Hướng dẫn thí nghiệm thầy Đức| Môn vật lý đại cương 3| Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Hướng dẫn thí nghiệm thầy Đức| Môn vật lý đại cương 3| Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. Tài liệu gồm 27 trang giúp bạn ôn tập và đạt kết quả cao trong kỳ thi sắp tới. Mời bạn đọc đón xem.
Preview text:
GV: Trần Thiên Đức - http://ductt111.wordpress.com V2011
HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM BÀI 1
1. Tên bài: Đo bước sóng ánh sáng bằng vân tròn Newton 2. Nhận xét:
- Đây là một trong những bài không những dễ mà còn nhanh chóng đối với những bạn hiểu được
bản chất hiện tượng giao thoa ánh sáng bằng vân tròn Newton.
- Tuy nhiên chúng ta cần học qua nguyên lý để trả lời một số câu hỏi liên quan đến bài này ví dụ
như cơ sở lý thuyết, thế nào là hiện tượng giao thoa vân tròn Newton, thế nào là nêm không
khí,… Đại loại là những khái niệm, hiện tượng liên quan thì cũng nên nắm vững một chút để
tránh tình trạng hi sinh ngay từ vòng gửi xe.
- Bài này không giành cho những bạn mắt kém nên chọn bạn nào mắt tinh để quan sát hệ vân được chuẩn hơn. 3. Giải quyết:
3.1. Những điều cần biết:
- Cách đọc thước Banme cái này trong sách hướng dẫn viết rõ kĩ nói chung là dễ đọc lắm.
- Hệ số phóng đại của kính β thường ghi trên máy hoặc ghi trên bảng hoặc nếu không tìm ra
thì hỏi cán bộ hướng dẫn thí nghiệm.
- Cách điều chỉnh hệ vân:
Điều chỉnh phải nhẹ nhàng tránh tình trạng có nhiều bạn vào thấy mấy nút liền vặn lấy
vặn để khiến cho vân chạy đâu mất tiêu tìm lại rất khó.
Thường sẽ có hai hệ thống dịch chuyển ngang và dọc các bạn có thể vừa vặn vừa quan
sát bằng kính hiển vi để điều chỉnh vân đến vị trí thích hợp.
- Cách điều chỉnh độ sáng tối của vân thường các bạn sẽ thấy một kính phản xạ bán phần
ngay phía trên tấm nêm không khí và khi vặn thì độ nghiêng của nó có thể thay đổi chú ý hai
mặt của kính tính chất khác nhau nên quay phải đúng mặt mới xuất hiện hệ vân, nếu quay mà
không tìm ra vân thì phải quay mặt ngược lại.
- Bán kính cong của thấu kính L hỏi cán bộ hướng dẫn.
3.2. Quá trình đo cần chú ý:
- Tuyệt đối không được động đến bản nêm không khí (thường đã kẹp sẵn trên kính hiển vi)
nhiều bạn thấy hay hay cầm lên xem rồi đến lúc lắp lại không thấy vân đâu. Thông thường để
tiện quan sát cán bộ hướng dẫn thường tìm sẵn vân cho các bạn rồi tóm lại là chỉ việc ăn sẵn
thôi vào bật đèn và quan sát luôn qua kính hiển vi nếu không thấy thì nhờ cán bộ hướng
dẫn giúp đỡ tìm ra hệ vân giao thoa.
- Khi bạn nhìn thấy hệ vân thì điều chỉnh sao cho hai đường chéo tiếp xúc với vân tối bậc 4 hoặc
5 – vị trí K trên hình vẽ (chú ý đốm đen ở giữa chính là vân tối trung tâm vân tối thứ nhất là
vân tròn tiếp theo của vân trung tâm) đếm cho cẩn thận không là dễ bị nhầm.
- Tiếp đến chỉnh đến vị trí I và K’ và đọc các giá trị nI và nK’ (đọc hai giá trị này chính là giá trị
trên Banme) tuy nhiên cần chú ý một điều là khi các bạn điều chỉnh đến vị trí I thì hệ vân có
thể bị lệch chút ít cần phải điều chỉnh lại để giao điểm của hai đường chéo nằm ở vị trí vân
tối thứ 1 (ứng với điểm I trên hình vẽ) và điều chỉnh hệ vân sao cho nó cân đối với đường chéo
chúng ta có thể quan sát hình 2 để dễ tưởng tượng
GV: Trần Thiên Đức - http://ductt111.wordpress.com V2011
Hình 1. Điều chỉnh chữ thập tiếp xúc với vân tối thứ 4
Nhìn đã thấy không cân đối
Cũng không cân đối nốt
Quá cân đối chuẩn quá
Hình 2. Minh họa về tính cân đối
- Lập lại bước trên khoảng 5 lần rùi đưa số liệu để cán bộ hướng dẫn kiểm tra là xong tuy
nhiên vẫn có thể đánh giá sơ bộ kết quả của mình trước khi gửi đi kiểm tra để tránh sai sót
bằng cách tính thử giá trị bước sóng thu được chú ý là bước sóng sẽ tùy thuộc vào màu của
đèn. Ví dụ nếu các bạn dùng đèn đỏ mà lại đo được bước sóng 0.4 µm super điêu vì làm gì có
chuyện ánh sáng màu đỏ lại có bước sóng ngắn đến như vậy phải kiểm tra lại ngay (giá trị
khuếch đại, bán kính R, đơn vị,.. xem có chuẩn chưa).
