Giáo trình thực tập cho sinh viên y khoa năm 1

BỘ MÔN VẬT LÝ Y SINH Giáo Trình Thực Tập Cho Sinh Viên Y Khoa Năm I Lê Đỗ Ninh Trang 1 Bài số 0. PHÉP ĐO, SAI SỐ VÀ ĐỒ THỊ 1. Phép đo và sai số Trong thực nghiệm, khi dùng dụng cụ đo để xác định một đại lượng, ta thường không thu được giá trị đúng tuyệt đối, do có nhiều hạn chế kỹ thuật gây ra sai lệch. Thí dụ, dùng thước để đo độ dài, nếu kết hợp thêm cả kính hiển vi thì cũng khó phân biệt giữa 1.3 và 1.4 µm. Thậm chí nếu có một lần đo nào đó ta ngẫu nhiên thu được giá trị đúng của đại lượng cần đo thì ta cũng không biết, do đó, buộc phải coi tất cả các phép đo chỉ cho giá trị gần đúng. Người ta gọi độ lệch giữa kết quả đo (a’) và giá trị thực của đại lượng cần đo (a) là sai số tuyệt đối của phép đo và ký hiệu là: δa = a’ – a (1) Sai số δa có thể dương hoặc âm, nhưng xét về độ lớn (trị số tuyệt đối) thì không được quá lớn, nếu khác đi thì coi như phép đo không thành công. 2. Các loại sai số Sai số có thể phát sinh do người làm thực nghiệm, của phương pháp, dụng cụ đo hoặc do chính vật được khảo sát. Nếu phương pháp thực nghiệm sai hoặc dụng cụ đo không được cân chỉnh tốt, thì sai số có thể lớn nhưng khá ổn định, người ta xếp chúng vào loại sai số hệ thống và có thể khắc phục được bằng cách hiệu chỉnh kết quả đo. Thí dụ, nếu chúng ta biết chiếc đồng hồ luôn chạy nhanh 0.5 phút mỗi giờ, thì kết quả đo bằng 2 giờ phải được trừ bớt 1 phút. Một cái thước dài 1 m, có kẻ các vạch cách nhau 1 mm, thì ta không thể biết được phần lẻ nhỏ hơn 1 mm của giá trị đo, do đó, sai số là 1 mm. Tuy nhiên, còn nhiều loại sai số khác không có tính ổn định như vậy, là các sai số ngẫu nhiên. Trong khuôn khổ tài liệu này, ta không cần nói nhiều về sai số hệ thống, mà chú ý đến các sai số ngẫu nhiên. Sai số ngẫu nhiên có các đặc tính Tính giới hạn: Trong điều kiện đo cụ thể, trị số tuyệt đối của sai số ngẫu nhiên không thể vượt quá một giới hạn nhất định. Tính tập trung: Sai số ngẫu nhiên có trị số tuyệt đối càng nhỏ thì khả năng xuất hiện càng nhiều. Tính đối xứng: Sai số ngẫu nhiên dương và âm với trị số tuyệ t đối không lớn có số lần xuất hiện gần bằng nhau. Tính bù trừ: Khi số lần đo tiến tới vô cùng thì trung bình cộng của các sai số ngẫu nhiên của cùng một đại lượng sẽ tiến tới 0. Hình minh hoạ thống kê sai lệch của đồng hồ máy tính tại trang webpages.com/time/ (trang cung cấp giờ của đồng hồ nguyên tử). BỘ MÔN VẬT LÝ Y SINH Giáo Trình Thực Tập Cho Sinh Viên Y Khoa Năm I Lê Đỗ Ninh Trang 2 Phương pháp chung để giảm bớt sai số của phép đo là phải lặp lại nhiều lần việc đo để có kết quả là số trung bình cộng. 2.1. Sai số đọc Không có thang đo nào có đủ các vạch cho mọi giá trị (thí dụ: thước kẻ chỉ chia vạch đến mm, do đó các độ dài không phải số nguyên lần mm thì người đo phải nhận định về phần lẻ là bao nhiêu phần trăm của 1 mm). Sai số loại này rất phổ biến và do tính chủ quan của người đọc. Khi dùng đồng hồ kim, kim của đồng hồ không nằm trong mặt phẳng chứa các vạch chia độ. Khi đó vị trí đặt mắt không đúng sẽ làm tăng sai số đọc. Vị trí đúng là vị trí mà mặt phẳng do con ngươi của mắt và kim của đồng hồ tạo thành một mặt phẳng vuông góc với