Tài liệu thí nghiệm vật lý phổ thông (lớp 12)

Chia sẻ: Phung Viet Hai | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

0
744
lượt xem
260
download

Tài liệu thí nghiệm vật lý phổ thông (lớp 12)

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆMM - Treo quả nặng lên giá lắp thẳng đứng trên hộp gỗ. Điều chỉnh độ cao của quả nặng sao cho bút lông chạm vào tấm ghi đồ thị. - Cung cấp nguồn 6V-DC vào cho động cơ và nam châm hoạt động thông qua 2 chốt trên hộp gỗ. - Nhỏ mực vào đầu bút lông. - Đặt quả nặng chạm vào vị trí nam châm điện - Đặt tấm nhựa vào vị trí con lăn của động cơ - Ngắt công tắc điện của nam châm để cho quả nặng...

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Tài liệu thí nghiệm vật lý phổ thông (lớp 12)

  1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÂY NGUYÊN KHOA KHTN & CN ….. ….. TÀI LIỆU THÍ NGHIỆM VẬT LÝ PHỔ THÔNG TẬP 2 (LỚP 12) PHÙNG VIỆT HẢI DAKLAK, NĂM 2009
  2. Thí nghiệm vật lý phổ thông - tập 2 TẬP 2. THÍ NGHIỆM VẬT LÝ LỚP 12 PHẦN A. THÍ NGHIỆM BIỂU DIỄN BÀI 1: THÍ NGHIỆM GHI ĐỒ THN DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC ĐƠN I. CHUẨN BN LÝ THUYẾT Đọc SGK vật lý 12 bài 3 (chương trình CB) và bài 6 (CT nâng cao) để trả lời các câu hỏi sau: 1. Nêu một cách ngắn gọn, chính xác nội dung các kiến thức mới cần xây dựng được trong từng bài học. 2. Tóm tắt logic xây dựng các kiến thức đó trong từng bài học II. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM Ghi đồ thị dao động của con lắc đơn. III. DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM 1. Hộp gỗ 2. Giá thí nghiệm (gồm trụ đứng, thanh ngang, bảng chia độ, 2 khớp nối , dây treo) 3. Nam châm điện (điện áp 6V- 12V) 4. Quả nặng (bằng thép có gắn bút 4 3 6 lông) 5. Tấm ghi đồ thị (nhựa trắng sứ - (150x500)mm) 5 6. Mực 7. Hộp gỗ 8. Dây nối (dùng chung) 1 2 9. Biến thế nguồn (dùng chung) IV. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM - Treo quả nặng lên giá lắp thẳng đứng trên hộp gỗ. Điều chỉnh độ cao của quả nặng sao cho bút lông chạm vào tấm ghi đồ thị. - Cung cấp nguồn 6V-DC vào cho động cơ và nam châm hoạt động thông qua 2 chốt trên hộp gỗ. - Nhỏ mực vào đầu bút lông. - Đặt quả nặng chạm vào vị trí nam châm điện - Đặt tấm nhựa vào vị trí con lăn của động cơ - Ngắt công tắc điện của nam châm để cho quả nặng ThS. Phùng Việt Hải 1 Đại học Tây nguyên - 2009
  3. Thí nghiệm vật lý phổ thông - tập 2 dao động - Bật công tắc của động cơ. Khi đó đầu bút dạ sẽ ghi lại hình dạng của đồ thị dao động của con lắc đơn. - Thao tác lại một vài lần với tốc độ của động cơ khác nhau rồi quan sát đồ thị. V. BÀI TẬP 1. Ghi lại các kết quả ứng với các thí nghiệm? Nêu những chú ý khi tiến hành thí nghiệm để đảm bảo thành công? 2. Vai trò của thí nghiệm trong mỗi bài học? 3. Soạn thảo tiến trình dạy học có sử dụng thí nghiệm: - Mục 1, 2 (Bài 3 - Con lắc đơn; SGKVL 12 CB) BÀI 2: THÍ NGHIỆM VỀ SÓNG NƯỚC I. CHUẨN BN LÝ THUYẾT Đọc SGK vật lý 12 bài 8 (chương trình CB) và bài 16 (CT nâng cao) để trả lời các câu hỏi sau: 1. Nêu một cách ngắn gọn, chính xác nội dung các kiến thức mới cần xây dựng được trong từng bài học. 2. Tóm tắt logic xây dựng các kiến thức đó trong từng bài học II. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM Khảo sát hiện tượng giao thoa, nhiễu xạ, phản xạ của sóng trên mặt nước. III. DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM 1. Giá thí nghiệm (gồm khay nước, các chân đế) 2. Gương phẳng và màn hứng 7 3. Bộ rung 2 4. Cần tạo sóng (tạo 1 sóng phẳng, tạo 1 sóng 6 1 tròn, tạo 2 sóng tròn) 5. Thanh chắn sóng (3 loại: không khe, 1 khe, 2 4 khe) 6. Nguồn sáng (12V-50W) 3 7. Hộp gỗ 5 8. Biến thế nguồn (dùng chung) 9. Dây nối (dùng chung) 10. Máy phát tần số (dùng chung) IV. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 4.1. Thí nghiệm về giao thoa - Lắp ráp thí nghiệm như hình. ThS. Phùng Việt Hải 2 Đại học Tây nguyên - 2009