- Bonus: Đây là phần hướng dẫn giành cho những nhóm trót dại làm mất vân và cán bộ bắt tự
tìm lại lại vân. Thông thường thì sẽ khá xương để tìm lại vân đã mất nếu không có một chút kĩ
năng dò tìm. Vậy trong trường hợp đấy chúng ta sẽ giải quyết thế nào có hai phương án cho chúng ta lựa chọn:
PA1 (đơn giản nhất và dễ làm nhất): đầu hàng và xin đăng kí thí nghiệm lại xác suất bảo vệ gần như 100%.
PA2 (khó khăn hơn một chút): thà chết không chịu hi sinh chỉ giành cho những bạn quyết tâm chiến đấu:
o B1: Lắp lại thấu kính lên kính hiển vi lắp thật chắc chắn.
GV: Trần Thiên Đức - http://ductt111.wordpress.com V2011
o B2: Điều chỉnh kính phản xạ sao cho ánh sáng nhìn qua kính hiển vi là sáng nhất.
o B3: Sử dụng kỹ năng càn quét ngang dọc tức là các bạn sẽ quét theo kiểu hệ
tọa độ cứ tưởng tượng bạn muốn tìm một ô đặc biệt trong một hình chữ nhật
gồm có kích thước 20 x 10 ô chúng ta sẽ quét từ dòng dưới cùng nếu không
thấy lại dịch lên một hàng để tìm tiếp cứ thế là chúng ta sẽ tìm ra được ô cần
tìm tức là hệ vân giao thoa. Chú ý là vặn thật từ từ để quan sát đừng vặn nhanh
kẻo vân nó chạy qua lúc nào mà không biết. Chúng ta có thể vặn đi vặn lại để
kiểm tra cho chắc nếu không thấy thì lại dịch lên trên một chút.
o B4: Nếu B3 mà không ra thì mới phải làm bước 4. Một trong những lý do mà
bước 3 không tìm được hệ vân là do kính phản xạ bị ngược chiều đảo lại mặt
kính rồi làm lại bước 3 là xong.
o Nếu đến B4 mà còn không ra thì pó tay toàn tập đăng ký thí nghiệm lại luôn nhé. 4. Xử lý số liệu:
- Không có gì để nói vì quá dễ chú ý duy nhất là cách viết kết quả sai số không quá hai chữ số
có nghĩa và sự cân đối giữa kết quả và sai số tuyệt đối.
5. Báo cáo mẫu: ARE YOU OK?
CHÚC MỌI NGƯỜI HỌC TỐT ^_^
GV: Trần Thiên Đức - http://ductt111.wordpress.com V2011
HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM BÀI 2
1. Tên bài: Khảo sát hiện tượng phân cực ánh sáng - kiểm nghiệm định luật Malus 2. Nhận xét:
- Bài này được mỗi cái tên nghe thì hay nhưng nội dung thì chả có gì. Thí nghiệm tiến hành khá
khó chắc chỉ mất 5 phút (đối với tôi) còn với các bạn thì chắc mất 6 phút nhìn thời gian thì
cũng đủ hiểu khó đến mức nào rồi. 3. Giải quyết:
3.1. Những điều cần biết:
- Các bạn cần trang bị những kiến thức liên quan tới hiện tượng phân cực để trả lời một số các câu hỏi lý thuyết như:
Thế nào là hiện tượng phân cực.
Thế nào là ánh sáng tự nhiên, ánh sáng phân cực
Biểu thức của định luật Malus là gì? ….
- Giá trị độ chia nhỏ nhất của thước đo góc 10, giá trị độ chia nhỏ nhất của micro ampe kế (cái
này nó khác với cấp chính xác của microampe kế đấy nhé).
3.2. Quá trình đo cần chú ý:
- Nói chung thì đọc sách hướng dẫn về bài này sẽ chỉ giúp cho chúng ta có cái nhìn tổng quan về
lý thuyết hiện tượng phân cực chứ tôi đoán đọc hướng dẫn xong chắc các bạn chưa tưởng tượng
được hệ đo thực tế như thế nào tin buồn là tôi chưa có điều kiện để chụp lại hệ đo thực tế của
chúng ta nhưng nhìn chung khi vào chúng ta chỉ cần làm đúng các bước sau:
B1: Nhìn và ngắm thiết bị (tất nhiên sờ một chút cũng được) nhận biết xem bộ thí
nghiệm gồm những cái gì.
B2: Bật đèn và chỉnh 0 (chú ý không nên mở rèm cửa sổ khi chỉnh 0 vì ánh sáng dễ lọt vào cảm biến
B3: Điều chỉnh góc quay cho tới vị trí kim ampe có độ lệch lớn nhất điểu chỉnh R để
kim lệch tối đa (thường là 98 hoặc 100).
B4: Vặn 50 một ghi kết quả là xong
- Số liệu đúng là số liệu có tính chất đối xứng, khi quét từ 0 đến 360 (tức là hai giai đoạn cường
độ dòng điện giảm dần về 0 và tăng dần đến giá trị cực đại phải cân đối nhau tất nhiên là đừng
có đối xứng quá 100% bịa số liệu vì thực tế nó không đối xứng hoàn toàn đâu) 4. Xử lý số liệu:
- Có mỗi việc thay số và bấm máy tính ra kết quả (nếu bạn nào biết chút ít về excel thì chỉ cần
lập hàm rồi kéo chuột một cái là ra hết số liệu).
