Bạn đang xem bài viết № 219C – Kiểm Nghiệm Định Luật Charles – Vật Lý Mô Phỏng được cập nhật mới nhất trên website 2atlantic.edu.vn. Hy vọng những thông tin mà chúng tôi đã chia sẻ là hữu ích với bạn. Nếu nội dung hay, ý nghĩa bạn hãy chia sẻ với bạn bè của mình và luôn theo dõi, ủng hộ chúng tôi để cập nhật những thông tin mới nhất.
Trong bài thí nghiệm này, chúng ta tìm hiểu sự phụ thuộc của áp suất theo nhiệt độ trong điều kiện thể tích không đổi, đồng thời kiểm nghiệm định luật Charles. Dựa trên quy luật biến đổi của áp suất theo nhiệt độ, ta có thể ngoại suy giá trị của độ không tuyệt đối.
Nguyên lý phép đo
Thực nghiệm cho thấy rằng, ba đại lượng thể tích, áp suất và nhiệt độ của một chất bất kì, rắn, lỏng, khí, vô định hình… miễn rằng mang tính đồng nhất và đẳng hướng, luôn làm thành một hàm phụ thuộc, hay còn gọi phương trình trạng thái:
f(V,P,T)=0.
Đối với khí lý tưởng, trạng thái được diễn tả qua phương trình Mendeleev-Clayperon:
pV=nu RT,tag{1}
trong đó nu – lượng chất với đơn vị mol, R=8.31,mathrm{J/(molcdot K)} – hằng số khí lý tưởng. Thực ra, trước khi đúc kết thành phương trình (1), những quy luật của khí lý tưởng được tìm ra qua các định luật riêng rẽ, như định luật Gay-Lussac (diễn tả phương trình đẳng áp), định luật Boyle-Mariotte (diễn tả phương trình đẳng nhiệt) và định luật Charles (diễn tả phương trình đẳng tích). Trong thí nghiệm này chúng ta đi kiểm nghiệm định luật Charles, diễn tả sự phụ thuộc tuyến tính của áp suất vào nhiệt độ trong điều kiện thể tích không đổi:
psim T.tag{2}
Đối tượng nghiên cứu là cột khí hình trụ chứa trong một ống thuỷ tinh như hình 1, vốn đặt vào một ống nghiệm lớn như hình 2. Cột khí này ngăn cách với khí quyển bên ngoài qua giọt thuỷ ngân màu bạc, đồng thời thông qua giọt thuỷ ngân này có thể xác định được thể tích nhờ vạch chia mm. Thể tích của cột khí được giữ nguyên không đổi nhờ một bơm chân không. Như vậy khi thay đổi nhiệt độ của cột khí,
ta điều khiển bơm chân không sao cho thể tích luôn giữ nguyên
, đồng thời quan sát sự thay đổi của áp suất thông qua áp kế:
p=p_0+p_{Hg}+Delta p,tag{3}
trong đó p_0=1011,mathrm{mbar} – áp suất khí quyển, p_{Hg} – áp suất do giọt thuỷ ngân gây ra, Delta p – chỉ số của áp kế. Lưu ý rằng Delta p của bơm chân không luôn mang giá trị âm.
Trong thí nghiệm này, nhiệt độ của cột khí được áp đặt bằng cách nhúng cột khí vào nước. Nhiệt độ của khí sẽ bằng với nhiệt độ của môi trường nước xung quanh. Mà nhiệt độ của nước ta có thể chủ động điều khiển và đo đạc.
Quy trình thí nghiệm
Chuẩn bị cột khí
Đối tượng nghiên cứu của chúng ta là một ống khí hình trụ vốn hở một đầu (hình 1). Ta cần điều chỉnh cho giọt thuỷ ngân ngăn cách nằm đâu đó giữa ống:
– Cắm đầu bơm chân không vào miệng ống khí như hình 3. – Dốc ngược ống khí và dùng bơm hút bớt khí ra làm giảm áp suất. Thuỷ ngân sẽ bị kéo vào bầu. Nếu thuỷ ngân không rơi xuống bầu, lắc nhẹ để thuỷ ngân rơi ra hết, tụ lại thành giọt. – Cẩn thận quay ống khí sao cho đầu hở hướng lên trên, giọt thuỷ ngân sẽ nằm ở dưới đáy bầu nhưng trên miệng ống. Xả van bơm chân không thật nhẹ nhàng, khí bên ngoài lại tràn vào làm tăng áp suất về như cũ. Áp suất này sẽ đẩy giọt thuỷ ngân về một vị trí nào đó giữa ống. Lưu ý tránh làm giọt thuỷ ngân vỡ, nếu không, cần phải làm lại.
Chuẩn bị môi trường
Môi trường đang nói ở đây là nước sẽ đựng trong ống nghiệm. Toàn bộ ống khí sẽ được nhúng trong ống nghiệm đầy nước này. Lấy 200,mathrm{ml} nước rồi đun lên đến 90^circmathrm{C} như hình 4. Nhiệt độ theo dõi qua cặp nhiệt điện, với màn hình quan sát LCD.
Khảo sát quá trình đẳng tích
– Rót nước 90^circmathrm{C} vào ống nghiệm như hình 5. – Đặt ống khí với nút ngăn thuỷ ngân vào ống nghiệm. – Luồn cặp nhiệt điện vào ống nghiệm để quan sát nhiệt độ.