  4. Thí nghiệm vật lý phổ thông - tập 2 - Lắp chậu: Mở ốc vặn bên thân để lắp chân đế thứ 1 vào khay đựng nước. Nới lỏng hai ốc vặn còn lại trên thân khay rồi lắp bảng hai chân đế vào khay đựng nước. Siết các ốc vặn để cố định chân đế. - Lật đứng chậu rồi gắn gương phẳng và màn hứng lên trên. - Đổ nước vào khay rồi chỉnh các ốc vặn ở chân đế để chỉnh độ ngang cho mặt khay. - Cấp điện 12V cho nguồn sáng và đặt dưới đáy chậu. - Gắn cần rung và điều chỉnh để 2 đỉnh cần rung chạm nhẹ vào mặt nước. - Gắn cần rung vào chân đế rời, nối máy phát tần số với hệ rung. Chọn dải tần số 10 – 100 Hz, điện áp khoảng 2V cấp điện cho nguồn rung. - Bật công tắc của máy phát tần số, điều chỉnh tần số cho đến khi quan sát thấy hiện tượng giao thoa rõ nhất. Xác định cực đại, cực tiểu giao thoa. Thí nghiệm giao thoa Thí nghiệm nhiễu xạ 4.2. Thí nghiệm về nhiễu xạ - Thay đầu rung bằng cần tạo sóng phẳng, chỉnh để cần tạo sóng phẳng chìm khoảng 1/3 vào nước. - Đặt chắn sóng 1 khe cách cần tạo sóng khoảng 4cm. tần số phát sóng khoảng 24 Hz, ta thấy sóng sau khi qua khe sẽ có dạng tròn. - Thay chắn sóng 1 khe bằng chắn sóng 2 khe, có độ rộng khe cỡ 1cm, quan sát được hiện tượng giao thoa của hai nguồn sóng tạo bởi 2 khe vừa tạo ra. Chú ý: Thay đổi các loại cần tạo sóng và dùng thanh chắn sóng để quan sát hiện tượng giao thoa, tán xạ, nhiễu xạ, phản xạ,… V. BÀI TẬP 1. Ghi lại các kết quả ứng với các thí nghiệm? Nêu những chú ý khi tiến hành thí nghiệm để đảm bảo thành công? ThS. Phùng Việt Hải 3 Đại học Tây nguyên - 2009
  5. Thí nghiệm vật lý phổ thông - tập 2 2. Vai trò của thí nghiệm trong bài học? 3. Soạn thảo tiến trình dạy học có sử dụng thí nghiệm: - Mục 1 – Sự giao thoa của 2 sóng mặt nước? (Bài 16 – Giao thoa sóng; SGKVL 12 NC) - Mục 1 –Hiện tượng giao thoa của 2 sóng mặt nước? (Bài 8 – Giao thoa sóng; SGKVL 12 CB) BÀI 3: BỘ THÍ NGHIỆM VỀ SÓNG DỪNG I. CHUẨN BN LÝ THUYẾT Đọc SGK vật lý 12 bài 9 (chương trình CB) và bài 15 (CT nâng cao) để trả lời các câu hỏi sau: 1. Nêu một cách ngắn gọn, chính xác nội dung các kiến thức mới cần xây dựng được trong từng bài học. 2. Tóm tắt logic xây dựng các kiến thức đó trong từng bài học II. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM - Khảo sát về hiện tượng cộng hưởng sóng dừng trên dây, trên lò xo. - Xác định bước sóng, tốc độ truyền sóng trên dây. III. DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM 1. Lò xo mềm 2. Dây đàn hồi (dài 1000mm) 3. Lực kế (5N, chia độ nhỏ nhất 0,1N) 3 2 4. Bộ ròng rọc 4 5. Bộ rung 6. Giá thí nghiệm 7. Tấm chỉ vạch 7 6 1 5 8. Hộp gỗ 9. Máy phát âm tần (dùng chung) 10. Đế 3 chân (dùng chung) 11. Dây nối (dùng chung) * Hiện tượng cộng hưởng sóng dừng Khi tạo thành sóng dừng, tại những điểm nằm cách đầu trên của dây một khoảng: λ y=k 2 (k = 1,2,3…), sóng tới và sóng phản xạ ngược pha, tạo ra các điểm đứng yên, gọi là các nút sóng. ThS. Phùng Việt Hải 4 Đại học Tây nguyên - 2009
  6. Thí nghiệm vật lý phổ thông - tập 2 λ Tại những điểm nằm cách đầu trên của dây một khoảng: y = (2k + 1) , sóng tới và sóng 4 phản xạ cùng pha, tạo ra các điểm có biên độ cực đại gọi là các bụng sóng. λ Chiều dài dây (khoảng các từ điểm đứng yên đến nguồn) thỏa mãn điều kiện: l = k (*), 2 sợi dây dao động ổn định, các nút và bụng hoàn toàn xác định, các bụng sóng có biên độ lớn hơn nhiều so với 2a; đó là hiện tượng cộng hưởng sóng dừng. (*) xác định điều kiện cộng hưởng sóng dừng trên dây có hai đầu cố định. Đo khoảng cách d giữa 2 nút, ta xác định được bước sóng λ của sóng truyền: λ = 2d (1) Khi đó, vận tốc truyền sóng v trên dây là:v = λ.f (2) IV. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 4.1. Thí nghiệm với sóng ngang - Lắp giá thí nghiệm vào chân đế, di chuyển thanh ngang lên gần đỉnh của giá. - Treo lực kế vào dây, móc dây đàn hồi vào lực kế. Gắn bộ rung vào khớp nối bên dưới sao cho cần rung vuông góc với dây. - Cắm chốt cắm thứ nhất trên dây đàn hồi vào thanh ngang, chốt cắm thứ 2 vào tâm của bộ rung. - Cấp điện khoảng 3V cho bộ rung từ máy phát tần số. Đặt máy phát tần số ở dải 10 – 100 Hz. a) Giữ cố định tần số f = 30 Hz, lực căng sợi dây là F = 1N. Dịch chuyển con trượt xuống dưới để điều chỉnh khoảng cách l tới khi xảy ra hiện tượng cộng hưởng sóng dừng với 1, 2, 3… bụng sóng. - Dùng tấm chỉ vạch đó khoảng cách d giữa 2 nút kế tiếp, ghi giá trị d và l ứng với f = 30 Hz và F = 1N vào bảng 1 b) Giữ cố định tần số f = 50 Hz và khoảng cách l = 65 cm. Vặn vít điều chỉnh giá lực căng F của sợi dây (thông qua số chỉ lực kế) cho tới khi xảy ra hiện tượng cộng hưởng sóng dừng với 1, 2, 3… bụng sóng ổn định trên dây. Quan sát số nút và bụng này. Đo khoảng cách d giữa 2 nút kế tiếp. Ghi giá trị d và F ứng với f = 50 Hz và l = 65cm vào bảng 1. c) Giữ cố định tần số F= 2,0N và khoảng cách l = 65 cm. Thay đổi tần số máy phát để điều chỉnh tần số tới giá trị f xảy ra hiện tượng cộng hưởng sóng dừng với 1, 2, 3… bụng sóng ổn định trên dây. Quan sát số nút và bụng này. Đo khoảng cách d giữa 2 nút kế tiếp. Ghi giá trị d và f ứng với F= 2,0N và l = 65cm vào bảng 1. ThS. Phùng Việt Hải 5 Đại học Tây nguyên - 2009