- Đồ thị hình như là đường thẳng dốc xuống vì theo trí nhớ của tôi thì chắc chắn nó không phải là
đường cong cường độ ánh sáng phân cực I1 phụ thuộc vào hàm X = cos2α là hàm bậc XXX (cái này tự suy nhé).
5. Báo cáo mẫu:
GV: Trần Thiên Đức - http://ductt111.wordpress.com V2011
Vấn đề chính ở bài này nằm ở ô sai số. Tùy từng quan điểm của giáo viên nên đánh giá kích
thước ô sai số cho đến giờ vẫn chưa thống nhất cho lắm. Tôi đưa ra cho các bạn một cách tính sai
số để lựa chọn ô sai số sao cho kích thước thích hợp nhất. Ô sai số của chúng ta sẽ có một cạnh
là 2xΔL, một cạnh là 2xΔ(cos2α). Cạnh 2xΔL = 2x2µA vấn đề còn lại là tính được độ dài cạnh 2xΔ(cos2α)
Chúng ta sẽ sử dụng phương pháp tính sai số tuyệt đối để xác định sai số của hàm
GV: Trần Thiên Đức - http://ductt111.wordpress.com V2011 ( )
| | sai số tuyệt đối sẽ phụ thuộc vào góc α nhưng sai số tuyệt đối sẽ được
lấy theo giá trị lớn nhất tức là chỉ cần xử lý ông khỏe nhất thì tất cả các ông yếu hơn đều xử lý
được hết vậy sai số tuyệt đối của cạnh còn lại của ô sai số sẽ là 2x0.017 ARE YOU OK?
CHÚC MỌI NGƯỜI HỌC TỐT ^_^
GV: Trần Thiên Đức - http://ductt111.wordpress.com V2011
HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM BÀI 4
1. Tên bài: Khảo sát hiện tượng bức xạ nhiệt – Nghiệm định luật Stefan-Boltzmann 2. Nhận xét:
- Bài này về cơ bản chả có vấn đề gì. Kiến thức chủ yếu xoay quanh hiện tượng bức xạ nhiệt của
một cái bóng đèn khi cường độ bóng đèn tăng thì tất nhiên bức xạ nhiệt tăng.
- Vấn đề chính của bài này là đo khá lâu (nếu bạn nào không có kinh nghiệm thì nhiều lúc đo đến
hết giờ mà vận chưa thu được số liệu) vì quá trình tăng nhiệt và giảm nhiệt độ thường không diễ
ra tức thời. Tính trung bình mỗi phép đo cẩn thận mất khoảng 10 – 15 phút nếu mà đo sai mà
bắt buộc phải đo lại thì cực kỳ lâu. 3. Giải quyết:
3.1. Những điều cần biết:
- Bộ thí nghiệm của chúng ta gồm có:
Bóng đèn dây tóc: cường độ sáng có thể thay đổi bằng cách thay đổi hiệu điện thế (chú ý
là đây là loại bóng đèn 6V nên đừng có mắm môi mắm lợi vặn tối đa hiệu điện thế).
Vôn kế và Ampe kế hiện số (đồng hồ vạn năng điện tử): dùng để đo hiệu điện thế và
cường độ dòng điện trong mạch chứa bóng đèn đọc giá trị đối với loại dụng cụ này
khá đơn giản vì kết quả hiển thị dưới dạng số điện tử, tuy nhiên gặp phải dụng cụ nào có
vấn đề như số nhảy loạn xạ, không hiển thị số thì tình hình là rất tình hình. Ngoài ra, còn
một chú ý nữa là nhiều bạn chẳng biết cách đấu từ dụng cụ này ra ngoài cắm lung tung
hết cả tóm lại phải nhớ điều này: luôn có 2 dây để lấy 2 đầu ra, trong đó 1 đầu bao giờ
cũng phải vào cổng COM (cổng nối đất), một đầu vào cổng đo tương ứng (ví dụ muốn đo
hiệu điện thế thì phải tìm cổng nào có chữ V, muốn đo cường độ dòng thì tìm cổng nào
có chữ A, có thể có hai cổng đều có chữ A nhưng 1 cổng dành cho giá trị lớn như 10A
một cổng dành cho giá trị nhỏ ví dụ mA thì tùy theo đại lượng cần đo nằm trong khoảng
nào thì sử dụng cổng đấy). Cuối cùng là những chú ý cực kỳ quan trọng khi thao tác với
thiết bị này để tránh hỏng hóc.
o Không bao giờ được điều chỉnh thang đo khi đang có điện trong mạch giống
như kiểu không bao giờ đi thuyền qua sông khi nước chảy rất mạnh.
o Không bao giờ được điều chỉnh thang đo thấp hơn giá trị đo (dễ bị cháy thiết bị)
đây gọi là yếu còn ra gió và không điều chỉnh thang đo quá lớn so với giá trị
cần đo đây gọi là giết gà mà dùng dao mổ trâu .
o Đo cường độ thì phải mắc nối tiếp và đo điện áp thì phải mắc song song
nguyên lý cơ bản này mà rất nhiều bạn không nắm vững.
o AC: xoay chiều, DC: một chiều trong bài này các bạn chỉ sử dụng hai dải đo
DCA (đo dòng một chiều) và DCV (đo điện áp một chiều).
