Lý thuyết Vật lý lớp 10 bài 3: Đơn vị và sai số trong Vật Lý 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 chân trời sáng tạo. Mời quý thầy cô cùng các bạn tham khảo tài liệu dưới đây.
- 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 | μ | 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.
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:
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 = α.v.t2 với v và t lần lượt là vận tốc và thời gian, α là hằng số không thử nguyên. Dựa vào việc xác định thử nguyên, em hãy cho biết công thức trên là đúng hay sai.
Hướng dẫn
- 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 = α.v.t
- Trong hệ SI, s, v và t lần lượt có đơn vị là m, m.s-1, s.
Phép đo các đại lượng vật lí là phép so sánh chúng với đại lượng cùng loại được quy ước làm đơn vị.
- 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.
- 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.
Ví dụ: Khi đo thời gian rơi của một vật bằng đồng hồ bấm giây, phản xạ của người đó sẽ gây ra sai số ngẫu nhiên. Khi đo khối lượng của một vật nhỏ bằng một cân hiện số có độ nhạy cao, các yếu tố khách quan như gió, bụi cũng có thể gây ra sai số ngẫu nhiên.
Chú ý: Sai số ngẫu nhiên có thể được hạn chế bằng cách thực hiện phép đo nhiều lần và lấy giá trị trung bình để hạn chế sự phân tán của số liệu đo.
Khi tiến hành đo đạc, giá trị x của một đại lượng vật lí thường được ghi dưới dạng với là giá trị trung bình của đại lượng cần đo khi tiến hành phép đo nhiều lần
Giá trị trung bình có thể xem là giá trị gần đúng nhất với giá trị thật của đại lượng vật lí cần đo.
Sai số của phép đo có thể biểu diễn dưới dạng:
Trong đó sai số dụng cụ , thường được xem có giá trị bằng một nửa độ chia nhỏ nhất đối với những dụng cụ đơn giản như thước kẻ, cân bàn, bình chia độ,... Trong nhiều trường hợp, sai số dụng cụ thường được cung cấp chính xác bởi nhà sản xuất.
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:
Sai số tương đối cho biết mức độ chính xác của phép đo.
- 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:
Nếu ... thì
Nếu thì
Ví dụ: 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 |
(mm) |
(mm) |
(mm) |
1 |
798 |
0 |
|
2 |
798 |
0 |
|
3 |
798 |
0 |
|
4 |
798 |
0 |
|
5 |
798 |
0 |
|
Trung bình |
798 |
0 |
1 |
Ta có:
Sai số ngẫu nhiên:
Sai số dụng cụ:
→ Sai số của phép đo:
Kết quả đo: