Giải Lý 10 Chân trời sáng tạo Bài 3: Đơn vị và sai số trong vật lí

Giải Lý 10 Bài 3: Đơn vị và sai số trong vật lí CTST
Mở đầu trang 15 SGK Lý 10 CTST
Khi tiến hành đo một đại lượng vật lí, ta cần quan tâm đến đơn vị. Vậy, 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? Lời giải - Các loại đơn vị đo:
+ Đơn vị đo độ dài: m, km, cm, …
+ Đơn vị đo vận tốc, tốc độ: m/s, km/h, …
+ Đơn vị đo thời gian: giây, giờ, phút, …
+ Đơn vị đo lực: Niuton (N) …
- Các loại sai số có thể gặp: + Sai số ngẫu nhiên + Sai số hệ thống
- Cách hạn chế các loại sai số:
+ Khắc phục sai số ngẫu nhiên: thực hiện nhiều lần đo, lấy giá trị trung bình để hạn
chế sự phân tán của số liệu đo.
+ Khắc phục sai số hệ thống: thường xuyên hiệu chỉnh dụng cụ đo, sử dụng thiết bị
đo có độ chính xác cao.
1. Đơn vị và thứ nguyên trong Vật lí
Câu 1 trang 15 SGK Lý 10 CTST: 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. Lời giải
Một số đại lượng vật lí mà các em được học ở môn Khoa học tự nhiên
- Chiều dài: đơn vị mét
- Khối lượng: đơn vị kg
- Thời gian: đơn vị giây
- Nhiệt độ: đơn vị Kelvin
- Cường độ dòng điện: ampe
Câu 2 trang 16 SGK Lý 10 CTST: Phân biệt đơn vị và thứ nguyên trong Vật lí. Lời giải Đơn vị Thứ nguyên
- Đơn vị đo lường là đại lượng vật lý được
- Thứ nguyên của một đại lượng là quy
xác định làm đơn vị chuẩn và được dùng luật nêu lên sự phụ thuộc của đơn vị đo
thống nhất trong phạm vi cả nước theo
đại lượng đó vào các đơn vị cơ bản.
quy định của pháp luật hiện hành để xác đị
- Thứ nguyên của một đại lượng X được
nh trọng lượng, khối lượng, kích thước
biểu diễn dưới dạng [X].
hay trạng thái… của một sự vật, hiện tượng.
- Thứ nguyên là sự tổng quát hóa của
đơn vị, trong đó ta không còn coi trọng
- Đơn vị đo lường bao gồm các đơn vị cơ
đến sự thể hiện cụ thể của đơn vị nữa
bản, đơn vị dẫn xuất, đơn vị hợp pháp. Trong các đơn vị
mà chỉ xét đến bản chất của đơn vị đó.
đo có một số đơn vị mà độ
Thí dụ như km, inch, μm, dặm, hải lý là
lớn được chọn độc lập với những đơn vị các đơn vị
khác, đó là những đơn vị khác nhau nhưng chúng có cơ bản như: mét, giây, kilogam…
một bản chất chung, đó là khoảng cách
hay chiều dài, như vậy các đơn vị này
- Hệ thống đơn vị đo lường chính xác và có cùng thứ nguyên.
được sử dụng phổ biến nhất là hệ thống đo lườ
- [X] có thể được biểu diễn bằng một
ng quốc tế hay còn được gọi là hệ
đơn thức lập bởi tích của các thứ thống đo lường SI.
nguyên cơ bản với số mũ nào đó. Các Ví dụ:
số mũ này có thể dương hay âm. Cách
biểu diễn này được gọi là công thức thứ
+ Đơn vị của chiều dài là m, đơn vị thời nguyên. Ví dụ:
gian là s. Đơn vị dẫn xuất tốc độ là m/s.
Gia tốc là sự biến đổi của vận tốc trong
+ Đơn vị hợp pháp của tốc độ là m/s. một đơn vị thời gian: [gia tốc]
=[vận tốc]/[thời gian]=L.T−1/T=L.T-2
Câu 3 trang 17 SGK Lý 10 CTST: 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. Lời giải
- Ta có: Khối lượng của một mét khối một chất gọi là khối lượng riêng của chất đó (ρ).
[khối lượng riêng] = khối lượng/thể tích = M/L3=M.L3
- Đơn vị của ρ trong hệ SI là kg/m3.
Vận dụng mối liên hệ giữa đơn vị dẫn xuất với 7 đơn vị cơ bản của hệ SI
Luyện tập trang 17 SGK Lý 10 CTST: 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 bụi là khoảng 2,5 pm; cường độ dòng điện dùng trong châm cứu là khoảng
2 mA). Hãy xác định các đơn vị cơ bản và các tiếp đầu ngữ của 2 đơn vị trên. Lời giải
- Đơn vị cơ bản của kích thước là mét (m). 2,5 pm = 2,5.10-12 m.