Cuối cùng dải đo trong bài là DCV và DCA (vì dòng một chiều mà)
Bộ nguồn một chiều: cung cấp điện áp cho bóng đèn sáng, có hiệu điện thế thay đổi trong
dải từ 0 – 8V bộ nguồn này là chỉ thị kim nên để quan sát chính xác thì khi thay đổi
giá trị hiệu điện thế thì chúng ta xem giá trị trên vôn kế số đã đạt đúng các giá trị 1V, 2V,
3V,…,6V chưa (không nhìn kim trên bộ nguồn vì không chuẩn lắm).
GV: Trần Thiên Đức - http://ductt111.wordpress.com V2011
Cảm biến nhiệt (gồm một đầu thu + một bộ hiển thị): Vai trò của cái này rất đơn giản
biến nhiệt năng thành tín hiệu điện để đánh giá nhiệt càng lớn thì tín hiệu càng lớn very simple.
Hình 1. Bộ thí nghiệm thực tế
Hình 2. Đồng hồ vạn năng điện tử
Hình 3. Sơ đồ bộ thí nghiệm
3.2. Quá trình đo cần chú ý:
a. Đo điện trở dây tóc ở nhiệt độ phòng:
GV: Trần Thiên Đức - http://ductt111.wordpress.com V2011
- Về nguyên lý thì khá đơn giản do hiệu điện thế và cường độ dòng điện đi qua bóng đèn rồi
sử dụng định luật Ôm R = U/I là xong. - Các bước chính:
B1: Mắc mạch như hình vẽ chú ý không
được quên mắc điện trở hạn chế dòng qua bóng đèn.
B2: Kiểm tra nguồn xem vặn về 0 chưa.
B3: Kiểm tra thang đo của Vôn kế (DCV
200mV) và Ampe kế (DCA 200mA):
B4: Mời giáo viên hướng dẫn ra kiểm tra mạch
Hình 4. Sơ đồ mạch đo điện trở dây OK thì bắt đầu đo. tóc của bóng đèn
B5: Điều chỉnh I lần lượt ở các giá trị 50 mA,
100 mA, 150 mA đọc giá trị U1, U2, U3 tương ứng.
Phần này khá đơn giản và chỉ là bước dạo đầu
b. Đo điện trở dây tóc ở nhiệt độ T và suất nhiệt điện động E tương ứng trên cảm biến nhiệt điện. - Các bước chính:
B1: Mắc mạch như hình vẽ
B2: Chỉnh “0” bộ hiển thị (bộ kết nối với cảm
biến nhiệt) bằng cách điều chỉnh núm MV.
B3: Kiểm tra thang đo của Vôn kê (DCV 20V)
và của Ampe kế (DCA 10A) nhớ thay đổi
đầu ra của Ampe kế điện tử vì đo trong phần b Hình 5. Sơ đồ mạch khảo sát phần b
khác với phần a (đầu COM vẫn giữ nguyên chỉ
việc rút đầu còn lại cắm vào lỗ ghi 10A hoặc
20A tùy theo đồng hồ đo sử dụng)
B4: Điều chỉnh khoảng cách của đèn so với cảm biến khoảng 3 – 4 cm
B5: Vặn từ từ cho đến khi Vôn kế điện tử chỉ 6V (nhớ là vặn từ từ chứ đừng một phát lên
6V luôn giáo viên mà nhìn thấy thao tác vặn một phát lên 6V là tèn tén ten đấy)
chờ cho ổn định (5 phút) rồi kiểm tra suất điện động E trên bộ hiện thị xem có nằm trong
khoảng từ 0.95 đến 1 mV (gần hết thang đo) nếu không nằm trong khoảng đấy thì
chúng ta điều chỉnh núm Rf trên bộ hiển thị và nếu mà điều chỉnh rồi mà vẫn không
lên được thì sử dụng kỹ năng “dí bén” tức là điều chỉnh cảm biến lại gần đèn . Chú ý là
có những bộ hiển thị nó lại ghi là mA không cần quan tâm vì mV hay mA cũng chỉ là
tín hiệu điện cứ đọc như bình thường.
B6: Vặn từ từ về 1V chờ khoảng 5 phút (tuy nhiên theo kinh nghiệm của tôi là cứ chờ
hẳn 10 phút cho yên tâm còn đối với các bạn cẩn thận hơn thì chờ hẳn 15 phút cũng
được) rồi đọc giá trị U, I, E.
B6: Vặn lên 2V, 3V, 4V, 5V, 6V rồi tiếp tục như B5 sau khi có số liệu thì đưa cho
giáo viên kiểm tra Ok thì về trong trường hợp xấu nhất thì đo lại
GV: Trần Thiên Đức - http://ductt111.wordpress.com V2011
B7: Thu dọn hiện trường: o Vặn nguồn về 0
o Tắt các thiết bị như nguồn, đồng hồ hiển thị, vôn kế, ampe kế.
o Tháo mạch điện xếp gọn dụng cụ thí nghiệm.