Khí trong ống giãn nở, đến một lúc nào đó sẽ đạt đến thể tích tối đa, xả bơm chân không về 0. Ta ghi lại độ cao ban đầu h_0 của cột khí vào bảng 1, nhiệt độ ban đầu và bắt đầu tiến hành phép đo. Cứ sau 5 phút cần tiến hành quy trình sau:
– Hạ áp suất cột khí bằng bơm chân không, đến khi nào chiều cao của cột khí khôi phục giá trị h_0 ban đầu. – Ghi giá trị nhiệt độ t, ghi vào bảng 1. – Ghi giá trị áp suất Delta p trên bơm chân không vào bảng 1.
Xử lý dữ liệu
Từ điều kiện cân bằng áp suất, ta có thể tính được áp suất khí qua công thức (3):
p=p_0+p_{Hg}+Delta p.
Ở đây áp suất do giọt thuỷ ngân gây ra tính bằng:
p_{Hg} (mathrm{mbar})=frac{h_{Hg} (mathrm{mm})}{0.75,mathrm{mmHg}},
h_{Hg} – chiều cao của giọt thuỷ ngân trong ống, tính bằng đơn vị mm (xem phần lưu ý bên dưới).
Giá trị p tính được ghi vào bảng 1. Từ dữ liệu trong bảng 1 vẽ đồ thị phụ thuộc của áp suất theo nhiệt độ, từ đó đánh giá về quy luật phụ thuộc này. So sánh với định luật Charles:
psim T.tag{2}
Hãy dùng đường thẳng để khớp giá trị thực nghiệm, đồng thời ngoại suy đường thẳng này bằng cách kéo dài về bên trái, tìm giao điểm của nó với trục hoành như hình 6. Thử hình dung xem, cần phải hạ nhiệt độ thấp xuống đến giá trị bao nhiêu để cho áp suất đạt giá trị nhỏ nhất bằng 0? Đó chính là nhiệt độ thấp nhất trong tự nhiên, hay còn gọi là độ 0 tuyệt đối.
Lưu ý về phép ngoại suy: Độ 0 tuyệt đối được tìm ra trên thực tế bằng cách ngoại suy tương tự như trên, nhưng chỉ là ngoại suy. Ta không thể hạ nhiệt độ của khí trong bình mãi xuống được, vì khí sẽ đậm đặc, rồi hoá lỏng… và thay đổi tính chất, không tuân theo định luật Charles nữa.
Lưu ý về đơn vị: Áp suất trong bài thí nghiệm này đều quy về đơn vị mathrm{mbar} để phù hợp với thang dụng cụ đo. Cần biết rằng, mathrm{bar} là đơn vị đo áp suất dùng trong kĩ thuật, 1,mathrm{bar}=100000,mathrm{Pa}, có giá trị rất gần với đơn vị atmosphere (101325,mathrm{Pa}). Theo đó:
1,mathrm{mbar}(mathrm{milibar})=1,mathrm{hPa}(mathrm{hectoPascal})=0.75,mathrm{mmHg}.
Thí Nghiệm Mô Phỏng Hoá Học Lớp 9
SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TỈNH YÊN BÁI TRƯỜNG CAO ĐẲNG SƯ PHẠM YÊN BÁI
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
” THÍ NGHIỆM MÔ PHỎNG VÀ SƠ ĐỒ HÓA HỌC TRONG CHƯƠNG TRÌNH HÓA HỌC LƠP 9 Ở TRƯỜNG THCS”
Tác giả : TRỊNH NGỌC ĐÍNH Chức vụ: Giảng viên Đơn vị: trung tâm tin học-thư viện-thí nghiệm.
Thành phố Yên Bái-2014
Chương IV. Hidro cacbon, nhiên liệu.IV.1. Đại cương về hóa học hữu cơ, chất hữu cơ.8 – Hình ảnh về chất vô cơ, hữu cơ trong thiên nhiên, nhân tạo.IV.2. Metan tính chất lí hóa học,ứng dụng và điều chế – Sơ đồ, thí nghiệm mô phỏng minh họa tính chất hóa học của metanIV. 3. Etilen tính chất lí hóa học,ứng dụng và điều chế – Sơ đồ, thí nghiệm mô phỏng minh họa tính chất hóa học của EtilenIV.4. Axetilen tính chất lí hóa học,ứng dụng và điều chế – Sơ đồ, thí nghiệm mô phỏng minh họa tính chất hóa học của AxetilenIV.5. Benzen tính chất lí hóa học,ứng dụng và điều chế – Sơ đồ, thí nghiệm mô phỏng minh họa tính chất hóa học của BenzenIV.6. Dầu mỏ và khí thiên nhiên. – Sơ đồ mô phỏng các phẩm vật của dầu mỏ, ứng dụng.9IV.7. Rượu etylic: cấu tạo, tính chất lí hóa học,ứng dụng và điều chế – Sơ đồ, thí nghiệm mô phỏng minh họa tính chất hóa học rượu etylicIV.8. Axit axetic: Cấu tạo, tính chất lí hóa học,ứng dụng và