$.

Phương pháp đánh giá kết quả học tập gồm:

• Kiểm tra vấn đáp đầu giờ về cơ sở lý thuyết và quy trình an toàn.
• Đánh giá kỹ năng thao tác chuẩn xác, bảo toàn thiết bị chuyên dụng trong suốt buổi học.
• Đánh giá độ tin cậy của bảng số liệu và chất lượng bản báo cáo thí nghiệm sau khi xử lý sai số.

---

Điểm nổi bật và cập nhật (250-300 từ)

So với các tài liệu thực hành truyền thống chủ yếu sử dụng các phép đo thủ công bằng đồng hồ bấm giây và thước đo cơ khí, giáo trình này thể hiện sự cập nhật công nghệ đo lường tại thời điểm biên soạn:

• Tích hợp giao diện vi tính hóa CASSY-E: Chuyển đổi dữ liệu tương tự sang số (ADC) qua các cổng ghép nối chuyên dụng của hãng Leybold Didactic, cho phép ghi nhận tức thời dữ liệu tọa độ, vận tốc, gia tốc, tần số với độ chính xác cao.
• Tự động hóa xử lý đồ thị: Phần mềm chạy trên nền hệ điều hành MS-DOS hỗ trợ phân tích hàm số dạng bảng và đồ thị trực tiếp ($s(t)$, $v(t)$, hiển thị sóng phách, tự động tính toán độ dốc Slope), giúp sinh viên kiểm chứng trực quan các quy luật chuyển động mà không bị sai số do phản xạ thao tác bấm giờ thủ công.
• Liên hệ thực tế và kỹ thuật:
  • Hiện tượng phách: Đặt nền tảng cho phương pháp điều chế biên độ (AM) trong kỹ thuật vô tuyến điện.
  • Hiệu ứng hồi chuyển và chuyển động tuế sai: Giải thích cơ chế định hướng của la bàn con quay trong hàng hải và thiết bị dẫn đường tàu thuyền, thủy lôi.
  • Thí nghiệm máy biến áp 1 pha: Khảo sát các chế độ vận hành (không tải, có tải, ngắn mạch) làm cơ sở cho mạng lưới truyền tải và phân phối điện năng.
  • Nhiễu xạ tia X và vi hạt: Kết nối trực tiếp với các phương pháp phân tích cấu trúc vật liệu và tinh thể học hiện đại.
• Quy chuẩn an toàn nghiêm ngặt: Đưa ra cảnh báo an toàn cụ thể đối với các bài thí nghiệm sử dụng nguồn điện cao áp, chùm electron năng lượng cao và tia bức xạ quang học/laser.

---

Đối tượng sử dụng giáo trình (200-250 từ)

Giáo trình Thực hành Vật lý đại cương II được biên soạn cho các đối tượng cụ thể sau:

• Sinh viên đại học: Phục vụ sinh viên năm thứ nhất và năm thứ hai theo học các ngành Vật lý học, Sư phạm Vật lý, Khoa học Tự nhiên và các ngành Kỹ thuật - Công nghệ tại các trường đại học.
• Yêu cầu kiến thức nền tảng (Prerequisites): Người học cần hoàn thành học phần Vật lý đại cương I và Thực hành Vật lý đại cương I; nắm vững kiến thức toán học về giải tích vi tích phân cơ bản, lý thuyết xác suất thống kê mô tả; có kỹ năng thao tác cơ bản trên máy tính vi tính và dấu nhắc lệnh hệ điều hành MS-DOS.
• Giảng viên và kỹ thuật viên phòng thí nghiệm: Dùng làm tài liệu giảng dạy chuẩn, hướng dẫn bố trí mặt bằng thiết bị thực nghiệm, lập barem kiểm tra đầu giờ, giám sát thao tác an toàn và chấm báo cáo thí nghiệm.
• Tài liệu tham khảo chuyên ngành: Cung cấp thông số kỹ thuật, cấu hình thí nghiệm chuẩn và phương pháp luận tính sai số cho sinh viên làm đề tài nghiên cứu khoa học hoặc chuẩn bị cho các học phần thực hành vật lý chuyên ngành nâng cao.