Tôi đánh giá rất cao các nhóm làm tốt bước 7 vì nó chứng tỏ ý thức làm việc rất
nghiêm túc rất tốt cho công việc sau này của các bạn đặc biệt khi làm việc với người nước ngoài. 4. Xử lý số liệu:
- Bài này xử lý số liệu cũng khá đơn giản. - Một số chú ý: Cách tính Rp:
Tính độ dốc n = tgα thường khi sử dụng phần mềm vẽ đồ thị như Origin thì chúng ta
dễ dàng xác định được ngay. Tuy nhiên, do đòi hỏi về độ chính xác không cao lắm nên
chúng ta có thể ước lượng bằng cách sử dụng công thức:
Tôi sẽ giải thích kỹ hơn công thức này giả sử các bạn có bảng số liệu sau: STT lnT lnE 1 2 2 2 3 3 3 4 4 4 5 5 5 6 6
Thì các bạn có thể lấy bất kỳ 2 trong 5 giá trị trên để xác định. Ở đây tôi lấy giá trị thứ 1
và thứ 3 chẳng hạn ta có:
Như vậy hệ số góc của đường thẳng lnE và lnT là 1 không tin
cử kiểm tra lại xem .
5. Báo cáo mẫu:
GV: Trần Thiên Đức - http://ductt111.wordpress.com V2011 ARE YOU OK?
CHÚC MỌI NGƯỜI HỌC TỐT ^_^
GV: Trần Thiên Đức - http://ductt111.wordpress.com V2011
HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM BÀI 5
1. Tên bài: Khảo sát hiện tượng quang điện ngoài – Xác định hằng số Plank 2. Nhận xét:
- Nói đến hiện tượng quang điện thì 99.9999% sinh viên khối A của Bách khoa đều biết (nồng độ
quá tinh khiết ^_^. Tuy nhiên đa phần chúng ta đều chỉ biết qua lý thuyết (vì thi đại học kiểu gì
mà chả có phần này). Do đó, mục đích của bài thí nghiệm này là giúp chúng ta hiểu được thế nào
là hiện tượng quang điện và ứng dụng của hiện tượng quang điện trong việc xác định hằng số Planck.
- Nhưng nói lý thuyết thì dễ nhưng đến khi thực hành thì khó thôi rồi vì đã bao giờ tiếp xúc với
hệ thí nghiệm này đâu. Đa phần các bạn sinh viên khi nhìn thấy máy móc và dây điện là thấy
cóng rồi. Tuy nhiên, nếu chúng ta chịu khó quan sát một chút thì việc lắp mạch sẽ không có vấn
đề gì cả (đôi khi chỉ một vài ba mẹo nhỏ là có thể nhớ cách lắp mạch) 3. Giải quyết:
3.1. Những đại lượng cần biết:
Cấp chính xác của Vôn kế và Ampe kế cái này rất nhiều người nhầm và cho rằng đó là độ
chia nhỏ nhất (mặc dù đã thí nghiệm đến lần thứ 3 thậm chí lần thứ n) tóm lại phải nhớ là
cấp chính xác của Vôn kế và Ampe kế chỉ thị kim thì thường nằm ở dưới cùng góc bên phải
hoặc bên trái của đồng hồ chỉ thị. Trong bài này nếu tôi nhớ không nhầm thì cấp chính xác
của hai thiết bị này đều là 1.5%. Tuy nhiên, các bạn nên kiểm tra lại cho chắc vì đôi khi có
một số thiết bị special lại có giá trị 2% nên kiểm tra cẩn thận trước khi viết kết quả.
Phân biệt được kính màu lục và kính màu lam Cái này tưởng chừng rất đơn giản nhưng
trong thời gian tôi hướng dẫn thí nghiệm rất nhiều bạn hỏi rất ngây thơ:”Màu nào là màu lục
hả thầy?”. Tóm lại, màu lục chính là màu xanh xẫm (màu của tảo hay của rêu) và tất nhiên
màu lam sẽ là màu còn lại ^_^
3.2. Quá trình đo cần chú ý:
Nguồn điện cung cấp cho đèn nằm ngay trên bộ thiết bị, do đó đừng ai dại dột cắm vào điện
220V nhé 200% là đèn sẽ cháy. Trường hợp này tôi đã gặp một lần khi một nhóm liên tiếp
cắm cháy hai cái đèn. Và hậu quả là vô cùng bi đát, “tiền mất tật mang” (mua lại đèn và bảo vệ lại thí nghiệm).
Tuyệt đối không được cấp nguồn khi giáo viên chưa kiểm tra mạch (có thể các bạn mắc mạch
rất pro nhưng rủi ro là khó tránh nên phương châm tốt nhất là “An toàn là bạn, tai nạn là thù”).
Khi mắc mạch xong, chúng ta phải tăng nguồn từ từ để đề phòng trường hợp mắc Vôn kế
hoặc Ampe kế ngược khi đó kim sẽ quay ngược về bên trái lập tức vặn về 0 và đảo đầu dây là OK.
a. Khảo sát hiện tượng quang điện:
GV: Trần Thiên Đức - http://ductt111.wordpress.com V2011
Hình 1. Sơ đồ mạch điện đặc trưng V-A của tế bào
Hình 2. Sơ đồ bố trí mặt máy thiết bị quang điện
- Vấn đề ở đây là làm sao mắc được mạch
chuẩn Hãy quan sát sơ đồ trong quyển
hướng dẫn thí nghiệm (kí hiệu có thể khác
so với hình vẽ) chúng ta sẽ quan sát
hình một và thấy có đặc điểm chính sau:
Vôn kế: luôn đấu vào PQ chỉ
cần nhớ là thấy Vôn PQ tức là
cứ thấy lấy hai đầu của Vôn kế
đóng thẳng vào hai điểm P – Q.
