›
›

Tài liệu giảng dạy môn Vật lý lý sinh (Phần thực hành) - Trương Thị Ngọc Chinh

pdf 53 trang Gia Huy 25/05/2022 2420
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Tài liệu giảng dạy môn Vật lý lý sinh (Phần thực hành) - Trương Thị Ngọc Chinh", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdftai_lieu_giang_day_mon_vat_ly_ly_sinh_phan_thuc_hanh_truong.pdf

Nội dung text: Tài liệu giảng dạy môn Vật lý lý sinh (Phần thực hành) - Trương Thị Ngọc Chinh

  1. Phụ lục 5 TRƯỜNG ĐẠI HỌC TRÀ VINH KHOA KHOA HỌC CƠ BẢN TÀI LIỆU GIẢNG DẠY MÔN VẬT LÝ LÝ SINH (PHẦN THỰC HÀNH) GV biên soạn: Trương Thị Ngọc Chinh Trà Vinh, /20 Lưu hành nội bộ
  2. MỤC LỤC Nội dung Trang BÀI MỞ ĐẦU 7 BÀI 1 SỬ DỤNG THƯỚC KẸP, PANME 12 BÀI 1 SỬ DỤNG THƯỚC KẸP, PANME 13 BÀI 2 ĐO SỨC CĂNG MẶT NGOÀI CHẤT LỎNG 19 BÀI 3 ĐO ĐỘ NHỚT CHẤT LỎNG 24 BÀI 4 KHẢO SÁT HIỆU ỨNG DOPPLER 29 BÀI 5 XÁC ĐỊNH NGƯỠNG NGHE, NGƯỠNG PHÂN BIỆT TẦN SỐ CỦA NGƯỜI 39 BÀI 6 ĐO ĐIỆN THẾ SINH VẬT 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO 51 Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page 1
  3. PHÒNG THÍ NGHIỆM VẬT LÝ ĐẠI CƢƠNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC TRÀ VINH A. AN TOÀN PHÒNG THÍ NGHIỆM Nội quy phòng thí nghiệm được đề ra để đảm bảo an toàn cho tất cả mọi người khi làm việc. Sinh viên cần được giáo dục để nhận thức được tầm quan trọng của nội qui này. Mỗi sinh viên cần phải nắm vững những nội qui này trước khi bắt đầu các bài thực hành của mình trong phòng thí nghiệm và có lịch làm việc cụ thể. Sinh viên cần phải chuẩn bị trước bài thực tập thông qua việc đọc tài liệu trước ở nhà. Nhờ vậy, có thể biết trước những việc phải làm, những dụng cụ, những thiết bị sẽ cần dùng. Đồng thời, phải nắm vững nguyên lý làm việc của từng thiết bị, dụng cụ để sử dụng đúng cách. (Sự chuẩn bị này sẽ đƣợc kiểm tra thông qua sổ tay thực hành của sinh viên). */* Khi làm việc trong phòng thí nghiệm, sinh viên: 1. Không đƣợc ăn uống, hút thuốc trong phòng thí nghiệm. 2. Không đƣợc chạy nhảy, đùa nghịch hoặc sử dụng dụng cụ thí nghiệm sai mục đích. 3. Nếu làm đổ, vỡ bất kỳ vật gì trong phòng thí nghiệm thì phải thông báo ngay cho giáo viên phụ trách và có trách nhiệm thu dọn hiện trường. 4. Giáo trình thực tập, sách vở cần phải gọn gàng, đúng chỗ tránh xa hóa chất, bếp lửa. 5. Sau khi kết thúc thí nghiệm, sinh viên phải có trách nhiệm dọn vệ sinh nơi mình làm việc và phân công lẫn nhau để dọn vệ sinh những nơi dùng chung và toàn phòng thí nghiệm. Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page 2
  4. B. GHI CHÉP THỰC TẬP Mục đích của ghi chép là để chuyển những kết quả của thí nghiệm tới người khác, nhờ vậy mà những người này có cơ hội thể lặp lại thí nghiệm hoặc sử dụng những kinh nghiệm đã đạt được. Có rất nhiều loại ghi chép khác nhau, mỗi loại phục vụ cho mục tiêu riêng. 1. Sổ ghi chép thực tập - Ghi những thông tin ngắn gọn, tối thiểu về bài thực hành. Kết quả của từng thí nghiệm phải luôn được lưu lại trong khi thao tác, thực hành. 2. Báo cáo thực tập (chi tiết) - Miêu tả chi tiết thí nghiệm và cả cơ sở khoa học của thí nghiệm 3. Báo cáo thực tập (ngắn gọn) - Chỉ viết những vấn đề quan trọng và kết quả thí nghiệm. 4. Báo cáo bằng lời - Sinh viên thảo luận với nhau về nội dung bài thực hành và đề nghị giáo viên giải đáp những thắc mắc nảy sinh trong khi làm thí nghiệm. Những tóm tắt, tổng kết rút ra từ thí nghiệm được trình bày trên giấy khổ lớn (bé nhất là khổ A3) và được treo trên tường. Sinh viên thường sử dụng cách này để tiến hành thảo luận trên lớp. Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page 3
  5. C. SỔ THEO DÕI THỰC TẬP */* Mục đích chính của sổ theo dõi là: 1. Ghi vào trong sổ theo dõi thực tập quá trình chuẩn bị thí nghiệm cũng như các thao tác, các bước tiến hành thí nghiệm. Sự thông thạo các bước tiến hành hoặc sự tuân thủ lịch trình sẽ giúp ta kiểm soát được các thí nghiệm hoặc thực nghiệm. 2. Sự đăng kí hay sắp xếp tốt các bước tiến hành và quan trắc cẩn thận sẽ giúp ích trong việc làm báo cáo. Chúng ta không thể nhớ hết các việc đã làm để viết báo cáo nếu chúng ta không ghi vào sổ theo dõi. Cần phải chú ý nhiều hơn đến các thao tác và các sự quan trắc không được đề cập trong sách hướng dẫn. 3. Sổ theo dõi là phương tiện giao tiếp tốt nhất. Những điều ghi trong sổ theo dõi cần phải rõ ràng để mọi người đều có thể đọc được. Cần phải để ý đến sổ theo dõi. Sau mỗi buổi thực tập nên kiểm tra lại sổ để xem mọi điều ghi được đã rõ ràng chưa. 4. Các hƣớng dẫn - Cần phải có nội dung tốt. - Cần phải đánh số tất cả các trang. - Cần phải dùng bút bi để viết, không dùng bút chì. - Số liệu ghi được là số liệu thô, nghĩa là các số liệu chưa được tính toán. - Các số liệu phải rõ ràng để có thể đọc được. - Luôn ghi số liệu ở trang bên phải. - Trang bên trái còn lại dùng để mô tả số liệu. - Cần phải trình bày báo cáo theo đúng qui định. - Luôn ghi thời gian, ngày thực hiện thí nghiệm. - Luôn ghi số thứ tự, tên bài thí nghiệm. - Ghi chú tất cả những ngoại lệ. - Ghi lại tất cả những thiết bị đã sử dụng (tên, số hiệu, loại, công suất .). - Ghi lại ngày kiểm tra thiết bị gần nhất. - Ghi lại mã số của tất cả hóa chất đã sử dụng. - Ghi lại các biện pháp an toàn đã áp dụng. Tất cả những nội dung trên đều cần phải ghi vào sổ theo dõi nếu như có thể. Mỗi sinh viên đều phải có sổ theo dõi thí nghiệm riêng của mình ngay cả khi họ cùng làm trong một nhóm. Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page 4
  6. D. VIẾT TƢỜNG TRÌNH THỰC TẬP Viết là một trong những hình thức trao đổi thông tin quan trọng đối với mọi ngành khoa học. Để viết một cách khoa học trước tiên chúng ta phải lập ra một dàn ý chung cho toàn bài, để đảm bảo không quên một nội dung nào và toàn bộ công việc. Trong thí nghiệm, toàn bộ số liệu phải được ghi trong sổ theo dõi thực tập. Tường trình thực tập phải chứa đủ tất cả các thông tin liên quan đến bài thực hành. Nó phải được viết sao cho: 1. Người đọc thu nhận được thông tin nhanh và rõ ràng. 2. Những người quan tâm có thể lặp lại thí nghiệm từ những thông tin thu dược kể trên. Ngày nay, tường trình thực tập thường được viết trên máy tính. Ưu điểm của báo cáo khi viết trên máy tính là: + Rõ ràng, sạch sẽ. + Có thể thay đổi dễ dàng + Đồ thị, bảng biểu rõ ràng, đẹp. Không phải tất cả các chi tiết của từng thí nghiệm điều phải đưa vào tường trình thực tập mà tùy thuộc vào từng bài cụ thể, có thể chọn lọc thông tin để thu được bản tường trình tốt. Thông thường, các thông tin chi tiết được viết trong tường trình thực tập như sau: 1. Tên bài làm thí nghiệm. 2. Các thông tin về bản thân người viết tường trình: họ và tên, khóa, lớp, ngày, tháng, năm, 3. Tóm tắt, miêu tả thí nghiệm và kết quả (nếu là báo cáo tóm tắt). 4. Mở đầu: Giới thiệu môn học, mục đích của thí nghiệm, vấn đề mà thí nghiệm sẽ giải quyết, cách tiến hành. 5. Lý thuyết: miêu tả ngắn gọn cơ sở lí thuyết của thí nghiệm. 6. Phương pháp tiến hành và vật liệu nghiên cứu: miêu tả những nguyên vật liệu thí nghiệm sử dụng, phương pháp tiến hành. Chủ yếu tên và số thứ tự bài cũng được nhắc tới. Ngoài ra, mọi sự thay đổi trong khi thực hiện cũng được ghi chép. 7. Kết quả: đây là phần quan trọng nhất của báo cáo. Tất cả các số liệu cần được viết ngắn gọn, rõ ràng và khoa học (bảng số liệu, vẽ đồ thị, ). 8. Thảo luận và kết luận: Giải thích kết quả đạt được, kết luận và đề nghị cũng nêu ở phần này. 9. Tài liệu tham khảo: danh mục sách và các thông tin thu được từ các nguồn khác như tạp chí, băng đĩa, mạng điện tử 10. Sinh viên có thể viết tường trình theo mẫu sau: Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page 5
  7. Lớp: BẢNG PHÚC TRÌNH Nhóm: .; Tổ: Họ tên: Bài: 1. MSSV Ngày thực hành: 2. MSSV 3. MSSV 4 MSSV . I- MỤC ĐÍCH II- TRẢ LỜI CÂU HỎI LÝ THUYẾT 1. 2. 3. III- KẾT QUẢ THỰC HÀNH Bảng 1: Bảng 2: Bảng 3: (chú ý: nếu trong các bảng có yêu cầu tính độ ngờ ( ) của đại lượng nào thì phải trình bày cách tính đại diện của đại lượng đó). Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page 6
  8. BÀI MỞ ĐẦU  Mục tiêu học tập: Sau khi học xong bài này, người học có thể: - Giúp sinh viên hiểu một cách tổng quát về các tiến trình thực hiện khi học thực hành. - Cũng cố lại kiến thức và phân biệt các đại lượng đo trực tiếp, gián tiếp, cách đo lường các đại lượng trong quá trình thực hành. - Biết cách tính giá trị trung bình, vẽ đồ thị, tính toán các sai số và trình bày kết quả thực hành trong quá trình thí nghiệm. * Mục đích của học môn thực hành Vật lý đại cƣơng: - Giúp sinh viên củng cố, hiểu sâu hơn về phần lý thuyết Vật lý đã được học. - Biết cách đo lường, tính toán các sai số trong quá trình ghi nhận các kết quả thí nghiệm. - Rèn luyện cho sinh viên các kỹ năng về thực hành, thí nghiệm; các đức tính: chịu khó, kiên trì, nhẫn nại, trung thực, thẫm mỹ I. ĐO LƢỜNG Đo lường là một thao tác quan trọng trong thực hành Vật lý. Ta phân thành 2 loại như sau: 1. Đại lƣợng đo lƣờng trực tiếp Là so sánh trực tiếp đại lượng cần đo với đại lượng cùng loại được chọn làm đơn vị. Thí dụ: + Đo chiều dài + Cân khối lượng 2. Đại lƣợng đo lƣờng gián tiếp Là tính toán đại lượng không thể so sánh trực tiếp được theo các đại lượng đã biết thông qua các công thức của các định luật, định lý Vật lý. Thí dụ: + Tính khối lượng riêng: ρ = m /V + Tính tốc độ: v = S / t. II. VẤN ĐỀ SAI SỐ 1. Khái niệm về sai số Sai số là khoảng sai lệch giữa giá trị đo được và giá trị thực của một đại lượng đo nào đó. 1.1. Sai số tuyệt đối Gọi: a: là giá trị thực của một đại lƣợng. a’: là giá trị đo đƣợc. Thì sai số tuyệt đối được định nghĩa là: da = |a’- a| Sai số tuyệt đối không phản ảnh được độ chính xác của phép đo 1.2. Sai số tương đối Là tỉ số giữa sai số tuyệt đối và giá trị thực của một đại lượng: da a' a = a a Sai số tương đối càng nhỏ thì phép đo càng chính xác. 2. Phân loại các sai số theo nguyên nhân làm sai số 2.1. Sai số hệ thống Là sai số gây ra do thiếu sót của dụng cụ đo. Giá trị đo được luôn xảy ra theo một chiều (hoặc a’ > a, hoặc a’ < a, khi lặp lại phép do nhiều lần) Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page 7