---

Câu hỏi thường gặp (250-300 từ)

1. Giáo trình này phù hợp với đối tượng nào?

Tài liệu phù hợp cho sinh viên đại học ngành Sư phạm Vật lý, Vật lý học, Kỹ thuật và Công nghệ đang theo học học phần Vật lý đại cương giai đoạn 2.

2. Cần chuẩn bị kiến thức nền tảng nào trước khi học?

Sinh viên cần hoàn thành phần thực hành Vật lý đại cương I (cơ, nhiệt, điện, quang cổ điển), nắm chắc lý thuyết động lực học Newton, lý thuyết điện từ, giải tích toán học và cách thức vận hành máy tính ở mức dòng lệnh.

3. Điểm khác biệt của giáo trình so với học phần Thực hành Vật lý I là gì?

Học phần II sử dụng hệ thống đo lường phức tạp và hiện đại hơn, bao gồm dao động ký, máy đếm tần số tự động, cảm biến quang điện và đặc biệt là hệ thống giao diện CASSY-E ghép nối máy vi tính PC để thu thập và xử lý số liệu tự động.

4. Làm sao để tự học và thực hành hiệu quả với giáo trình này?

Sinh viên cần đọc kỹ tóm tắt lý thuyết, giải trước các câu hỏi thảo luận cuối mỗi bài, vẽ trước sơ đồ ghép nối thiết bị và chuẩn bị sẵn mẫu bảng số liệu trước khi bước vào phòng thí nghiệm.

5. Giáo trình có kèm theo tài liệu bổ trợ nào không?

Giáo trình có hệ thống sơ đồ mạch điện, danh mục câu hỏi thảo luận sau mỗi bài, hướng dẫn nhập lệnh phần mềm đo lường (BMW, impact, beats) và hướng dẫn biểu mẫu viết báo cáo thực hành chuẩn mực.

---

Kết luận (150 từ)

Giáo trình Thực hành Vật lý đại cương II của TS. Lưu Thế Vinh (Đại học Đà Lạt, 2004) là tài liệu học tập chuẩn hóa về phương pháp thực nghiệm vật lý ở bậc đại học. Giá trị cốt lõi của tài liệu nằm ở việc kết hợp chặt chẽ giữa lý thuyết đo lường sai số, bản chất hiện tượng vật lý và công nghệ đo lường ghép nối máy tính.

Lộ trình học tập đề xuất:

1. Nghiên cứu lý thuyết đo lường học và công thức tính sai số tại Phần thứ nhất.
2. Tiến hành thực nghiệm cơ học và dao động sóng (Bài 1, 2).
3. Thực hiện các bài đo điện từ và quang học (Bài 3 đến 7).
4. Khảo sát các bài thực nghiệm vật lý lượng tử và vi hạt (Bài 8 đến 10).

Người học có thể tham khảo thêm tài liệu hướng dẫn phần cứng CASSY-E của hãng Leybold Didactic cùng các giáo trình lý thuyết Vật lý đại cương để hoàn thiện năng lực thực nghiệm.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BOÄ GIAÙO DUÏC VAØ ÑAØO TAÏO TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC ÑAØ LAÏT * TS. LÖU THEÁ VINH THÖÏC HAØNH VAÄT LYÙ ÑAÏI CÖÔNG 2 ÑAØ LAÏT - 2004 THÖÏC HAØNH VAÄT LYÙ ÑAÏI CÖÔNG II 2 LÔØI GIÔÙI THIEÄU Giaùo trình ”Thöïc haønh vaät lyù ñaïi cöông II “ laø hoïc phaàn thöïc haønh tieáp theo cuûa chöông trình thöïc haønh vaät lyù ñaïi cöông. Trong chöông trình thöïc haønh vaät lyù ñaïi cöông I sinh vieân ñaõ ñöôïc laøm quen vôùi caùc phöông phaùp thöïc nghieäm Vaät lyù cô baûn. Ñöôïc laøm caùc thí nghieäm döôùi daïng khaûo saùt hoaëc kieåm chöùng caùc hieän töôïng vaät lyù, caùc ñònh luaät vaät lyù lieân quan ñeán caùc phaàn cô, nhieät, ñieän vaø quang hoïc cuûa vaät lyù coå ñieån.

