Thiết kế mới một số bài thí nghiệm vật lý đại cương

Nguyễn Thanh Tùng Thiết kế mới một số bài thí nghiệm vật lý đại cương 
 154 
THIẾT KẾ MỚI MỘT SỐ BÀI THÍ NGHIỆM VẬT LÝ ĐẠI CƢƠNG 
Nguyễn Thanh Tùng(1) 
(1)Trường Đại học Thủ Dầu Một 
Ngày nhận 20/10/2016; Chấp nhận đăng 20/03/2017; Email: tungnt@tdmu.edu.vn 
Tóm tắt 
Bài viết này trình bày nội dung thiết kết một số bài thí nghiệm phục vụ giảng dạy các 
học phần thực hành Vật lý đại cương cho sinh viên ngành Vật lý học, Kỹ thuật Xây dựng, Kỹ 
thuật phần mềm, Kỹ thuật Điện - Điện tử của Trường Đại học Thủ Dầu Một. Các bài thiết kế 
bao gồm cả phần cơ và phần điện. Phần cơ gồm các thí nghiệm về sóng dừng trên dây đàn 
hồi, giao thoa sóng nước. Phần điện gồm các bài thí nghiệm khảo sát đặc tuyến Vôn-Ampe 
của diode và diode Zener, Transistor, khảo sát mạch điện xoay chiều RLC mắc nối tiếp và 
hiện tượng cộng hưởng điện, khảo sát mạch điện bằng dao động ký (OSC). Phương án thiết 
kế với thiết bị dễ tìm mua trên thị trường, lắp ghép đơn giản, gọn nhẹ, dễ sử dụng, dễ thay 
thế, chỉnh sửa khi bị hư hỏng. Các bài thiết kế đã được dạy thử học phần Thực hành Vật lý 
đại cương 2 (0+1) ngành Vật lý học. 
Từ khóa: thiết kế, thí nghiệm, vật lý đại cương, cơ học 
Abtract 
DESIGN SOME EXPERIMENT OF GENERAL PHYSICS 
This topic presents the content designed some General Physics experiments for Physics 
studients, Engineering, Software Engineering, Electrical Engineering of Thu Dau Mot University. 
Design articles include both mechanical and electrology parts. The mechanical part consists of 
experiments about stationary waves on elastic belts, interference water wave. The electrical part 
consists current voltage characteristic of diode, zener diode, and transistor, examine RLC electric 
circuit and electric resonance, examine Oscilloscope (OSC) by circuit board. The design with easy 
to find equipment on the market, simple assembly, compact, easy to use, easy to replace and 
repair. The design have been tested in the General Physics subject 2 (0 + 1) of Physics faculty." 
1. Các bài thí nghiệm phần cơ học 
1.1. Khảo sát sóng dừng trên dây đàn hồi 
Thiết bị bộ thí nghiệm gồm: máy phát tần số, loa điện động, thước đo, chân và giá đỡ, 
dây đàn hồi, lực kế, dây nối nguồn điện. Khi tín hiệu xung f phát ra từ máy phát tần số làm cho 
loa điện động rung và truyền dao động cơ với vận tốc v đến dây đàn hồi chiều dài L(m) được 
cố định hai đầu. Do sóng cơ bị phản xạ ở đầu kia và đi ngược chiều với sóng ban đầu gây ra 
hiện tượng giao thoa với sóng tới và ta thu được sóng dừng trên dây. Các nút sóng (nơi biên độ 
sóng triệt tiêu), bụng sóng k (nơi biên độ sóng cực đại) xuất hiện xen kẽ nhau, quan hệ công 
thức với bước sóng λ(m) (1) và quan hệ giữa tần số f (Hz), chu kỳ T (s), vận tốc v (m/s) với 
bước sóng λ (m) (2). 
Tạp chí Khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 2(33)-2017 
 155 
2
L k

(1). 
1
.T .v v
f
 
(2) 
Khi số bụng k = 3, chiều dài dây L = 60cm, kết quả tính toán theo (2) ta thu được kết 
quả như bảng 1. 
Bảng 1. Kết quả khảo sát sóng dừng với k = 3 bụng, 
sai số phép đo 1,6% 
Lần 
đo 
Tần số f 
(Hz) 
Bƣớc sóng λ 
(m) 
Vận tốc v 
(m/s) 
1 47 0,4 18,8 
2 48 0,4 19,2 
3 49 0,4 19,6 
4 47 0,4 18,8 
Giá trị trung bình của vận tốc: 
1 2
1
...n n
i
i
v v v
v v
n 
  
19,1 
Sai số: 
1
n
i
i
v v
v
n 
  0,3 
Giá trị vận tốc: v v v 19,1 ± 0,3 
Hình 1. Bộ thí nghiệm sóng dừng (hình ảnh sóng 
dừng khi k = 3) 
1.2. Khảo sát giao thoa sóng nước (thí nghiệm biễu diễn) 
 Thiết bị bộ thí nghiệm gồm: giá thí nghiệm (chân đế, khay nước), gương phẳng phản xạ 
và màn hứng ảnh mica, bộ loa điện động, các cần rung, cần tạo sóng (1 cần tạo sóng phẳng, 1 
cần tạo sóng tròn, 1 cần tạo hai sóng tròn), thanh chắn sóng (không có khe, 1 khe, 2 khe), 
nguồn sáng 12V-20W, biến thế nguồn, dây nối, máy phát tần số. 
Hình 2. Hình ảnh giao thoa sóng nước 
Nguyễn Thanh Tùng Thiết kế mới một số bài thí nghiệm vật lý đại cương 
 156 
 Khi mở nguồn điện, máy phát tần số truyền xung điện ra loa điện động và truyền dao 
động cơ ra ngoài cần rung, cho cần rung tiếp xúc mặt nước làm sóng nước xuất hiện, ảnh của 
sóng nước được phản xạ qua gương phẳng đi đến màn hứng ảnh. Dùng các loại cần tạo sóng 
khác nhau chúng ta có thể quan sát được hiện tượng giao thoa, nhiễu xạ của sóng nước. 
2. Các bài thí nghiệm phần điện 
2.1. Đặc tuyến Vôn-Ampe của diode 
Việc khảo sát đặc tuyến Vôn-Ampe có nhiều cách thiết kế khác nhau nhưng đa số đều 
phải lắp ráp nhiều thiết bị riêng lẻ. Ở thí nghiệm này, chúng tôi tích hợp các linh kiện gồm: 
nguồn cấp điện AC/DC, diode, điện trở, biến trở trên một khối (hình 3). Khi lắp đặt mạch khảo 
sát diode với sơ đồ mạch điện, việc khảo sát hoạt động của diode trở nên dễ dàng hơn. Đo đạc 
kết quả với hai loại diode chịu dòng khác nhau (như 1A, 5A) với số liệu khảo sát theo chiều 
thuận với DT và nghịch với DN chúng tôi thu được kết quả như bảng 2. 
Hình 3. Sơ đồ mạch và hình ảnh mạch Khảo sát đặc tuyến Vôn-Ampe của diode 
U (V) I-5A I-1A U (V) I-5A I-1A 
-2.00 0.00 0.00 0.20 0.01 0.00 
-1.50 0.00 0.00 0.30 0.02 0.01 
-1.00 0.00 0.00 0.40 0.24 0.26 
-0.50 0.00 0.00 0.45 1.56 1.24 
0.00 0.00 0.00 0.50 5.15 5.14 
0.05 0.00 0.00 0.55 15.10 16.60 
0.10 0.00 0.00 0.60 36.00 41.20 
Hình 4. Đặc tuyến Vôn-Ampe 
phân cực thuận của các diode 
1A, 5A 
Bảng 2. Số liệu khảo sát đặc 
tuyến Vôn-Ampe của các diode 
Tạp chí Khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 2(33)-2017 
 157 
2.2. Đặc tuyến Vôn-Ampe của diode Zener 
Tương tự sơ đồ mạch và cách thiết kế của mạch diode, chúng tôi thay thế bằng diode 
Zener để khảo sát đặc tuyến Vôn-Ampe của loại diode này. Kết quả khảo sát cho ở hình 5, với 
điểm Zener dòng tăng rất cao tại 6,2V trong quá trình phân cực nghịch cho diode. 
Hình 5. Hình ảnh và sơ đồ mạch Khảo sát đặc tuyến Vôn-Ampe của diode Zener 
 Đồ thị hình 6 cho thấy, diode 
Zener phân cực thuận khi điện thế 
đạt giá trị 0,7V và đạt điểm Zener 
rất cao khi bị phân cực nghịch tại 
điện thế -6,1V. 
Hình 6. Đặc tuyến V-A phân cực 
thuận, nghịch của diode Zener 6,2V 
2.3. Khảo sát đặc tuyến Vôn-Ampe của Transisor 
 Mạch khảo sát đặc tuyến của Transistor được tích hợp gọn trên một khối (hình 7). Tiến 
hành đo đạc và đã thu được kết quả các dòng điện IB và IC của transistor C945, số liệu thực 
nghiệm được ghi lại ở bảng 3. Qua đó xác định được hệ số khuếch đại dòng của Transistor một 
cách dễ dàng. 
Hình 7. Hình ảnh 
sơ đồ mạch điện 
khảo sát 
Transistor C945 
Nguyễn Thanh Tùng Thiết kế mới một số bài thí nghiệm vật lý đại cương 
 158 
Bảng 3. Số liệu đo thực nghiệm đặc tuyến Vôn-Ampe của Transistor C945 
STT UEC(V) IC (IB=10µA) IC (IB=20µA) IC (IB=30µA) IC (IB=40µA) 
1 0.00 0.01 0.01 0.01 0.01 
2 0.04 0.10 0.30 0.45 0.70 
3 0.08 0.42 1.50 2.10 2.90 
4 0.12 0.65 3.50 4.60 7.10 
5 0.14 0.90 4.30 5.90 8.50 
6 0.16 1.10 5.30 6.70 9.50 
7 0.18 1.28 5.80 7.03 10.30 
8 0.20 1.32 6.10 7.30 11.20 
9 0.40 1.70 6.70 8.20 13.30 
10 0.60 2.00 6.80 8.60 13.60 
11 0.80 2.40 6.90 8.90 13.80 
12 1.00 2.70 7.10 9.20 13.90 
13 2.00 3.10 7.12 9.70 14.20 
14 3.00 3.50 7.30 10.00 14.50 
15 4.00 3.55 7.43 10.10 14.80 
16 5.00 3.56 7.46 10.30 14.90 
Hình 8. Đặc tuyến Vôn-
Ampe của Transistor C945 
với các dòng IB khác nhau 
Theo số liệu mà chúng tôi đo được đối với C945 thì độ khuếch đại hFE có thể tính được 
như bảng 4 (phù hợp với thông số trong [6]. 
Lần đo Dòng IB (µA) Dòng IC (mA) 
C
FE
B
I
h
I
1 10 3,5 350 
2 20 7,2 360 
3 30 10,2 340 
4 40 14,5 363 
TB 353 
Bảng 4. Kết quả tính độ khuếch đại dòng của C945 
Tạp chí Khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 2(33)-2017 
 159 
2.4. Khảo sát dòng điện xoay chiều với mạch RLC mắc nối tiếp 
 Ở thí nghiệm này chúng tôi khảo sát 
dòng điện xoay chiều với mạch RLC mắc nối 
tiếp bằng cách dùng dao động ký (OSC). Tín 
hiệu xung xoay chiều được tạo ra từ máy phát 
tần số f đặt vào hai đầu mạch điện. Với cách 
nối dây khác nhau sẽ tạo ra các dạng mạch khác 
nhau (R nối tiếp R’, R nối tiếp tụ điện C, R nối 
tiếp cuộn dây L (có điện trở trong R0) và mạch 
RLC nối tiếp). Tần số f của xung được điều 
chỉnh với những giá trị khác nhau, trên dao 
động ký xác định được các góc lệch pha khác 
nhau giữa dòng i(t) và hiệu điện thế u(t) toàn 
mạch, qua đó chúng ta có thể xác định các giá 
trị C, L thông qua các góc lệch pha. Khi dòng 
điện đạt giá trị cực đại I = Imax trên ampe kế thì 
trên OSC hai sóng hình sin thể hiện hai kênh 
i(t) và u(t) cũng trùng nhau về pha (hình 7). 
