Giáo trình Thực tập Vật lý đại cương A1

lượng ∆p. p = p0 + pH - ∆p Hay p = 930 - ∆p (mbar) (8) Giá trị của ∆p đọc trên đồng hồ của máy bơm. Vậy trong thí nghiệm áp suất của không khí chứa trong ống thí nghiệm dưới giọt thủy ngân được tính theo biểu thức (9). Ta có thể tích của không khí dưới giọt thủy ngân: V = S. h = π. d 2 4 . h Với: * d = 0,27 cm là đường kính trong của ống thí nghiệm. * h là chiều cao của phần ống thí nghiệm dưới giọt thủy ngân. Vây: V = ( )π . , .0 27 4 2 h = 0,0573 .h (cm3). V = 0,0573. h (cm3 ) (9) Vậy thể tích của khối không khí thí nghiệm được xác định theo biểu thức (10) IV. THỰC HÀNH: Khi sử dụng máy bơm ta bóp cần "a" và thả nhanh kêu lên tiếng xì là được. Muốn tăng áp suất thấp ta bơm tiếp tương tự. Muốn giảm áp suất thấp tức đưa lượng khí vào máy bơm ta kéo nhẹ cần "b". Nghiệm lại định luật Boyle - Mariotte: Trần Kim Cương Khoa Vật lý Thực tập vật lý đại cương A 1 - 31 - Đọc nhiệt độ của khối không khí trên nhiệt kế t = .....0C. Dùng máy bơm thay đổi ∆p và đọc chiều cao h của khối không khí dưới giọt thủy ngân. Dùng công thức (8) và (9) để tính: Dùng định luật Boyle - Mariotte để giải thích bảng trên và nhận xét: Nghiệm lại phương trình trạng thái khí lý tưởng. Lấy khoảng 2/3 cốc nước . Dùng điện trở đun nước. Sao cho nhiệt độ đun nước khoảng 700C. Lấy ống đựng nước tạo môi trường nhiệt ra khỏi giá thí nghiệm, Đổ nước đã đun nóng vào ống rồi gắn lại trên giá thí nghiệm như cũ. Chú ý: cẩn thận nước nóng. Đọc nhiệt độ bằng nhiệt kế. Dùng máy bơm để đo áp suất p và thể tích V của khối không khí ở dưới giọt thủy ngân tương ứng với các nhiệt độ sau: 650C , 600C ,550C , 500C, 450C, Dùng công thức sau để đổi ra nhiệt độ tuyệt đối: T = t0C + 273. Trình bày thí nghiệm theo bảng sau: ∆p h t P V T p.V/T (mbar) (cm) (0 C) (mbar) (cm3 ) K (mbar.cm3.K-1 ) Dùng phương trình trạng thái khí lý tưởng: pV T = const Để giải thích bảng trên và nhận xét. Câu hỏi chuẩn bị: 1/ Trình bày định luật Boyle - Mariotte. 2/ Trình bày định luật Charles. 3/ Trình bày định luật Gay - Lussac. Trần Kim Cương Khoa Vật lý Thực tập vật lý đại cương A 1 - 32 - 4/ Trình bày phương trình trạng thái khí lý tưởng. 5/ Giá trị áp suất ∆p đọc trên máy bơm có phải là áp suất của không khí trong máy bơm không ? Trần Kim Cương Khoa Vật lý Thực tập vật lý đại cương A 1 - 33 - BÀI 5. ĐO NHIỆT HÓA HƠI CỦA NƯỚC I. LÝ THUYẾT: Giả sử ta có một khối nước m2 ở nhiệt độ t2 được đem trộn vào một khối nước m1 ở nhiệt độ t1 với t1 < t2 . Kết quả cả hai khối nước m1 và m2 cân bằng ở nhiệt độ tM . với t1 < tM < t2 Như vậy khối lượng nước m2 đã tỏa ra một nhiệt lượng. ∆ Q2 = C m2 (t2 - tM ) Với C là nhiệt dung riêng của