Hoïc phaàn “Thöïc haønh Vaät lyù ñaïi cöông II” nhaèm trang bò cho sinh vieân nhöõng kyõ naêng söû duïng vaø khaûo saùt caùc heä ño löôøng phöùc taïp söû duïng caùc thieát bò vaø phöông tieän ño löôøng hieän ñaïi nhö caùc caùc maùy ño, ñeám taàn soá, dao ñoäng kyù ñieän töû, ñaëc bieät laø caùc heä thoáng ño löôøng gheùp noái vôùi maùy vi tính PC. Sinh vieân ngoaøi vieäc phaûi naém baét ñöôïc baûn chaát vaät lyù cuûa caùc hieän töôïng khaûo saùt coøn ñöôïc laøm quen vôùi vieäc xöû lyù caùc keát quaû ño löôøng treân maùy tính PC nhôø caùc chöông trình ñaõ ñöôc caøi ñaët saün. Giaùo trình : “Thöïc haønh Vaät lyù ñaïi cöông II” bao goàm 10 baøi thöïc taäp ñöôïc saép xeáp nhö sau: Baøi 1. Cô hoïc chaát ñieåm, hieän töôïng phaùch: Khaûo saùt vaø nghieäm laïi caùc ñònh luaät chuyeån ñoäng cuûa chaát ñieåm, va chaïm ñaøn hoài.

Khaûo saùt hieän töôïng phaùch nhôø thieát bò ño gheùp vôùi maùy vi tính PC. Cô hoïc vaät raén: Khaûo saùt vaø nghieäm laïi caùc ñònh luaät chuyeån ñoäng cuûa vaät raén. Ño gia toác troïng tröôøng baèng con laéc toaùn hoïc. Ño moâ men quaùn tính cuûa con laéc vaät lyù.

Khaûo saùt chuyeån ñoäng tieán ñoäng cuûa con quay hoài chuyeån. Maùy bieán theá: Khaûo saùt vaø ño ñaïc caùc tham soá cuûa maùy bieán theá 1 pha ôû caùc cheá ñoä khoâng taûi, cheá ñoä coù taûi vaø cheá ñoä ngaén maïch nhôø heä thoáng ño gheùp noái maùy vi tính PC. Ño töø tröôøng: Khaûo saùt vaø ño töø tröôøng trong moät oáng daây baèng maùy ño töø tröôøng vaø baèng heä ño gheùp noái vôùi maùy vi tính PC. Ño vaän toác cuûa aùnh saùng: Khaûo saùt vaø ño vaän toác cuûa aùnh saùng baèng thieát bò bieán ñoåi xung ñieän vaø oscilloscope.

Giao thoa aùnh saùng: Khaûo saùt hieän töôïng giao thoa aùnh saùng nhôø löôõng göông Fresnel, ño böôùc soùng cuûa nguoàn saùng. THÖÏC HAØNH VAÄT LYÙ ÑAÏI CÖÔNG II 3 Baøi 7. Hieän töôïng taùn saéc aùnh saùng, caùch töû nhieãu xaï: Khaûo saùt hieän töôïng taùn saéc saùnh saùng qua laêng kính vaø caùch töû nhieãu xaï, ño chieát suaát cuûa chaát thuûy tinh laøm laêng kính, ño böôùc soùng cuûa nguoàn saùng. Nhieãu xaï tia X: Khaûo saùt hieän töôïng nhieãu xaï tia X qua tinh theå, ño böôùc soùng cuûa tia X vaø haèng soá maïng tinh theå nhôø nhieãu xaï keá tia X gheùp noái vôùi maùy vi tính PC.