  9. Để tránh sai số hệ thống, cần tiến hành kiểm tra cẩn thận dụng cụ đo. 2.2. Sai số ngẫu nhiên Là sai số xảy ra theo nhiều nguyên nhân một cách ngẫu nhiên: - Do chủ quan người đo như: đọc kết quả không đúng quy cách, ghi kết quả sai - Do sự thay đổi ngẫu nhiên của hiện tượng. Chẳn hạn, khi đo các đại lượng phụ thuộc vào thời tiết, sự ổn định của dòng điện ở nguồn - Do sự thay đổi ngẫu nhiên của dụng cụ. Chẳn hạn, dùng các thước khác nhau để đo một chiều dài, dùng các nhiệt kế khác nhau để đo một nhiệt độ Ta không thể khử được hoàn toàn sai số ngẫu nhiên mà chỉ có thể làm giảm bớt bằng cách đo nhiều lần. - Trong bài thực hành ta chỉ chú ý đến sai số ngẫu nhiên. 3. Giá trị trung bình 3.1. Đối với phép đo trực tiếp Để xác định giá trị trung bình, ta thực hiện phép đo nhiều, sau đó tính trung bình cộng của tất cả các giá trị đo được. Gọi: a1, a2, , an là giá trị của n lần đo đại lượng a. Ta có giá trị trung bình của a là: n a a a a  i a = 1 2 n i 1 n n - Trong bài thực hành, do thời gian có hạn, nên ta chỉ thực hiện một phép đo từ 3 đến 5 lần. 3.2. Đối với phép đo gián tiếp Dựa vào công thức và tính theo giá trị trung bình của các đại lượng khác. Thí dụ: a b a b x x c c 4. Độ ngờ (ký hiệu: ) - Qua việc phân loại sai số, ta thấy khi đo một đại lượng (trực tiếp hay gián tiếp) thì luôn phạm phải một sai số. Ta gọi chung sai số có thể phạm phải là độ ngờ: 4.1. Độ ngờ của phép đo trực tiếp Giả sử ta đo đại lượng a, để tính độ ngờ, ta thực hiện như sau: - Tính gia trị trung bình ( ) của các lần đo. - Xác định giá trị biên: Gọi: amin: là giá trị nhỏ nhất trong các giá trị đo được. amax: là giá trị lớn nhất trong các giá trị đo được. amax, amin: được gọi là giá trị biên. 4.1.1. Tính độ ngờ tuyệt đối ( a) Nếu | - amin | > | - amax | thì: a = | - | Nếu | - | < | - amax | thì: a = | - | 4.1.2. Tính độ ngờ tương đối a Là tỷ số: a 4.2. Độ ngờ của phép đo gián tiếp 4.2.1. Tính độ ngờ tuyệt đối của phép đo gián tiếp Ta thực hiện theo qui tắc sau đây: + Qui tắc 1 Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page 8
  10. a. Lấy vi phân toàn phần công thức tính đại lượng đó. b. Thay ký hiệu vi phân (d) bằng ký hiệu độ ngờ ( ). c. Đổi các dấu (-) đứng trước các độ ngờ ( ) thành dấu (+). d. Thay giá trị của các đại lượng thành giá trị trung bình. Thí dụ 1: cho x = a + b – c Tính độ ngờ x: a. Lấy vi phân: dx = da + db - dc b. Thay kí hiệu vào: x = a + b - c c. Đổi dấu: x = a + b + c Kết quả độ ngờ: x = a + b + c Thí dụ 2: cho: V = R2h Tính độ ngờ V: a. Lấy vi phân:dV = 2 R dR h + R2 dh b. Thay ký hiệu vào: V = 2 R R h + R2 h c. Thay giá trị trung bình: V = 2 R R h + R2 h Kết quả độ ngờ: V = 2 R + h 4.4.2. Tính độ ngờ tương đối của phép đo gián tiếp. Ta thực hiện theo qui tắc sau đây: + Qui tắc 2 a. Lấy logarit nêpe (Ln) công thức tính đại lượng đó. b. Lấy vi phân kết quả vừa thu được. c. Thay ký hiệu vi phân (d) bằng ký hiệu độ ngờ ( ). d. Đổi các dấu (-) đứng trước các độ ngờ ( ) thành dấu (+). e. Thay giá trị của các đại lượng thành giá trị trung bình. l + Thí dụ: Tính độ ngờ tương đối của đại lượng sau: g 4 2 T 2 l a. Lấy Ln: ln g ln 4 2 T 2 ln g ln 4 2 ln l ln T 2 b. Lấy vi phân: dg d 4 2 dl dT dg dl dT 2 2 g 4 2 l T g l T c. Thay ký hiệu vi phân (d) bằng ký hiệu độ ngờ ( ): g l T 2 g l T d. Đổi các dấu (-) đứng trước các độ ngờ ( ) thành dấu (+): g l T 2 g l T e. Thay giá trị của các đại lượng thành giá trị trung bình. g l T 2 g l T */* Chú ý: Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page 9
  11. Trong trường hợp tính độ ngờ tuyệt đối của phép đo gián tiếp mà có công thức phức tạp (thường có dạng là một phân thức), ta dùng qui tắc 2 tính độ ngờ tương đối trước, sau đó suy ra độ ngờ tuyệt đối. l T Thí dụ: từ kết quả trên ta suy ra được: g g 2 l T 5. Trình bày giá trị đo đƣợc Gọi a là giá trị thực của một đại lượng cần xác định: Ta có: a a a Điều này có nghĩa là: a a a a a (a là một dãy số không phải a chỉ có hai giá trị). */*Chú ý: Trong thực hành, ta lấy kết quả như sau: - Với a: ta chỉ trình bày với 1 chữ số có nghĩa. Thí dụ: tính toán được a = 0,0233 thì ta lấy: a = 0.02 - Với a : ta lấy số lẻ cùng với a. Thí dụ: tính toán được = 11,5873 (với a = 0,02) thì ta lấy = 11,59. Ghi kết quả là: a =11,59 0.02 III. PHƢƠNG PHÁP VẼ ĐỒ THỊ 1. Công dụng của đồ thị Vật Lý a. Khảo sát mối liên hệ giữa các đại lượng vật lý. b. Nghiệm lại các định luật đã biết. Thí dụ: về sự giãn đẳng nhiệt của khí: PV = const. c. Nội suy hoặc ngoại suy những giá trị chưa biết. Thí dụ: từ đồ thị y y1 = y2 y1 y2 x Ta sẽ xác định giá trị của x khi: y1 = y2 1. Phƣơng pháp vẽ đồ thị Vật Lý Thực hiện theo các bước sau: - Bƣớc 1: Lập bảng biến thiên các đại lượng phải khảo sát Giả sử là y biến thiên theo x: và: - Độ ngờ của mỗi giá trị xi là x: xi = xi x do đó xi sẽ dao động trong khoảng 2 x. - Độ ngờ của mỗi giá trị yi là y: yi = yi y do đó yi sẽ dao động trong khoảng 2 y. - Bƣớc 2: Vẽ hệ trục tọa độ. Chia tỷ lệ xích thích hợp. - Bƣớc 3: Biểu diễn các cặp giá trị trong bảng biến thiên lên đồ thị: Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page 10
  12. + Mỗi cặp giá trị thành một chấm trên đồ thị + Mỗi chấm trên đồ thị sẽ nằm trong một hình chữ nhật có 2 cạnh là 2 x và 2 y (hình 1). Hình chữ nhật này được gọi là ô sai số + Nối các chấm lại, ta được đường biểu diễn y theo x. Ở đây, chú ý: đường biểu diễn chỉ cần đi qua phạm vi ô sai số là được, không bắt buột phải đi qua điểm chấm (Nếu có 1 chấm nào lệch quá các chấm khác làm đường biểu diễn gãy khúc thì phải xác định lại cặp giá trị này). Hình 1 + Nếu x, y quá nhỏ với tỷ lệ đã chia trên trục x, y thì ô sai số chỉ còn 1 chấm (hình 2). Hình 2 + Nếu x quá nhỏ với tỷ lệ đã chia trên trục x thì ô sai số chỉ còn 1 cạnh 2 y (hình2) Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page 11
  13. MỘT SỐ VẤN ĐỀ BỔ SUNG 1. Sai số dụng cụ đo (độ chính xác của dụng cụ) Là khoảng chia nhỏ nhất trên dụng cụ. Thí dụ: - Thước dài chia đến mm thì có sai số dụng cụ là 1 mm - Nhiệt kế chia đến từng độ thì có sai số dụng cụ là vạch chia độ (tương ứng 1oC) */* Lƣu ý: Nếu ta có thể chia thêm khoảng chia nhỏ nhất trên dụng cụ, ra những khoảng nhỏ hơn nữa, thì sai số dụng cụ sẽ được tính theo khoảng chia nhỏ thêm này. 2. Bổ sung phần tính độ ngờ trong phép đo trực tiếp - Nếu đại lượng chỉ đo được 1 lần (thí dụ: nhiệt độ, ) thì độ ngờ của phép đo là sai số dụng cụ (nhiệt kế, ) - Nếu đại lượng đo nhiều lần được cùng một giá trị thì độ ngờ của phép đo là sai số dụng cụ. 3. Lấy số lẻ khi tính giá trị trung bình trong phép đo trực tiếp Lấy theo độ chính xác của dụng cụ: Thí dụ: - Nếu dùng cân có độ chính xác là 0,1g thì khi tính giá trị trung bình (theo đơn vị gam), ta lấy 1 số lẻ thập phân. - Nếu dùng thước có độ chính xác là 1mm thì khi tính giá trị trung bình (theo đơn vị mm), ta không lấy số lẻ thập phân. Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page 12
  14. BÀI 1 SỬ DỤNG THƢỚC KẸP, PANME  Mục tiêu học tập: Sau khi học xong bài này, người học có thể: - Giúp sinh viên nắm vững các nguyên tắc cấu tạo du xích của thước kẹp, Panme. - Biết cách sử dụng thước kẹp, Panme để đo kích thước của một số vật nặng bằng những động tác nhẹ nhàng và chính xác. I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT: 1. Sử dụng thƣớc kẹp Ốc khóa C Thƣớc L1 Ốc D Thƣớc L2 Hàm A Hàm B Hình 1.1 1.1. Mô tả dụng cụ và cách sử dụng - Thước kẹp có hai hàm A và B (Hình 1.1). Hàm A (đứng yên) gắn liền với thước thường L1. Hàm B chuyển động dọc theo chiều dài của thước L1. Gắn liền với B có một thước nhỏ L2 gọi là du xích. - Thước L1 chia đều mm và đánh số từng cm một (1, 2, 3, cm). Khi hai hàm khít nhau, vạch 0 của L1 trùng với vạch 0 của L2 (du xích). - Khi hàm A và hàm B cách nhau một khoảng là d thì khoảng ấy có chiều dài tính từ điểm 0 của L1 đến điểm 0 của L2 (Hình 1.2). - Muốn đo kích thước của một vật ta đặt vật đó giữa hàm A và B và khe đẩy của hàm B sát vào vật. Lúc ấy ốc D (hình 1.2) được mở lỏng. Để đảm bảo hai hàm A và B kẹp chặt vật mà không làm biến dạng vật, ta cho hàm B tiến khít đến vật một cách nhẹ nhàng như trước tức là vật đã bị kẹp chặt giữa hai hàm A và B. Khi muốn lấy vật ra khỏi hàm A và B ta lại trượt ốc D ngược chiều với trước để kéo hàm B ra xa vật. - Để đọc kích thước đo bằng thước kẹp ta phải nắm được nguyên tắc cấu tạo du xích của thước kẹp. Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page 13
  15. A d B Ốc D C 5 Hình 1.2 D 6 7 1.2. Nguyên tắc cấu tạo du xích Trên thước L1 lấy một đoạn dài a mm chia làm b khoảng, mỗi khoảng dài a/b mm. Trên du xích L2 lấy một đoạn dài (a - 1) mm cũng chia làm b khoảng, mỗi khoảng dài (a - 1)/b mm. Vậy mỗi khoảng của du xích ngắn hơn mỗi khoảng của thước thường là: a a 1 1 mm mm mm b b b  = 1/b mm là đại lượng đặc trưng cho du xích. Dựa vào giá trị của mà ta phân loại các du xích: - Du xích 1/50 mm tức có  = 1/50 mm. - Du xích 1/20 mm tức có = 1/20 mm. - Du xích 1/10 mm tức có = 1/10 mm. Trong bài thực hành ta dùng du xích 1/50 mm. Cấu tạo của du xích này như sau: - Trên thước thường ta lấy một đoạn dài a = 50 mm chia làm b = 50 khoảng. Mỗi khoảng dài: a/b= 1mm - Trên du xích lấy một đoạn dài (a -1) = 49 mm cũng chia làm b = 50 khoảng. Vậy, một khoảng của du xích ngắn hơn một khoảng của thước thường là: 50 49 1 mm mm mm 0.02mm ( 1/ 50 0.02mm ) 50 50 50 Vậy: - Mỗi một khoảng chia trên du xích sẽ ngắn hơn 1 khoảng chia trên thước thường là: 0.02mm Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page 14
  16. - Mỗi n khoảng chia trên du xích sẽ ngắn hơn n khoảng chia trên thước thường là:  n. n.0.02mm Chú ý: Tùy vào giá trị của  trên thƣớc mà khoảng chia trên du xích sẽ khác nhau. */* Thí dụ 1: Giả sử từ 0 đến 1 trên du xích là một khoảng chia, số 5 của du xích trùng với số 5 của thước thường (n = 5); nên 5 khoảng của du xích sẽ ngắn hơn:  n. 5 0,02mm 0,10mm ; với  0,02mm Ta có khoảng cách giữa vạch số 0 trên thước thường và vạch số 0 trên du xích là: d a  0 0,10 0,10mm ; với phần nguyên a = 0 */* Thí dụ 2: Theo hình 1.1.3 (giả sử từ 0 đến 1 là một khoảng chia), số 5 của du xích trùng với số 15 của thước thường (kể từ số 10, ta có n = 5) nên 5 khoảng cách của du xích sẽ ngắn hơn. 0 10 11 12 13 14 15 L1 Thước thường 0 1 2 3 4 5 Du xích L2 Vạch trùng a  Hình 1.3 d  n. 5 0.05mm 0.25mm; với  0,05mm Ta có, khoảng cách giữa vạch số 0 trên thước thường và vạch số 0 trên du xích là: d = a +  = 10 + 0.25 = 10,25 mm 1.3. Cách đọc kết quả Đối với thước kẹp dùng trong phòng thực hành người ta đã chia sẵn nên ta có cách đọc kết quả khi đo kích thước của vật là: - Phần mm (phần nguyên a) đọc trên thước thường: vạch ở phía trái và gần vạch số 0 của du xích nhất. - Phần thập phân (  ) đọc trên du xích: vạch trùng với một vạch trên thước thường. 2. Sử dụng thƣớc Panme: Hình 1.4 Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page 15
  17. 2. 1. Mô tả dụng cụ và cách sử dụng Panme - Panme có hai thanh A và B (Hình 1.4 và Hình 1.5). Thanh A (cố định) là một thanh trụ tròn và ngắn, gắn liền với một đai sắt hình chữ U. Thanh B (di động) là một thanh trụ dài hơn nhiều so với thanh A, nhưng có tiết diện ngang cũng bằng thanh A. Thanh B gắn liền với một hệ thống hình trống C, D và E. - Khi ta xoay hệ thống hình trống nói trên, thì thanh B cũng xoay đồng thời cả hệ thống hình trống lẫn thanh B lại di chuyển dọc theo trục của chúng. - Trên trục G cố định có một thước dài L1 chia vạch thành từng 0.5 mm, (các vạch ở phía trên tương ứng với các giá trị số nguyên 1, 2, 3, 4 mm, các vạch ở phía dưới là 0.5; 1.5; 2.5 mm). C E A B D L1 5 0 L2 45 Hình 1.5 a 30 Hình 1.5 b - Trên cổ hình trống C, có một thước vòng L2 chia thành 50 khoảng. - Khi hai đầu thanh A và B khít nhau thì mép hình trống C trùng với vạch số 0 của thước dài L1, đồng thời đường dọc của thước dọc L1 cũng trùng với số 0 của thước vòng L2. - Khi hai đầu thanh A và B cách nhau một khoảng là d thì khoảng ấy bằng chiều dài từ vạch số 0 của thước dài L1 đến mép của hình trống C - Muốn đo kích thước của một vật, ta đặt vật đó vào giữa thanh A và B, lúc đầu ta vặn hình trống D để di chuyển thanh B cho nhanh. - Khi thanh B đã gần chạm vào vật để đảm bảo hai đầu thanh A và B kẹp chặt vật mà không làm vật bị biến dạng, ta không vặn hình trống D nữa mà chuyển sang vặn hình trống E. - Khi đã chặt, mặc dù hình trống E vẫn xoay nhưng thanh B không tiếp tục di chuyển nữa. Để sử dụng, ta phải nắm được nguyên tắc cấu tạo thước vòng Panme. 2.2. Nguyên tắc cấu tạo thước vòng Panme - Khi quay hình trống C một vòng thì đầu thanh B di chuyển được một đoạn h (mm) gọi là bước di chuyển của thanh B. Trên cổ hình trống C người ta kẻ một thước vòng L2 bằng cách chia cổ hình trống thành q khoảng cách bằng nhau. Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page 16
  18. - Như vậy khi hình trống C quay được q khoảng cách thì đầu thanh B di chuyển được một đoạn là h (mm). Do đó, khi hình trống C quay được một khoảng chia thì đầu thanh B di chuyển được một đoạn là:  h / q(mm)  h / q(mm) là đại lượng đặc trưng cho Panme, nó cho ta biết mức chính xác của phép đo kích thước bằng panme. - Trong bài thực hành, ta dùng Panme có bước di chuyển h = 0.5 mm và số khoảng chia q = 50, vậy:  h/q 0.5/50 0.01mm. - Nghĩa là Panme này có thể đo kích thước của vật tới mức chính xác là 0.01 mm (1% mm). - Trên cổ hình trống C ứng với 50 khoảng cách chia thì có 50 vạch đánh số từ 5 vạch một từ: 0, 5, 10, 15, đến 45 (vạch số 50 trùng với vạch số 0). Những vạch này tạo thành thước vòng như L2 đã nói trên. - Khi hình trống C quay được n khoảng chia (tức n vạch), thì đầu thanh B đã di chuyển được một đoạn là:  n. n.0.01mm 2.3. Cách đọc kết quả - Như đã nói trên, muốn đo vật, ta kẹp chặt giữa hai thành A và B. Khoảng cách giữa hai thành A và B (là kích thước của vật) bằng khoảng cách d giữa vạch số 0 của thước dài L1 và mép hình trống C. */* Thí dụ: theo hình 1.5b ta có: d = 3,5 mm +  Trong đó: + 3,5 mm: là phần nữa nguyên tính từ vạch số 0 trên L1 đến vạch gần mép hình trống C nhất về phía bên trái của C (ở đây là vạch 3,5) +  : là khoảng cách từ vạch 3,5 mm trên L1 đến mép hình trống C. - Để tính  , ta tìm trên thước vòng L2 vạch nào trùng với đường kẻ dọc của thước L1, giả sử vạch số 30 của thước vòng L2 trùng với đường kẻ dọc trên L1, (điều đó có nghĩa là kể từ vạch 3,5 trên L1, hình trống C đã quay 30 khoảng cách chia): Ta có:  n. 30.0,01mm 0,3mm Vậy khoảng cách đo được là: d = 3.5 mm + 0.3 mm = 3.8 mm Từ thí dụ trên, ta suy ra cách đọc kết quả đo kích thước của vật như sau: - Kết quả đọc trên thƣớc dài L1 (tính theo mm): căn cứ vào vạch ở phía trái và gần mép trống C nhất (có thể là vạch bên trên hoặc bên dưới của đường kẻ dọc) - Kết quả đọc trên thƣớc vòng L2 (tính theo mm): căn cứ vào vạch của thước vòng trùng với đường kẻ dọc của thước dài L1. - Kết quả của phép đo là tổng của hai kết quả trên. II. THỰC HÀNH 1. Thực hành với thƣớc kẹp 1.1 Hiệu chỉnh số 0 - Nếu hai hàm A và B khít nhau, mà số 0 trên du xích nằm ở bên phải của số 0 trên thước thường, thì kích thước của vật bằng kết quả đo được, trừ đi khoảng cách S0 giữa hai số 0. - Nếu hai hàm A và B khít nhau, mà số 0 của du xích nằm bên trái số 0 của thước thường thì kết quả đo được phải cộng thêm khoảng cách S0 giữa hai số 0. Chú ý: Sinh viên ghi giá trị hiệu chỉnh ở ngoài và tự hiệu chỉnh khi đo. 1.2. Thực hành đo - Đo đường kính trong (d1), đường kính ngoài (d2) của một hình trụ rỗng. Mỗi đường kính đo 3 lần. Ghi giá trị vào bảng 1 Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page 17
  19. Bảng 1 Kích thước cần đo Đo lần 1 Đo lần 2 Đo lần 3 d d d = d d Đ/K trong d1 (mm) Đ/K ngoài d2 (mm) 2. Thực hành với thƣớc Panme 2.1. Hiệu chính số 0 - Nếu hai đầu thanh A và B khít nhau nhưng vạch số 0 trên thước vòng L2 chƣa tới đường của thước dài L1 thì tính khoảng sai lệch (S0) này và kết quả đọc được trong sử dụng pame phải trừ đi khoảng sai lệch (S0) tính được. - Nếu hai đầu thanh A và B khít nhau nhưng vạch số 0 trên thước vòng L2 đi qua đường kẻ dọc của thước dài L1 thì tính khoảng sai lệch (S0) này và kết quả đọc được trong sử sụng pame phải cộng thêm khoảng sai lệch (S0) tính được. */*Chú ý: Sinh viên ghi giá trị hiệu chỉnh ở ngoài và tự hiệu chỉnh khi đo. 2.2. Thực hành - Bƣớc 1: Đo đường kính (d) của một que kim loại. Đo 3 lần. Ghi kết quả và lập bảng 1 Bảng 2 Phép đo Đo lần 1 Đo lần 2 Đo lần 3 d d d d d Đ/K que kim loại (mm) - Bƣớc 2: Đo đường kính (d) của một viên bi. Đo 3 lần ghi kết quả và lập bảng 2. Bảng 3 Phép đo Đo lần 1 Đo lần 2 Đo lần 3 Đ/K viên bi (mm)  Câu hỏi (bài tập) củng cố: 1. Trình bày nguyên tắc cấu tạo du xích của thước Kẹp có du xích là  1/ 50 0.02mm và  1/ 20 0.05mm. 2. Hãy trình bày nguyên tắc cấu tạo của du xích của thước Panme có sai số là 0,01mm. 3. Đối với thước Kẹp, để xác định kích thước của vật khi tính phần thập phân nếu như có hơn 2 vạch của du xích và thước thường trùng nhau thì ta lấy vạch nào. 4. Hãy cho biết tại sao khi hiệu chỉnh số 0 đối với thước kẹp, nếu số 0 trên du xích nằm ở bên phải số 0 trên thước thường thì ta phải trừ đi khoảng sai lệch còn nằm ở bên trái thì phải cộng thêm khoảng sai lệch đó? 5. Hãy cho biết tại sao khi hiệu chỉnh số 0 đối với thước Panme, nếu số 0 trên thước vòng L2 chưa tới đường kẻ dọc của thước dài L1 thì ta phải trừ đi khoảng sai lệch còn đi qua thì phải cộng thêm khoảng sai lệch đó? 6. Đối với thước Panme tại sao khi thanh B gần chạm vào vật để đảm bảo hai thanh AB đã tiếp xúc với vật ta không vặn hình trống D tiếp mà chuyển sang vặn hình trống E. Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page 18
  20. BÀI 2 ĐO SỨC CĂNG MẶT NGOÀI CHẤT LỎNG  Mục tiêu học tập: Sau khi học xong bài này, người học có thể: - Khảo sát hiện tượng căng bề mặt của chất lỏng. - Đo lực căng mặt ngoài chất lỏng, đo hệ số căng bề mặt. I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1. Lực căng bề mặt Mặt thoáng của chất lỏng luôn có các lực căng, theo phương tiếp tuyến với mặt thoáng. Những lực căng này làm cho mặt thoáng của chất lỏng có khuynh hướng co lại đến diện tích nhỏ nhất. Chúng được gọi là những lực căng bề mặt (hay còn gọi là lực căng mặt ngoài) của chất lỏng. Một khối chất lỏng luôn luôn có xu hướng tiến đến trạng thái có diện tích bề mặt nhỏ nhất. Điều đó giống như tính chất của một màng căng (như màng cao su). Chỗ khác nhau cơ bản giữa bề mặt chất lỏng và màng căng là diện tích bề mặt chất lỏng tăng là do các phân tử từ trong lòng chất lỏng đi ra bề mặt, bề dày của bề mặt không thay đổi, còn diện tích màng căng tăng lên là do các phân tử giãn ra, bề dày của màng giảm. Khi màng cao su bị căng ra, diện tích màng sẽ tăng. Sự tăng này là do ngoại lực tác dụng vào màng gây ra. Thành phần ngoại lực gây ra sự tăng diện tích này phải có phương là phương tiếp tuyến với màng, có chiều ngược chiều với lực co lại của màng. Khi đạt đến trạng thái cân bằng thì độ lớn của ngoại lực bằng độ lớn của lực co lại của màng. Tương tự như vậy, trên bề mặt chất lỏng có lực căng, do tác dụng của lực căng mà diện tích bề mặt chất lỏng co lại sao cho diện tích có giá trị nhỏ nhất. Nếu có một ngoại lực làm tăng diện tích bề mặt chất lỏng thì lực căng bề mặt sẽ chống lại. Từ đó, suy ra lực căng bề mặt chất lỏng có những đặc điểm sau (hình 2.1a): a. Tiếp tuyến với bề mặt khối chất lỏng tại nơi đang xét. b. Vuông góc với đoạn cong nguyên tố l ở bề mặt, tại nơi đó. c. Độ lớn của lực tỉ lệ với giá trị của l: F = l B B F a f1 f2 b f1 c l Hình 2.1 f’ b dx Hình 2.2 Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page 19