nước. Ngược lại khối lượng nước m1 đã hấp thu một nhiệt lượng. ∆ Q2 = C m1 (tM - t1 ) Nếu hệ hoàn toàn cách nhiệt thì theo định luật bảo toàn năng lượng ta có: ∆ Q2 = ∆ Q1 Gọi QD là nhiệt lượng cần cung cấp cho một khối lượng m2 nước hóa thành hơi ở nhiệt độ sôi tS thì nhiệt lượng cung cấp cho 1Kg nước hóa thành hơi ở nhiệt độ sôi tS sẽ là: q = D Q m D 2 Theo định luật bảo toàn năng lượng một khối lượng m2 hơi nước ngưng tụ lại nó cũng tỏa ra một nhiệt lượng bằng QD. Trong thí nghiệm này chúng ta cho m2 khối lượng hơi nước ở nhiệt độ sôi tS vào một khối lượng m1 nước chứa trong một bình nhiệt lượng kế ở nhiệt độ t1 . Nhiệt độ cân bằng ở hệ là tM . Vậy nhiệt lượng mà khối lượng nước m1 nhận được là: ∆ Q1 = C m1 (tM - t1 ) Nhiệt lượng mà khối lượng hơi nước m2 ở nhiệt độ sôi tS tỏa ra: Trần Kim Cương Khoa Vật lý Thực tập vật lý đại cương A 1 - 34 - ∆ Q2 = C m2 (tS - tM) + m2 qD Theo định luật bảo toàn năng lượng ta phải có ∆Q1 = ∆Q2 , tức là : C m1 (tM - t1 ) = C m2 (tS - tM) + m2 qD Suy ra nhiệt hóa hơi riêng của nuớc ở nhiệt độ sôi tqD S : = qD ( )Cm t t m M1 2 − 1 - C (tS - tM ) (1) Do nhiệt lượng của m2 khối lượng hơi nước tỏa ra còn cung cấp một phần cho bình nhiệt lượng kế. Cho biết đương lượng bằng nước của nhiệt lượng kế m0 = 0,023 Kg. Vậy công thức (1) được viết lại: = qD m m m 1 2 + 0 . C (tM - t1 ) - C (tS - tM ) (2) II. DỤNG CỤ: 1/ Một cốc đựng nước. 2/ Một xy ranh. 3/ Một nhiệt kế. 4/ Một giá thí nghiệm. 5/ Một bình đun. 6/ Một ghế nhỏ có thể thay đổi độ cao bằng cách vặn ốc V. 7/ Một bếp điện hiệu thế 220 V. 8/ Một ống tách nước. 9/ Một cân có độ chính xác 0,1 g. 10/ Một bình nhiệt lượng kế. Nắp bình nhiệt lượng kế gắn chặt với vỏ bình bằng 2 lò xo. III. THỰC HÀNH: Mục đích của bài thí nghiệm này là đo nhiệt hóa hơi của nước ở nhiệt độ sôi. 1/ Cho một lượng nước vào cốc đun cao khoảng từ 3 cm. Trần Kim Cương Khoa Vật lý Thực tập vật lý đại cương A 1 - 35 - Nếu trong ống tách nước có nước phải đổ hết nước ra ngoài. Chú ý: Phải tuyệt đối cẩn thận vì dụng cụ thủy tinh dễ vỡ. 2/ Cân bình nhiệt lượng kế và nắp không có chứa nước bên trong. Khối lượng của bình nhiệt lượng kế M = 330 g. Sinh viên kiểm tra lại. 3/ Cho vào nhiệt lượng kế một lượng nước sao cho cao khoảng 5 cm. Rồi đậy nắp lại cho lên cân. Dùng xy ranh để điều chỉnh lượng nước trong bình nhiệt lượng kế sao cho khối lượng nước trong bình m1 = 200 g = 0,2 Kg. Giữ nguyên vị trí các quả cân trên cánh tay đòn. 4/ Dùng nhiệt kế đo nhiệt độ t1 của nước trong nhiệt lượng kế. Đo nhiệt độ xong phải bỏ nhiệt kế vào bao nhiệt kế, cẩn thận đặt vào nơi tránh va chạm. 5/ Cắm phích điện của bếp vào hiệu thế 220 V. 6/ Đợi nước trong