PEA thấy 3 điểm đó thì dùng
hai dây nối liên tiếp là xong P với E rồi E với A.
QFAmK Q nối với F, F với
Hình 3. Thiết bị thí nghiệm thực tế
một đầu của Ampe, đầu còn lại với K.
Như vậy để mắc mạch bài này chúng ta chỉ cần nhớ: o Vôn PQ o PEA o QFAmK
chắc nhắm mắt mắc mạch cũng được ^_^.
Số liệu phần này cần chú ý các điểm sau:
o Khi U bằng 0V thì đừng có nghĩ là I = 0 vì thực tế hiện tượng quang điện có thể
xảy ra ngay cả khi U = 0V.
o Chú ý bước thiết lập dòng quang điện bão hòa U đặt 60V và điều chỉnh đèn sao cho I
= 20, 40, 60 µA nhiều bạn cố gắng mãi mà không lên được I phương án giải quyết là:
Tăng cường độ sáng (thường đèn khảo sát có một nút gạt đểu điều chỉnh độ mở của đèn).
Nếu mở hết cỡ mà vẫn không lên được thì sử dụng kỹ thuật:”Nhất cự li nhì
tốc độ” tức là điều chỉnh đèn càng gần tế bào quang điện càng tốt.
GV: Trần Thiên Đức - http://ductt111.wordpress.com V2011
Hai bước trên mà không được thì phải kiểm tra các chỗ tiếp xúc xem đã chắc chắn chưa.
Nếu 3 bước trên mà không được nữa thì pó tay giơ tay xin trợ giúp của
giáo viên hướng dẫn ngay.
o Số liệu khi thu thập phải để ý là nếu I bão hòa càng thấp thì giá trị U để bão hòa càng
nhỏ không bao giờ có những trường hợp sau:
Cả 3 trường hợp đều bắt đầu bão hòa ở 60V
Hai trường hợp cùng bão hòa đồng thời tại một giá trị U
Đến 60V mà một trong 3 trường hợp vẫn chưa bão hòa
tóm lại là nếu trường hợp 20 µA bão hòa tại 18V thì 40 µA bão hòa tại giá trị
U lớn hơn 18V (ví dụ là 20V chẳng hạn) tiếp đến 60 µA sẽ bão hòa tại giá trị U
lớn hơn 20V và nhỏ hơn hoặc bằng 60V số liệu chỉ mang tính chất tham khảo.
b. Xác định hằng số Plank:
- Chú ý khi mắc mạch bài này là đừng có tháo toàn
bộ mạch phần a ra. Các bạn chỉ đấu chéo hai đầu PF và QE là xong.
- Cả hai lần khảo sát với kính màu lục và kính màu
lam thì phải để cùng giá trị I0 ban đầu thường giá trị
sẽ nằm trong khoảng từ 0.68 đến 0.9 µA (cái này
đôi khi giáo viên hướng dẫn sẽ fix cho các bạn).
Hình 4. Sơ đồ mạch điện đo hiệu điện thế cản
- Số liệu thu thập thì cần chú ý:
Màu lục bao giờ UAK để triệt tiêu dòng quang điện cũng sẽ nhỏ hơn màu lam cái này
chắc ai cũng có thể giải thích được (vì bước lục lớn hơn bước sóng tím năng lượng e
quang điện ứng với bước sóng màu lục sẽ yếu hơn so với màu lam UC sẽ nhỏ hơn).
Giá trị UAK triệt tiêu dòng quang điện: o Lục: 0.4 đến 0.52 V o Lam: 0.52 đến 0.70 V 4. Xử lý số liệu:
- Bài thí nghiệm này có liên quan tới đồ thị xác định ô sai số vẽ đồ thị (nhớ chú thích kích
thước và đơn vị của ô sai số, một cạnh của ô sai số có độ dài bằng 2xΔU và 2xΔI còn ΔU và ΔI
bằng bao nhiêu thì tự túc hạnh phúc
- Đối với phần b, trong trường hợp không thể xác định chính xác Uc do I không đạt giá trị 0 ở
cuối phép đo thì ta kẻ tiếp tuyến tại điểm cuối của mỗi đường (màu lục và màu lam) giao
điểm của các đường đó với trục hoành sẽ cho ta giá trị Uc (nhưng thường là chẳng bao giờ
trường hợp này xảy ra ^_^ biết để đấy thôi).
- Sai số tương đối và sai số tuyệt đối không được quá hai chữ số có nghĩa và chú ý tính tương
đồng giữa giá trị đo được và sai số tuyệt đối cái này thì các bạn nên tham khảo trong bài quy tắc sai số.