  21. Để hiểu bản chất vật lí của lực căng bề mặt, ta xét lực tác dụng phân tử lên các phân tử nằm ở bề mặt khối chất lỏng (như phân tử B, hình 2.1b và hình 2.1c). Trên hình 2.1, lực f tác dụng lên phân tử B có phương vuông góc với mặt thoáng. Lực này không làm phân tử dịch chuyển vào trong lòng khối chất lỏng vì các phân tử khác chống lại sự dịch chuyển ấy. Trên hình 2.1 chỉ ra các lực tương tác phân tử f1 và f2 theo phương song song với mặt thoáng. Khi bề mặt khối chất lỏng ở trạng thái cân bằng thì phân tử B bị hai lực cân bằng tác dụng, tổng hợp lực tác dụng lên phân tử B bằng không, phân tử B chỉ dao động xung quanh vị trí cân bằng của mình. Nhưng nếu chúng ta làm mất một trong hai lực phân tử tác dụng lên phân tử B thì do tác dụng của lực còn lại phân tử B dịch chuyển (hình 2.1c). Điều đó có nghĩa rằng lực tương tác phân tử và lực căng bề mặt có bản chất giống nhau. Trong trường hợp (hình 2.1b), lực căng bề mặt chưa thể hiện ra, còn trong trường hợp (hình 2.1c) lực căng bề mặt đã thể hiện ra. Có thể làm rõ hơn khái niệm lực căng bề mặt bằng một thí nghiệm đơn giản (hình 2.2). Dùng một khung cứng, trên đó có một thanh linh động b trượt dễ dàng trên khung. Nhúng khung vào nước xà phòng, rồi lấy ra. Trên khung có một màng xà phòng bao lấy thanh b. Để màng khỏi co lại, cần phải tác dụng một lực f’ lên thanh b. Khi ở trạng thái cân bằng thì độ lớn của lực f’ bằng độ lớn của lực căng bề mặt f. Lực căng bề mặt f tiếp tuyến với bề mặt màng xà phòng, vuông góc với thanh b (vì lực căng bề mặt f chống lại sự tăng diện tích bề mặt của màng xà phòng). Lưu ý rằng lực căng tác dụng lên cả hai bề mặt bọc thanh b. Dịch chuyển thanh b một đoạn dx, diện tích bề mặt màng xà phòng tăng một lượng là: dS = 2ldx. Công thực hiện bởi lực f’ trong dịch chuyển dx là: dA = f’dx. Công này làm tăng diện tích bề mặt lên thêm dS, tức là làm tăng năng lượng bề mặt thêm một lượng có giá trị dS = 2 ldx. Do đó, ta có: f = f’= 2 l. 2. Dụng cụ thí nghiệm Máy đo sức căng bề mặt DST-30 do hãng SEO – Hàn Quốc sản xuất sử dụng phương pháp vòng Du Nouy để đo. Có rất nhiều phương pháp để đo sức căng bề mặt: Phương pháp vòng Du Nouy, phương pháp giọt tròn xoay, phương pháp áp suất bọt, phương pháp thể tích giọt, trong đó phương pháp vòng Du Nouy là phương pháp phổ biến và đơn giản nhất. Thông số Thang đo : 0-500 dynes/cm hoặc mN/m Độ phân giải : 1 dynes/m Dung tích ống đựng mẫu lỏng : 50, 70, 100 ml Nhiệt độ điều chỉnh : -10oC đến 100oC Nâng lên hạ xuống bằng tay. Chú ý Vòng (Ring) trong máy đo sức căng bề mặt có vai trò rất quan trong, ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả đo cũng như sai số. Vì vậy cần tránh tác động lên vòng tròn của Vòng để tránh gây thay đổi các số liệu chuẩn của vòng. Thực hiện xong thí nghiệm cần vệ sinh và bảo quản Vòng cẩn thận. Vận hành. * Vệ sinh cho Ring. * Vệ sinh vòng sử dụng một số dung môi để loại bỏ các tạp chất bám trên vòng trong các thí nghiệm để không ảnh hưởng đến kết quả (thường dùng các dung môi có độ phân cực cao như cồn, metanol ), sau đó rửa lại bằng nước cất. * Đốt vòng trên ngọn lửa đèn cồn hoặc ngọn lửa đèn propan. Lưu ý hạn chế đốt tại các vị trí nối, vị trí gờ tránh trường hợp hỏng các mối giáp nối. Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page 20
  22. * Để vòng nguội đến nhiệt độ phòng trong vòng vài phút trước khi tiến hành thí nghiệm. II. THỰC HÀNH 1. Đo sức căng bề mặt tại lớp bề mặt phân cách của pha lỏng và pha khí Xét thí nghiệm đo sức căng bề mặt trong trường hợp pha lỏng là nước, pha khí là không khí. * Chuẩn bị nước trong cốc, được ổn nhiệt tại nhiệt độ mong muốn nhờ máy ổn nhiệt. * Treo quả móc lên giá. Đóng nắp trên của thiết bị. * Treo vòng lên quả móc. * Nhúng chìm vòng tròn xuống phía dưới bề mặt phân cách pha bằng cách điều chỉnh núm xoay.( Chú ý nên nhúng chìm vòng sâu dưới bề mặt phân cách pha khoảng 5-6mm.) * Cấp nguồn cho thiết bị, * Bật máy, chờ màn hình ổn định. Khi hiển thị “Push Enter” thì nhấn “Enter” * Vào mục “Balance Mode” bằng cách nhấn “Enter” để cài đặt tham số gốc về 0. * Di chuyển sang chức năng “Tare” bằng các phím mũi tên rồi nhấn Enter để cài đặt tham số. Màn hình sẽ hiển thị “Wait Zero Adjust”. Sau khi cài đặt, màn hình sẽ hiển thị “Weight 000,000g”. Chọn “End Mode” để quay về màn hình bắt đầu và tiến hành đo. * Chuyển sang chức năng đo sức căng bề mặt bằng cách di chuyển các phím mũi tên để chọn “Tension Mode”. * Chọn “Ring Mode” và chuẩn bị cài đặt các tham số của vòng. * Cài đặt các tham số của vòng tương ứng với thông số trên hộp chứa vòng. Trong quá trình điều chỉnh tham số, dùng phím “Enter” để di chuyển vị trí các số muốn điều chỉnh. Tăng giảm tham số bằng các phím mũi tên và tiếp tục nhấn “Enter” đến khi màn hình hiển thị cài đặt thông số D-d và nhiệt độ. * Thông số D-d được định nghĩa là hiệu khối lượng riêng giữa 2 pha tại nhiệt độ đang xét. Ở thí nghiệm này 2 pha là pha nước và pha khí. Giả sử nhiệt độ đang xét là 20oC ( có thể dùng nhiệt kế đo nhiệt độ tại thời điểm khảo sát, tra khối lượng riêng của nước ta được 0,998g/ml, khối lượng riêng của không khí là 0,001 g/ml. Vậy D-d = 0,998 – 0,001 = 0,997g/ml. * Cài đặt thông số D-d và nhiệt độ cho máy. Nhấn “Enter” cho đến khi màn hình hiển thị “Set Ring Start Enter Key” thì nhấn “Enter” * Đợi màn hình hiển thị “Max G” thì bắt đầu di chuyển từ từ cốc để nhấc vòng ra khỏi nước. Đến khi vòng hoàn toàn ra khỏi nước thì dừng rồi nhấn “Enter” để đọc kết quả. Giá trị “Tens” hiển thị trên màn hình chính là giá trị sức căng bề mặt của nước tại nhiệt độ cần đo. Chú ý: * Thí nghiệm cũng được tiến hành tương tự để đo sức căng bề mặt của nước tại các nhiệt độ khác nhau. Do khối lượng riêng phụ thuộc nhiệt độ nên D và d sẽ thay đổi phụ thuộc nhiệt độ, từ đó D-d sẽ thay đổi và cần cài đặt tham số này thích hợp. * Thí nghiệm cũng được tiến hành tương tự để đo sức căng bề mặt của các chất lỏng khác mà không phải là nước ví dụ như Etanol, methanol, benzene Do các chất khác nhau thì khối lượng riêng của chúng khác nhau. Khi đó tham số khối lượng riêng sẽ được cài đặt tương ứng. Bảng 1 0 Thí t C ̅ t0C = ̅ ̅̅ ̅ ̅ ̅ nghiệm Lần 1 Lần 2 Lần 3 Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page 21
  23. 2. Đo sức căng bề mặt tại lớp bề mặt phân cách của 2 pha lỏng có tỷ trọng khác nhau Xét thí nghiệm đo sức căng lớp bề mặt phân cách pha tại 20oC giữa 2 pha lỏng là: pha nước có khối lượng riêng là 0,998g/ml, và pha kia là Diethyl ether có khối lượng riêng là 0,713g/ml (có thể thay thế loại chất lỏng khác ví dụ như dầu ăn, nhớt ). - Chuẩn bị hỗn hợp trong cốc, được ổn nhiệt tại nhiệt độ mong muốn nhờ máy ổn nhiệt (chỉ tiến hành đo khi bề mặt phân cách pha đã hiện rõ ràng) - Treo quả móc lên giá. Đóng nắp trên của thiết bị. - Treo vòng lên quả móc. - Nhúng chìm vòng tròn xuống phía dưới bề mặt phân cách pha bằng cách điều chỉnh núm xoay. Chú ý nên nhúng chìm vòng sâu dưới bề mặt phân cách pha khoảng 5-6mm. - Cấp nguồn cho thiết bị, - Bật máy, chờ màn hình ổn định. Khi màn hình hiển thị “Push Enter” thì nhấn Enter - Vào mục “Balance Mode” bằng cách nhấn “Enter” để cài đặt tham số gốc về 0. - Di chuyển sang chức năng “Tare” bằng các phím mũi tên rồi nhấn Enter để cài đặt tham số”. Màn hình sẽ hiển thị “Wait Zero Adjust”. Sau khi cài đặt, màn hình sẽ hiển thị “Weight 000,000g”. Chọn “End Mode” để quay về màn hình bắt đầu và tiến hành đo. - Chuyển sang chức năng đo sức căng bề mặt bằng cách di chuyển các phím mũi tên để chọn “Tension Mode”. - Chọn “Ring Mode” và chuẩn bị cài đặt các tham số của vòng. Cài đặt các tham số của vòng tương ứng với thông số trên hộp chứa vòng. Trong quá trình điều chỉnh tham số, dùng phím “Enter” để di chuyển vị trí các số muốn điều chỉnh. Tăng giảm tham số bằng các phím mũi tên và tiếp tục nhấn “Enter” đến khi màn hình hiển thị cài đặt thông số D-d và nhiệt độ. - Thông số D-d được định nghĩa là hiệu khối lượng riêng giữa 2 pha tại nhiệt độ đang xét. Ở thí nghiệm này 2 pha là pha nước và pha Dietyl ether. Giả sử nhiệt độ đang xét là 20oC, tra khối lượng riêng của nước ta được 0,998g/ml, khối lượng riêng của Dietyl ether là 0,713 g/ml. Vậy D-d = 0,998 – 0,713 = 0,285g/ml. - Cài đặt thông số D-d và nhiệt độ cho máy. Nhấn “Enter” cho đến khi màn hình hiển thị “Set Ring Start Enter Key” thì nhấn “Enter”. - Đợi màn hình hiển thị “Max G” thì bắt đầu di chuyển từ từ cốc để nhấc vòng ra khỏi nước. Đến khi vòng hoàn toàn ra khỏi nước thì dừng rồi nhấn “Enter” để đọc kết quả. Giá trị “Tens” hiển thị trên màn hình chính là giá trị sức căng bề mặt của nước tại nhiệt độ cần đo. Di chuyển mũi tên để chọn “End” để kết thúc thí nghiệm và tiến hành thí nghiệm mới. - Kết thúc thí nghiệm cần cố định giá và vệ sinh vòng sạch sẽ để không ảnh hưởng đến kết quả đo, tránh sai số. Thiết bị DST 30 được dùng rộng rãi để có thể xác định sức căng bề mặt phân cách pha giữa 2 pha với các chất lỏng có khối lượng riêng khác nhau mà không nhất thiết là nước Bảng 2 0 Thí nghiệm t C ̅ t0C= ̅ ̅ ̅ Lần 1 Lần 2 Lần 3 Chú ý vệ sinh lại vòng sau thí nghiệm. 3. Hiệu chuẩn - Cần hiệu chuẩn lại thiết bị định kỳ 3 tháng, 6 tháng hoặc cần hiệu chuẩn lại máy khi di chuyển vị trí máy. Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page 22
  24. - Tại màn hình chức năng chính của máy “Balance Mode, Tension Mode”, nhấn các phím mũi tên để lựa chọn chức năng “Calibration Mode” bằng phím “Enter” - Tiếp tục nhấn các phím mũi tên để lựa chọn mục “Calib” bằng phím “Enter” - Đợi màn hình hiển thị thông báo “Load 50g Weight” thì đặt vật chuẩn có khối lượng 50g lên phía trên quả móc treo rồi nhấn “Enter”, máy sẽ tự động hiệu chuẩn. Kết thúc quá trình hiệu chuẩn, màn hình máy sẽ hiển thị “Calib Complete”.  Câu hỏi (bài tập) củng cố: Câu 1. Có thể dùng lực kế nhạy để đo lực căng bề mặt và hệ số căng bề mặt của chất lỏng như phương pháp đo trong bài không? Nêu cách làm. Câu 2. Trong bài thí nghiệm này, tại sao khi cốc nước hạ xuống thì chỉ số “Max G” lại tăng dần? Câu 3. So sánh giá trị của hệ số căng bề mặt xác định được trong thí nghiệm này với giá trị hệ số căng bề mặt của nước cất ở 200C (lý thuyết)? Nếu có sai lệch thì nguyên nhân từ đâu? Câu 4. Sai số của phép đo hệ số căng bề mặt trong bài thực hành này chủ yếu gây ra do nguyên nhân nào? Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page 23