- Đơn vị cơ bản của cường độ dòng điện là ampe (A). 2 mA = 2.10-3 A.
- Các tiếp đầu ngữ của 2 đơn vị trên là
Vận dụng trang 17 SGK Lý 10 CTST: Lực cản không khí tác dụng lên vật phụ
thuộc vào vận tốc chuyển động của vật 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. Lời giải
- Từ F = - k.v2 (dấu “-” thể hiện ngược chiều chuyển động).
Vận tốc có thứ nguyên là M.T-1 nên v2 có thứ nguyên là M2.T-2.
Thứ nguyên của k là M.L.T−2/M2.T−2=L
- Đơn vị của k trong hệ SI là mét (m).
2. Sai số trong phép đo và cách hạn chế
Câu hỏi 4 trang 18 SGK Lý 10 CTST: 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. Lời giải
- Ta có công thức tính khối lượng riêng: ρ = m/V. Vậy để đo được khối lượng riêng
của một quả cân ta thực hiện phép đo gián tiếp thông qua công thức liên hệ với các
đại lượng đo trực tiếp là khối lượng và thể tích của quả cân.
- Phương án đo khối lượng riêng của một quả cân trong phòng thí nghiệm như sau:
+ Bước 1: Đo khối lượng bằng cân, ta bấm ON/OFF để màn hình hiển thị, đặt quả
cân lên, đọc số hiện trên màn là khối lượng của quả cân.
+ Bước 2: Đo thể tích của quả cân bằng bình chia độ, đổ nước vào bình chia độ đến
một vạch xác định, ghi lại kết quả đó. Sau đó thả quả cân vào bình chia độ, ghi lại kết quả.
Vquả cân = Vnước + quả cân - Vnước
+ Bước 3: Áp dụng công thức tính khối lượng riêng ρ = m/V để tính khối lượng riêng của quả cân.
Câu hỏi 5 trang 19 SGK Lý 10 CTST: Quan sát Hình 3.2 và phân tích các nguyên
nhân gây ra sai số của phép đo trong các trường hợp được nêu. Lời giải
a) Nguyên nhân gây ra sai số trong trường hợp này là do kĩ thuật đo, đặt vật cần đo
chưa đúng cách. Sửa lại: đặt bút trùng với cạnh thước, một đầu bút thẳng với vạch chia số 0.
b) Nguyên nhân gây ra sai số trong trường hợp này là do chủ quan của người đo, đặt
mắt sai cách. Sửa lại: đặt mắt thẳng góc với thước.
c) Nguyên nhân gây ra sai số trong trường hợp này là do quy trình đo, chưa hiệu
chỉnh cân. Sửa lại: hiệu chỉnh kim chỉ thị về vạch số 0.
Câu hỏi 6 trang 19 SGK Lý 10 CTST: Quan sát Hình 3.3, em hãy xác định sai số
dụng cụ của hai thước đo. Lời giải
Sai số dụng cụ được xác định bằng nửa độ chia nhỏ nhất.
a) ĐCNN của thước là 1 cm. Sai số dụng cụ là 0,5 cm.
b) ĐCNN của thước là 0,1 cm. Sai số dụng cụ là 0,05 cm.
Câu hỏi 7 trang 19 SGK Lý 10 CTST: Đề xuất những phương án hạn chế sai số khi thực hiện phép đo. Lời giải
Phương án hạn chế sai số khi thực hiện phép đo là:
+ Thường xuyên hiệu chỉnh dụng cụ đo.
+ Sử dụng thiết bị đo có độ chính xác cao.
+ Thực hiện phép đo đúng kĩ thuật, đúng qui trình.
Bài tập trang 23 SGK Lý 10 CTST
Bài 1 trang 23 SGK Lý 10 CTST: Hãy phân tích thứ nguyên và thiết lập mối liên
hệ giữa đơn vị của các đại lượng khối lượng riêng ρ , công suất P , áp suất p với đơn vị cơ bản. Lời giải
Bài 2 trang 23 SGK Lý 10 CTST: 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,
sai số tương đối và biểu diễn kết quả phép đo có kèm theo sai số. Lời giải Lần đo d (mm) 1 6,32 0,01 2 6,32 0,01 3 6,32 0,01 4 6,32 0,01 5 6,34 0,01 6 6,34 0,01 7 6,32 0,01 8 6,34 0,01 9 6,32 0,01 Trung bình d=6,33 Δd=0,01