GV: Trần Thiên Đức - http://ductt111.wordpress.com V2011
5. Báo cáo mẫu: (chú ý là số liệu chỉ mang tính chất tham khảo và đồ thị chỉ là dạng chứ
không phải là đồ thị chuẩn nếu copy nguyên thì 100% bị trả lại bài)
GV: Trần Thiên Đức - http://ductt111.wordpress.com V2011
Cách xác định giá trị hiệu điện thế cản Uc: Ví dụ xét màu lục chẳng hạn tại UAK = 0.4, I = 0.02
µA và tại UAK = 0.44 thì I = 0 một vấn đề đặt ra là chưa chắc giá trị 0.44 đã là giá trị Uc vì
Uc có thể nằm trong khoảng từ 0.4 đến 0.44 ta phải lấy điểm ứng với UAK = 0.4, I = 0.02 µA
và kẻ tiếp tuyến tại đó và xác định giao điểm của tiếp tuyến với trục U để tìm Uc. I Điểm (0.4;0.02) Điểm (0.44, 0) UAK Điểm ứng với giá trị Uc. Xác định bằng tỷ lệ (khoảng 0.42)
CHÚC MỌI NGƯỜI HỌC TỐT ^_^
GV: Trần Thiên Đức - http://ductt111.wordpress.com V2011
HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM BÀI 6
1. Tên bài: Khảo sát đặc tính của Diode và Transistor 2. Nhận xét:
- Trong các bài thí nghiệm vật lý 3 thì có lẽ bài thí nghiệm này là “imba” nhất bởi
không những lý thuyết thì dài (có nghĩa là câu hỏi rất nhiều và đa dạng ko nắm
vững thì xác định đi) mà mạch mắc thì lại phức tạp (có nghĩa là rất dễ mắc sai,
hoặc rơi vào tình trạng confusion sau khi nhìn thấy mạch khá nhiều nhóm đã
phải dừng chân tại bài này). Có lẽ một điều an ủi nằm ở khâu xử lý số liệu khá là
cơ bản may mắn nhất trong đợt này có lẽ là các bạn thuộc nhóm nào mà được miễn bài này .
- Để xử lý gọn bài này đề nghị các bạn đọc kỹ phần hướng dẫn tới đây nó sẽ
cung cấp cho các bạn những kiến thức cơ bản nhất để trả lời những câu hỏi kiểm
tra ban đầu (trả lời gần hết chứ gặp hỏi xoáy thì chỉ có giáo sư xoay mới trả lời được thôi ). 3. Giải quyết:
3.1. Kiến thức cần nắm vững:
- Bài này liên quan tới những kiến thức cơ bản của chất bán dẫn ta sẽ phải tìm
hiểu xem liệu chất bán dẫn là gì và nó có ý nghĩa gì khiến cho chúng ta phải nghiên
cứu. Câu trả lời quá đơn giản: “Chất bán dẫn là những chất mà vừa dẫn điện vừa
không dẫn điện” (tóm lại là nửa nạc nửa mỡ, xăng pha nhớt very simple ).
- Vậy khi nào nó dẫn điện khi nào nó không dẫn điện? Ở điều kiện bình thường thì
đa phần các chất bán dẫn đều không dẫn điện. Tuy nhiên, khi các điện tử trong chất
bán dẫn nhận được năng lượng (thường dưới dạng nhiệt năng) thì các điện tử có
thể bứt ra khỏi liên kết các nguyên tử và trở thành electron tự do (dẫn điện) đến
đây lại xuất hiện một khái niệm mới là lỗ trống cái này thì cũng dễ tưởng tượng
nếu giả sử các bạn xúc một xẻng đất (điện tử) thì các bạn sẽ để lại trên nền một cái
hố cái hố này chính là lỗ trống.
- Như vậy các bạn đã hiểu thế nào là lỗ trống có lẽ cảm nhận của các bạn là lỗ
trống này có vẻ là cố định chẳng di chuyển được vì thực tế làm sao mà nó di
chuyển được tuy nhiên chúng ta có thể xem như nó di chuyển được bằng
cách tưởng tượng bạn lấp lỗ trống đấy bằng một xẻng đất bên cạnh lỗ trống ban
đầu đã mất đi trong khi lỗ trống mới xuất hiện ở xẻng đất vừa xúc lên có thể coi
như lỗ trống di chuyển từ vị trí đầu sang vị trí hai. Tóm lại là nếu giáo viên có hỏi
hạt mang điện nào gây ra tính dẫn điện trong bán dẫn thì nhắm mắt mà trả lời:
“Điện tử và lỗ trống”. Lỗ trống có di chuyển được không? 100% là có.