  25. BÀI 3 ĐO ĐỘ NHỚT CHẤT LỎNG  Mục tiêu học tập: Sau khi học xong bài này, người học có thể: - Khảo sát hiện tượng nhớt của chất lỏng - Đo độ nhớt của chất lỏng I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT. 1. Lực nội ma sát Khi chất lỏng chuyển động thành lớp trong ống hình, thì vận tốc giảm dần từ trục ống đến thành ống. Nguyên nhân là do lực ma sát giữa lớp ngoài cùng với thành ống và lực nội ma sát giữa các lớp chất lỏng với nhau Lực nội ma sát Fms giữa hai lớp chất lỏng sát nhau ( cách nhau dz, chênh lệch vận tốc dv và diện tích tiếp xúc là với là hệ số nhớt đặc trưng cho từng chất lỏng và phụ thuộc nhiệt độ ( giảm dần khi tăng nhiệt độ). Đơn vị tính: [ ]=kg/(m.s). Hình 3.1.Phân bố vận tốc trong ống trụ 2. Dụng cụ thí nghiệm 1. Cấu tạo Máy đo độ nhớt chất lỏng Brookfield gồm các bộ phận Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page 24
  26. Hình 3.2. Máy đo độ nhớt chất lỏng Brookfield . Hệ giá đỡ . Thân máy. . Cánh khuấy – LV Spindles. . Núm điều chỉnh tốc độ quay của cánh khuấy – Speed Knob. . Cổng nối nguồn điện – Power Supply. . Công tắc điều chỉnh motor với 3 chế độ: Bật, tắt, tạm dừng – Motor On/Off/Pause. . Chân bảo vệ - Guard Leg. . Đòn bẩy – Clutch Lever. II. THỰC HÀNH  Các bƣớc thực hiện. - Lắp thân máy vào giá đỡ - Lắp chân bảo vệ vào thân máy cho LV Viscometer. - Chọn cánh khuấy thích hợp rồi lắp cánh khuấy ( LVspindles) vào thân máy. Có 4 cánh khuấy LV spindles được chọn cho mỗi khoảng đo giá trị độ nhớt. Spindle Range (cP) LV-1 (61) 15 - 20.000 LV-2 (62) 50 - 100.000 LV-3 (63) 200 - 400.000 LV-4 (64) 1.0 - 200.000.000 - Điều chỉnh sao cho máy ở trạng thái cân bằng bằng cách điều chỉnh các núm xoay chân để để giọt nước nằm chính giữa. Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page 25
  27. - Cắm nguồn cho thiết bị. - Chuẩn bị dung dịch cần đo độ nhớt, hạ trục chính kèm chân đỡ xuống dung dịch cần đo độ nhớt bằng núm xoay trên giá đỡ. - Chọn tốc độ quay cho cánh khuấy. - Bật công tắc động cơ đến vị trí ON. - Để máy ổn định theo thời gian, thời gian có thể thay đổi tùy thuộc vào chất lỏng cần đo. Nên để tối thiểu chạy được 5 vòng đo trước khi đọc kết quả - Để đọc kết quả, nhấn đòn bẩy xuống và giữ nguyên vị trí của nó. Chuyển giá trị động cơ về trạng thái Pause hoặc Off. - Đọc giá trị trên màn hình hiển thị. Giá trị này gọi là % mô-men xoắn - Chuyển đổi giá trị % mô-men xoắn này về giá trị độ nhớt cần đo bằng cách sử dụng công thức sau – đi kèm với hệ số tương ứng với mỗi loại trục chính. “Giá trị độ nhớt” = “Giá trị trên màn hình hiển thị” x “hệ số” Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page 26
  28. - Hệ số tương ứng với mỗi loại trục chính sẽ được tra theo bảng. - Chuyển động cơ đến vị trí OFF khi dừng việc đo hoặc khi thay đổi trục chính hoặc mẫu. Làm sạch trục chính để giá trị đo không bị ảnh hưởng đến những lần đo tiếp theo. Ví dụ: Giá trị hiển thị trên màn hình là 75 (khi sử dụng trục chính là 61, với tốc độ quay của trục chính là 12) Giá trị độ nhớt = 75 x 5 = 375 cP (mPa.s) - Thực hành đo độ nhớt với chất lỏng 1 Bảng 1 Đại lượng Lần 1 Lần 2 Lần 3 ̅ ̅ đo v L Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page 27
  29. - Thực hành đo với chất lỏng 2 Bảng 2 Đại lượng Lần 1 Lần 2 Lần 3 ̅ ̅ đo v L  Câu hỏi (bài tập) củng cố: Câu 1: Hiện tượng nhớt là gì Câu 2: Nêu ý nghĩa của hệ số nhớt và ứng dụng của hệ số nhớt trong y học. Câu 3: Hệ số nhớt có phụ thuộc vào nhiệt độ không? Tại sao? Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page 28
  30. BÀI 4 KHẢO SÁT HIỆU ỨNG DOPPLER  Mục tiêu học tập: Sau khi học xong bài này, người học có thể: - Xác định một số đại lượng đặc trưng của sóng siêu âm như vận tốc, bước sóng, tần số, dạng sóng - Tìm hiểu về tính chất của sóng siêu âm như nhiễu xạ, giao thoa, phản xạ trong một số trường hợp I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1. Hiệu ứng Doppler là gì? Khi nguồn phát và nguồn thu sóng âm đứng yên tương đối với nhau thì khi nguồn hát phát ra tần số ν , nguồn thu nhận được sóng âm cũng với tần số ν .Những khi nguồn phát thu chuyển động tương đối với nhau thì tần số phát thu sẽ khác nhau. Ta thấy rõ điều đó. Khi đứng yên (nguồn thu) ta nghe thấy tiếng ô tô lại gần với tần số cao dần lên và khi ô tô đi xa thì tần số lại thấp dần đi (nghe như trầm xuống). Vậy hiệu ứng Doppler là hiệu ứng lệch tần số giữa nguồn phát và nguồn thu thu được khi chúng chuyển động tương đối với nhau. 2. Giải thích Gọi u là vận tốc chuyển động của nguồn âm A, u' là vận tốc chuyển động của máy thu B và v là vận tốc truyền âm (v chỉ phụ thuộc môi trường truyền âm mà không phụ thuộc sự chuyển động của nguồn âm). Ta quy ước rằng, nếu nguồn âm đi tới gần máy thu thì u > 0, đi xa máy thu u 0, đi xa nguồn âm thì u' 0, u' > 0) (hình 1.). Vì máy thu đi tới gần nguồn âm nên có thể coi như vận tốc truyền âm v được tăng thêm một lượng u' và bằng v' = v + u'. Như ta đã biết, vận tốc âm v chỉ phụ thuộc môi trường truyền âm mà không phụ thuộc sự chuyển động của nguồn âm, nên khi nguồn âm chuyển động thì v không thay đổi, mà chỉ có bước sóng λ của âm phát ra bị thay đổi. Thực vậy, ta biết rằng sóng âm có tính chất tuần hoàn trong không gian với chu kỳ tương ứng với bước sóng λ. Nghĩa là hai sóng liên tiếp phát Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page 29
  31. ra cách nhau một khoảng thời gian bằng chu kỳ T thì sẽ cách nhau một đoạn λ = vT. Nếu nguồn âm A đứng yên thì sau một khoảng thời gian bằng chu kỳ T sóng a đo nguồn phát ra truyền đi được một đoạn λ= v.T. Vậy sóng b do nguồn A vừa phát ra, phải cách sóng a một đoạn bằng bước sóng λ đó. Nhưng do nguồn A chuyển động với vận tốc u nên trong khoảng thời gian T này, nguồn A đã dời chuyển được một đoạn bằng uT, và trong trường hợp nguồn A đi tới gặp máy thu B (u > 0) thì sóng b vừa phát ra phải cách sóng a một đoạn: λ' = λ – uT Do đó có thể coi bước sóng của âm do nguồn A phát ra đã bị giảm bớt một lượng uT và trở thành λ'. Cuối cùng, ta tính được tần số của âm mà máy thu đã nhận được trong trường hợp nguồn âm và máy thu đi tới gặp nhau: Nhưng à (1) Vậy Công thức (1) chứng tỏ rằng trong trường hợp nguồn âm và máy thu chạy lại gặp nhau thì tần số của âm mà máy thu nhận được sẽ lớn hơn tần số của âm do nguồn phát ra (ν' > ν). Nói cách khác, âm mà máy thu nhận được sẽ cao hơn âm do nguồn phát ra. Còn nếu nguồn âm và máy thu đi xa nhau u < 0, u' < 0 thì theo công thức (1) ta sẽ có ν' < ν, nghĩa là âm mà máy thu nhận được, sẽ thấp hơn do nguồn phát ra. Ta có thể lấy thí dụ. Khi hai xe ô tô chạy lại gặp nhau, một xe bấm còi (nguồn chuyển động), một xe không bấm còi. Người ngồi trên xe thứ hai (máy thu chuyển động) nghe tiếng còi, phát ra từ xe thứ nhất, cao hơn mức thường. Khi hai xe vừa qua khỏi để đi ra xa nhau thì người ngồi trên xe thứ hai nghe thấy tiếng còi thấp hẳn xuống. II. THỰC HÀNH 1. Tìm dạng sóng trên máy hiện sóng Oscilloscope Thiết bị . Bộ mạch điện . Bộ phát sóng siêu âm 40kHz. . Bút siêu âm và hệ đỡ. Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page 30
  32. . Cáp BNC, 2 sợi . Giấy ghi A . Bộ hiện sóng Lắp đặt . Cấp nguồn cho bảng mạch . Bật chuyển các nguồn S1, S2, S3 như vị trí trong hình . Bộ phát sóng siêu âm 40 kHz liên kết với G1 . Bút siêu âm nối với đầu vào kênh A . Kê giấy kẻ bên dưới như hình vẽ . Nối đầu ra kênh A với bộ hiện sóng kênh CH1: 2V/div, 5us/div, DC, CH1 . Đặt sao cho đầu bút thẳng hướng với bộ phát sóng siêu âm và 2 đầu cách nhau 10cm Thực hành Đặt bút siêu âm tại điểm X Vặn núm xoay trên G1 đồng thời theo dõi sự biến thiên của sóng trên máy hiện sóng Quan sát sự thay đổi khi độ khuếch đại nhỏ” song sin tròn” và hiện tượng xảy ra khi độ khuếch đại quá lớn” cutoff” Di chuyển bút siêu âm lại gần đầu phát và quan sát hiện tượng (vẽ hình) Thay bút siêu âm bằng đầu thu âm( microphone) và quan sát hiện tượng khi thực hành tương tự với bút siêu âm(vẽ hình) Nối đầu ra bộ khuếch đại kênh B với CH2 của máy hiện song( 2V/div, 5us/div, DC, trigger: CH2) Đặt trục Zero của cả hai kênh ở giữa trục của máy hiện song Nối đầu thu âm với đầu vào kênh B và quan sát dạng sóng( vẽ hình) Ngắt đầu thu âm ra và bật công tắc S2 lên phía trên và quan sát dạng sóng của nguồn phát.(vẽ hình) Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page 31
  33. 2. Xác định bƣớc sóng và vận tốc sóng. Xác định vận tốc bằng cách đo 20 bước sóng ở 40kHz. Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page 32
  34. Thiết bị . Bộ nguồn điện. . Bộ phát sóng siêu âm 40kHz. . Bút siêu âm và hệ đỡ. . Giấy ghi. Lắp đặt . Lắp điện cho hệ thống. . Bật chuyển các nguồn S1, S2, S3 như vị trí trong hình. . Bộ phát sóng siêu âm 40 kHz liên kết với G1. . Bút siêu âm nối với đầu vào kênh A. . Kê giấy kẻ bên dưới. . Đặt sao cho đầu bút thẳng hướng với bộ phát sóng siêu âm và 2 đầu cách nhau 10cm. Thực hành. Vặn cho biên độ của G1 đạt giá trị lớn nhất. Ghi lại giá trị tần số sóng. Di chuyển bút siêu âm xa khỏi bộ phát sóng nhưng đảm bảo phải thẳng hàng đến khi nào độ sáng của bộ phát là nhỏ nhất. Đánh dấu vị trí đầu bút siêu âm và ghi tại đó giá trị là 0. Tiếp tục di chuyển bút siêu âm như vậy cho đến khi đạt được 20 giá trị. Đo khoảng cách giữa 20 giá trị đó ( tìm bước sóng ) Lập công thức và tính vận tốc . Bảng 1 Đại lượng Lần 1 Lần 2 Lần 3 ̅ ̅ đo L V 3. Thí nghiệm đo cƣờng độ âm của nguồn phát siêu âm và tìm những điểm cùng cƣờng độ âm Thiết bị . Bộ mạch điện. . Bộ phát sóng siêu âm, 40kHz. . Đầu dò siêu âm. . Giấy ghi C. . 1 cáp BNC chân nhỏ loại 4mm. . 1 đồng hồ vạn năng Escola 10, 1 bút chì. Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page 33