  7. Thí nghiệm vật lý phổ thông - tập 2 Phép đo f = 30 Hz; F = 1,0N f = 50 Hz; l = 65 cm F = 2,0N; l = 65cm l = … (m) F = …..(N) f = …..(Hz) d(m) λ(m) v(m/s) v2 F d) Tính bước sóng λ và tốc độ truyền sóng v trên dây theo các công thức (1), (2) v2 e) Tính so sánh giá trị các tỉ số với mỗi phép đo để kết luận về quan hệ phụ F thuộc của tốc độ truyền sóng v trên dây vào lực căng F. 4.2. Thí nghiệm với sóng dọc (lò xo xoắn ốc) - Xoay bộ rung để cần rung cùng phương với lò xo. - Móc lò xo vào thanh ngang, đầu còn lại móc vào cần rung. Điều chỉnh đế ba chân để giá đỡ thẳng đứng. - Vặn nút thang đo trên máy phát tần số ở dải 10 – 100 Hz. Điều chỉnh để f = 30 Hz. - Điều chỉnh núm biên độ vừa đủ để quan sát thấy các vòng lò xo dao động dọc theo phương thẳng đứng. - Nhấn nút TĂNG hoặc GIẢM trên máy phát tần số để điều chỉnh tần số f cho tời khi xảy ra hiện tượng cộng hưởng sóng dừng trên lò xo với 1,2,3…bụng sóng (vị trí tại đó các vòng lò xo giãn xa nhau nhất) có biên độ lớn nhất và ổn định. Quan sát số nút và bụng sóng này. V. BÀI TẬP 1. Ghi lại các kết quả ứng với các thí nghiệm? Nêu những chú ý khi tiến hành thí nghiệm để đảm bảo thành công? 2. Vai trò của thí nghiệm trong mỗi bài học? Bản chất của hiện tượng sóng dừng là gì? Tại sao biên độ sóng dừng lại rất lớn so với biên độ sóng tới? 3. Soạn thảo tiến trình dạy học có sử dụng thí nghiệm: - Mục II, 1 – Sóng dừng, sóng dừng trên một sợi dây có hai đầu cố định (Bài 9 – Sóng dừng; SGKVL 12 CB) - Mục 2 - Sóng dừng (Bài 9 – Sóng dừng; SGKVL 12 NC) BÀI 4: THÍ NGHIỆM VỀ MÁY BIẾN ÁP VÀ TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG ĐI XA ThS. Phùng Việt Hải 6 Đại học Tây nguyên - 2009
  8. Thí nghiệm vật lý phổ thông - tập 2 I. CHUẨN BN LÝ THUYẾT Đọc SGK vật lý 12 bài 16 (chương trình CB) và bài 32 (CT nâng cao) để trả lời các câu hỏi sau: 1. Nêu một cách ngắn gọn, chính xác nội dung các kiến thức mới cần xây dựng được trong từng bài học. 2. Tóm tắt logic xây dựng các kiến thức đó trong từng bài học II. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM * Khảo sát về máy biến áp, gồm: - Khảo sát cấu tạo của máy biến áp - Khảo sát hoạt động của máy biến áp không tải. Nghiệm công thức tỷ số MBA. - Khảo sát hoạt động của MBA có tải, xác định hiệu suất của máy biến áp. * Nghiên cứu quá trình truyền tải điện năng đi xa, cụ thể là khảo sát công suất hao phí trên đường dây tải điện trong 2 trường hợp: - Không dùng máy tăng áp trước khi truyền tải điện. - Dùng máy tăng áp trước khi truyền tải điện. III. DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM 1. Máy biến áp (bộ gồm 2 cái. Cuộn sơ cấp có 2 cuộn dây, mỗi cuộn 200 vòng, điện áp vào tối đa 12V; cuộn thứ cấp có 2 cuộn dây 400 vòng và 200 vòng; lõi sắt từ) 2. Đèn ( 6V – 3W) 3. Dây tải điện (600mm, có gắn điện trở 10 Ω – 5W) 1 4 4. Hộp gỗ 5. Trụ thép (dùng chung) 6. Đồng hồ đo điện đa năng (dùng chung) 3 7. Biến thế nguồn (dùng chung) 2 8. Dây nối (dùng chung) IV. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 4.1. Khảo sát về máy biến áp 4.1.1. Tìm hiểu cấu tạo của MBA MBA dùng trong thí nghiệm có thể tháo lắp được, tìm hiểu cuộn sơ cấp, thứ cấp, lõi biến áp, đế máy… 4.1.2. Khảo sát hoạt động của MBA không tải. Nghiệm công thức tỉ số biến áp Thí nghiệm 1 - Tắt khóa K của nguồn điện AC – DC và vặn núm xoay của nó đến vị trí 6V. Mắc MBA theo sơ đồ mạch tăng áp. (hình vẽ) - Chọn cuộn sơ cấp (SC) N1 = 200 vòng, nối với nguồn điện AC – DC (trên biến thế) - Chọn cuộn thứ cấp N2 = 400 vòng và để hở. ThS. Phùng Việt Hải 7 Đại học Tây nguyên - 2009
