Khi nghiên cứu một các đầy đủ, chi tiết về môn Vật lý có rất nhiều câu hỏi được đặt ra như: Khi tiến hành đo một đại lượng vật lý, ta cần quan tâm đến đơn vị nào? Có những loại đơn vị nào? Ngoài ra, không có phép đo nào có thể cho ta kết quả thực của đại lượng cần đo mà luôn có sai số. Ta có thể gặp phải những loại sai số nào và cách hạn chế chúng ra sao?
Nội dung bài học này sẽ giúp các em trả lời các câu hỏi trên, cũng như làm quen với các phương pháp thực nghiệm Vật lý, biết cách tiến hành phép đo các đại lượng vật lý đặc trưng cho hiện tượng, xác định mối liên hệ giữa chúng, từ đó rút ra quy luật vật lý.
Mời các em cùng nhau nghiên cứu Bài 3: Đơn vị và sai số trong Vật Lý lớp 10 chương trình SGK Chân trời sáng tạo được DapAnHay trình bày dưới đây:
a. Hệ đơn vị SI, đơn vị cơ bản và đơn vị dẫn xuất
- Trong chương trình môn Khoa học tự nhiên ở Trung học Cơ sở, các em đã tìm hiểu một số đại lượng vật lí như: khối lượng, chiều dài, thời gian, diện tích, thể tích, áp suất, nhiệt độ,... và cũng đã thực hành đo từ lớp 6. Kết quả của phép đo bao gồm hai thông tin: số do cho biết giá trị của đại lượng đang xét và đơn vị của số đo.
- Tập hợp của đơn vị được gọi là hệ đơn vị. Trong khoa học Có rất nhiều hệ đơn vị được sử dụng, trong đó thông dụng nhất là hệ đơn vị đo lường quốc tế SI (Système International dunités) được xây dựng trên cơ sở của 7 đơn vị cơ bản (Bảng 3.1).
Bảng 3.1. Các đơn vị cơ bản trong hệ SI
STT | Đơn vị | Kí hiệu | Đại lượng |
1 | mét | m | Chiều dài |
2 | kilogam | kg | Khối lượng |
3 | giây | s | Thời gian |
4 | kelvin | K | Nhiệt độ |
5 | ampe | A | Cường độ dòng điện |
6 | mol | mod | Lượng chất |
7 | candela | cd | Cường độ ánh sáng |
- Khi số đo của đại lượng đang xem xét là một bội số hoặc ước số thập phân của mười, ta có thể sử dụng tiếp đâu ngữ như trong Bảng 3.2 ngay trước đơn vị để phần số đo được trình bày ngắn gọn.
Bảng 3.2. Tên và kí hiệu tiếp đấu ngữ của
Kí hiệu | Tên đọc | Hệ số | Kí hiệu | Tên đọc | Hệ số |
Y | yotta | 1024 | y | yokto | 10-24 |
Z | zetta | 1021 | z | zepto | 10-21 |
E | eta | 1028 | a | atto | 10-18 |
P | peta | 1015 | f | femto | 10-15 |
T | tera | 1012 | P | pico | 10-12 |
G | giga | 109 | n | nano | 10-9 |
M | mega | 106 | \(\mu \) | micro | 10-6 |
k | kilo | 103 | m | mili | 10-3 |
h | hecto | 102 | c | centi | 10-2 |
da | deka | 101 | d | deci | 10-1 |
Ví dụ: Ta có thể viết quãng đường từ Thành phố Hồ Chí Minh đến Thủ đô Hà Nội là khoảng 1730 km thay vì 1730.103 m, hoặc khối lượng trung bình của một con muỗi có thể được viết là 2 mg thay vì 2-10-3g.
- Ngoài 7 đơn vị cơ bản, những đơn vị còn lại được gọi là đơn vị dẫn xuất. Mọi đơn vị dẫn xuất đều có thể phân tích thành các đơn vị cơ bản dựa vào mối liên hệ giữa các đại lượng tương ứng.
b. Thứ nguyên
- Thử nguyên của một đại lượng là quy luật nêu lên sự phụ thuộc của đơn vị đo đại lượng đó vào các đơn vị cơ bản.
- Thứ nguyên của một đại lượng X được biên diễn dưới dạng [X]. Thứ nguyên của một số đại lượng cơ bản thường sử dụng được thể hiện trong Bảng 3.3.