  35. Lắp đặt . Cấp nguồn cho bảng mạch. . Bật chuyển các nguồn S1, S2, S3 như vị trí trong hình. . Bộ phát sóng siêu âm 40kHz liên kết với G1. . Đầu dò siêu âm nối với đầu vào kênh A. . Đầu ra kênh A nối với đồng hồ vạn năng Escola 10. Dây đỏ nối với cực dương, dây xanh nối với cực âm của đồng hồ vạn năng như hình vẽ. . Sử dụng giấy ghi C kê phía dưới. Thực hành. . Đặt đầu dò siêu âm và nguồn phát siêu âm vào vị trí được định sẵn trên tờ giấy ghi. . Chỉnh núm điều chỉnh tần số của G1 sao cho trên đồng hồ vạn năng chỉ giá trị 2V. . Di chuyển đầu dò siêu âm để tìm những điểm khác tại đó điện áp cũng đạt giá trị 2V. . Đánh dấu lại những điểm này. . Vẽ đường cong nối các điểm vừa tìm được. . Sau khi tìm được tất cả những điểm có biên độ đạt giá trị 2V, lặp lại các bước trên để tìm được tất cả những điểm có biên độ đạt giá trị 3V.  Vẽ đường cong nối các điểm vừa tìm được và rút ra nhận xét. Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page 34
  36. SỬ DỤNG OSCILLOSCOPE GOS-630 A: CẤU TẠO MẶT TRƯỚC 1. CRT POWER: Công tắc chính của máy, khi bật công tắc lên thì đèn LED sẽ sáng. INTEN: Điều chỉnh độ sáng của điểm hoặc tia. FOCUS: Điều chỉnh độ sắc nét của hình. TRACE RATOTION: Điều chỉnh tia song song với đường ngang màn hình. FILTER: Màn hình CTR hiển thị đồ thị dao động. 2. Vertical Axis. CH1 (X): Đầu vào CH1 là trục X trong chế độ X-Y. CH2 (Y): Đầu vào CH2 là trục Y trong chế độ X-Y. AC-GND-DC: Chọn lựa chế độ của tín hiệu vào và khuếch đại dọc. . AC nối AC . GND khuếch đại dọc tín hiệu vào được nối với đất và tín hiệu được ngắt ra. . DC nối DC VOLTS/DIV: Chọn lựa độ nhạy của trục dọc từ 5mV/DIV đến 5V/DIV, tổng cộng là 10 nấc điều chỉnh. Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page 35
  37. VARIABLE: Chỉnh tinh độ nhạy với giá trị >1/2.5 giá trị đọc được. POSITION: Điều chỉnh vị trí ngang của tia sáng trên màn hình. VERT MODE: Lựa chọn kênh. . CH1: Chỉ có kênh 1. . CH2: Chỉ có kênh 2. . DUAL: Hiển thị cả 2 kênh. . ALL: Cộng 2 dạng sóng kênh A và kênh B lại với nhau (về biên độ) để cho ra dạng sóng tổng. ALT/CHOP: Khi nút này được nhả ra trong chế độ DUAL thì kênh 1 và kênh 2 sẽ được hiển thị luân phiên, khi nút này nhấn vào trong chế độ DUAL thì kênh 1 và kênh 2 được hiển thị đồng thời. 3: Triggering. EXT TRIG IN: Đầu vào Trigger ngoài, để sử dụng đầu vào này, ta điều chỉnh Source ở vị trí EXT. SOURCE: Dùng để chọn tín hiệu nguồn trigger (trong hay ngoài) và tín hiệu đầu vào EXT TRIG IN . CH1: Chọn DUAL hay ADD ở VERT MODE, chọn CH1 để lấy tín hiệu nguồn trigger bên trong. . CH2: Chọn DUAL hay ADD ở VERT MODE, chọn CH2 để lấy tín hiệu nguồn trigger bên trong. TRIG.ALT: Chọn DUAL hay ADD ở VERT MODE, chọn CH1 hay CH2 ở SOURCE, sau đó nhấn TRIG.ALT, nguồn TRIGGER bên trong sẽ hiển thị luân phiên giữa 2 kênh 1 và 2. . LINE: Hiển thị tín hiệu TRIGGER từ nguồn xoay chiều AC. . EXT. Chọn nguồn tín hiệu TRIGGER bên ngoài đầu vào EXT TRIG IN. SLOPE: Nút Trigger slope . (+): Trigger xảy ra khi tín hiệu trigger vượt quá mức trigger theo hướng dương. . (-): Trigger xảy ra khi tín hiệu trigger vượt quá mức trigger theo hướng âm. TRIGGER MODE: Lựa chọn chế độ Trigger. . Auto: Nếu không có tín hiệu trigger hoặc tín hiệu này nhỏ hơn 25Hz thì mạch quét sẽ phát tín hiệu tự do mà không cần đến tín hiệu trigger. . Norm: Khi không có tín hiệu trigger thì mạch quét ở chế độ chờ và không có tín hiệu nào được hiển thị . TV-V: Dùng để quan sát tín hiệu dọc của hình ảnh trong TV. . TV-H: Dùng để quan sát tín hiệu ngang của hình ảnh tỏng TV. 4: Horizontal. TIME/DIV: Định thời gian quét tia sáng trên 1 ô chia. Khi đo tín hiệu có tần số càng cao thì phải đặt giá trị này về giá trị càng nhỏ.Khi đặt giá trị này về giá trị càng nhỏ, bề rộng của tín hiệu càng rộng ra, do đó nếu đặt giá trị này quá nhỏ thì có trường hợp màn hình hiển thị sẽ biến thành làn sóng nằm ngang (vì vượt quá bề rộng màn hình). SWP.VAR: Chỉnh bề rộng của tín hiệu trên màn hình Thí dụ: Khi hiển thị xung vuông có tần số 1KHz. Chu kỳ của tín hiệu là: T = 1/f = 1/1000 (ms) Nếu đặt Time/div = 0.5m/s Số ô theo chiều ngang của 1T (chu kỳ) là: Số ô = T/Time-div = 1/0,5 = 2 ô Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page 36
  38. Nếu đặt Time/div =1ms Số ô theo chiều ngang của 1 chu kỳ là 1 ô. Nếu đặt Time/div quá nhỏ =1µs. Sẽ tạo thành 1 làn sóng nằm ngang. Vậy phải đặt giá trị Time/div về giá trị thích hợp. POSSITION: Dùng để chỉnh vị trí tia sáng theo chiều ngang. X10 MAG: Phóng đại lên 10 lần. CAL: Cung cấp tín hiệu 2Vp-p, 1kHz, cung cấp dạng sóng vuông dùng để kiểm tra độ chính xác về biên độ cũng như tần số của máy hiện sóng trước khi sử dụng – hiệu chỉnh lại máy, ngoài ra còn dùng để kiểm tra sự méo do đầu que đo (probe) gây ra. GND: Tiếp đất thiết bị với sườn máy. B: CẤU TẠO MẶT SAU Z AXIS INPUT: Cho điều biến mật độ CH1 SIGNAL OUTPUT: Cấp áp 20mV/ vạch từ máy đếm tần. AC POWER: Nguồn xoay chiều. FUSE: Cầu chì. CÁCH VẬN HÀNH 1: Hoạt động cơ bản 1 kênh. Trước khi khởi động máy phải đảm bảo điện áp đầu vào đúng yêu cầu. Sau đó bật các công tắc và nhân các nút theo hướng dẫn sau: Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page 37
  39. Thành phần Thiết lập Thành phần Thiết lập POWER Off AC-GND-DC GND INTEN Ở giữa SOURCE CH1 FOCUS Ở giữa SLOPE + VERT MODE CH1 TRIG.ALT Nhả ra ALT/CHOP Nhả ra TRIGGER MODE Auto CH2 INV Nhả ra TIME/DIV 0,5ms/DIV POSSITION ˆˇ Ở giữa SWP.VER Vị trí Cal VOLTS/DIV 0,5V/DIV POSSITION <> Ở giữa VARIABLE Cal theo chiều kim đồng hồ X10 MAG Nhả ra Sau khi thiết lập vị trí các nút và công tắc mới tiến hành nối dây diện vào máy và thực hiện các bước như sau. . Nhấn nút Power và đảm bảo đèn LED sáng. Trong vòng 20s sẽ có tia xuất hiện trên màn hình. Nếu không thấy tia xuất hiện trên màn hình trong vòng 60s thì nên kiểm tra lại các bước thiết lập trên. . Điều chỉnh độ sáng tối và độ sắc nét bằng núm Focus và Inten . Điều chỉnh tia ở đường ngang trung tâm bằng núm Trace Rotation và nút Possition . Nối que đo vào đầu CH1 và 2Vp-p Cal . Đặt công tắc AC-GND-DC ở vị trí AC, dạng sóng sẽ xuất hiện như trên màn hình. FIG 5-1 tài liệu tiếng Anh trang 15. . Điều chỉnh Focus để có được hình ảnh rõ nét. . Hiển thị dạng sóng rõ ràng hơn bằng cách chỉnh núm Volts/Div và Time/Div tới các vị trí khác nhau. . Chỉnh núm Position ngang và dọc để đọc được điện áp cũng như thời gian dễ dàng hơn. Các mô tả trên là hoạt động cho kênh CH1, đối với kênh CH2 thì hoạt động tương tự 2: Thao tác khi 2 kênh cùng hoạt động . Đặt Vert Mode ở Dual, nối 2 đầu dò vào Cal, đặt AC-GND-DC ở AC và chỉnh núm Position để thấy được dạng sóng riêng biệt như trên hình FIG 5-2 trang 15. . Khi nhả nút Alt/Chop màn hình sẽ hiển thị luân phiên dữ liệu của 2 kênh 1 và 2. . Khi nhấn nút Alt/Chop sẽ hiển thị đồng thời tín hiệu 2 kênh. . Khi chọn chế độ ADD. . 1 dữ liệu cộng tổng hợp CH1 và CH2 sẽ được hiển thị trên màn hình. Dữ liệu sẽ khác giữa CH1 và CH2 nếu nhấn CH2 INV.  Câu hỏi (bài tập) củng cố: Câu 1: Thế nào là hiệu ứng doppler? Câu 2 : Hiệu ứng Doppler được sử dụng được ứng dụng trong y học như thế nào? Câu 3: Khi có sự thay đổi tương đối giữa nguồn phát và nguồn thu thì tần số và bước sóng có sự thay đổi nào không? Tại sao? Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page 38
  40. BÀI 5 XÁC ĐỊNH NGƢỠNG NGHE, NGƢỠNG PHÂN BIỆT TẦN SỐ CỦA NGƢỜI  Mục tiêu học tập: Sau khi học xong bài này, người học có thể: - Khảo sát các đặc tính vật lý và các đặc tính sinh lý của âm : Tần số-độ cao , cường độ và mức cường độ- độ to của âm, xác định ngưỡng nghe, ngưỡng phân biệt tần số âm của người. I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1. Sóng âm: Tần số và cường độ âm, âm thanh, hạ âm , siêu âm. Các dao động cơ học truyền lan trong không gian môi trường đàn hồi tạo thành sóng âm. Sóng âm có thể truyền lan trong không khí, trong môi trường lỏng (nước), rắn ( kim loại ),nhưng không thể truyền trong chân không. Vật phát ra dao động cơ học tạo thành sóng âm được gọi là nguồn âm. Tần số của sóng âm là tần số dao động của nguồn âm. Khi truyền qua các môi trường khác nhau, tần số sóng âm không thay đổi, nhưng tốc độ truyền sóng thay đổi nên bước sóng cũng thay đổi theo. Theo thang tần số của sóng âm người ta chia ra ba loại : các sóng âm có tần số trong khoảng từ 16Hz đến 20.000 Hz gọi là âm thanh, các sóng âm có tần số nhỏ hơn 16Hz gọi là hạ âm, còn các sóng âm có tần số lớn hơn 20.000 Hz gọi là siêu âm. Khi ra xa nguồn âm, biên độ dao động sóng âm càng giảm dần: sóng âm bị tắt dần trong không gian. Cường độ của sóng âm được đặc trưng bởi năng lượng sóng truyền qua một đơn vị diện tích vuông góc với phương truyền sóng trong một đơn vị thời gian, nó có đơn vị là W/m2. Ví dụ : một nguồn âm có công suất P (W) phát ra sóng cầu truyền đẳng hướng trong không gian, nếu môi trường không hấp thụ âm, thì tại điểm M cách nguồn một khoảng R, sóng âm có cường độ I bằng: (W/m2 ) (1) Có một giá trị cường độ âm được quy định là cường độ âm chuẩn I0, có độ lớn bằng 10-12 W/m2. Âm này rất khẽ, chỉ tai người thật tinh trong không gian tĩnh lặng mới nghe được. Người ta đưa ra đại lượng “Mức cường độ âm” L để đánh giá cường độ âm I nào đó so với cường độ âm chuẩn I0, L được định nghĩa : (B) (2) L có đơn vị là Ben ( viết tắt là B), đặt từ tên nhà vật lý người Mỹ A.G Ben, người có nhiều công nghiên cứu sự cảm thụ âm thanh của con người. Thực tế thường sử dụng đơn vị đề-xi Ben (dB), 1dB = 0.1 B : (dB) (3) 2. Đặc tính sinh lý của âm Con người cảm thụ được âm thanh nhờ cơ quan thính giác, giúp họ cảm nhận được sự vận động của thế giới xung quanh. Tai người có thể nhận biết được các âm thanh cao thấp , to nhỏ, và với những âm sắc khác nhau. Đó là các đặc tính sinh lý của âm. Độ cao thấp của âm liên quan trực tiếp với tần số âm. Tần số càng lớn thì âm nghe càng cao, tần số càng nhỏ thì âm nghe càng trầm. Tuy nhiên, tai người không thể nghe được các âm trầm có tần số nhỏ hơn 16 Hz ( hạ âm), và cũng không thể nghe được các âm cao có tần số lớn hơn 20.000Hz ( siêu âm), đó là các ngưỡng phân biệt tần số giữa âm thanh và hạ Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page 39