cốc đun sôi khoảng 2 đến 3 phút. Sao cho vòi bên dưới của ống tách nước phun ra những dòng hơi nóng. 7/ Dùng hai lò xo của nắp nhiệt lượng kế móc vào vỏ nhiệt lượng kế để giữ chặt nắp. 8/ Đặt cân lên ghế nhỏ. 9/ Dùng tay cầm nhiệt lượng kế, đưa vòi dưới của ống tách nước vào lỗ tròn trên nắp. Sao cho đầu vòi xuống sâu dưới mặt nước trong bình nhiệt lượng kế từ 1 cm đến 1,5 cm. Khi đó hơi nước nóng sẽ phun vào bình nghe tiếng bụp bụp. 10/ Đưa ghế nhỏ có cân lại dưới bình nhiệt lượng kế. Vặn ốc V của ghế nhỏ điều chỉnh sao cho bình nhiệt lượng kế đặt trên đĩa cân mà đầu dưới của vòi ống tách nước vẫn ở dưới mặt nước trong nhiệt lượng kế khoảng 1 đến 1,5 cm. Điều chỉnh sao cho vòi không chạm vào nắp của nhiệt lượng kế. 11/ Đưa quả nặng của cân tăng thêm 5 g. 12/ Quan sát khi cân cân bằng. Dùng một tay giữ bình nhiệt lượng kế. Tay còn lại vặn ốc V của ghế nhỏ hạ xuống. Đẩy cân và ghế nhỏ ra. 13/ Lấy bình nhiệt lượng kế ra khỏi vòi của ống tách nước. 14/ Rút phích cắm điện của bếp ra khỏi hiệu thế 220 V. Trần Kim Cương Khoa Vật lý Thực tập vật lý đại cương A 1 - 36 - 15/ Đậy lỗ tròn trên nắp bình nhiệt lượng kế lại bằng nút bần. Dùng đũa khuấy khuấy nước trong bình nhiệt lượng kế khoảng 15 giây. 16/ Dùng nhiệt kế đo nhiệt độ tM trong bình. Cất nhiệt kế. 17/ Cân lại cả bình nhiệt lượng kế và nước suy ra khối lượng m2 của hơi nước ngưng tụ. 18/ Thay nhiệt kế vào vị trí ống dẫn hơi nước trong bình đun và đọc nhiệt độ sôi ts . Sai số của nhiệt độ lấy là sai số đọc . 19/ Dùng công thức (2) sau để tính nhiệt hóa hơi riêng của nước ở nhiệt độ sôi: Câu hỏi chuẩn bị 1/ Nhiệt dung riêng là gì ? 2/ Nhiệt hóa hơi riêng là gì ? 3/ Công thức tính nhiệt hóa hơi riêng và nhiệt dung riêng ?. 4/ Hãy giải thích vai trò của ống tách nước trong bài thí nghiệm này. Trần Kim Cương Khoa Vật lý Thực tập vật lý đại cương A 1 - 37 - BÀI 6. XÁC ĐỊNH ĐIỆN TRỞ BẰNG CẦU UYSTON I/ LÝ THUYẾT Để xác định điện trở một cách tương đối chính xác , thông thường người ta dùng Ohm kế . Tuy nhiên trong trường hợp đòi hỏi cấp độ chính xác cao không thể dùng Ohm kế . Khi đó người ta có thể dùng phương pháp cầu Uyston là một trong những phương pháp cho phép xác định điện trở tương đối chín h xác vừa đơn và nhanh chóng . Nguyên tắc cầu Uyston gồm các điện trở R1 , R2 , R3 , R4 tạo thành bốn cạnh của tứ giác ABCD đường chéo AC được khép kín bằng nguồn thế điện động ε , điện trở r . Đường chéo BD được khép kín bằng điện kế G điện trở trong Rg (h.1). H.1 Chiều dương qui ước cho đoạn mạch đuợc chỉ ra trên hình vẽ . chiều đi quanh các vòng mạch qui ước là chiều thuận chiều quay kim đồng hồ . Mạng điện gồm bốn nút điện A , B , C , D . Aùp dụng