Bảng 3.3. Thứ nguyên của một số đại lượng cơ bản
Đại lượng cơ bản | Thứ nguyên |
[Chiều dài] | L |
[Khối lượng] | M |
[Thời gian] | T |
[Cường độ dòng điện] | I |
[Nhiệt độ] | K |
Một đại lượng vật lí có thể được biểu diễn bằng nhiều đơn vị khác nhau nhưng chỉ có một thử nguyên duy nhất. Một số đại lượng vật lí có thể có cùng thứ nguyên.
Ví dụ:
- Toạ độ, quãng đường đi được có thể được biểu diễn bằng đơn vị mét, cây số, hải lý, feet, dặm,... nhưng chỉ có một thứ nguyên L.
- Tốc độ, vận tốc có thể được biểu diễn bằng đơn vị m/s, km/h, dặm/giờ nhưng chỉ có một thứ nguyền L.T-1.
Lưu ý: Trong các biểu thức vật lí:
- Các số hạng trong phép cộng (hoặc trừ) phải có cùng thứ nguyên.
- Hai vế của một biểu thức vật lí phải có cùng thử nguyên.
c. Vận dụng mối liên hệ giữa đơn vị dẫn xuất với 7 đơn vị cơ bản của hệ SI
Ví dụ: Để xác định quãng đường đi được s của một chất điểm chuyển động thẳng đều, một bạn học sinh đã viết thời gian như sau: s = \(\alpha \).v.t2 với v và t lần lượt là vận tốc và thời gian, \(\alpha \) là hằng số không thử nguyên. Dựa vào việc xác định thử nguyên, em hãy cho biết công thức trên là đúng hay sai.
Bài giải
- Thử nguyên của các đại lượng s, v và t lần lượt là L, L.T-1 và T.
- Từ đó, ta thấy vế trái của công thức trên có thứ nguyên L trong khi vế phải lại có thứ nguyên L.T.
- Do 2 vế của công thức không cùng thử nguyên nên bạn học sinh chưa đưa ra được Công thức chính xác.
- Dựa vào phân tích thử nguyên, ta cần sửa lại công thức chính xác như sau: s = \(\alpha \).v.t
- Trong hệ SI, s, v và t lần lượt có đơn vị là m, m.s-1, s.
a. Các phép đo trong Vật lí
Hình 3.1. a) Bình chia độ b) Cân
- Phép đo các đại lượng vật lí là phép so sánh chúng với đại lượng cùng loại dược quy ước làm đơn vị.
+ Phép đo trực tiếp: giá trị của đại lượng cần đo được đọc trực tiếp trên dụng cụ đo (ví dụ như đo khối lượng bằng cân, đo thể tích bằng bình chia độ).
+ Phép đo gián tiếp: giá trị của đại lượng cần đo được xác định thông qua các đại lượng được đo trực tiếp (ví dụ như đo khối lượng riêng).
b. Các loại sai số của phép đo
Hình 3.2. Một số nguyên nhân gây ra sai số khi đo
- Trong quá trình thực hiện phép đo, chúng ta không thể tránh khỏi sự chênh lệnh giữa giá trị thật và số đo giá trị đo được). Độ chênh lệch này gọi là sai số.
- Như vậy, mọi phép đo đều tồn tại sai số. Nguyên nhân gây ra sai số là do giới hạn về độ chính xác của dụng cụ đo, do kĩ thuật đo, quy trình đo, chủ quan của người đo,...
- Xét theo nguyên nhân thì sai số của phép đo được phân thành hai loại là sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên.
+ Sai số hệ thống là sai số có tính quy luật và được lặp lại ở tất cả các lần đo. Sai số hệ thống làm cho giá trị đo tăng hoặc giảm một lượng nhất định so với giá trị thực.
+ Sai số ngẫu nhiên là sai số xuất phát từ sai sót, phản xạ của người làm thí nghiệm hoặc từ những yếu tố ngẫu nhiên bên ngoài. Sai số này thường có nguyên nhân không rõ ràng và dẫn đến sự phân tán của các kết quả đo xung quanh một giá trị trung bình.
c. Cách biểu diễn sai số của phép đo
- Khi tiến hành đo đạc, giá trị x của một đại lượng vật lí thường được ghi dưới dạng \(x = \overline x + \Delta x\) (3.1) với \(x = \overline x + \Delta x\) là giá trị trung bình của đại lượng cần đo khi tiến hành phép đo nhiều lần \(\overline x = \frac{{{x_1} + {x_2} + ... + {x_n}}}{n}\) (3.2)
- Giá trị trung bình có thể xem là giá trị gần đúng nhất với giá trị thật của đại lượng vật li cần đo.