  41. âm, âm thanh và siêu âm của người, trong khi một số loài vật như cá voi có thể nghe được hạ âm, dơi, chó có thể nghe được siêu âm Tai người còn phân biệt được các âm to, nhỏ khác nhau. Độ to của âm phụ thuộc mức cường độ và tần số âm. Với một âm có mức cường độ 60dB ở tần số 1000Hz có thể cho ta cảm giác nghe là khá to, trong khi cũng mức cường độ ấy ở tần số 50Hz lại cho ta cảm giác nghe rất nhỏ. Mức cường độ âm thanh nhỏ nhất ở một tần số nào đó mà tai người còn nghe được gọi là ngưỡng nghe ở tần số đó. Một người có thính lực bình thường có thể nghe được các âm thanh rất khẽ, chẳng hạn tiếng tích tắc của chiếc đồng hồ đeo tay để cách tai khoảng 10cm vào lúc đêm khuya, nhưng không thể nghe được tiếng đó khi đứng trên phố ồn. Như vậy kết quả xác định ngưỡng nghe của một người không chỉ phụ thuộc mức cường độ âm, tần số âm, cấu tạo và năng lực của cơ quan thính giác ( thính lực), mà còn phụ thuộc phông tiếng ồn của môi trường khi đo. Hơn nữa khoảng cường độ “nghe được” của tai người rất rộng, có thể từ 10-13 W/m2 (-10dB) đến 10 W/m2 (130dB), thực tế tai người khó phân biệt độ to của hai âm có cường độ hơn nhau hàng chục lần. Vì vậy ”ngưỡng nghe” không phải là một đại lượng vật lý có thể xác định được chính xác. Tuy nhiên việc xác định ngưỡng nghe của một người ở các tần số khác nhau để dựng lên một biểu đồ gọi là “thính lực đồ” có thể giúp đánh giá thính lực của một người ở mức độ nào. Theo các chuyên gia thính lực học : - Nếu ngưỡng nghe ở mức -10dB đến 25dB : cơ quan thính giác bình thường. - Từ 25 40 dB : điếc nhẹ, “nặng tai”, “nghễnh ngãng” - Từ 40 60 dB : điếc vừa. - Từ 60 90 dB : Điếc nặng - Trên 90 dB : Điếc sâu. Người bị điếc sâu chỉ có thể nghe được tiếng bom nổ, tiếng sét đánh 3. Bộ dụng cụ thí nghiệm Hình 5.1. Thí nghiệm về đặc tính sinh lý của âm – Xác định ngưỡng nghe, ngưỡng phân biệt tần số của người 1. Máy phát hàm số 0,2 Hz- 2Mhz, có 7 dải đo, chỉ thị tần số , biên độ hiện số, hai nút suy giảm 20 dB và 40 dB Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page 40
  42. 2. Dao động kí điện tử Hai kênh 20 MHz, ĐCNN 5mV/cm 3. Bộ phối hợp HF Stereo Ampl. MC -254 4. MIKE Ampl MC-253. 5. Loa điện động 6. Máy đo mức cường độ âm . 7. Microphone áp điện. 8. Giá thí nghiệm. 9. Cáp đồng trục và dây tín hiệu. II. THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM. 1. Dụng cụ thí nghiệm 1.1. Cấu tạo và sử dụng máy phát hàm. Hình 5. 2 : Máy phát hàm Máy phát hàm ( H2) dùng tạo ra điện áp hình sin tần số có thể điều chỉnh liên tục từ 0.2 Hz đến 2.000.000 Hz, biên độ có thể điều chỉnh liên tục từ 2V-10 V độ suy giảm 20-40 dB. Cách sử dụng Máy phát hàm VC2002 Mặt trước có : 1 - Núm xoay tần số (F.Adj) : dùng điều chỉnh tần số tín hiệu ra trong phạm vi thang đã chọn ( xem (7). 2 - Núm xoay Biên độ ( A.Adj) : dùng điều chỉnh biên độ tín hiệu ra. 3 - Núm xoay nghiêng tín hiệu (D.Adj): Dùng cân chỉnh dạng tín hiệu hình sin, điều chỉnh tạo dạng cho tín hiệu răng cưa từ tín hiệu hình tam giác. 4 - Lỗ cắm đồng trục “OUT”cho tín hiệu ra. 5 - Nút nhấn “ATT” suy giảm tín hiệu ra 20dB và 40dB. 6 - Nút nhấn “WAVE” dùng để chọn dạng sóng : “1”: Hình sin; “2”: Xung vuông; “3”: Tam giác, răng cưa 7 - Nút nhấn “RANGE “dùng chọn thang tần số, có 7 dải tần , được biểu thị bởi các con số từ 1 đến 7: “1” : 0.2 - 3 Hz; “2” : 2- 20 Hz; “3” : 15 - 250 Hz ; “4”: 125 - 2500 Hz; “5” : 2 - 25 kHz; “6”: 20- 200 kHz; “7” : 200 - 2000 kHz Trong bài thí nghiệm này, ta chỉ dùng thang “3”, “4” và “5” Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page 41
  43. 8 - Nút nhấn "RUN", cho máy "chạy", thực hiện tất cả các lệnh đã đặt. 9 - Nút nhấn “RESET” : dùng để thiết lập lại trạng thái "0" ban đầu. 10 - Cửa số hiển thị số , có 3 chữ số, để hiển thị biên độ điện áp tín hiệu ra theo đơn vị V và mV. 11 - Cửa số hiển thị số , có 6 chữ số, dùng để hiển thị Mode hoạt động (1- 3: dạng sóng ), số chỉ thang tần số (thang 1-7), và giá trị tần số tín hiệu ra được thiết lập sau khi nhấn nút RUN. Mặt sau có: Công tắc nguồn và dây cắm nguồn 220V 50Hz. Lưu ý : - Các núm xoay chọn tần số (1), điều chỉnh biên độ ( 2) và điều chỉnh độ nghiêng tín hiệu (3) đều có cấu tạo rất tinh vi, khi xoay cần thao tác chậm và rất nhẹ nhàng tránh làm hỏng. Khi xoay đến cữ phải dừng ngay, vặn quá sẽ gây hư hỏng nghiêm trọng. 1.2. Cấu tạo và sử dụng Dao động kí điện tử Cách sử dụng máy dao động kí Oscilloscope Gos – 630 trong bài 4 1.3. Bộ phối hợp HF Stereo AMPL. MC-254 Hình 5.3. Bộ phối hợp HF Stereo AMPL. MC – 254 Trên mặt máy : 1 - Chuyển mạch K1: Chuyển tín hiệu từ máy phát qua mạch Tai nghe (HP) hoặc Loa điện động (SP). 2 - Input Hz : Đưa tín hiệu vào từ máy phát. 3 - HP volume : Điều chỉnh âm lượng tai nghe. 4 - HP ( Single/ Dual ) Lỗ cắm tai nghe ( nghe một tai, hai tai). 5 - K2 ( L/R) Chuyển mạch tai nghe (tai trái /tai phải) dùng cho lỗ cắm Single. 6 - OUT HP : Đưa tín hiệu tai nghe ra ngõ đồng trục BCN chuyển tới Dao động kí điện tử. 7 - SP Volume: Điều chỉnh âm lượng loa điện động. 8 - SP : Ổ 5 chân , đưa tín hiệu ra loa điện động 9 - OUT SP : Đưa tín hiệu LOA ra ngõ đồng trục BCN để chuyển tới input CH2 Dao động kí điện tử. 1.4. Máy đo mức cường độ âm thanh Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page 42
  44. Hình 5. 4. Máy đo mức cường độ âm. 1 - Microphone áp điện và mũ lọc gió. 2 - Màn hình . 3 - Tốc độ lấy mẫu ( nhanh/chậm) 4- Nút công tắc nguồn 2. Lăp ráp thí nghiêm 1. Kết nối bộ phối hợp MC-254 với các thiết bị ngoại vi: Sử dụng 2 cáp đồng trục BCN để nối với lối ra tín hiệu của máy phát hàm VC2002, lối vào kênh 2 của dao động kí điện tử. Dùng dây tín hiệu có phích 5 chân nối với loa điện động, jắc cắm tai nghe Stereo nối vào DUAL. 2. Microphone áp điện cắm vào lỗ cắm INPUT của Bộ khuếch đai MIKE MC-253, lỗ cắm AC output của MC-253 được nối với kênh 1 của dao động kí điện tử. Các dụng cụ này được dùng để quan sát dạng sóng âm 3. Lắp máy đo mức cường độ âm và Microphone áp điện lên giá quang học tại vị trí 1000 và 100 mm, tương ứng. Loa điện động đặt cách đầu thu của máy đo mức cường độ âm đúng 100cm. 3. Tiến hành đo 3.1. Đo ngưỡng phân biệt tần số : 1 .Bật điện máy phát hàm. 2. Nhấn nút WAVE 1 lần để chọn dạng sóng “1” ( hình sin). 3. Nhấn nút RANGE để chọn thang tần số “5” (1200Hz – 25.000Hz Hz ). 4. Nhấn nút RUN để cho chạy các chức năng đã được thiết lập. Trên màn hình, hiển thị tần số, biên độ tín hiệu. Núm D.Adj đặt ở vị trí giữa thang. Đeo tai nghe , điều chỉnh múm âm lượng vừa đủ nghe âm thanh phát ra từ tai nghe. 5. Xoay thật từ từ núm chọn tần số “F.Adj” về bên phải để nghe thấy âm cao dần, đồng thời quan sát giá trị tần số hiển thị trên màn hình, dạng sóng hình sin trên dao động kí điện tử, cho đến khi tai không nghe được âm phát ra nữa. Ghi lại ngưỡng tần cao nhất vào bảng 1. 6. Nhấn nút RANGE để chọn thang số “3” (15-250Hz) , rối nhấn nút RUN để chạy chức năng được thiết lập. Tai nghe sẽ nghe được thấy tần số thấp của âm. 7. Giảm dần tần số âm đồng thời quan sát màn hình, cho đến khi không nghe được âm thanh nữa. Ghi lại giá trị ngưỡng tần số thấp vào bảng 2. Lặp lại thí nghiệm để đo ba lần. Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page 43
  45. Bảng 1: Ngƣỡng tần số cao nhất (Hz) ̅ ̅ Lần đo 1 (Hz) 1 (Hz) Lần đo 1 Lần đo 2 Lần đo 3 Bảng 2: Ngƣỡng tần số thấp nhất (Hz) ̅ ̅ Lần đo (Hz) 2 (Hz) Lần đo 1 Lần đo 2 Lần đo 3 3.2. Đo ngưỡng nghe : Việc đo ngưỡng nghe cần được thực hiện trong phòng cách âm yên tĩnh, có mức cường độ tiếng ồn nhỏ cỡ 30-35 dB. Trước hết ta phải xác định mối quan hệ giữa công suất điện loa tiêu thụ và cường độ âm tại điểm quan sát M, cách nguồn âm 1m. Chọn tần số 1000Hz. Tắt công tắc nối vào tai nghe HP, bật sang SP ( Loa ). Bật máy đo mức cường độ âm. Điều chỉnh âm lượng loa để máy đo mức cường độ âm đạt đến giá trị 60dB. Quan sát tín hiệu trên kênh 1 của dao động kí điện tử, ghi lại biên độ điện áp U* đặt vào loa ( Xem phần cách đo biên độ tín hiệu trên dao động kí điện tử) Công suất điện do loa tiêu thụ được xác định bởi : (W) (4) Trong đó r là điện trở của loa. Nếu toàn bộ công suất này được chuyển đổi thành năng lượng của sóng âm, thì nó sẽ gây ra tại điểm M một cường độ âm I*: I* = (W/m2 ) (5) Tuy nhiên máy đo mức cường độ âm tại M đo được mức cường độ âm L, tương ứng cường độ âm là I : L L -12 2 I = 10 . I0 = 10 . 10 (W/m ) (6) Từ đó ta xác định được hệ số chuyển đổi : (7) Bây giờ ta giảm nhỏ công suất loa đến tối thiểu còn nghe được (ngưỡng nghe), đọc giá trị biên độ điện áp Un tương ứng trên dao động kí , thay vào các công thức (4), (5) để * tính In , từ đó tính được cường độ âm tương ứng tại M: (8) Ngưỡng nghe tại tần số 1000 Hz được xác định bởi : Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page 44
  46. Ln= 10.lgIn + 120 (dB) (9) Bảng 3: Xác định ngƣỡng nghe * Tần r ( ) R (m) U L Un In Ln số (V) (dB) (W/m2) (dB) (W/m2) 125 500 1000 2000 4000 8000 Dựa vào kết quả bảng 3, dựng biểu đồ tần số – ngưỡng nghe , và đánh giá thính lực của người được đo  Câu hỏi (bài tập) củng cố: 1. Phân tích sự liên quan giữa các đặc trưng vật lý của âm và đặc trưng của cảm giác âm ở cơ quan thính giác của người. 2. Ngưỡng phân biệt tần số hạ âm, siêu âm ở mỗi người có khác nhau không? Tại sao? 3. Để thực hiện thí nghiệm chính xác thì cần phải lưu ý điều gì? Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page 45