  9. Thí nghiệm vật lý phổ thông - tập 2 N - Tính tỉ số biến áp: k = 2 (1) N1 - Bật công tắc K của nguồn điện AC – DC (máy biến áp nguồn), ghi lại các giá trị điện áp U1 giữa hai đầu cuộn SC trên Vôn kế V1, U2 giữa hai đầu cuộn TC trên Vôn kế V2. U2 - Tính tỉ số điện áp: k1 = . (2) U1 - So sánh tỉ số biến áp k và tỉ số điện áp k1 bằng sai lệch tỉ đối Δk1 k − k1 = = (3) k k Thí nghiệm 2 - Tắt công tắc K của nguồn điện, giữ nguyên vị trí 6V và cuộn thức cấp N2 = 400 vòng. Chọn cuộn SC N1’ = 200 vòng (trong cùng cuộn dây D2 với cuộn TC). ′ U2 - Tính tỉ số điện áp: k1′ = (4) ′ U1 Δk1′ k − k1′ - Tìm độ lệch tỉ đối: = k k Δk1 Δk1′ - So sánh giá trị của và . Nhận xét và kết luận. Giải thích kết quả đó? k k 4.1.3. Khảo sát hoạt động của MBA có tải. Xác định hiệu suất biến áp Thí nghiệm 3 - Tắt công tắc K của nguồn điện. Mắc MBA theo sơ đồ mạch tăng thế (hình). Giữ nguyên điện áp nguồn là 6V - Chọn cuộn SC là N1 = 200 vòng (trong cuộn D1) và nối nó với nguồn điện. - Dùng hai dây dẫn nối cuộn TC N2 = 400 vòng với tải tiêu thụ gồm 2 đèn Đ1, Đ2 loại ( 6V – 3W) mắc nối tiếp. - Bật công tắc K, ghi các giá trị điện áp và cường độ dòng điện U1, I1; U2, I2 của cuộn SC và TC. - Tính công suất điện P1 = U1.I1 cung cấp cho MBA và công suất điện P2 = U2.I2 do MBA cung cấp cho tải tiêu thụ. Từ đó, xác định hiệu suất máy BA: P2 H= (5) P1 Thí nghiệm 4 - Thay cuộn SC N1 bằng cuộn SC N1’ = 200 vòng (trong cùng cuộn dây D2 với cuộn TC) - Bật công tắc K của nguồn điện, Ghi lại các giá trị U’1, I’1; U’2, I’2 của cuộn SC và TC. ThS. Phùng Việt Hải 8 Đại học Tây nguyên - 2009
  10. Thí nghiệm vật lý phổ thông - tập 2 - Tính công suất điện P’1 = U’1.I’1 cung cấp cho MBA và công suất điện P’2 = U’2.I’2 do MBA cung cấp cho tải tiêu thụ. Xác định xác định hiệu suất máy BA: P2′ H′ = (6) P′ 1 - So sánh giá trị H và H’. Nhận xét và kết luận. 4.2. Khảo sát sự truyền tải điện năng đi xa Thí nghiệm 5 - Mắc mạch điện như hình. Chọn điện áp xoay chiều ra trên biến áp nguồn là 12V. - Nối trực tiếp 2 đầu nguồn điện AC –DC với hai đầu 1-2 của đường dây tải điện. Điện trở tổng cộng của đường dây tải là R = 2R0 = 20 Ω. - Nối trực tiếp hai đầu 1’-2’ ở cuối đường dây tải điện với tải tiêu thụ là 2 đèn Đ1, Đ2 loại ( 6V – 3W) mắc nối tiếp. - Bật công tắc K trên nguồn điện. Quan sát độ sáng của hai đèn. Dùng hai Vôn kế (thang đo 12V) đo điện áp U12 đầu đường dây tải và điện áp U’12 cuối đường dây tải. Ghi lại các giá trị trên. - Tính công suất tiêu hao trên dây tải theo công thức: ′ (U12 − U 12 ) 2 ΔP = I 2 R = (7) R Thí nghiệm 6 - Tắt công tắc K của nguồn điện, giữ nguyên điện áp ra 12V. Đặt hai MBA cách nhau khoảng 40 cm và nối chúng theo sơ đồ mạch truyền tải điện năng đi xa (hình vẽ). - Dùng MBA1 dùng làm máy tăng áp: Cuộn SC N1 = 200 vòng nối với nguồn điện 12 V, cuộn TC N2 = 400 vòng nối với hai đầu 1 – 2 của đường dây tải điện. - Dùng Dùng MBA2 dùng làm máy hạ áp. Nối cuộn SC N’1 = 400 vòng với hai đầu 1’- 2’ ở cuối đường dây tải; nối cuộn TC N’2 = 200 vòng với tải tiêu thụ điện gồm 2 đèn mắc nối tiếp. - Bật công tắc K trên nguồn điện. Quan sát độ sáng của hai đèn. Dùng hai Vôn kế (thang đo 36V) đo điện áp U12 đầu đường dây tải và điện áp U’12 cuối đường dây tải. Ghi lại các giá trị trên vào bảng 1. - Tính công suất điện tiêu hao trên dây tải theo công thức (7). ThS. Phùng Việt Hải 9 Đại học Tây nguyên - 2009
  11. Thí nghiệm vật lý phổ thông - tập 2 - So sánh công suất điện hao phí trong thí nghiệm 5 và 6. Hãy cho biết, muốn giảm công suất tiêu hao trên đường dây tải điện thì phải tăng hay giảm điện áp hai đầu đường dây tải U12? MBA1 MBA2 Công suất tiêu hao N2 U12 ′ N2 U’12 ′ (U12 − U12 ) 2 k1 = k2 = ΔP = N1 N1′ R 400/200 200/400 V. BÀI TẬP 1. Ghi lại các kết quả ứng với các thí nghiệm? Nêu những chú ý khi tiến hành thí nghiệm để đảm bảo thành công? 2. Vai trò của thí nghiệm trong bài học? 3. Soạn thảo tiến trình dạy học có sử dụng thí nghiệm: - Mục I, II (Bài 16 – Truyền tải điện năng, máy biến áp; SGKVL 12 CB) - Bài 32 – Máy biến áp, truyền tải điện, SGKVL 12 NC BÀI 5: THÍ NGHIỆM VỀ MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU BA PHA I. CHUẨN BN LÝ THUYẾT Đọc SGK vật lý 12 bài 17 (chương trình CB) và bài 30 (CT nâng cao) để trả lời các câu hỏi sau: 1. Nêu một cách ngắn gọn, chính xác nội dung các kiến thức mới cần xây dựng được trong từng bài học. 2. Tóm tắt logic xây dựng các kiến thức đó trong từng bài học II. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM - Khảo sát cấu tạo và hoạt động của máy phát điện xoay chiều 3 pha - Làm quen với cách mắc mạch điện xoay chiều hình sao, tam giác - So sánh điện áp dây và điện áp pha. III. DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM 3 1. Bảng thí nghiệm (kích thước (550x400x10)mm) 2. Mô hình máy phát điện 3 pha (gồm 3 2 cuộn dây ) 3. Bảng mạch điện sao/ tam giác 4. Hộp đựng 1 5. Đế 3 chân (dùng chung) 6. Trụ thép (dùng chung) 7. Dây nối (dùng chung) ThS. Phùng Việt Hải 10 Đại học Tây nguyên - 2009
  12. Thí nghiệm vật lý phổ thông - tập 2 IV. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 4.1. Khảo sát cấu tạo và hoạt động của máy phát điện xoay chiều 3 pha 4.1.1. Cấu tạo: Gồm 2 phần chính Roto và Stato - Roto là một thanh nam châm có trục quay vuông góc với thanh tại điểm chính giữa O. -Stato gồm 03 cuộn dây dẫn hình trụ có lõi sắt giống nhau, đặt tại 3 vị trí sao cho trục 3 cuộn day này đồng tâm tại điểm O của một đường tròn và lệch nhau 1200. Mỗi cuộn stato nối với một hộp đèn LED để phát hiện dòng điện trong mỗi cuộn dây. 4.1.2. Hoạt động - SV tự giải thích. - Khi quay roto quanh trục, 3 đèn LED nối với 3 chuộn dây của Stato lần lượt phát sáng chậm nhau 1/3 chu kì quay của roto. Để có thể dễ dàng phân biệt được sự chậm pha này, phải quay roto đủ chậm và dùng 3 đèn LED phát ánh sáng màu khác nhau (đỏ, lục, vàng). Khi quay roto càng nhanh, các đèn LED phát sáng càng mạnh. 4.2. Cách mắc mạch điện xoay chiều 3 pha 4.2.1. Mắc mạch hình sao - Rút các đèn LED ra khỏi các cuộn dây của stato. - Dùng các thanh nhôm nối chung 3 điểm cuối A, C, B của 3 cuộn dây rồi dùng dây điện nối với điểm chung của bảng mạch điện hình sao (tạo thành dây trung hòa). - Nối 3 điểm đầu A, B, C của ba cuộn dây với 3 điểm A, B, C của bảng mạch điện hình sao. - Dùng tay quay roto, 3 đèn trên tải đều phát sáng. (Điện áp hai đầu mỗi đèn LED bằng điện áp hai đầu mỗi cuộn dây stato, gọi là điện áp pha Up; điện áp giữa hai đỉnh của hình sao của mạch tiêu thụ gọi là điện áp dây Ud). - Có thể dùng đồng hồ đo điện áp dây, điện áp pha để chứng minh Ud > Up. Sơ đồ mắc hình sao Sơ đồ mắc hình tam giác ThS. Phùng Việt Hải 11 Đại học Tây nguyên - 2009
  13. Thí nghiệm vật lý phổ thông - tập 2 4.2.2.Mắc mạch hình tam giác - Rút các đèn LED ra khỏi các cuộn dây của stato. - Trên bảng ráp mạch điện, dùng 3 lá nhôm nối các đầu dây tương ứng A-B; B-C; C-A của 3 cuộn dây với nhau. - Dùng 3 dây dẫn nối lần lượt các điểm A, B, C với 3 đỉnh A, B, C trên sơ đồ tải tam giác. - Khi quay đều Roto, 3 đèn LED trong mạch tiêu thụ lần lượt phát sáng. Điện áp hai đầu mỗi đèn bằng điện áp hai đầu mỗi cuộn dây = điện áp hai đỉnh của tam giác (Ud = Up). V. BÀI TẬP 1. Ghi lại các kết quả ứng với các thí nghiệm? Nêu những chú ý khi tiến hành thí nghiệm để đảm bảo thành công? 2. Vai trò của thí nghiệm trong bài học? 3. Soạn thảo tiến trình dạy học có sử dụng thí nghiệm: - Bài 17 – Máy phát điện xoay chiều; SGKVL 12 CB - Mục 3 – Máy phát điện xoay chiều 3 pha (Bài 30 - SGKVL 12 NC) BÀI 6: BỘ THÍ NGHIỆM TÁN SẮC ÁNH SÁNG, TIA HỒNG NGOẠI, TIA TỬ NGOẠI I. CHUẨN BN LÝ THUYẾT Đọc SGK vật lý 12 bài 24, 27 (chương trình CB); bài 35, 40 (CT nâng cao) để trả lời các câu hỏi sau: 1. Nêu một cách ngắn gọn, chính xác nội dung các kiến thức mới cần xây dựng được trong từng bài học. 2. Tóm tắt logic xây dựng các kiến thức đó trong từng bài học I. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM - Quan sát hiện tượng tán sắc ánh sáng. - Phát hiện ánh sáng đơn sắc. - Tổng hợp ánh sáng trắng. - Phát hiện tia hồng ngoại và tia tử ngoại. II. DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM Bộ thí nghiệm như trên hình , gồm có: 1. Bảng thép, kích thước (450 x 800) mm, có chân đế. 2. Đèn loại 12V - 21W 3. Bộ 2 lăng kính tam giác đều, có đế nam châm 4. Màn chắn bằng vật liệu đảm bảo độ bền cơ học, có khe chắn hẹp, có đế nam châm ThS. Phùng Việt Hải 12 Đại học Tây nguyên - 2009