qui tắc Kiechop 2 cho các vòng mạng độc lập , ta được ba phương trình độc lập đối với các nút ,mạng . Chẳng hạn với các nút A , B , C : Trần Kim Cương Khoa Vật lý Thực tập vật lý đại cương A 1 - 38 - Ie – I1 – I3 = 0 I1 – I2 – IG = 0 (1) I2 + I4 – Ie = 0 Mạng điện chứa sáu đoạn mạch , gồm ba vòng mạng độc lập , chẳng hạn : ABCA , ABDA , BCDB . áp dụng qui tắc Kiechop 2 cho các vòng mạng đôc lập ta được : Ier + I1R1 + I2R2 = 0 I1R1 + IGRG - I3R3 = 0 (2) I2R2 – I4R4 - IGRG = 0 Hệ sáu phương trình đôc lập (1) và (2) cho phép xác định sáu nghiệm I1 . Nếu biết trước giá trị tất cả các điện trở và điện động ε thì giải hệ phương trình nói trên , dể dàng xác định được 6 ẩn là cường độ dòng diện I1 , I2 , I3 , I4 , Ie và điện trở R1 .Đó chính là nguyên tằc của cầu Uyston không cân bằng . Thay đổi các giá trị điện trở R2 , R3 , R4 có thể đạt được điều kiện dòng IG = 0 Từ (1) dễ dàng tìm được : I1 = I2 I3 = I4 (3) Từ (2) tìm được ; I1R1 = I3R3 I2R2 = I4R4 (4) Từ (3) và (4) tìm được : 4R 3R 2R 1R = hay 4 3 21 R RRR = (5) Phương trình (5) chứng tỏ trong trường hợp IG = 0 (cầu cân bằng) , giá trị cần tìm R1 được xác định theo R2 và tỉ số R3/R4 . Ngược lại nếu tìm được các giá trị R2 , R3, R4 sao cho R1/R2 = R3/R4 thì IG = 0 không phụ thuộc vào ε , r và RG . Đó là nguyên tắc cầu Uyston cân bằng. II/ THỰC HÀNH : Thay R3 và R4 bằng một dây điện trở đồng nhất tiết diện đều . R2 là hộp điện trở mẫu, R1 là điện trở cần xác định. Mắc mạch theo sơ đồ (H.2) Trần Kim Cương Khoa Vật lý Thực tập vật lý đại cương A 1 - 39 - Điểm D tiếp xúc với dây điện trở có thể di động được. Bằng cách dịch chuyển điểm D trên dây ta có thể tìm được vị trí điểm D để cân bằng. Khi đó R1 xác định dễ dàng theo vị trí điểm D (AD = x ; l = AB) : x xR R RRR −== 124 3 21 (6) * 1. Điện trở R1 cần xác định gồm có hai điện trở nút giữa là đầu chung . Hãy dùng cầu xác định các Rl1 sau đó nghiệm lại trường hợp mắc nối tiếp và song song hai điện trở. H.2 * 2. R2 là hộp điện trở mẫu chốt cắm , khi rút chốt nào thì giá trị điện trở bằng số ghi tương ứng trên chốt . Ví dụ rút chốt có ghi 20 thì giá trị R2 là 20 Ω ; rút chốt có ghi 30 và 20 thì giá trị R2 là 20 + 30 = 50 Ω , v.v Trong bài chỉ dùng các chốt giá trị hàng chục Ω (10 , 20 , v.v ) * 3. R là một điện trở con chạy để bảo vệ điện kế G . Khi bắt đầu đo phải để R ở vị trí max vì khi đó cầu chưa cân bằng , dòng qua điện kế G có thể rất lớn làm cháy điện kế G . Khi đã tìm được vị trí cân bằng Trần Kim Cương Khoa Vật lý Thực tập vật lý đại cương A 1 - 40 - D mới dịch chuyển con chạy của R về vị trí R = 0 để tăng độ nhạy điện kế G ; đóng điều chỉnh lại điểm cân bằng D và ghi giá trị x . * 4. Lập