điều chế. – Sơ đồ, thí nghiệm mô phỏng minh họa tính chất hóa học axit axeticIV.9. Chất béo. – Sơ đồ, thí nghiệm mô phỏng minh họa tính chất hóa học chất béoIV.10. Glucozo, Saccarozo, tinh bột, xenlulozo – Một số hình ảnh về Glucozo, Saccarozo, tinh bột, xenlulozo trong thiên nhiên.IV.11. Protein – Một số hình ảnh protein trong thiên nhiên.và vai trò của protein10IV.12.Polime. -Một số hình ảnh polime thiên nhiên.và polime nhân tạo.CHƯƠNG III. KẾT LUẬNIII.1. Kết luận chungIII.2. Tài liệu tham khảo.– Giáo trình cơ sở hóa học đại cương 1, 2, 3, 4-Trần Thành Huế– Giáo trình cơ sở hóa học hữu cơ 1,2,3,4-Trần quốc Sơn.– Sách giáo khoa 8,9-Bộ GD&ĐT.11I. Chương I. Các loại hợp chất vô cơI.1. Định nghĩa, phân loại và tính chất hóa học của oxit – Sơ đồ, thí nghiệm mô phỏng minh họa tính chất của oxitDung dịch HClĐồng oxit CuONước H2OCanxi oxit CaODung dịch CuCl2Dung dịch Ca(OH)2Dung dịch HClDung dịch Ca(OH)2Dung dịch CaCl212CuO+2HClCuCl2+H2OCaO+H2OCa(OH)2Ca(OH)2+2HClCaCl2+2H2OMuối Na2SO3H2OSO2Axit H2SO4SO2+H2O H2SO3SO2+Ca(OH)2 CaSO3+H2OSO2SO2Muối Na2SO3Ca(OH)2SO2Axit H2SO4SO2SO2SO2SO2Axit H2SO4SO2Oxit axit + H2O Axit Oxit axit+Bazơ Muối+Nước1314QUÁ TRÌNH NUNG VÔINguyên tắc:CaCO3CaO+CO2I.2. Định nghĩa, phân loại và tính chất hóa học của axit. Sản xuất axit H2SO4, ứng dụng – Sơ đồ, thí nghiệm mô phỏng minh họa tính chất của axit – Sơ đồ sản xuất H2SO415Axit làm đỏ quỳ tímAxit tác dụng với nhômAl + HCl AlCl3+ H22236H217Ứng dụng của axit sunfuricCu(OH)2NaOHDung dịch phenolphtalein18Nhiệt phân Cu(OH)2Cu(OH)2 CuO+H2OPha chế canxi hidroxitCa(OH)219Hoà tan Ca(OH)2 trong nước, quấy đều bằng đũa thuỷ tinh.Lọc dung dịch bằng giấy lọc qua phễu thuỷ tinhLấy một lượng nhỏ dung dịch vào ống nghiệm, thêm vài giọt phenolphtaleinEm hãy cho biết hiện tượng xảy ra trong các thí nghiệm sau?pH kếĐo độ pH20Dung dịch HClDung dịch NaOHpH=3pH=11Đối chiếu với thang màu chuẩn em hãy cho biết pH bằng bao nhiêu?Giấy đo pHTính chất hoá học của muốiCu+ AgNO3Cu(NO3)2+ Ag22NaCl+AgNO3AgCl+NaNO3CuSO4+ NaOHCu(OH)2+ Na2SO4221Em cho biết hiện tượng xảy ra trong các thí nghiệm sau?Ruộng muối22Hai đoạn dây thép được gắn với nhau bằng paraphin(nến đốt)Thử tính dẫn điện, dẫn nhiệt của kim loại23TÍNH CHẤT HOÁ HỌC CỦA KIM LOẠIKim loại tác dụng với phi kimSắt cháy trong bình chứa ôxiNatri cháy trong bình chứa CloFe + O2 Fe2O3 Na + Cl2 NaCl4322224Kim loại tác dụng với axitKim loại tác dụng với muốiCu + HClZn + CuSO4Cu + ZnSO4TÍNH CHẤT HOÁ HỌC CỦA KIM LOẠI2522626Phản ứng của kim loại với nướcNa + H2O NaOH + H2Fe+H2O không pứ.Một số kim loại phản ứng được với H2O ở nhiệt độ thường:Na,K,Ca,BaMột số kim loại phản ứng được với H2O ở nhiệt độ cao: Mg, FeKhông phản ứng ở bất cứ điều kiện nào: Cu, Ag, Pt, Au,….222Al+ O2Al+ HClAl+ CuCl2Al+ NaOH+ H2O Al2O3 AlCl+ H2 AlCl3+ CuNaAlO2 + H24322623232322 2 3TÍNH CHẤT LÝ HOÁ HỌC CỦA NHÔM27H22Sơ đồ điện phân nhôm ôxit nóng chảy trong công nghiệp28TÍNH CHẤT HOÁ HỌC CỦA SẮTKim loại tác dụng với phi kimSắt cháy trong bình chứa CloSắt tác dụng với lưu huỳnh24Fe+ Cl2 FeCl3232Fe + S FeSFe + HClFe+ CuSO4Fe + H2SO4Sắt tác dụng với axitSắt tác dụng muốiTÍNH CHẤT LÝ HOÁ HỌC CỦA SẮT302SẢN XUẤT GANG VÀ THÉP TRONG CÔNG NGHIỆP31SỰ ĂN MÒN KIM LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP BẢO VỆ32III. CHƯƠNG III PHI KIMIII.1. Tính chất chung của phi kimIII.2. Tính chất lý hoá học của Clo, điều chế, ứng dụng-Clo tác dụng với phi kim33H2 + Cl2 HCl2HCl-Clo tác dụng với kim loạiCu + Cl2 CuCl2Fe + Cl2 FeCl322334Ứng dụng của Clo35Điều chế khí Clo trong phòng thí nghiệm HCl + MnO2 Cl2 + MnCl2 + H2O4236Sơ đồ điều chế khí Clo trong công nghiệpNaCl+ H2OH2 + Cl2 + NaOH22237III.3. Tính chất lý hóa học, điều chế cacbon và hợp chất của cacbon.Sự hấp phụ của cac bonCacbon cháy trong không khíC + O2 CO238Ca(OH)2Ca(OH)2Dd Ca(OH)2 vẩn đụcDd Ca(OH)2 vẩn đụcCuO+C Cu+CO2CuO+CO Cu+CO2CO2 +Ca(OH)2 CaCO3+H2OPhản ứng của C với CuOPhản ứng của CO với CuO3922CO2CuO+C(dư)CO2Phản ứng của CO2 với H2OPhản ứng của CO2 chữa cháyCO2+ H2O H2CO3Ngọn nến cháyNgọn nến tắt khi đổ CO2 vào40CO2CO2CO2Điều chế CO2 trong phòng thí nghiệmNhiệt phân NaHCO3 hoặc CaCO3HCl NaHCO3Na2CO3+CO2+H2ONaHCO3+HCl NaCl+ CO2 +H2OAxit tác dụng với muối cacbonat412CO2Chu trình cacbon trong tự nhiên4243Ứng dụng của ngành công nghiệp SilicatSànhSứĐồ gốmThuỷ tinh44Xi măng và sơ đồ sản xuất Clanhke45HỢP CHẤT HỮU CƠHợp chất hữu cơ có ở đâu?Hợp chất hữu cơ chứa nguyên tố nào?46Hidrocacbon no-MetanMô hình cấu tạp phân tử mêtan:Dạng rỗngDạng đặc47TÍNH CHẤT HOÁ HỌC CỦA METAN-Phản ứng cháy-Phản ứng thế:CH4+ O2 CO2+ H2OCH4+ Cl2CH3Cl+HCl4822HClCH3ClETYLENMô hình cấu tạo của phân tử C2H4Dạng rỗngDạng đặcTính chất hoá học của C2H449CH2=CH2 + Br-Br CH2Br-CH2BrC2H4AXETILENMô hình cấu tạo của phân tử C2H2Tính chất hoá học và điều chế C2H250C2H2C2H2C2H2CaC2+ H2O C2H2+ Ca(OH)22C2H2+ Br2 C2H2Br42BENZENMô hình cấu tạo của phân tử C6H6Dạng rỗngDạng đặcTính chất lý hoá học của C6H651C6H5BrHBrHBrHBrH2O-Benzen có tan trong nước không?C6H5Br (lỏng)+HBr(khí)-Benzen + BromSỰ PHÂN BỐ DẦU MỎ Ở VIỆT NAM52DẨU MỎ TRONG LÒNG ĐẤTSƠ ĐỒ CHƯNG CẤT DẦU MỎ VÀ ỨNG DỤNG CỦA DẦU MỎ5354Metan có ở đâu và hàm lượng như thế nào?-Mê tan(phần màu vàng) có trong biểu đồ nào lớn hơn?-Metan được lấy từ những nguồn nào?-Các nguồn đó có hàm lượng là bao nhiêu %CH4?1- Khí thiên nhiên2- Khí mỏ dầu95%75%Năng suất toả nhiệt55RƯỢU ETYLICCấu tạo của phân tử C2H5OHTính chất lý hoá học của C2H5OH56C2H5OH + Na C2H5ONa + H222 245 ml rượu nguyên chấtPha rượu 45 độPhản ứng của rượu với natriH257AXIT AXETICCấu tạo của phân tử CH3COOHTính chất lý hoá học của CH3COOH– Có đầy đủ tính chất của một axit tương tự HCl nhưng mức độ yếu hơn-Tác dụng với rượu etylic. + Thí nghiệm + Phương trìnhCH3COOH + C2H5OHCH3COOC2H5 + H2O58CH3COOC2H559CHẤT BÉO-Tính tan của chất béo-Chất béo trong thiên nhiên + Chất béo nhẹ hơn nước và không tan trong nước+ Có nhiều trong dầu mỡ động thực vật. + Sự tiêu hoá chất béo sinh ra nguồn năng lượng lớn.60Năng lượng sinh ra khi tiêu hoá các chất61-Các chất cần thiết cho cơ thể con người là các loại nào?Tinh bộtChất đạmChất béoChất khoángCác loại vitamin,…-Biểu đồ sau cho biết năng lượng sinh ra khi tiêu hoá 1 gam của những chất quan trọng nào?-Chất nào giàu năng lượng nhất, nghèo năng lượng nhất?626364TINH BỘT VÀ XENLULOZƠPhản ứng của hồ tinh bột với Iot65ỨNG DỤNG CỦA XENLULOZƠ66CHẤT DẺO67
№ 116 – Bảo Toàn Moment Động Lượng Trong Chuyển Động Quay – Vật Lý Mô Phỏng
Mục đích thí nghiệm
Thí nghiệm này giúp nghiệm lại định luật cơ bản nhất trong chuyển động quay của hệ vật cô lập: Định luật bảo toàn moment động lượng. Bên cạnh đó, ta cũng có thể kiểm tra lại phép bảo toàn cơ năng trong va chạm đàn hồi của sự quay.