  14. Thí nghiệm vật lý phổ thông - tập 2 5. Màn quan sát bằng vật liệu đảm bảo độ bền cơ học, màu trắng đục, có đế nam châm 6. Dụng cụ phát hiện tia hồng ngoại, tia tử ngoại 7. Biến thế nguồn (dùng chung) 8. Điện kế chứng minh (dùng chung) 9. Dây nối (dùng chung) III. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 3.1. Hiện tượng tán sắc ánh sáng - Thí nghiệm được bố trí như trên hình 1. - Điều chỉnh để chùm sáng từ đèn chiếu vào mặt bên của lăng kính. Dùng màn để hứng chùm ló ra khỏi lăng kính. Trên màn sẽ quan sát được dải màu liên tục từ đỏ đến tím. 3.2. Ánh sáng đơn sắc - Thí nghiệm được bố trí như trên hình 2. - Điều chỉnh để chùm sáng từ đèn chiếu vào mặt bên của lăng kính. Dùng màn chắn có khe hẹp để chắn ngang chùm ló, chỉ cho một tia sáng màu đi qua và chiếu vào mặt bên của lăng kính thứ hai. Dùng màn để hứng tia ló ra khỏi lăng kính. Trên màn sẽ quan sát được một vệt sáng màu. Điều đó chứng tỏ ánh sáng đơn sắc không bị tán sắc khi qua lăng kính. H1. Thí nghiệm tổng hợp ánh sáng trắng H2. Thí nghiệm phát hiện tia hồng ngoại 3.3. Tổng hợp ánh sáng trắng Bỏ màn chắn ra, để hai thấu kính gần và ngược chiều nhau. Điều chỉnh màn quan sát để hứng được một vệt sáng trắng. Điều đó chứng tỏ dải sáng màu từ đỏ đến tím đã được tổng hợp lại thành ánh sáng trắng. 3.4. Thí nghiệm phát hiện tia hồng ngoại và tia tử ngoại. - Thí nghiệm được bố trí như hình 4 - Cho chùm sáng đi qua lăng kính, dùng dụng cụ phát hiện tia hồng ngoại, tử ngoại hứng chùm tán sắc. Dụng cụ trên được nối với điện kế G. ThS. Phùng Việt Hải 13 Đại học Tây nguyên - 2009
  15. Thí nghiệm vật lý phổ thông - tập 2 - Dịch nguyển đầu thu của dụng cụ, thấy khi chưa đến vùng sáng tím, kim điện kế đã bị lệch, chứng tỏ tồn tại vùng tử ngoại. - Tiếp tục di chuyển đến vùng đỏ, kim điện kế lệch mối lúc một nhiều. Qua khỏi vùng đỏ, kim điện kế giảm từ từ nhưng vẫn khác 0, chứng tỏ tồn tại vùng hồng ngoại có bước sóng lớn hơn bước sóng ánh sáng đỏ. - Tiếp tục di chuyển, kim điện kế trả về 0. 1 3 4 5 7 H4. Thí nghiệm về ánh sáng đơn sắc H3. Thí nghiệm tán sắc ánh sáng V. BÀI TẬP 1. Ghi lại các kết quả ứng với các thí nghiệm? Nêu những chú ý khi tiến hành thí nghiệm để đảm bảo thành công? 2. Vai trò của thí nghiệm trong mỗi bài học? 3. Soạn thảo tiến trình dạy học có sử dụng thí nghiệm: - Bài 24 – Tán sắc ánh sáng; SGKVL 12 CB. - Mục I –Phát hiện tia hồng ngoại và tia tử ngoại? (bài 27; SGKVL 12 CB) BÀI 7: KHẢO SÁT HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN NGOÀI I. CHUẨN BN LÝ THUYẾT Đọc SGK vật lý 12 bài 30 (chương trình CB) và bài 43 (CT nâng cao) để trả lời các câu hỏi sau: 1. Nêu một cách ngắn gọn, chính xác nội dung các kiến thức mới cần xây dựng được trong từng bài học. II. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM - Khảo sát về hiện tượng quang điện và định luật về giới hạn quang điện. - Khảo sát định luật về cường độ dòng quang điện bảo hòa. - Khảo sát định luật động năng ban đầu cực đại của quang electron. Xác định hiệu điện thế hãm đối với các quang electron. ThS. Phùng Việt Hải 14 Đại học Tây nguyên - 2009
  16. Thí nghiệm vật lý phổ thông - tập 2 III. DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM 1. Tế bào quang điện (loại chân không, catốt phủ chất nhạy quang Sb-Ce) 2. Nguồn sáng (220V – 32W, có thể điều chỉnh cường độ) 3. Hộp chân đế (kích thước (280x100x44)mm, có gắn biến thế nguồn; 1 4 điện áp đầu vào 220V, điện áp đầu ra tối đa 50V/100mA) 4. Kính lọc sắc (3 tấm: đỏ, lục, 2 lam) 5. Điện kế chứng minh một chiều dùng thang đo 0 ÷ 100 µA(dùng chung) 3 6. Dây nối (dùng chung) 7. Vôn kế chứng minh V một chiều, có hai thang đo 2,5V và 10V (thêm) IV. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 4.1. Khảo sát hiện tượng quang điện * Khảo sát hiện tượng quang điện ngoài sử dụng tế bào quang điện chân không (TBQĐ). TBQĐ được lắp bên trong ở một hộp che sáng có nắp đậy kín sao cho A và K đều hướng về phía cửa sổ dạng một lỗ tròn khoét ở mặt trước của hộp che sáng. * Mắc các dụng cụ theo sơ đồ trên hộp chân đế. Trong đó: - µA là một điện kế chứng minh G có thang đo 0 ÷ 100 µA dùng để đo cường độ dòng một chiều qua TBQĐ. Điều chỉnh để µA chỉ 0. - Vôn kế chứng minh V có hai thang đo 2,5V và 10V dùng để đo điện áp giữa anot A và Katot K của TBQĐ. Điều chỉnh để V chỉ 0. - Núm xoay N1 điều chỉnh điện áp cấp cho đèn chiếu sáng Đ. Núm xoay N2 điều chỉnh điện áp UAK. Vặn hai núm xoay trên về 0 (nằm ở tận cùng bên trái). * Cấp điện 220V vào hộp chân đế. Gạt công tắc C về vị trí “thuận” để nối A với cực dương và K với cực âm của nguồn điện U. * Cài miếng nhựa đen che kín cửa sổ hộp che sáng của TBQĐ. Vặn núm xoay N1 về tận cùng bên phải để đèn Đ sáng mạnh nhất. Quan sát thấy kim µA vẫn chỉ 0; chứng tỏ không có dòng điện khi chưa có ánh sáng dọi vào K. * Rút miếng nhựa đen ra khỏi khe, quan sát thấy kim của µA bị dịch chuyển mạnh về bên phải, chứng tỏ có dòng điện chạy qua TBQĐ theo chiều từ A → K khi có ThS. Phùng Việt Hải 15 Đại học Tây nguyên - 2009
  17. Thí nghiệm vật lý phổ thông - tập 2 ánh sáng dọi vào. Đó là dòng quang điện. * Vặn N1 để điều chỉnh độ sáng đèn sao cho µA chỉ I0 = 20 µA. Gạt công tắc C về phía “Nghịch” để nối A với cực âm, K với cực dương của nguồn điện U. Vặn núm N2 để tăng dần của điện áp UAK theo chiều âm. Khi đó quan sát thấy kim µA bị dịch chuyển dần về 0, nghĩa là cường độ dòng quang điện bị triệt tiêu. Từ đó rút ra kết luận: - Ánh sáng chiếu vào TBQĐ làm bứt các hạt tải điện ra khỏi mtaj kim loại làm K và truyền cho nó động năng đủ lớn để có thể chuyển động từ K sang A để tạo thành dòng quang điện. - Bản chất dòng quang điện là dòng các electron bị ánh sáng bứt ra khỏi mặt kim loại làm Catôt. 4.2.Khảo sát định luật về giới hạn quang điện. - Giữ nguyên hiệu điện thế UAK = 0 và độ sáng đèn Đ ứng với I0 = 20µA. Gạt công tắc C về phía THUẬN. - Lần lượt dùng các kính lọc sắc vào hộp khe chắn sáng, ghi lại các giá trị dòng quang điện: Kính màu lam (λ ≈ 0,45 µm); I0 = Kính màu lục (λ ≈ 0,50 µm); I0 = Kính màu đỏ (λ ≈ 0,65 µm); I0 = (hầu như không có dòng quang điện) - Nhận xét và kết luận: Hiện tượng quang điện chỉ xáy ra khi ánh sang kích thích chiếu vào kim loại K có bước sóng λ ≤ λ0 nào đó. λ0 gọi là giới hạn quang điện của kim loại làm K. 4.3. Khảo sát định luật về cường độ dòng quang điện bão hòa - Mắc nối tiếp điện trở phụ Rp = 220kΩ với thang đo 10V của vôn kế để chuyển nó thành thang đo 50V. Công tắc cấp điện cho mạch ở vị trí THUẬN. - Đặt tấm chắn màu lam, điện áp UAK = 0, chỉnh độ sáng bóng đèn vừa phải để có dòng quang điện (khoảng 6 µA). Tăng điện áp UAK lên, mỗi lần khoảng 2V, ta thấy dòng quang điện tăng theo, nhưng đến trị số khoảng 15 – 20V dòng quang điện đạt tới giá trị không đổi Ibh ứng với Ubh, Ta nói dòng quang điện đã bão hòa. - Ghi các giá trị U, I trong mỗi lần đo vào bảng 1 để vẽ đặc tuyến V –A của TBQĐ và xác định Ibh. - Giữ nguyên UAK, tăng cường độ chiếu sáng, thấy dòng quang điện bão hòa tăng theo. Từ đó có kết luận : Đối với mỗi ánh sáng thích hợp (λ ≤ λ0), cường độ dòng quang điện bão hòa Ibh tỉ lệ thuận với cường độ của chùm ánh sáng kích thích. ThS. Phùng Việt Hải 16 Đại học Tây nguyên - 2009
  18. Thí nghiệm vật lý phổ thông - tập 2 UAK (V) I(µA) 4.4. Khảo sát về định luật động năng ban đầu cực đại của quang electron. Xác định hiệu điện thế hãm. - Chỉnh hiệu điện thế UAK về 0 (núm N2 về tận cùng bên trái). Gạt công tắc về phía NGHNCH để Anot của tế bào quang điện nối với cực -, catốt với cực + của nguồn điện. - Dùng kính lọc màu lam để lọc nguồn sáng. Chuyển Vônkế sang thang đo 2,5V. Vặn N 1 để đèn có độ sáng lớn nhất. Quan sát giá trị của cường độ dòng quang điện I0 ứng với điện thế 0V. - Vặn N 2 để tăng dần điện thế âm của điện áp đặt vào 2 cực của TBQĐ cho tới khi kim điện kế chỉ vạch 0. Quan sát và ghi lại hiệu điện thế UAK lúc này. U = Uh được gọi là hiệu điện thế hãm đối với quang electrôn ứng với bước sóng màu lam. - Giảm bớt độ sáng của đèn Đ, ta thấy Uh không đổi. - Thay kính màu lục, thực hiện thí nghiệm tương tự như trên, ta thấy khi U = 0V, I0 nhỏ hơn đối với trường hợp trên và khi kim điện kế chỉ vạch 0, điện áp Uh nhỏ hơn thí nghiệm trước. Ghi lại giá trị Uh. Nhận xét và kết luận: Động năng ban đầu cực đại của các electron quang điện phụ thuộc bước sóng ánh sáng kích thích nhưng không phụ thuộc cường độ của chùm sáng kích thích. V. BÀI TẬP 1. Ghi lại các kết quả ứng với các thí nghiệm? N êu những chú ý khi tiến hành thí nghiệm để đảm bảo thành công? 2. Vai trò của thí nghiệm trong mỗi bài học? 3. Soạn thảo tiến trình dạy học có sử dụng thí nghiệm: - Mục I, II; bài 30 – Hiện tượng quang điện ngoài, thuyết lượng tử ánh sáng; SGKVL 12 CB - Mục 1, 2; bài 43 - Hiện tượng quang điện ngoài, các định luật quang điện; SGKVL 12 N C. BÀI 8: BỘ THÍ NGHIỆM MÔ MEN QUÁN TÍNH CỦA VẬT RẮN I. CHUẨN BN LÝ THUYẾT Đọc SGK vật lý 12 N C bài 2: (Phương trình động lực học của VR quay quanh một trục cố định) để trả lời câu hỏi sau: N êu một cách ngắn gọn, chính xác nội dung các kiến thức mới cần xây dựng được trong bài học. II. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM ThS. Phùng Việt Hải 17 Đại học Tây nguyên - 2009
  19. Thí nghiệm vật lý phổ thông - tập 2 - Xác định mô men quán tính của vật rắn quay quanh một trục cố định. - N ghiệm lại công thức tính mômen quán tính của một số vật rắn có hình dạng đặc biệt. III. DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM 1. Giá thí nghiệm (gồm trụ đứng, ròng rọc 80mm, ròng rọc 20mm, nam châm điện, 2 cổng quang điện, hộp công tắc, vật rơi 30g) 2. Vật rắn : 2 • Hình nón – đường kính = 60mm- 500g • Hình cầu đường kính = 1 50mm 3 • Hình trụ đặc (3 cái: đường kính = 40mm - 500g; đường kính = 40mm -250g; đường kính = 80mm - 500g) • Hình trụ rỗng, Rtr=30mm, Rng=40mm – cao 10mm) 3. Hộp gỗ 4. Đồng hồ đo thời gian (dùng chung) 5. Đế 3 chân (dùng chung) 6. Biến thế nguồn (dùng chung) IV. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM Bố trí thí nghiệm như trên hình: - Lắp giá thí nghiệm vào chân đế. - Các cổng quang điện được nối với đồng hồ đo thời gian (Gắn đầu nối cổng quang điện trên với lỗ cắm A, đầu nối cổng quang điện dưới với lỗ cắm B); hộp công tắc có một đầu nối với nam châm điện, đầu còn lại nối vào lỗ cắm C của đồng hồ đo thời gian. - Để đồng hồ ở chế độ A ↔ B. Bật công tắc điện. - Chỉnh các nút vặn của chân đế sao cho dây dọi đi ngang qua các chùm tia của 2 cổng quang điện. - Điều chỉnh cổng quang điện trên gần áp sát vào mặt dưới của nam châm điện, cổng quang điện dưới cách cổng quang điện trên khoảng 40 cm. - Xoay ròng rọc nằm ngang để cuộn sợi dây có treo vật nặng đến vị trí nam châm điện hút được vật nặng. Lưu ý, mặt dưới của vật nặng gần sát với chùm tia của cổng quang điện trên. Cuốn dây vào đĩa sao cho quả nặng treo ở đầu dây chạm vào nam châm. ThS. Phùng Việt Hải 18 Đại học Tây nguyên - 2009
  20. Thí nghiệm vật lý phổ thông - tập 2 - Ấn nút công tắc và quan sát thời gian vật rơi từ cổng quang điện trên đến cổng quang điện dưới trên đồng hồ, lặp lại 3 lần, ghi số liệu; từ đó tính gia tốc của quả nặng rồi suy ra gia tốc góc; mô men quán tính của hệ vật rắn quay. 4.1. Xác định mô men quán tính của vật rắn. Cách đo mô men quán tính của vật rắn bất kỳ được tiến hành như sau: - Sử dụng gia trọng khối lượng m, không đặt vật nào trên đĩa để tiến hành thí nghiệm đo mô men quán tính ban đầu của hệ là I0, ta có: a0 M = T0 .r = (mg − ma 0 )r = I0 γ 0 = I0 r g ⇒ I0 = mr 2 ( − 1) a0 - Đặt vật lên đĩa, lặp lại thí nghiệm, ta có: a M = T.r = (mg − ma)r = (I + I0 ) γ = (I + I0 ) r g ⇒ I + I0 = mr 2 ( − 1) a g g ⇒ I = mr 2 ( − ) a a0 Khối lượng m của gia trọng, bán kính r của đĩa và gia tốc trọng trường g đã biết. Từ thí nghiệm ta đo được a và a0, từ đó tính được I. 4.2. Nghiệm lại công thức tính mô men quán tính của một số vật rắn có hình dạng đặc biệt. Để nghiệm lại công thức tính mô men quán tính của một vật rắn có hình dạng nào đó, trước hết ta tính mô men quán tính của vật đó bằng công thức, sau đó đo mô men quán tính của nó bằng thí nghiệm như trình bày ở trên. Đối chiếu kết quả lý thuyết và thực nghiệm để khẳng định tính đúng đắn của công thức lý thuyết. Sử dụng bộ thí nghiệm này chúng ta có thể nghiệm lại công thức tính mô men quán tính đối với trục quay đối xứng của một số vật rắn có hình dạng đặc biệt: hình trụ đặc, hình trụ rỗng, hình cầu, hình nón. 1 - Vật hình trụ đặc: I= MR 2 (R là bán kính đáy) 2 1 - Hình trụ rỗng: I= M(R1 + R 2 ) (R1 và R2 là bán kính trong và bán kính ngoài) 2 2 2 2 - Hình cầu đặc: I= MR 2 (R là bán kính của hình cầu) 5 3 - Hình nón đặc: I= MR 2 (R là bán kính đáy) 10 V. BÀI TẬP ThS. Phùng Việt Hải 19 Đại học Tây nguyên - 2009
Đồng bộ tài khoản