bảng các giá trị đo, mỗi lần đo thay đổi R2 (xem bảng mẫu bài 1) . Tính Rl1và ∆Rl1. Chú ý : Khi đo biến trở R để bảo vệ điện kế phải đặt giá trị cực đại . Sau khi đã tìm được khoảng chừng vị trí điểm D để cầu cân bằng mới giảm biến trở R về 0 để tăng độ nhạy điện kế . Khi đó không được dịch chuyển D nhiều trên Ac , nếu không điện kế sẽ bị cháy hỏng. Mỗi lần thay đổi R2 đều đưa biến trở R về cực đại rồi sau đó mới lại tiếp tục các bước như đã làm. Câu hỏi chuẩn bị : 1/ Khi cầu cân bằng điện thế tại điểm B và D có bằng nhau không ? Hãy giải thích vì sao ? . 2/ Giải thích vì sao trong bài thí nghiệm không cần phân biệt cực âm hay cực dương của nguồn điện ε . 3/ Vì sao khi tiến hành thí nghiệm không nên đóng khóa K quá lâu ? 4/ Tác dụng của điện trở R nối tiếp với điện kế G ?. 5/ Vị trí cân bằng của cầu và do đó giá trị R1 cần xác định có phụ thuộc S.đ.đ của nguồn điện ε hay không ? Hãy giải thích vì sao ? Trần Kim Cương Khoa Vật lý Thực tập vật lý đại cương A 1 - 41 - BÀI 7. ĐỊNH LUẬT OHM CHO MẠCH XOAY CHIỀU I/ LÝ THUYẾT 1.Mạch điện xoay chiều là mạch điện có hiệu điện thế ở hai đầu biến đổi theo qui luật hình Sin . U = U0 Sinωt Với -U0 là biên độ. -ω là tần số góc : ω = 2πf ; f là tần số (Hz). Nếu mắc vào mạch xoay chiều một điện trở R thì dòng điện chạy qua điện trở cũng biến thiên theo qui luật Sin : tsin R U tsinII 00 ωω == (1) Như vậy hiệu điện thế giữa hai đầu điện trở và dòng điện qua nó cùng pha (H.1a) . Nếu mắc vào mạch cuộn dây có hệ số tự cảm L thì dòng điện qua cuộn dây chậm pha hơn hiệu điện thế giữa hai đầu cuộn dây một góc π/2 : I = I0 Sin(ωt - π/2) (2) Biên độ dòng điện : I0 = U0 /Lω (3) Trần Kim Cương Khoa Vật lý Thực tập vật lý đại cương A 1 - 42 - Đại lượng XL = ωL gọi là cảm kháng của mạch có cuộn dây . (3) là định luật Ohm cho mạch xoay chiều có chứa cảm kháng (H.1b). Nếu mắc vào mạch một tụ điện có điện dung C thì dòng qua mạch nhanh pha hơn hiệu điện thế trên mạch một góc π/2 : I = I0 Sin(ωt + π/2) (4) Biên độ dòng điện : CU C1 U I 0 0 0 == (5) Đại lượng X0 = 1/ωC gọi là dung kháng của mạch có tụ điện . (5) là định luật Ohm cho mạch xoay chiều có chứa dung kháng (H.1c) . Nếu mắc vào mạch cuộn dây có hệ số tụ cảm L nối tiếp một điện trở R thì dòng điện trong mạch chậm pha hơn hiệu điện thế ở hai đầu mạch một góc ϕ < π/2 I = I0 Sin(ωt - ϕ ) (6) Biên độ dòng điện : 222 0 0 LR UI ω+ = (7) Đại lượng 222 LRZ ω+= gọi là tổng trở của mạch . (7) là định luật Ohm cho mạch xoay chiều có chứa R nối tiếp L . Lệch pha giữa thế và dòng được xác định bởi (H.1c) : tgϕ = Lω/R (8) Chú ý rằng cuộn dây thực tế bao giờ cũng có một điện trở thuần R nào đó . Vì vậy cuộn dây xem như tương