Tính chaát soùng cuûa vi haït: Khaûo saùt hieän töôïng nhieãu xaï cuûa chuøm electron qua thanh ña tinh theå graphit, ño böôùc soùng De Broglie cuûa electron, khoaûng caùch maïng tinh theå graphit. Ño ñieän tích rieâng cuûa electron: Khaûo saùt vaø ño ñieän tích rieâng cuûa electron e/m. Moät ñaëc ñieåm quan troïng cuûa caùc baøi thöïc taäp laø tính heä thoáng vaø ñoàng boä cuûa caùc thieát bò thí nghieäm. Trong giaùo trình, moãi baøi thöïc taäp ñeàu coù phaàn toùm taét lyù thuyeát lieân quan.

Yeâu caàu sinh vieân phaûi ñoïc kyõ ôû nhaø, naém vöõng ñöôïc baûn chaát vaät lyù cuûa caùc hieän töôïng khaûo saùt tröôùc khi tieán haønh thí nghieäm. Moãi baøi thí nghieäm, sinh vieân caàn ñoïc kyõ phaàn moâ taû duïng cuï, kieåm tra sô ñoà ñaáu noái caùc thieát bò, thöïc hieän moät caùch chính xaùc töøng böôùc thöïc nghieäm theo höôùng daãn ñeå traùnh hoûng hoùc coù theå xaûy ra cho thieát bò. Ñoái vôùi caùc baøi thöïc haønh gheùp noái vôùi maùy vi tính PC, ñeå khôûi ñoäng chöông trình ño sinh vieân phaûi nhaäp leänh töø daáu nhaéc cuûa heä ñieàu haønh MS-DOS. Sau khi ñaõ kích hoaït chöông trình, tieáp tuïc quaù trình ño theo höôùng daãn.

Sau moãi baøi thöïc haønh, coù phaàn caâu hoûi thaûo luaän ñeå cho sinh vieân chuaån bò. Keát thuùc moãi buoåi thöïc haønh sinh vieân seõ phaûi traû lôøi caùc caâu hoûi lieân quan vaø chuaån bò caùc soá lieäu thöïc nghieäm ñeå veà nhaø laøm baùo caùo thí nghieäm theo maãu höôùng daãn. Sinh vieân caàn tuyeät ñoái tuaân thuû caùc quy ñònh veà an toaøn, ñaëc bieät ñoái vôùi caùc baøi thí nghieäm coù söû duïng tia lazer, chuøm electron naêng löôïng cao, traùnh nhìn tröïc tieáp vaøo nguoàn böùc xaï. Caùc heä ño ñeàu laø caùc thieát bò chuyeân duïng vaø hoaït ñoäng ñoàng boä, do vaäy sinh vieân caàn heát söùc caån thaän khi söû duïng ñeå traùnh hoûng hoùc vì khoâng theå tìm kieám thieát bò thay theá treân thò tröôøng.

Ñaø laït 2004 THÖÏC HAØNH VAÄT LYÙ ÑAÏI CÖÔNG II 4 Phaàn thöù nhaát NHÖÕNG KHAÙI NIEÄM CÔ BAÛN VEÀ THÖÏC HAØNH VAÄT LYÙ I. Pheùp ño caùc ñaïi löôïng vaät lyù. Trong Vaät lyù hoïc, caùc ñònh luaät vaät lyù phaûn aùnh moái quan heä mang tính quy luaät giöõa caùc hieän töôïng cuûa töï nhieân, chuùng ñöôïc bieåu dieãn baèng caùc coâng thöùc toaùn hoïc thoâng qua caùc ñaïi löôïng vaät lyù. Caùc ñaïi löôïng vaät lyù ñaëc tröng cho nhöõng tính chaát khaùc nhau cuûa caùc vaät theå, cuõng nhö caùc hieän töôïng xaûy ra theo thôøi gian.