  47. BÀI 6 ĐO ĐIỆN THẾ SINH VẬT  Mục tiêu học tập: Sau khi học xong bài này, người học có thể: - Khảo sát tác dụng của dòng điện lên cơ thể sinh vật - Thực hành đo điện thế sinh vật: điện thế tĩnh, điện thế hoạt động, điện thế tổn thương. I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Trong tế bào và mô cũng như các cơ quan luôn luôn tồn tại các loại điện thế khác nhau, song tùy theo nguyên nhân xuất hiện người ta chia làm 3 nhóm : điện thế tĩnh, điện thế hoạt động và điện thế tổn thương. 1. Điện thế tĩnh Trong cơ thể động vật, trên các tế bào, mô sống thường xuất hiện và tồn tại nhiều loại điện thế khác nhau. Các loại điện thế này có cùng nguồn gốc như nhau nhưng tuỳ theo nguyên nhân xuất hiện, phương pháp đo đạc và điều kiện thí nghiệm mà ta có thể phân chia ra thành nhiều loại có tên gọi khác nhau. Đó là các loại điện thế cơ bản như điện thế nghỉ, điện thế tổn thương, điện thế hoạt động, điện thế tại chỗ. Điện thế tĩnh hay còn gọi là điện thế nghỉ. Đó là điện thế đặc trưng cho trạng thái sinh lý bình thường của đối tượng sinh vật. Nói cách khác, điện thế này cũng đặc trưng cho tính chất điện của hệ thống sống ở trạng thái trao đổi chất bình thường. Điện thế tĩnh chính là hiệu điện thế bình thường tồn tại ở hai phía màng, được xác định bằng cách ghi đo sự chênh lệch hiệu thế giữa tế bào chất và dịch ngoại bào. Để khảo sát sự biến đổi dòng điện và đo hiệu điện thế màng của một tế bào (mô sống hay một sợi thần kinh ) nào đó, thông thường ta hay sử dụng phương pháp ghi đo vi điện cực nội bào. Đặt hai điện cực phía ngoài Đặt một điện cực bên ngoài và Cắm hai vi điện cực xuyên màng sinh học một vi điện cực xuyên qua qua màng màng Kết quả thí nghiệm trên cho thấy: Giữa mặt ngoài tế bào không bị tổn thương và môi trường bên ngoài không có sự chênh lệch điện thế. Ngược lại giữa phần bên trong tế bào và môi trường bên ngoài luôn luôn tồn tại một hiệu điện thế nào đó. Sự chênh lệch điện thế này được gọi là điện thế nghỉ hay điện thế tĩnh của màng (Resting membrane potential) 1.1. Đặc điểm Điện thế nghỉ có hai đặc điểm như sau: - Mặt trong tế bào sống luôn luôn có giá trị điện thế âm so với mặt bên ngoài. Nói cách khác chiều điện thế nghỉ là không đổi. - Bình thường điện thế nghỉ có giá trị điện thế biến đổi rất chậm theo thời gian. Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page 46
  48. Bằng các phương pháp và kỷ thuật ghi đo tốt, ta có thể duy trì dòng điện này trong một thời gian dài. Độ lớn điện thế giảm chậm theo thời gian. Giá trị này chỉ giảm đi khi chức năng của tế bào, hay của sợi cơ bắt đầu xuất hiện 1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến điện thế nghỉ. Điện thế nghỉ đặc trưng cho trạng thái sinh lý bình thường của hệ thống sống. Nếu thay đổi trạng thái sinh lý sẽ liên quan đến trạng thái chức năng của hệ. Do đó bất kỳ yếu tố nào làm ảnh hưởng đến quá trình trao đổi chất bình thường của nó cũng đều ảnh hưởng đến điện thế nghỉ của hệ, chẳng hạn như: - Dưới tác dụng của dòng điện bên ngoài. - Giá trị điện thế bị thay đổi khi làm thay đổi thành phần ion của môi trường. - Sự tác động của một số độc tố lên hệ thống sống cũng làm biến đổi nhanh điện thế màng. - Khi thay đổi lượng oxy trong môi trường cũng sẽ liên quan đến quá trình hô hấp của mô, cơ , do đó sẽ làm ảnh hưởng đến điện thế nghỉ. Ở các loại tế bào khác nhau thì điện thế nghỉ cũng có giá trị khác nhau. Giá trị này thay đổi trong khoảng từ -10mV đến -100mV. Sự chênh lệch điện thế tồn tại giữa các phần khác nhau trong một hệ sinh vật cũng là một trong những yếu tố đặc trưng cho cơ thể sống. 2. Điện thế tổn thƣơng Điện thế tổn thương là hiệu điện thế xuất hiện do sự chênh lệch điện thế giữa vùng bị tổn thương và vùng không bị tổn thương. Sự tổn thương xảy ra có thể do nhiều nguyên nhân khác nhau (như dưới tác động cơ học, nhiệt, điện, hoặc hoá học ) đều làm xuất hiện sự chênh lệch điện thế. Loại điện thế này có cùng dạng như nhau trên các đối tượng sinh vật. Đặc trưng cơ bản của điện thế tổn thương là: - Giá trị của hiệu điện thế giảm dần và biến đổi chậm theo thời gian. - Điện thế tổn thương phụ thuộc nhiều vào điều kiện khảo sát và phương pháp ghi đo. - Độ lớn điện thế bị ảnh hưởng nhiều tuỳ thuộc vào điều kiện sinh lý của các đối tượng nghiên cứu 2.1. Đối tượng động vật. Thực nghiệm cho thấy rằng, ở trạng thái sinh lý bình thường thì các thành phần ion ở mặt trong màng tế bào (mô, cơ ) và phía bên ngoài có sự phân bố ổn định. Còn giữa các vị trí khác nhau ở môi trường bên ngoài không bị tổn thương so với môi trường xung quanh sẽ không có sự chênh lệch nào về điện thế. Nói cách khác, ở trạng thái sinh lý bình thường ta thấy có sự phân bố điện tích ban đầu ở hai phía màng sinh học. Nếu khi các tế bào (mô) bị tổn thương, sẽ làm ảnh hưởng đến quá trình vận chuyển chất, mà cụ thể là sự trao đổi các chất qua màng tế bào. Nói tóm lại, sự tổn thương đối tượng sống mà cụ thể như tế bào (mô, cơ, ) đã làm thay đổi trạng thái chức năng của tế bào hay sẽ làm thay đổi trạng thái sinh lý bình thường của các đối tượng nghiên cứu 2.2. Đối tượng thực vật. Khảo sát tính chất điện trên đối tượng thực vật cũng cho thấy có nhiều điểm tương tự như ở động vật, đó là: - Có sự chênh lệch điện thế giữa vùng bị tổn thương và vùng không bị tổn thương. - Điện thế tổn thương có giá trị âm. - Điện thế này tồn tại trong một khoảng thời gian ngắn. - Giá trị điện thế giảm nhanh theo thời gian và tuỳ thuộc vào điều kiện thí nghiệm, phụ thuộc vào khoảng cách giữa các vùng khảo sát. - Khả năng xuất hiện điện thế này chỉ khu trú tại vùng bị thương tổn. 2.3. Các yếu tố ảnh hưởng. Thực nghiệm chứng tỏ rằng, các yếu tố nào làm ảnh hưởng đến quá trình trao đổi chất bình thường của tế bào và mô đều làm thay đổi giá trị điện thế tổn thương như: Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page 47
  49. - Ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường. - Thay đổi thành phần môi trường, nhất là đối với Oxy liên quan nhiều trong quá trình trao đổi chất. - Sự tác động của các trường lực điện bên ngoài (điện trường, từ trường ) liên quan đến sự chuyển dịch của các ion qua màng. - Sự tác động của các độc tố vào môi trường có liên quan đến sự thay đổi điều kiện sinh lý bình thường. 3. Điện thế hoạt động. Điện thế hoạt động là sự dao động nhanh của điện thế màng. Dao động điện màng xuất hiện trong các tế bào thần kinh, cơ, và một số tế bào khác khi có sóng hưng phấn truyền qua. Do đó dòng điện làm xuất hiện điện thế này còn được gọi là dòng điện hưng phấn. Tất cả tế bào sống đều có đặc tính dễ bị kích thích, tức là có khả năng chuyển từ điều kiện sinh lý bình thường ở trạng thái tĩnh sang trạng thái hoạt hoá. Dưới ảnh hưởng của tác nhân kích thích nào đó, tế bào sẽ dễ dàng bị thay đổi tính chất hoá lý của màng. Khi có sóng hưng phấn truyền đến, dấu hiệu điện tích ở hai phía màng tế bào bị đảo ngược hẳn lại so với giá trị điện thế nghỉ lúc ban đầu. Hiệu điện thế này xuất hiện là do có sự chênh lệch về giá trị điện thế giữa hai phía của màng. Lúc này giá trị của điện thế ở mặt bên ngoài sẽ âm hơn so với điện thế mặt bên trong của nó. Để xác định điện thế hoạt động, thông thường ta sử dụng các kỹ thuật ghi đo vi điện cực nội bào. 2. THỰC HÀNH 1.Thiết bị hóa chất mẫu vật - Điện kế. - Điện cực đo điện - Dụng cụ giết mổ ếch: Khay, Dao, Kéo, Que chọc, phanh kẹp. - Nguồn điện kích thích - Mẫu vật : Ếch, lá cây. 2. Các bƣớc tiến hành 2.1 Chuẩn bị mẫu để đo: Chuẩn bị mẫu vật - Ếch chọc hủy tủy ếch (đảm bảo ếch còn sống và cố định trong suốt quá trình thí nghiệm - Cắt mở khoang bụng theo dõi hoạt động của tim (để theo dõi ếch còn sống trong suốt quá trình thí nghiệm) - Cắt mở da đùi ếch Chuẩn bị dụng cụ - Điện kế được chỉnh về đơn vị mV - Chọn điện cực âm, điện cực dương - Điện cực âm được sơn cách điện phần phân điện cực, chỉ có phần đầu tiếp xúc. 1 đầu điện cực âm cắm vào cơ đùi ếch hoặc châm vào bên trong dây thần kinh đùi ếch; Đầu ra được cắm vào đầu “COM” của điện kế. - Điện cực dương không sơn cách điện được đặt tiếp xúc trực tiếp với bên ngoài màng. 2.2 Đo điện thế Tiến hành đo tại cơ đùi ếch trong trường hợp sau và giải thích từng trường hợp - Đo ghi kết quả khi cắm 2 điện cực ngoài màng. Bảng 1 Thời 0s 20s 40s 60s 80s 100s Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page 48
  50. gian U1(V) - Đo ghi kết quả khi cắm 2 điện cực trong màng. Bảng 2 Thời 0s 20s 40s 60s 80s 100s gian U2(V)  Nhận xét bảng 1 và bảng 2 - Đo ghi kết quả khi cắm 1 điện cực trong 1 điện cực ngoài màng. Bảng 3 Thời 0s 20s 40s 60s 80s 100s gian U1(V)  Vẽ đồ thị y = (t, U), nhận xét đồ thị. Đo ghi kết quả khi kích điện tại đùi ếch. Bảng 4 Thời 0s 20s 40s 60s 80s 100s gian U4(V)  Vẽ đồ thị y = (t, U), nhận xét đồ thị. Chọc hủy tủy ếch Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page 49
  51. Đo điện thế cơ đùi ếch (điện cực trong 1 điện cực ngoài màng) Đo điện thế cơ đùi ếch (2 điện cực ngoài màng)  Câu hỏi (bài tập) củng cố: Câu 1: Thế nào là điện thế nghỉ, điện thế hoạt động và điện thề tổn thương. Câu 2: Giải thích sự thay đổi điện thế khi kích điện vào đùi và sợi thần kinh ếch. Câu 3: So sánh sự thay đổi điện thế của sợi thần kinh ếch khi đo điện thế khi cắm cả 2 điện cực cùng ở ngoài sợi thần kinh và khi đo điện thế khi cắm 1 điện cực ở trong và một điện cực ở bên ngoài sợi thần kinh. Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page 50
  52. TÀI LIỆU THAM KHẢO  TÀI LIỆU THAM KHẢO ĐỂ BIÊN SOẠN NỘI DUNG MÔN HỌC: - Phan Sỹ An (2012), Lý Sinh, NXB Giáo Dục Việt Nam - Phan Sỹ An và cộng sự (2006), Vật lý – Lý sinh y học - Nguyễn Thị Kim Ngân, Lý Sinh Học, NXB Đại học Quốc Gia Hà Nội. - Đoàn Suy Nghĩ, Lê Văn Trọng (2006), Lý Sinh, ĐH Huế - Đặng Diệp Minh Tân (2014), Giáo trình Vật lý Đại cương A1 Trường ĐH Trà Vinh. - Nguyễn Văn Sáu (2014), Giáo trình Vật lý Đại cương A2 Trường ĐH Trà Vinh. - Giáo trình thực hành Cơ Nhiệt đại cương– Bộ môn Vật lý – Khoa Khoa học – trường Đại học Cần Thơ.  TÀI LIỆU THAM KHẢO ĐỀ NGHỊ CHO HỌC VIÊN: - Bài giảng môn học Vật lý Lý sinh (lưu hành nội bộ) - Bộ môn Vật lý – khoa Khoa học Cơ bản - trường Đại học Trà Vinh. - Bài giảngThực hành Vật lý Lý sinh (lưu hành nội bộ) - Bộ môn Vật lý – khoa Khoa học Cơ bản - trường Đại học Trà Vinh. - Phan Sỹ An (2012), Lý Sinh, NXB Giáo Dục Việt Nam Tài liệu giảng dạy Môn: Thực hành Vật lý – Lý sinh Page 51