đương một tự cảm L nối tiếp một điện trở R . Nếu mạch có cả R , L , C nối tiếp thì dòng điện trong mạch có dạng : I = I0 sin(ωt - ϕ ) Trần Kim Cương Khoa Vật lý Thực tập vật lý đại cương A 1 - 43 - Với biên độ : ( )22 00 C1LR U I −+ = (9) Đại lượng ( )22 C1LR −+ gọi là tổng trở của mạch có R , L ,C nối tiếp . Lểch pha ϕ giữa thế và dòng xác định bởi : R C1Ltg −=ϕ (10) (9) là định luật Ohm cho mạch xoay chiều có R , L , C nối tiếp (H.1e). Khi đo bằng dụng cụ đo điện , ta chỉ đo được giá trị hiệu dụng Uhd và Ihd . chúng liên hệ với biên độ bởi : 2/II ohd = ; 2/UU ohd = Như thế định luận Ohm cho mạch xoay chiều biểu thị mối liên hệ giữa giá trị hiệu dụng của cường độ dòng điện và hiệu điện thế giữa hai đầu đọan mạch có dạng : Ihd = Uhd /Z Tổng quát cho mạch có R , L , C, mắc nối tiếp : 22 hd hd )1/C(LR U I ω−+ = Trần Kim Cương Khoa Vật lý Thực tập vật lý đại cương A 1 - 44 - Nếu mạch không có L hay C thì biểu thức trên tương ứng ta cho L = 0 và C = ∝ . 2. Từ định Ohm cho mạch xoay chiều ta có thể xác định được hệ số tự cảm L của cuộn dây và điện dung C của tụ điện : RZ L 22 ω −= Z = Uhd / Ihd C = 1/Xcω (11) Điện trở R xác định tử định luận Ohm cho dòng một chiều : R = U/I. Xác định R , Z , Xc , biết ω ta tính được L và C . II/ THỰC HÀNH : A/ Dụng cụ : Bài thí nghiệm gồm có : 2 cuộn dây , 2 tụ điện , 2 vôn kế và 2 Ampe kế ( 1 chiều và xoay chiều ); 1 biến trở , nguồn điện xoay chiều và 1 chiều. B/ Thí nghiệm : 1. Xác định hệ số tự cảm L của cuộn dây mắc mạch như sơ đồ (H.2). K có thể nối với nguồn xoay chiều hoặc 1 chiều . Trước tiên nối K với nguồn 1 chiều . Điều chỉnh R để có giá trị vừa phải của A và V . Lập bảng giá trị của I ,V rồi từ đó tính R . Chuyển K sang mạch xoay chiều , tiến hành tương tự như trên để xác định Z. Tính L theo (11) tính ϕ theo (8). Chú ý : Chỉ đóng mạch trong thời gian 2 -> 3 giây cần thiết đủ thời gian cho phép đo .Không được đóng mạch lâu , nếu không cuộn dây sẽ bị nóng , điện trở sẽ thay đổi và két qủa đo sẽ bị trôi . 2. Xác định điện dung C của tụ điện : Thay cuộn dây L bằng tụ C . Lập bảng giá trị của I và V . Từ đó tính được Xc và xác định điện dung C. 3. Xác định hệ số tự cảm L1 , L2 của hai cuộn dây riêng rẽ . Mắc hai cuộn dây nối tiếp , song song rồi xác định L tương của chúng . Xác định điện dung của C1 , C2 của hai tụ điện . Mắc nối tiếp rồi song song.. Xác định điện dung C tương đương trong hai trường hợp và nghiệm lại công thức đã biết Trần Kim Cương Khoa Vật lý Thực tập vật lý đại cương A 1 - 45 - 4. Mỗi lần đo thay đổi giá trị Ampe kế và vôn kế bằng cách thay đổi con chạy trên biến trở R hoặc thay đởi chốt cắm trên nguồn điện vào ( 3 ; 4 ; 5 ; 6 ; 9 ; 12V). 