Lý thuyết Vật lý 10 bài 3 KNTT

Thực hành tính sai số trong phép đo - Ghi kết quả đo

1 24

VnDoc xin giới thiệu bài Lý thuyết Vật lý lớp 10 bài 3: Thực hành tính sai số trong phép đo - Ghi kết quả đo được chúng tôi sưu tầm và tổng hợp các câu hỏi lí thuyết và trắc nghiệm có đáp án đi kèm nằm trong chương trình giảng dạy môn Vật lý lớp 10 sách Kết nối tri thức. Mời quý thầy cô cùng các bạn tham khảo tài liệu dưới đây.

Mục lục bài viết

A. Lý thuyết Vật lý 10 bài 3
- 1. Phép đo trực tiếp và phép đo gián tiếp
- 2. Sai số phép đo
B. Bài tập minh họa
C. Trắc nghiệm Vật lý 10 bài 3

A. Lý thuyết Vật lý 10 bài 3

1. Phép đo trực tiếp và phép đo gián tiếp

- Đo trực tiếp một đại lượng bằng dụng cụ đo, kết quả được đọc trực tiếp trên dụng cụ đo được gọi là phép đo trực tiếp.

- Đo một đại lượng không trực tiếp mà thông qua công thức liên hệ với các đại lượng có thể đo trực tiếp gọi là phép đo gián tiếp.

2. Sai số phép đo

a. Phân loại sai số

- Sai số hệ thống

+ Khi sử dụng dụng cụ đo để đo các đại lượng vật lí luôn có sự sai lệch do đặc điểm và cấu tạo của dụng cụ gây ra.

+ Sự sai lệch này gọi là sai số dụng cụ hoặc sai số hệ thống. Sai số hệ thống có nguyên nhân khách quan (do dụng cụ), nguyên nhân chủ quan do người đó (cần loại bỏ).

- Sai số ngẫu nhiên

+ Khi lặp lại các phép đo, ta nhận được các giá trị khác nhau, sự sai lệch này không có nguyên nhân rõ ràng nên gọi là sai. Số ngẫu nhiên, có thể do thao tác đo không chuẩn, điều kiện làm thí nghiệm không ổn định hoặc hạn chế về giác quan,...

+ Để khắc phục người ta thường tiến hành thí nghiệm nhiều lần và tính sai số.

Lưu ý:

Sai số gây bởi dụng cụ sử dụng đó có thể lấy bằng một nửa độ chia nhỏ nhất trên dụng cụ (ví dụ thước đo chiều dài có độ chia nhỏ nhất là 1 mm thì sai số dụng cụ là 0,5 mm), hoặc được ghi trực tiếp trên dụng cụ do nhà sản xuất xác định.

b. Cách xác định sai số phép đo

- Sai số tuyệt đối là trị tuyệt đối của hiệu số giữa giá trị trung bình các lần đo và giá trị của mỗi lần đo của phép đo trực tiếp.

$\Delta {A_1} = \left| {\overline A - {A_1}} \right|;\Delta {A_2} = \left| {\overline A - {A_2}} \right|;...;\Delta {A_n} = \left| {\overline A - {A_n}} \right|\,\,\,\,\,\,\,(3.1)$

Trong đó: $\overline A = \frac{{{A_1} + {A_2} + ... + {A_n}}}{n}$

- Sai số tuyệt đối trung bình của n lần đo được tính theo công thức:

$\overline {\Delta A} = \frac{{\Delta {A_1} + \Delta {A_2} + ... + \Delta {A_n}}}{n}$ (3.2)

- Sai số tuyệt đối của phép đo là tổng sai số dụng cụ và sai số ngẫu nhiên:

$\Delta A = \overline {\Delta A} + \Delta {A_{dc}}$

- Sai số tỉ đối của phép đo là tỉ lệ phần trăm giữa sai số tuyệt đối và giá trị trung bình của đại lượng đo, cho biết mức độ chính xác của phép đo.

$\delta A = \frac{{\Delta A}}{{\overline A }}.100\%$ (3.3)

c. Cách xác định sai số phép đo gián tiếp

Để xác định sai số của phép đo gián tiếp, vận dụng quy tắc sau:

- Sai số tuyệt đối của một tổng hay hiệu bằng tổng các sai số tuyệt đối của các số hạng.

A =B+C

${\Delta A = \Delta B + \Delta C}$

- Sai số tỉ đối của một tích hay thường thì bằng tổng các sai số tỉ đối của các thừa số.

$\delta v = \delta s + \delta t$

- Từ sai số tỉ đối, có thể sử dụng công thức (3.3) để tính được sai số tuyệt đối.

Ví dụ 1: Đo quãng đường s từ A đến C bằng tổng quãng đường si từ A đến B và sp từ B đến C.

Sai số tuyệt đối: $\Delta s = \Delta {s_1} + \Delta {s_2}$

Ví dụ 2: Đo tốc độ theo công thức v = s/t, sai số phép đo là:

$\begin{array}{l} \delta v = \frac{{\Delta s}}{{\overline s }}.100\% + \frac{{\Delta t}}{{\overline t }}.100\% \\ \Delta v = \Delta s.\overline v \end{array}$

d. Cách ghi kết quả đo

- Kết quả đo đại lượng A được ghi dưới dạng một khoảng giá trị:

$(\overline A - \Delta A) \le A \le (\overline A + \Delta A)$ hoặc $A = \overline A \pm \Delta A$

Trong đó:

+ $\Delta A$ là sai số tuyệt đối thường viết đến số chữ số có nghĩa tới đơn vị của ĐCNN trên dụng cụ đo.