- Sai số của phép đo có thể biểu diễn dưới dạng:
+ Sai số tuyệt đối là \(\Delta x\) trong công thức (3.1).
+ Sai số tương đối được xác định bằng tỉ số giữa sai số tuyệt đối và giá trị trung bình của đại lượng cần đo theo công thức: \(\delta x = \frac{{\Delta x}}{{\overline x }}.100\% \) (3.6)
d. Cách xác định sai số trong phép đo gián tiếp
- Trong đa số trường hợp, một đại lượng cần đo (có giá trị F) được xác định gián tiếp thông qua việc đo trực tiếp những đại lượng khác (có giá trị x, y, z,...).
- Ví dụ: Khối lượng riêng được xác định bằng thương số của khối lượng và thể tích, chu vi hình chữ nhật được xác định bằng hai lần tổng của hai cạnh liên tiếp.
- Nguyên tắc xác định sai số trong phép đo gián tiếp như sau:
+ Sai số tuyệt đối của một tổng hay hiệu bằng tổng sai số tuyệt đối của các số hạng:
+ Sai số tương đối của một tích hoặc thương bằng tổng sai số tương đối của các thừa số:
Bài 1: Khi tiến hành đo đại lượng vật lý ta cần quan tâm đến những loại đơn vị nào?
Hướng dẫn giải
Các đơn vị cơ bản trong hệ SI
STT | Đơn vị | Kí hiệu | Đại lượng |
1 | mét | m | Chiều dài |
2 | kilogam | kg | Khối lượng |
3 | giây | s | Thời gian |
4 | kelvin | K | Nhiệt độ |
5 | ampe | A | Cường độ dòng điện |
6 | mol | mod | Lượng chất |
7 | candela | cd | Cường độ ánh sáng |
Bài 2: Dùng một thước milimet đo 5 lần khoảng cách s giữa hai điểm A,B đều cho một giá trị như nhau bằng 798mm. Tính sai số phép đo này và viết kết quả đo.
Hướng dẫn giải:
Lập bảng giá trị, ta được:
Lần đo | \({s_i}\) (mm) | \(\Delta {s_i}\) (mm) | \(\Delta s'\)(mm) |
1 | 798 | 0 |
|
2 | 798 | 0 |
|
3 | 798 | 0 |
|
4 | 798 | 0 |
|
5 | 798 | 0 |
|
Trung bình | 798 | 0 | 1 |
Ta có: \(\overline s = \dfrac{{{s_1} + {s_2} + ... + {s_5}}}{5} = 798mm\)
Sai số ngẫu nhiên: \(\overline {\Delta s} = 0mm\)
Sai số dụng cụ: \(\Delta s' = 1mm\)
→ Sai số của phép đo: \(\Delta s = \overline {\Delta s} + \Delta s' = 0 + 1 = 1mm\)
Kết quả đo: \(s = \overline s \pm \Delta s = 798 \pm 1\left( {mm} \right)\)
Bài 3: Hãy phân biệt phép đo gián tiếp và phép đo trực tiếp?
Hướng dẫn giải
- Phép đo trực tiếp: giá trị của đại lượng cần đo được đọc trực tiếp trên dụng cụ đo (ví dụ như đo khối lượng bằng cân, đo thể tích bằng bình chia độ).
- Phép đo gián tiếp: giá trị của đại lượng cần đo được xác định thông qua các đại lượng được đo trực tiếp (ví dụ như đo khối lượng riêng).
Sau bài học này, học sinh sẽ nắm được:
- Đơn vị và thứ nguyên
- Các loại sai số đơn giản và cách hạn chế.
Các em có thể hệ thống lại nội dung kiến thức đã học được thông qua bài kiểm tra Trắc nghiệm Vật Lý 10 CTST Bài 3 cực hay có đáp án và lời giải chi tiết.