Hình 9. Hình ảnh mạch khảo sát mạch điện 
xoay chiều khi xảy ra cộng hưởng 
2.5. Thí nghiệm về dao động ký điện tử (OSC) 
Thí nghiệm này hướng dẫn cho 
sinh viên biết các bước cơ bản về chức 
năng và cách sử dụng máy dao động ký 
điện tử (OSC), cách thức xác định chu 
kỳ T dựa vào nút chỉnh Times/div hay 
tần số f (nghịch đảo của chu kỳ), giá trị 
hiệu dụng U hay cực đại U0 của hiệu 
điện thế xung tín hiệu vào dựa vào cách 
chỉnh các nút Volt/div và đếm số div để 
xác định giá trị Vpp. Thí nghiệm cũng 
lắp đặt thêm mạch điện với hình thức 
khảo sát dạng tín hiệu xung bằng OSC 
khi mạch điện xoay chiều được chỉnh 
lưu 1 bán kỳ và 2 bán kỳ, khi chưa dùng 
tụ điện lọc tín hiệu. Khi dùng tụ có điện 
dung C1(47μF) nhỏ thì tín hiệu vẫn còn 
gợn sóng, khi dùng tụ điện C2 (2000μF) 
tương đối lớn hơn C1 thì dòng điện trở 
nên phẳng, ổn định hơn. 
Hình 10. Hình ảnh mạch thí nghiệm dao động ký khi 
chỉnh lưu 1 bán kỳ 
Nguyễn Thanh Tùng Thiết kế mới một số bài thí nghiệm vật lý đại cương 
 160 
3. Thực nghiệm 
 Sau khi thiết kế, lắp đặt xong các thiết bị, chúng tôi tiến hành thực nghiệm trên lớp thực 
hành vật lý đại cương Khoa Khoa học Tự nhiên Trường Đại học Thủ Dầu Một với 75 sinh 
viên. Tiến hành khảo sát ý kiến người học thông qua 10 tiêu chí và 4 mức đánh giá với nội 
dung được ghi ở bảng 5 và kết quả thể hiện trên đồ thị hình 11. 
Bảng 5. Bảng câu hỏi khảo sát ý kiến người học 
Câu Tiêu chí nhận xét 
Yếu TB Khá Tốt 
1 Hình thức thiết kế của các bài thí nghiệm     
2 Độ bền, tính chắc chắn của vật tư, thiết bị thí nghiệm     
3 Tính thuận tiện, tinh gọn của từng bài thí nghiệm     
4 Sự tin cậy của số liệu thực nghiệm trong quá trình đo đạc     
5 Sự phù hợp của Tài liệu hướng dẫn thực hành với thiết bị     
6 Tính vừa sức giữa thời lượng và kiến thức các bài thí nghiệm     
7 Tính hiệu quả, thiết thực của các thiết bị mới     
8 Sự hứng thú, hấp dẫn khi sử dụng các thiết bị mới     
9 Trách nhiệm, kiến thức của giảng viên cho bài học     
10 Công tác tổ chức kiểm tra đánh giá học phần     
Hình 11. Kết quả khảo sát 
ý kiến người học 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] Lương Duyên Bình (2009), Giáo trình vật lý đại cương tập 1, 2, 3, NXB Giáo dục. 
[2] Trần Kim Cương (2009), Thực tập vật lý đại cương A1, Trường Đại học Đà Lạt. 
[3] Đào Nguyên Khánh (2014), Tài liệu ôn thi Vật lý 12, Trường Đại học Hàng Hải. 
[4] Nguyễn Văn Nghĩa (2009), Thí nghiệm vật lý đại cương II, NXB Khoa học Tự nhiên và Công nghệ. 
[5] Trường Đại học Bách Khoa TP HCM (2009), Kỹ thuật điện điện tử. 
[6] Website  
[7] Website https://en.wikibooks.org/wiki/Practical_Electronics/Oscilloscopes 
[8] Website https://vi.wikipedia.org/wiki/Dao_dong_ky