Vieäc ñaùnh giaù ñònh löôïng tính chaát cuûa caùc vaät theå (ñoái töôïng) nghieân cöùu ñöôïc thöïc hieän baèng caùch ño caùc ñaïi löôïng vaät lyù. Quaù trình ño löôøng laø moät thöïc nghieäm vaät lyù, thöïc hieän pheùp so saùnh ñaïi löôïng vaät lyù ñoù vôùi moät ñaïi löôïng cuøng loaïi choïn laøm ñôn vò. Pheùp ño ñoâi khi chæ laø moät thöïc nghieäm ñôn giaûn, nhöng ñoâi khi heát söùc phöùc taïp. Keát quaû cuûa pheùp ño luoân coù theå bieåu dieãn döôùi daïng moät con soá vôùi ñôn vò keøm theo.

Phöông trình cuûa pheùp ño coù theå vieát döôùi daïng (1) X A = (1) Y Trong ñoù: X - Ñaïi löôïng ño Y - Ñôn vò ño A - Giaù trò baèng soá. Giaù trò ñaïi löôïng ño seõ baèng A laàn ñôn vò ño. Nhö vaäy ta coù theå ñònh nghóa: Ño moät ñaïi löôïng vaät lyù laø quaù trình ñaùnh giaù ñònh löôïng ñaïi löôïng ño ñeå coù keát quaû baèng soá so vôùi ñôn vò. Ñôn vò, heä ñôn vò ño.

Ñeå bieåu dieãn caùc ñaïi löôïng vaät lyù döôùi daïng moät con soá, phaûi choïn “côõ” cho noù, nghóa laø löôïng hoùa noù, ta phaûi choïn ñôn vò ño. Veà maët nguyeân taéc, theo (1) ta coù theå choïn ñôn vò laø moät löôïng tuøy yù. Tuy nhieân giaù trò cuûa noù phaûi phuø hôïp vôùi thöïc teá vaø tieän lôïi khi söû duïng. Naêm 1832, nhaø toaùn hoïc Ñöùc K.

Gauss ñaõ chæ ra raèng, neáu nhö choïn 3 ñôn vò ñoäc laäp ñeå ño chieàu daøi (L), khoái löôïng (M), thôøi gian (T) - thì treân cô sôû 3 ñaïi löôïng naøy nhôø caùc ñònh luaät vaät lyù, coù theå thieát laäp ñöôïc ñôn vò ño cuûa taát caû caùc ñaïi löôïng vaät lyù. Taäp hôïp caùc ñôn vò ño theo nguyeân taéc Gauss ñaõ ñöa ra hôïp thaønh heä ñôn vò ño. Nhöõng ñôn vò ño ñöôïc choïn moät caùch ñoäc laäp vaø chuùng theå hieän nhöõng tính chaát cô baûn cuûa theá giôùi vaät chaát (khoái löôïng, thôøi gian, ñoä daøi,. ) ñöôïc THÖÏC HAØNH VAÄT LYÙ ÑAÏI CÖÔNG II 5 goïi laø nhöõng ñôn vò cô baûn.

Caùc ñôn vò ñöôïc thaønh laäp treân cô sôû caùc ñôn vò cô baûn nhôø caùc coâng thöùc bieåu dieãn caùc ñònh luaät vaät lyù ñöôïc goïi laø caùc ñôn vò daãn suaát. Phaàn lôùn caùc ñôn vò trong vaät lyù laø ñôn vò daãn suaát. Phöông trình bieåu dieãn moái lieân heä giöõa caùc ñôn vò daãn suaát vaø caùc ñôn vò cô baûn goïi laø coâng thöùc thöù nguyeân. Ñôn vò cuûa moät ñaïi löôïng cô baát kyø coù theå bieåu dieãn qua phöông trình thöù nguyeân (2) dim X = Lp Mq Tr (1) (dim – vieát taét cuûa töø tieáng Anh : dimention coù nghóa laø thöù nguyeân) Ví duï, thöù nguyeân cuûa vaän toác ñöôïc bieåu dieãn qua coâng thöùc v = l/t : [v] = [l] = L = LT - 1 (3) [t ] T * Heä ñôn vò quoác teá SI (System International).