Dùng một thước chia độ đến milimét để đo khoảng cách l giữa hai điểm A, B và có kết quả đo là 600 mm. Lấy sai số dụng cụ là một độ chia nhỏ nhất. Cách ghi nào sau đây không đúng với số chữ số có nghĩa của phép đo?
Dùng một thước có chia độ đến milimét đo 5 lần khoảng cách d giữa hai điểm A và B đều cho cùng một giá trị là 1,345 m. Lấy sai số dụng cụ là một độ chia nhỏ nhất. Kết quả đo được viết là
Dùng thước thẳng có giới hạn đo là 15cm và độ chia nhỏ nhất là 0,5cm để đo chiều dài chiếc bút máy. Nếu chiếc bút có độ dài cỡ 15cm thì phép đo này có sai số tuyệt đối và sai số tỷ đối là
Câu 4-10: Mời các em đăng nhập xem tiếp nội dung và thi thử Online để củng cố kiến thức về bài học này nhé!
Các em có thể xem thêm phần hướng dẫn Giải bài tập Vật Lý 10 CTST Bài 3để giúp các em nắm vững bài học và các phương pháp giải bài tập.
Giải câu hỏi 1 trang 15 SGK Vật Lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST
Giải câu hỏi 2 trang 16 SGK Vật Lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST
Giải câu hỏi 3 trang 16 SGK Vật Lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST
Luyện tập trang 17 SGK Vật Lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST
Vận dụng trang 17 SGK Vật Lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST
Giải câu hỏi 4 trang 18 SGK Vật Lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST
Giải câu hỏi 5 trang 19 SGK Vật Lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST
Giải câu hỏi 6 trang 19 SGK Vật Lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST
Giải câu hỏi 7 trang 19 SGK Vật Lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST
Luyện tập trang 20 SGK Vật Lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST
Vận dụng trang 20 SGK Vật Lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST
Luyện tập trang 21 SGK Vật Lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST
Vận dụng trang 22 SGK Vật Lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST
Giải bài 1 trang 23 SGK Vật Lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST
Giải bài 2 trang 23 SGK Vật Lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST
Trong quá trình học tập nếu có thắc mắc hay cần trợ giúp gì thì các em hãy comment ở mục Hỏi đáp, Cộng đồng Vật lý DapAnHay sẽ hỗ trợ cho các em một cách nhanh chóng!
Chúc các em học tập tốt và luôn đạt thành tích cao trong học tập!
-- Mod Vật Lý 10 DapAnHay
Dùng một thước chia độ đến milimét để đo khoảng cách l giữa hai điểm A, B và có kết quả đo là 600 mm. Lấy sai số dụng cụ là một độ chia nhỏ nhất. Cách ghi nào sau đây không đúng với số chữ số có nghĩa của phép đo?
Dùng một thước có chia độ đến milimét đo 5 lần khoảng cách d giữa hai điểm A và B đều cho cùng một giá trị là 1,345 m. Lấy sai số dụng cụ là một độ chia nhỏ nhất. Kết quả đo được viết là
Dùng thước thẳng có giới hạn đo là 15cm và độ chia nhỏ nhất là 0,5cm để đo chiều dài chiếc bút máy. Nếu chiếc bút có độ dài cỡ 15cm thì phép đo này có sai số tuyệt đối và sai số tỷ đối là
Trong một bài thực hành, gia tốc rơi tự do được tính theo công thức \( g = \frac{{2h}}{{{t^2}}}\) . Sai số tỉ đối của phép đo trên tính theo công thức nào?
Chọn phát biểu sai ? Sai số dụng cụ có thể
Phép đo của một đại lượng vật lý
Để xác định tốc độ trung bình của một người đi xe đạp chuyển động trên đoạn đường từ A đến B, ta cần dùng dụng cụ đo là:
Để đo lực kéo về cực đại của một lò xo dao động với biên độ A ta chỉ cần dùng dụng cụ đo là:
Kết quả sai số tuyệt đối của một phép đo là 1,02. Số chữ số có nghĩa là:
Có mấy cách để đo các đại lượng vật lí?
Kể tên một số đại lượng vật lí và đơn vị của chúng mà các em đã được học trong môn Khoa học tự nhiên.
Phân biệt đơn vị và thứ nguyên trong Vật lí.
Phân tích thứ nguyên của khối lượng riêng ρ theo thứ nguyên của các đại lượng cơ bản. Từ đó cho biết đơn vị của ρ trong hệ SI.
Hiện nay có những đơn vị thường được dùng trong đời sống như picômét (pm), miliampe (mA) (ví dụ như kích thước của một hạt bui là khoảng 2,5 pm; cường độ dòng điện dùng châm cứu là khoảng 2 mA). Hãy xác định các đơn vị cơ bản và các tiếp đầu ngữ của 2 đơn vị trên.
Lực cản không khí tác dụng lên vật phụ thuộc vào vận tốc chuyển động theo công thức F = -k.v2 . Biết thứ nguyên của lực là M.L.T-2 . Xác định thứ nguyên và đơn vị của k trong hệ SI.
Với các dụng cụ là bình chia độ (ca đong) (Hình 3.1a) và cân (Hình 3.1b), đề xuất phương án đo khối lượng riêng của một quả cân trong phòng thí nghiệm.
Hình 3.1. a) Bình chia độ; b) Cân
Quan sát Hình 3.2 và phân tích các nguyên nhân gây ra sai số của phép đo trong các trường hợp được nêu.
Hình 3.2. Một số nguyên nhân gây ra sai số khi đo
Quan sát Hình 3.3, em hãy xác định sai số dụng cụ của hai thước đo.
Hình 3.3. Thước kẻ để đo chiều dài
Đề xuất những phương án hạn chế sai số khi thực hiện phép đo.
Để đo chiều dài của cây bút chì, em nên sử dụng loại thước nào trong Hình 3.3 để thu được kết quả chính xác hơn?
Một bạn chuẩn bị thực hiện đo khối lượng của một túi trái cây bằng cân như Hình 3.4. Hãy chỉ ra những sai số bạn có thể mắc phải. Từ đó, nêu cách hạn chế các sai số đó.
Hình 3.4. Cân đồng hồ
Giả sử chiều dài của hai đoạn thẳng có giá trị đo được lần lượt là a = 51 ± 1 cm và b = 49 ± 1 cm. Trong các đại lượng được tính theo các cách sau đây, đại lượng nào có sai số tương đối lớn nhất:
A. a + b
B. a – b
C. a x b
D. \(\frac{a}{b}\)
Bảng 3.4 thể hiện kết quả đo khối lượng của một túi trái cây bằng cân đồng hồ. Em hãy xác định sai số tuyệt đối ứng với từng lần đo, sai số tương đối của phép đo. Biết sai số dụng cụ là 0,1 kg.
Lần đo | m (kg) | \(\Delta \)m (kg) |
1 | 4,2 | - |
2 | 4,4 | - |
3 | 4,4 | - |
4 | 4,2 | - |
Trung bình | \(\overline m \) = ? | \(\overline {\Delta m} \) = ? |
Sai số tuyệt đối của phép đo: \(\Delta m = \overline {\Delta m} + \Delta {m_{dc}} = ?\)
Sai số tương đối của phép đo: \(\delta m = \frac{{\Delta m}}{{\overline m }}.100\% = ?\)
Kết quả phép đo: \(m = \overline m \pm \Delta m = ?\)
Hãy phân tích thứ nguyên và thiết lập mối quan hệ giữa các đại lượng khối lượng riêng ρ, công suất P, áp suất p với đơn vị cơ bản
Bảng 3P.1 thể hiện kết quả đo đường kính của một viên bi thép bằng thước kẹp có sai số dụng cụ là 0,02 mm. Tính sai số tuyệt đối và biểu diễn kết quả phép đo có kèm theo sai số.
Bảng 3P.1. Bảng số liệu đo đường kính viên bi thép
Lần đo | d (mm) | \(\Delta \)d (mm) |
1 | 6,32 | - |
2 | 6,32 | - |
3 | 6,32 | - |
4 | 6,32 | - |
5 | 6,34 | - |
6 | 6,34 | - |
7 | 6,34 | - |
8 | 6,34 | - |
9 | 6,32 | - |
Trung bình | \(\overline d \) = ? | \(\overline {\Delta d} = \) ? |
Họ và tên
Tiêu đề câu hỏi
Nội dung câu hỏi
0 Bình luận
Để lại bình luận
Địa chỉ email của hạn sẽ không được công bố. Các trường bắt buộc được đánh dấu *