Định luật cơ bản của sự quay
Để nói về định luật cơ bản của sự quay, ta thiết lập thí nghiệm bố trí như hình 1, với đối tượng khảo sát là hai đĩa quay có cùng trục quay. Mỗi đĩa vốn có thể quay độc lập không ảnh hưởng lên đĩa còn lại. Gọi đĩa trên là đĩa 1, đĩa dưới là đĩa 2.
Ma sát trên ổ bi trục quay được hạn chế còn rất nhỏ. Nếu đẩy nhẹ một đĩa, chẳng hạn đĩa trên, nó có thể duy trì sự quay trong thời gian dài với mất mát đủ nhỏ có thể bỏ qua. Ta nói rằng moment động lượng L_1 của đĩa được bảo toàn:
L_1=I_1omega_1=mathrm{const},
trong đó I_1 là moment quán tính của đĩa 1, omega_1 là vận tốc góc của nó. Quả thực, bản thân đĩa 1 là vật cô lập về phương diện tác dụng lực: cả trọng lực lẫn phản lực tác dụng lên đĩa đều có điểm đặt trên trục quay và không sinh ra moment lực. Sự bảo toàn moment động lượng trên chỉ một đĩa như thế rất dễ kiểm tra.
Tình huống phức tạp hơn xảy ra khi hệ quay xảy ra tương tác bên trong. Chúng ta xét hệ cô lập cấu thành từ cả hai đĩa. Lúc này hệ không còn là một vật cứng nữa mà cấu thành từ nhiều thành phần chuyển động tương đối với nhau. Nhưng dù phức tạp đến mấy, định luật bảo toàn moment động lượng đã khẳng định rằng tổng moment động lượng của hệ đĩa luôn được bảo toàn:
L_1+L_2=I_1omega_1+I_2omega_2=mathrm{const}.
Tương tác diễn ra bên trong hệ nói trên được thực hiện thông qua va chạm giữa hai đĩa. Mỗi đĩa gắn thêm một “mấu va chạm” ở rìa (hình 1), sao cho khi quay các đĩa không còn tự do mà ảnh hưởng lẫn nhau. Có hai trường hợp đặc biệt:
– Va chạm tuyệt đối đàn hồi. Khi va chạm, động năng dần chuyển sang thế năng của biến dạng trên hai mấu va chạm, rồi chuyển ngược lại thành động năng khi hai mấu xô đẩy nhau ra. – Va chạm tuyệt đối không đàn hồi, còn gọi vắn tắt là va chạm mềm. Sau va chạm, toàn bộ mọi chuyển động tương đối giữa các thành phần của hệ hoàn toàn bị triệt tiêu, có nghĩa hai đĩa cùng quay như một khối thống nhất. Cơ năng trong va chạm này không được bảo toàn. Phần động năng của chuyển động tương đối hoàn toàn bị chuyển hoá thành nhiệt.
Dù trường hợp nào đi nữa, mặc cho cơ năng có bảo toàn hay không, tổng moment động lượng trước và sau va chạm vẫn không thay đổi:
I_1omega_1+I_2omega_2=I_1omega_1^{prime}+I_2omega_2^{prime}.
Ta có thể tính toán trạng thái của hệ sau va chạm nhờ vận dụng những tính chất ấy.
Va chạm đàn hồi
Ngoài sự bảo toàn moment động lượng, cơ năng cũng được bảo toàn. Từ đó hình thành hệ phương trình:
begin{aligned}I_1omega_1+I_2omega_2&=I_1omega_1^{prime}+I_2omega_2^{prime},\frac{1}{2}I_1omega_1^2+frac{1}{2}I_2omega_2^2&=frac{1}{2}I_1omega_1^{prime 2}+frac{1}{2}I_2omega_2^{prime 2}.end{aligned}
Giải hệ phương trình thu được:
omega_1^{prime}=frac{2I_2omega_2+(I_1-I_2)omega_1}{I_1+I_2},tag{1}
omega_2^{prime}=frac{2I_1omega_1+(I_2-I_1)omega_2}{I_1+I_2}.tag{2}
Một trường hợp rất đặc biệt của tương tác đàn hồi là khi ta ép hai đĩa vào nhau, tạo thế năng tương tác giữa hai “mấu va chạm”, từ trạng thái đứng yên omega_1=omega_2=0 hai đĩa đẩy nhau ra và quay với vận tốc omega_1′ và omega_2′. Định luật bảo toàn moment động lượng vẫn tuân thủ nghiêm ngặt:
0=I_1omega_1^{prime}+I_2omega_2^{prime},
hay
frac{omega_1^{prime}}{omega_2^{prime}}=-frac{I_2}{I_1}.tag{3}
Va chạm mềm
Trường hợp này chỉ có định luật bảo toàn moment động lượng được vận dụng, kết hợp dữ kiện toàn bộ hệ hai đĩa kết thành một khối thống nhất sau va chạm và có cùng vận tốc góc omega^{prime}:
I_1omega_1+I_2omega_2=(I_1+I_2)cdotomega^{prime}.
Suy ra:
omega^{prime}=frac{I_1omega_1+I_2omega_2}{I_1+I_2}.tag{4}
Những loại va chạm trung gian giữa tuyệt đối đàn hồi và tuyệt đối không đàn hồi chúng ta tạm thời không xét đến.