Naêm 1960, UÛy ban quoác teá veà ño löôøng ñaõ chính thöùc thoâng qua heä ñôn vò quoác teá SI. Trong heä SI coù 7 ñôn vò cô baûn, 2 ñôn vò boå trôï, 27 ñôn vò daãn suaát * Caùc ñôn vò cô baûn laø : - Chieàu daøi : meùt (m) - Khoái löôïng : kiloâgram (kg) - Thôøi gian : giaây (s) - Nhieät ñoä : ñoä kelvin (K) - Cöôøng ñoä doøng ñieän : Ampe (A) - Cuôøng ñoä saùng : candela (neán) (Cd) - Khoái löôïng phaân töû gam : mol * Hai ñôn vò boå trôï laø: - Ñôn vò ño goùc phaúng : radian (rad) - Ñôn vò ño goùc khoái : steradian (sr) Ngoaøi heä SI (coøn goïi laø heä MKS hay heä meùt), caùc nöôùc Anh, Myõ vaø moät soá nöôùc noùi tieáng Anh duøng phoå bieán heä ñôn vò UK. Sai soá, phaân loaïi, caáp chính xaùc cuûa duïng cuï ño ñieän. Baát kyø pheùp ño naøo cuõng maéc phaûi sai soá.

Caùc nguyeân nhaân gaây ra sai soá thì coù nhieàu, do caùc yeáu toá khaùch quan vaø chuû quan khaùc nhau. Caùc nguyeân nhaân khaùch quan chaúng haïn nhö: duïng cuï ño löôøng khoâng hoaøn haûo, ñaïi löôïng ño bò can nhieãu neân khoâng hoaøn toaøn oån ñònh. Caùc nguyeân nhaân chuû quan nhö: phöông phaùp ño khoâng hôïp lyù, baûn thaân ngöôøi tieán haønh thöïc nghieäm khoâng thaønh thaïo, thieáu kinh nghieäm. THÖÏC HAØNH VAÄT LYÙ ÑAÏI CÖÔNG II 6 Ñeå phaân loaïi sai soá coù theå döïa vaøo caùc tieâu chí khaùc nhau: theo nguoàn goác phaùt sinh sai soá, phaân loaïi theo quy luaät xuaát hieän sai soá hoaëc phaân loaïi theo bieåu thöù dieãn ñaït sai soá.

Theo quy luaät xuaát hieän sai soá ñöôïc chia laøm 2 loaïi: sai soá heä thoáng vaø sai soá ngaãu nhieân. 1) Sai soá heä thoáng. Sai soá heä thoáng do nhöõng yeáu toá thöôøng xuyeân hay caùc yeáu toá coù quy luaät taùc ñoäng. Noù khieán keát quaû ño laàn naøo cuõng maéc phaûi moät sai soá nhö nhau.

Tuøy theo nguyeân nhaân maø sai soá heä thoáng coù theå phaân ra caùc nhoùm sau: – Do duïng cuï, maùy moùc ño cheá taïo khoâng hoaøn haûo. Ví duï thang ñoä cuûa maùy khoâng ñöôïc chuaån, kim ñoàng hoà khoâng chæ ñuùng vò trí soá 0 ban ñaàu. – Do phöông phaùp ño, hoaëc do caùch duøng phöông phaùp ño khoâng hôïp lyù. Hoaëc khi tính toaùn, xöû lyù keát quaû ño ñaõ boû qua caùc yeáu toá naøo ñaáy laøm aûnh höôûng ñeán ñoä chính xaùc cuûa pheùp ño.

– Do ñieàu kieän ño khaùc vôùi ñieàu kieän tieâu chuaån.