+ Giá trị trung bình $\overline A$ được viết đến bậc thập phân trong ứng với $\Delta A$

- Quy tắc làm tròn số:

+ Nếu chữ số ở hàng bỏ đi nhỏ hơn 5 thì chữ số bên trái vẫn giữ nguyên.

+ Nếu chữ số hàng bỏ đi lớn hơn hoặc bằng 5 thì chữ số bên trái tăng thêm một đơn vị.

B. Bài tập minh họa

Bài 1: Dùng một thước có ĐCNN là 1 mm và một đồng hồ đo thời gian có ĐCNN 0,01s để đo 5 lần thời gian chuyển động của chiếc xe đồ chơi chạy bằng pin từ điểm A (vA = 0) đến điểm B (Hình 3.1). Ghi các giá trị vào Bảng 3.1 và trả lời các câu hỏi.

Bảng 3.1

n	s(m)	$\Delta s$ (m)	t (s)	$\Delta t$ (s)
1
2
3
4
5
Trung bình	$\overline s$ = ...	$\overline {\Delta s}$	$\overline t$ = ...	$\overline {\Delta t}$

a) Nguyên nhân nào gây ra sự sai khác giữa các lần đo?

b) Tính sai số tuyệt đối của phép đo s, t và điền vào Bảng 3.1.

c) Viết kết quả đo:

s = …..; t = …..

d) Tính sai số tỉ đối:

$\delta t = \frac{{\Delta t}}{{\overline t }}.100\% = ...;\delta s = \frac{{\Delta s}}{{\overline s }}.100\% = ...$

$\delta v = ...;\,\Delta v = ...$

Hướng dẫn giải

n	s (m)	Δs (m)	t (s)	Δt (s)
1	0,649	0,0024	3,49	0.024
2	0,651	0,0004	3,51	0,004
3	0,654	0,0026	3,54	0,026
4	0,653	0,0016	3,53	0,016
5	0,650	0,0014	3,50	0,014
Trung bình	$\overline s = 0,6514$	$\overline {\Delta s} = 0,00168$	$\overline t = 314$	$\overline {\Delta t} = 0,0168$

a) Nguyên nhân gây ra sự sai khác giữa các lần đo là:

- Do đặc điểm và cấu tạo của dụng cụ đo

- Do điều kiện làm thí nghiệm chưa được chuẩn

- Do thao tác khi đo

b) Ta có:

$\overline {\Delta s} = \frac{{\left| {\overline s - {s_1}} \right| + \left| {\overline s - {s_2}} \right| + ... + \left| {\overline s - {s_5}} \right|}}{5} = 0,00168$

$\overline {\Delta t} = \frac{{\left| {\overline t - {t_1}} \right| + \left| {\overline t - {t_2}} \right| + ... + \left| {\overline t - {t_5}} \right|}}{5} = 0,0168$

c) Viết kết quả đo:

Ta có:

$\Delta s = \overline {\Delta s} + \Delta {s_{dc}} = 0,00168 + \frac{{0,001}}{2} = 0,00218$

$\Delta t = \overline {\Delta t} + \Delta {t_{dc}} = 0,0168 + \frac{{0,01}}{2} = 0,0218$

Suy ra:

$s = \overline s \pm \Delta s = 0,6514 \pm 0,00218\left( m \right)$

$t = \overline t \pm \Delta t = 3,514 \pm 0,0218\left( s \right)$

d) Tính sai số tỉ đối:

$\delta t = \frac{{\Delta t}}{{\overline t }}.100\% = \frac{{0,0218}}{{3,514}}.100\% = 0,620$

$\delta s = \frac{{\Delta s}}{{\overline s }}.100\% = \frac{{0,00218}}{{0,6514}}.100\% = 0,335$

$\delta v = \frac{{\Delta s}}{{\overline s }}.100\% + \frac{{\Delta t}}{{\overline t }}.100\% = 0,335 + 0,620 = 0,955$

$\Delta v = \delta v.\overline v = 0,955.\frac{{0,6514}}{{3,514}} = 0,177\left( {m/s} \right)$

Bài 2: Em hãy lập phương án đo tốc độ chuyển động của chiếc xe ô tô đồ chơi chỉ dùng thước; đồng hồ bấm giây và trả lời các câu hỏi sau:

a) Để đo tốc độ chuyển động của chiếc xe cần đo đại lượng nào?

b) Xác định tốc độ chuyển động của xe theo công thức nào?

c) Phép đo nào là phép đo trực tiếp? Tại sao?

d) Phép đo nào là phép đo gián tiếp? Tại sao?

Hướng dẫn giải

* Phương án:

- Dụng cụ: ô tô đồ chơi, thước, đồng hồ bấm giây.

- Cách tiến hành:

+ Chọn vạch xuất phát làm mốc, cho ô tô bắt đầu chuyển động

+ Dùng đồng hồ bấm giây để xác định thời gian từ lúc ô tô bắt đầu chuyển động đến khi ô tô dừng lại

+ Dùng thước đo quãng đường từ vạch xuất phát đến điểm ô tô dừng lại.

a) Để đo tốc độ chuyển động của chiếc xe cần đo các đại lượng là: Thời gian (t) và quãng đường (s).

b) Xác định tốc độ chuyển động của chiếc xe bằng công thức: $v = \frac{s}{t}$

c) Phép đo thời gian và quãng đường là phép đo trực tiếp vì chúng lần lượt được đo bằng dụng cụ đo là đồng hồ và thước. Kết quả của phép đo được đọc trực tiếp trên dụng cụ đo.

d) Phép đo tốc độ là phép đo gián tiếp vì nó được xác định thông qua công thức liên hệ với các đại lượng được đo trực tiếp là quãng đường và thời gian.