Nguyên lý phép đo
Trong thí nghiệm này ta sẽ khảo sát va chạm giữa hai đĩa trong hình 1. Hai cảm biến quang học đặt sát rìa các đĩa quay ở hai bên có vai trò trong việc đo các vận tốc quay omega_1, omega_2 trước va chạm và đo omega_1^{prime}, omega_2^{prime} sau va chạm. Mỗi khi lá cờ hiệu quét qua cảm biến, vận tốc góc sẽ được đo đạc và truyền về máy tính. Có được giá trị thực nghiệm, ta có thể so sánh với kết quả tính bằng công thức lý thuyết (1), (2), (3) và (4).
Thí nghiệm va chạm đàn hồi và va chạm mềm tiến hành gần như tương tự nhau, chỉ khác nhau ở cách bố trí “mấu va chạm”. Trên mỗi mấu va chạm đính một viên nam châm. Muốn tạo nên va chạm đàn hồi, ta sắp đặt sao cho hai mấu đẩy nhau như hình 2. Còn muốn tạo va chạm mềm, ta làm cho chúng hút nhau như hình 3.
Có 4 trạng thái ban đầu dẫn đến va chạm của hai đĩa:
– Trường hợp 1: cả hai đĩa cùng lao đến về phía nhau – Trường hợp 2: đĩa 1 đứng yên còn đĩa 2 lao đến va chạm – Trường hợp 3: đĩa 2 đứng yên còn đĩa 1 lao đến va chạm – Trường hợp 4: cả hai đĩa bị ép vào nhau bằng tay rồi buông ra
Quán tính của mỗi đĩa có thể thay đổi được bằng cách thêm bớt các đĩa kim loại. Bản thân mỗi đĩa trần bằng nhựa đã có moment quán tính bằng 10^{-3},mathrm{kgcdot m^2}, khi gắn thêm mỗi đĩa kim loại moment quán tính tăng thêm 10^{-3},mathrm{kgcdot m^2}. Cách tháo lắp đĩa kim loại miêu tả trong hình 4.
Quy trình thí nghiệm
Đầu tiên cần lấy thông tin về cấu trúc của mỗi đĩa quay từ giảng viên. Thêm bớt đĩa kim loại theo đúng yêu cầu đã cho. Đặt cảm biến E và F theo đúng miêu tả trên hình 1. Cảm biến E đặt bên phải, cắm vào CASSY ở cổng bên trái. Cảm biến F đặt bên trái, cắm vào CASSY ở cổng bên phải.
Chiều dương quy ước chọn theo hướng ngược chiều kim đồng hồ.
Thiết lập thí nghiệm
Khởi động phần mềm CASSY Lab 2, khai báo cổng đầu vào cho cảm biến như ô tròn màu đỏ hình 5.
Tại khung Settings (hình 6), khai báo 4 biến số cần đo là omega_1, omega_2, omega_1^{prime}, omega_2^{prime}, tương ứng với vận tốc góc của mỗi đĩa trước và sau va chạm.
Nhấp chuột vào biến số omega_1 để xuất hiện khung tuỳ chọn như hình 7. Cần thiết lập các tham số sau đây:
– Range: phạm vi cần đo chọn 5,mathrm{rad/s}. – Radius: chọn bán kính đĩa quay bằng 0.1,mathrm{m}. – Flag: chiều rộng của cờ hiệu, cũng là quãng đường mà đĩa sẽ quét qua tia hồng ngoại của cảm biến, thiết lập 17.5,mathrm{mm}.
Khảo sát va chạm đàn hồi
Sắp đặt sao cho hai mấu va chạm đẩy nhau như hình 2.
Lưu ý: mỗi đĩa sau va chạm chỉ được quét cờ hiệu của nó qua đúng 01 cảm biến E hoặc F. Nếu một đĩa nào đó chuẩn bị quét sang cảm biến thứ hai, cần ngăn nó lại bằng tay!
Ta tiến hành bốn trường hợp va chạm.
Trường hợp 1: cả hai đĩa cùng lao đến về phía nhau
– Trong mục Trolley Position before Impact của phần mềm CASSY Lab 2 chọn thứ tự bố trí 1-E-F-2 (approaching each other). – Đưa hai đĩa về vị trí ban đầu như hình dưới, theo đúng thứ tự 1-E-F-2 ngược chiều kim đồng hồ. – Bấm chuột vào nút rightarrow 0leftarrow để quy 0, cho phép thực hiện phép đo mới. – Dùng hai tay đồng thời đẩy hai đĩa về phía ngược nhau: đĩa 1 theo chiều dương, đĩa 2 theo chiều âm. – Ghi giá trị của omega_1 omega_2, omega_1^{prime}, omega_2^{prime} vào bảng 1.
Trường hợp 2: đĩa 1 đứng yên còn đĩa 2 lao đến va chạm
– Trong mục Trolley Position before Impact của phần mềm CASSY Lab 2 chọn thứ tự bố trí E-1-F-2 (trolley 1 at rest). – Đưa hai đĩa về vị trí ban đầu như hình dưới, theo đúng thứ tự E-1-F-2 ngược chiều kim đồng hồ. – Bấm chuột vào nút rightarrow 0leftarrow để quy 0, cho phép thực hiện phép đo mới. – Đẩy nhẹ đĩa 2 về phía chiều âm cho va chạm với đĩa 1 đang đứng yên. – Ghi giá trị của omega_1, omega_2, omega_1^{prime}, omega_2^{prime} vào bảng 1.
Trường hợp 3: đĩa 2 đứng yên còn đĩa 1 lao đến va chạm
– Trong mục Trolley Position before Impact của phần mềm CASSY Lab 2 chọn thứ tự bố trí 1-E-2-F (trolley 2 at rest). – Đưa hai đĩa về vị trí ban đầu như hình dưới, theo đúng thứ tự 1-E-2-F ngược chiều kim đồng hồ. – Bấm chuột vào nút rightarrow 0leftarrow để quy 0, cho phép thực hiện phép đo mới. – Đẩy nhẹ đĩa 1 về phía chiều dương cho va chạm với đĩa 2 đang đứng yên. – Ghi giá trị của omega_1, omega_2, omega_1^{prime}, omega_2^{prime} vào bảng 1.
Trường hợp 4: cả hai đĩa bị ép vào nhau bằng tay rồi buông ra
– Trong mục Trolley Position before Impact của phần mềm CASSY Lab 2 chọn thứ tự bố trí E-1-2-F (explosion). – Đưa hai đĩa về vị trí ban đầu như hình dưới, theo đúng thứ tự E-1-2-F ngược chiều kim đồng hồ. – Bấm chuột vào nút rightarrow 0leftarrow để quy 0, cho phép thực hiện phép đo mới. – Dùng hai tay ép nhẹ hai đĩa vào với nhau, sau đó đột ngột thả hai tay ra cho hai đĩa xô đẩy nhau. – Ghi giá trị của omega_1, omega_2, omega_1^{prime}, omega_2^{prime} vào bảng 1.
Khảo sát va chạm mềm
Sắp đặt sao cho hai mấu va chạm hút nhau như hình 3. Ta tiến hành hai trường hợp va chạm.
Trường hợp 1: đĩa 1 đứng yên còn đĩa 2 lao đến va chạm
– Trong mục Trolley Position before Impact của phần mềm CASSY Lab 2 chọn thứ tự bố trí E-1-F-2 (trolley 1 at rest). – Đưa hai đĩa về vị trí ban đầu như hình dưới, theo đúng thứ tự E-1-F-2 ngược chiều kim đồng hồ. – Bấm chuột vào nút rightarrow 0leftarrow để quy 0, cho phép thực hiện phép đo mới. – Đẩy nhẹ đĩa 2 về phía chiều âm cho va chạm với đĩa 1 đang đứng yên. – Ghi giá trị của omega_1, omega_2, omega_1^{prime}, omega_2^{prime} vào bảng 2.
Trường hợp 2: đĩa 2 đứng yên còn đĩa 1 lao đến va chạm
– Trong mục Trolley Position before Impact của phần mềm CASSY Lab 2 chọn thứ tự bố trí 1-E-2-F (trolley 2 at rest). – Đưa hai đĩa về vị trí ban đầu như hình dưới, theo đúng thứ tự 1-E-2-F ngược chiều kim đồng hồ. – Bấm chuột vào nút rightarrow 0leftarrow để quy 0, cho phép thực hiện phép đo mới. – Đẩy nhẹ đĩa 1 về phía chiều dương cho va chạm với đĩa 2 đang đứng yên. – Ghi giá trị của omega_1, omega_2, omega_1^{prime}, omega_2^{prime} vào bảng 2.
Xử lý dữ liệu
Từ bảng 1 tính giá trị lý thuyết của vận tốc các đĩa sau va chạm trong 3 trường hợp đầu theo công thức (1), (2):
begin{aligned}omega_1^{prime}&=frac{2I_2omega_2+(I_1-I_2)omega_1}{I_1+I_2},\omega_2^{prime}&=frac{2I_1omega_1+(I_2-I_1)omega_2}{I_1+I_2}.end{aligned}
Còn trường hợp thứ tư cần kiểm tra sự đúng đắn của hệ thức (3):
frac{omega_1^{prime}}{omega_2^{prime}}=-frac{I_2}{I_1}.
Từ bảng 2 tính giá trị lý thuyết của vận tốc các đĩa sau va chạm theo công thức (4):
omega_1^{prime}=omega_2^{prime}=frac{I_1omega_1+I_2omega_2}{I_1+I_2}.
So sánh kết quả lý thuyết với thực nghiệm.
Bài Tập Trắc Nghiệm Vật Lý Lớp 11 Định Luật Khúc Xạ Ánh Sáng
Bài tập trắc nghiệm Vật Lí lớp 11 Định luật khúc xạ ánh sáng
Câu 1. Khi nói về chiết suất của môi trường. Phát biểu nào sau đây là đúng?