GV: Trần Thiên Đức - http://ductt111.wordpress.com V2011
- Phân loại bán dẫn để phân loại bán dẫn người ta thường chia làm hai loại:
Bán dẫn tinh khiết: nghe tên cũng đã biết đây là loại bán dẫn không có tạp
chất tức là nếu chất bán dẫn tinh khiết là Si thì trong đấy không được tồn tại
những nguyên tố khác (trong thực tế thì không bao giờ có bán dẫn hoàn toàn
tinh khiết 100% làm gì có cái gì hoản hảo đâu o.o)
Bán dẫn tạp chất: gồm có hai loại n và p phụ thuộc vào loại tạp chất pha
vào nếu tạp chất là nguyên tử thuộc nhóm 5 (thừa điện tử) ta sẽ thu được
bán dẫn loại n và nếu tạp chất là nguyên tử thuộc nhóm 3 (thiếu điện tử tức
là thừa lỗ trống) ta sẽ thu được bán dẫn lại p. Trong mỗi loại bán dẫn trên thì
hạt điện (điện tử hoặc lỗ trống) chiếm đa số thì hạt đó gọi là hạt cơ bản và
hạt còn lại là hạt không cơ bản. Tóm lại:
o Bán dẫn loại n: ne >> np (điện tử là hạt cơ bản)
o Bán dẫn loại p: np >> ne (lỗ trống là hạt cơ bản)
- Ứng dụng của bán dẫn khá đa dạng, nhưng hai ứng dụng phổ biến nhất chính là
chế tạo diode và transitor. Đó chính là lý do mà tại sao bài thí nghiệm này tập trung
nghiên cứu hai đặc tính cơ bản của hai thiết bị này. a. Diode
- Diode được tạo thành khi cho hai bán dẫn loại p và bán dẫn loại n tiếp xúc với
nhau khi tiếp xúc với nhau thì điều gì sẽ xảy ra? Chắc ai trong chúng ta cũng
đều biết đến hiện tượng khuếch tán khí từ khu vực có nồng độ cao sang khu vực có
nồng độ thấp. Đối với các hạt điện cũng tương tự, khi cho bán dẫn loại n tiếp xúc
với bán dẫn loại p thì do chênh lệch nồng độ hạt điện mà lỗ trống sẽ khuếch tán từ
miền p (miền có nồng độ lỗ trống tự do cao) sang miền n (miền có nồng độ lỗ
trống tự do thấp) trong khi điện tử sẽ khuếch tán từ miền n (miền có nồng độ
điện tử tự do cao) sang miền p (miền có nồng độ điện tử tự do thấp).
- Tuy nhiên quá trình khuếch tán này không xảy ra được lâu. Sau một thời gian
khuếch tán khu vực n phát hiện mình mất điện tử nhiều quá trong khi khu vực p
phát hiện ra là lỗ trống của mình cứ chạy đi đâu mất và thế là một hàng rào
được thiết lập: điện tử bỏ đi để lại một miền mang điện dương (vì mất điện tử)
trong khi lỗ trống bỏ đi để lại miền mang điện âm (vì mất lỗ trống) một điện
trường sẽ được hình thành để ngăn cản dòng khuếch tán xuất hiện thêm dòng
mới là dòng trôi của các điện tích không cơ bản dưới tác dụng của điện trường
dòng trôi sẽ ngược chiều với dòng khuếch tán ở trạng thái cân bằng động thì Ikt
= Itr (miền điện tích âm và miền điện tích dương kết hợp với nhau và tạo thành
GV: Trần Thiên Đức - http://ductt111.wordpress.com V2011
vùng điện tích không gian hay vùng nghèo do ít hạt điện trong vùng này nên
gọi là vùng nghèo thôi ).
- Chú ý: có rất nhiều bạn nghĩ bán dẫn loại n có nhiều điện tử tự do thì bình thường
nó sẽ mang điện âm, còn bán dẫn loại p sẽ mang điện dương. Chúng ta phải hiểu là
điện tử và lỗ trống ở đây là điện tử và lỗ trống tự do (tức là có thể di chuyển trong
khối bán dẫn) chứ tổng điện tích của khối bán dẫn luôn trung hòa (vì các nguyên tố
cấu thành lên chất bán dẫn đều ở trạng thái trung hòa mà chẳng nhẽ sự ghép nối
của các phần tử trung hòa lại thành một phần tử mang điện very sai lầm) .
- Hình 1 mô tả cơ chế khuếch tán và hình thành vùng điện tích không gian. Đường
màu đỏ là đường biểu diễn nồng độ lỗ trống và đường màu xanh là đường biểu
diễn nồng độ điện tử. Dễ thấy là nồng độ lỗ trống sẽ giảm dần khi sang miền n và
nồng độ điện tử giảm dần khi sang miền p. Ta thấy tồn tại một hiệu điện thế nội
(ΔV built-in) giữa hai miền p và n.
Hình 1. Tiếp giáp p-n
- Bây giờ nếu đặt hiệu điện thế vào tiếp giáp p-n thì điều gì sẽ xảy ra? dễ thấy
có hai trường hợp xảy ra là:
GV: Trần Thiên Đức - http://ductt111.wordpress.com V2011
Phân cực thuận: miền p nối với cực +, miền n nối với cực –
Phân cực ngược: miền p nối với cực -, miền n nối với cực +
Hình 2. Phân cực thuận
Quá trình phân cực thuận có nghĩa là ta đặt vào một điện trường lớn và ngược
chiều với điện trường tiếp xúc (điện trường trong vùng nghèo) dòng khuếch tán
sẽ lớn có nghĩa là vùng nghèo điện tích bị co lại (giống như ta thu hẹp khoảng
cách hai bức tường thì lượng người nhảy qua được bức tường đó sẽ tăng lên)
điện trở của lớp tiếp giáp pn giảm
Hình 3. Phân cực ngược
Quá trình phân cực thuận có nghĩa là ta đặt vào một điện trường lớn và cùng chiều
với điện trường tiếp xúc (điện trường trong vùng nghèo) vùng nghèo sẽ được
mở rộng khiến cho các hạt mang điện rất khó có thể di chuyển qua được điện