5. Ampe kế trong bài dùng đo cho cả dòng xoay chiều và lẫn dòng 1 chiều .Khi đo dòng một chiều ta bật công tắc sabg dấu bằng ( =) , nếu đo dòng xoay chiều ta bật công tắc sang dấu (~) . Một đầu Ampe kế cố định ghi 0 đầu kia là các chốt thang đo , số chỉ trên chốt tương ứng với thang đo . ví dụ khi ta nối vào chốt ghi 50 mA thì thang đo là 50 mA , nghĩa là khi kim đồng hồ lên hết thang (100 vạch) thì ta đưỡc gía trị dòng điện là 50 mA. Trước mỗi phép đo bao cũng để Ampe kế ở thanh lớn nhất để tránh cháy đồng hồ (Ví dụ : 1A hay 5A ) sau nếu thấy kim đồng hồ lệch ít ta mới chuyển đồng hồ về thang đo nhỏ hơn cho đến khi đọc được dễ dàng . Khi dùng Ampe kế hoặc vôn kế 1 chiều nếu thấy kim đồng hồ chạy ngược ta đổi hai đầu dây nối vào hai chốt của chúng. Câu hỏi chuẩn bị 1/ Địng luận Ohm cho mạch xoay chiều cho mạch điện có R, L nối tiếp ; R, C nối tiếp ; R, L, C nối tiếp . 2/ Cảm kháng và dung kháng ? 3/ lệch pha giữa thế và dòng trong các lọai đọan mạch . 4/ Các giá trị hiệu dụng của dòng xoay chiều . 5/ Các giản đồ Vectơ của các loại đoạn mạch xoay chiều. Trần Kim Cương Khoa Vật lý Thực tập vật lý đại cương A 1 - 46 - BÀI 8. XÁC ĐỊNH HỆ SỐ ĐÀN HỒI CỦA LÒ XO I/ LÝ THUYẾT a/ Khi tác dụng một lực (kéo hoặc nén) đọc theo trục một lò xo, lò xo sẽ bị biến dạng (giãn hoặc co) một đọan ∆x . Khi đó lò xo sẽ sinh ra một lưc chống lại sự biến dạng gọi là lực đàn hồi F. Khi ∆x nhỏ , lực đàn hồi tuân theo định luật Hooke : xk∆−=Fr (1) k là hệ số tỉ lệ gọi là hệ số đàn hồi (còn gọi là hệ số cứng ) của lò xo. K phụ thuộc bản chất vật liệu làm lò xo, hình dạng, tiết diện và kích thước ban đầu của lò xo. b/ Nếu treo một vật có khối lượng m dưới một lò xo theo phương thẳng đứng, lò xo sẽ giãn một đoạn ∆x (H.1) . Khi cân bằng ta có : 0gmF =+ rr (2) Trần Kim Cương Khoa Vật lý Thực tập vật lý đại cương A 1 - 47 - Chọn chiều dương của x theo chiều hướng từ trên xuống dưới. Từ (1) ta có : 0mgxk. =+∆− (2’) Từ đó : x mgk = (3) k xác định theo (3) khi vật treo cân bằng dưới lò xo gọi là phương pháp tĩnh. H.1 c/ Nếu kéo vật ra khỏi vị trí cân bằng (H.1b) rồi buông ra, vật sẽ chuyển động theo qui luật sau : Tác dụng lên vật có: Lực đàn hồi xkF rr −= và trọng lực gmp rr = Tổng lực này gây ra gia tốc của vật và lò xo. Tuy nhiên các phần tử của lò xo chuyển động với gia tốc khác nhau. Các phần tử càng xa vật có gia tốc càng nhỏ. Gần đúng, ta có thể coi 1/3 khối lượng của lò xo chuyển động với cùng gia tốc của vật, hay tương đương với khối lượng của vật tăng lên M/3 (M là khối lương lò xo). Theo định luật 2 Newton ta có : ( )x3MmPF rrr +=+ Hay : ( ) ( )X3Mmg3MmXK. &&+=++− (4) Mặt khác : X = x + ∆x Thay (5) vào (4) , dùng (3) khi chú ý đến khối lượng lò xo ta được : ( )x3MmxK. &&+=− (5) Hay : 0x 3Mm Kx =++&& (6) (6) là phương trình chuyển động của vật dưới dạng vi phân . Vật sẽ dao động xung quanh vị trí cân bằng theo phương trình : Trần Kim Cương Khoa Vật lý Thực tập vật lý đại cương A 1 - 48 - ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ++= t3Mm KAcosx α (7) α và A là pha ban đầu và biên độ dao động. Chúng là các hằng số tích phân được xác định từ các điều kiện ban đầu. Chu kỳ dao động của hệ : ( ) K3Mm2T += π (8) Đặt (3K)Mb;k1a;4TS 22 === π ta được : S = am + b (9) S dS α m H.2 Đối với mỗi lò xo xác định a, b là các đại lượng không đổi. Thay đổi trọng vật m thì chu kì dao động (8) và do đó S cũng thay đổi ,Dễ thấy từ (9) đồ thị biểu diễn S theo m là đường thẳng góc nghiêng α (H.2) với tgα = a . Do đó : dS dMctgK == α (10) k xác định theo (10) khi vật dao động gọi là phương pháp động. II/ THỰC HÀNH a/ Xác định K theo phương pháp tĩnh Mắc một quả gia trọng vào lò xo, đo chiều dài x0 . Mắc thêm một quả khối lượng m1, đọc độ dài x tương ứng và : 011 xxx −= Mắc thêm quả gia trọng (hoặc thay đổi quả gia trọng m1) và làm tương tự ta có : Trần Kim Cương Khoa Vật lý Thực tập vật lý đại cương A 1 - 49 - 022 xxx −= Lập bảng (xem bảng mẫu bài số 1) các giá trị các mi tương ứng các ∆xi và tính Ki theo (3) . Tính K và ∆K từ các Ki . b/ Xác định K theo phương pháp động Treo các quả gia trọng thay đổi như trên nhưng cho lò xo dao động . Dùng đồng hồ bấm giây đo thời gian 50 , 100 chu kỳ rồi tính ra chu kỳ dao động . Lập bảng biến thiên và vẽ đồ thị S theo M . Từ đồ thị tính K theo (10) . Chú ý : * Làm thực hành với ít nhất 3 lò xo khác nhau. * Mỗi loại lò xo (tùy theo tiết diện ) treo các trọng vật sao cho độ biến dạng là nhỏ . Khi kéo lò xo lệch khỏi vị trí cân bằng chỉ kéo một đọan nhỏ theo phương thẳng đứng , không để lò xo dao động ngang . Câu hỏi chuẩn bị : 1. Ý nghĩa của hệ số đàn hồi của lò xo ? Hệ số đàn hồi của một lò xo xác định có phụ thuộc phương pháp đo hay không ?. 2. Để xác định hệ số đàn hồi của lò xo theo phương pháp tĩnh có thể treo khối lượng lớn tùy ý vào lò xo không ? Hãy giải thích tại sao. 3. Tại sao khi xác định hệ số K của lò xo theo phương pháp động không được để lò xo dao động ngang ? 4. Tại sao khi đo chu kỳ dao động của lò xo ta không đo trực tiếp 1 chu kỳ mà phải đo nhiều chu kỳ dao động rồi mới tìm ra 1 chu kỳ dao động ?. 5. Tại sao cho lò xo dao động ta chỉ kéo cho lò xo dãn 1 đoạn nhỏ so với chiều dài lò xo theo phương thẳng đứng ?. Trần Kim Cương Khoa Vật lý Thực tập vật lý đại cương A 1 - 50 - BÀI 9. SÓNG DỪNG I/ LÝ THUYẾT Khi hai sóng phẳng cùng biên độ truyền ngược c