A. chiết suất tỉ đối của môi trường chiết quang lớn hơn so với môi trường chiết quang nhỏ thì nhỏ hơn đơn vị
B. Môi trường chiết quang kém có chiết suất tuyệt đối nhỏ hơn 1
C. Chiết suất tỉ đối của môt trường 2 so với môi trường 1 bằng tỉ số chiết suất tuyệt đối n2 của môi trường 2 với chiết suất tuyệt đối n1 của môi trường 1
D. Chiết suất tỉ đối của 2 mô trường luôn lớn hơn đơn vị vì tốc độ ánh sáng trong chân không là tốc độ lớn nhất
Câu 2. Nước và thuỷ tinh có chiết suất lần lượt là n1 và n2. Chiết suất tỉ đối giữa thuỷ tinh và nước là
Câu 3. Khi chiếu ánh sáng từ không khí vào nước thì
A. góc khúc xạ luôn nhỏ hơn góc tới
B. góc khúc xạ luôn lớn hơn góc tới
C. góc khúc xạ luôn bằng góc tới
D. khi góc tới tăng thì góc khúc xạ giảm
Câu 4. Chiếu một tia sáng đơn sắc đi từ không khí vào môi trường có chiết suất n với góc tới i. Tia phản xạ vuông góc với tia khúc xạ. hệ thức nào sau đây là đúng?
A. sini=n B. sini=1/n C. tani=n D. tani=1/n
Câu 5. Chiếu một tia sáng đơn sắc đi từ không khí vào môi trường có chiết suất n với góc tời I có tani=n. Mối quan hệ giữa tia phản xạ và tia khúc xạ nào sau đây là đúng?
A. song song B. hợp với nhau góc 60 o
C. vuông góc D. hợp với nhau góc 30 o
Câu 6. Một bể chứa có thành cao 80cm và đấy phẳng dài 120cm. Biết độ cao mực nước trong bể là 60cm, chiết suất của nước là 4/3. Ánh nắng chiếu theo phương nghiêng góc 30 o so với phương ngang thì độ dài bóng của thành bể tạo được ở đáy bể là
A. 85,9cm B. 34,6cm C. 63,7cm D. 44,4cm
Câu 7. Một điểm sáng S nằm trong chất lỏng có chiết suất n, cách mặt chất lỏng một đoạn 12cm, phát ra chum ánh sáng hẹp đến gắp mặt phân cách với không khí tại điểm I với góc tới rất nhỏ, tia ló truyền theo phương IR. Đặt mắt trên phương IR nhìn thấy ảnh ảo S’của S dường như cách mặt chất lỏng một khoảng 10cm. chiết suất của chất lỏng đó là
A. 1,12 B. 1,2 C.1,33 D. 1,4
Câu 8. Một người nhìn một hòn sỏi nhỏ S nằm ở đáy một bể nước sâu 1,2m theo phương gần vuông góc với mặt nước. Biết chiết suất của nước là 4/3. Người này thấy ảnh S’ của S nằm cách mặt nước một khoảng bằng
A. 1,5m B. 80cm C.90cm D. 10dm
Câu 9. Một người nhìn một hòn sỏi nhỏ S nằm cách đáy một bể nước sau theo phương gần vuông góc với mặt nước. Người này thấy ảnh S’ của S nằm cách mặt nước một khoảng bằng 1,2m. Biết chiết suất của nước là 4/3. Độ sâu của nước trong bể là
A.90cm B.10dm C.16dm D. 1,8m
Câu 10. Một tấm thuỷ tinh có hai mặt giới hạn là hai mặt phẳng song song với nhau ( gọi là bản mặt song song), bề dày của nó là 10cm, chiết suất là 1,5 được đặt trong không khí. Chiếu tới một mặt của bản mặt song song một tia sáng có góc tới bằng 45 o, khi đó tia ló khỏi bản sẽ đi ra mặt còn lại. Phương của tia ló có đặc điểm nào sau đây?
A. Tia ló hợp với tia tới một góc 45 o
B. Tia ló vuông góc với tia tới
C. Tia ló song song với tia tới
D. Tia ló vuông góc với bản mặt song song
Câu 11. Một bản mặt song song có bề dày 10cm, chiết suất n=1,5 được đặt trong không khí. Chiếu tới bản một tia sáng với góc tời bằng 45 o. Khoảng cách giữa phương của tia tới và tia ló là
A. 6,16cm B. 4,15cm C. 3,25cm D. 3,29cm
Câu 12. Một bản mặt song song có bề dày 6cm, chiết suất n=1,5 được đặt trong không khí. Ảnh S’ của S qua bản mặt song song cách S một đoạn
A. 1cm B. 2cm C. 3cm D. 4cm
Câu 13. Một bản mặt song song có bề dày 6cm, chiết suất n=1,5 được đặt trong không khí.Điểm sáng S cách bản 20cm. Ảnh S’ của S qua bản mặt song song cách S một đoạn
A.10cm B.14cm C 1 8cm D.22cm
Hướng dẫn giải và đáp án
Câu 4: C
Sini=nsinr, mà sini=cosi ( do tia phản xạ vuông góc với tia khúc xạ)
Tương tự Câu 4
Câu 6: A
CH=CO+OH=85,9cm
Tương tự câu 7: h’=h/n=1,2.3/4=0,9m
Câu 9: C
Tương tự câu 7: h=h’.n=1,2.4/3=1,6m
Câu 10: C
Tương tự câu 12:
S’Q=SQ-SS’=20-2=18cm
Cập nhật thông tin chi tiết về № 219C – Kiểm Nghiệm Định Luật Charles – Vật Lý Mô Phỏng trên website 2atlantic.edu.vn. Hy vọng nội dung bài viết sẽ đáp ứng được nhu cầu của bạn, chúng tôi sẽ thường xuyên cập nhật mới nội dung để bạn nhận được thông tin nhanh chóng và chính xác nhất. Chúc bạn một ngày tốt lành!