mặt chia độ. Do vậy, đôi khi người ta phải có gương phản xạ trên mặt chia độ, và chỉ cần chọn vị trí của mắt sao cho ảnh của kim bị khuất sau chính kim đó. 2.2. Sai số do dụng cụ đo kỹ thuật số Cũng là loại sai số tương tự sai số đọc, nhưng không phải do mắt, mà do sự hiển thị của các thiết bị đo kỹ thuật số. Các giá trị mà chúng có thể cho hiển thị trên màn hình chỉ là các giá trị gián đoạn (thí dụ, card chuyển từ analog – “tín hiệu tương tự” sang digital – “tín hiệu số”, nếu là loại 8 bits thì chỉ có thể hiển thị được 28=256 mức khác nhau), nếu kết quả đo không trùng với các mức đó thì sẽ được làm tròn. Ngoài ra, khi đại lượng cần đo có sự dao động lớn hơn khoảng cách giữa hai mức tín hiệu số cạnh nhau, ta còn thấy các con số hiển thị thay đổi liên tục, việc chọn giá trị nào là tuỳ người sử dụng. 2.3. Sai số do đối tượng được khảo sát. Khi khảo sát một hiện tượng hay một vật không đồng nhất hoàn toàn theo một phương diện nào đó, khó có thể tin tưởng vào phép đo với chỉ một lần đo. Thí dụ, đo tốc độ gió hay ngay cả hướng gió. Thậm chí, khi đo đường kính một quả cầu có sẵn trong tay, ta không dám chắc nó có dạng đúng hình cầu, mà thường là mỗi đường kính lấy theo phương khác nhau lại có giá trị khác nhau. 3. Độ ngờ của kết quả 3.1. Sai số trong phép đo trực tiếp Thường thì một phép đo trong phòng thí nghiệm phải được lặp lại từ 3 đến 5 lần, qua đó xác định được giá trị cần đo (x) là trị số trung bình nhằm mục đích khắc phục sai số ngẫu nhiên: 5 54321 xxxxxx ++++= hay ∑ = = 5 15 1 i ixx (2) Trong Microsoft Excel dùng =AVERAGE(x1,x2,x3,x4,x5) Mặc dù các sai số ngẫu nhiên của 5 lần đo có thể ngẫu nhiên bù trừ lẫn nhau và ta đã có được giá trị lý tưởng x, nhưng về nguyên tắc ta không thể biết, phải chấp nhận ước lượng sai số theo kiểu tối đa (sai số tuyệt đối trung bình) hay còn gọi là độ ngờ của kết quả: 5 54321 xxxxxxxxxx x −+−+−+−+−=∆ hay ∑ = −=∆ 5 15 1 i xxx i (3) BỘ MÔN VẬT LÝ Y SINH Giáo Trình Thực Tập Cho Sinh Viên Y Khoa Năm I Lê Đỗ Ninh Trang 3 Trong Microsoft Excel dùng =AVEDEV(x1,x2,x3,x4,x5) Khi thí nghiệm được lặp lại nhiều lần (thường không phải là phép đo thủ công, mà là trong các hệ đo tự động hoặc trong khảo sát khác, thí dụ, tìm độ tuổi trung bình của sinh viên năm thứ nhất), người ta không xác định độ ngờ qua sai số tuyệt đối trung bình mà là qua sai số toàn phương trung bình: ∑ = −−=∆ n i i xxn x 1 2)( 1 1 với n là số lần đo. (4) Cách tính này sẽ cho độ ngờ khác sai số tuyệt đối trung bình nếu các sai số ngẫu nhiên không giống nhau. Nó sẽ “khuếch đại” các sai số lớn do được bình phương trước khi cộng, nên có thể dùng để so sánh độ tin cậy của hai phép đo có cùng sai số tuyệt đối trung bình. Không nhất thiết là cứ có thêm một lần đo thì chắc chắn thu được kết quả tốt hơn, mà còn tùy thuộc chất lượng của mỗi lần đo. Nếu trong các số liệu đo có một số quá lớn hoặc quá nhỏ (rất khác thường) so với các số liệu còn lại thì người ta chấp nhận bỏ nó đi (nhiều lần đo) hoặc đo lại (ít lần đo). Thực ra, trong những phép đo quan trọng (thí dụ, chỉ có ít lần đo mà không còn điều kiện lặp lại thí nghiệm) thì muốn bỏ bớt một số liệu phải có quy tắc cụ thể. Ta sẽ không đi sâu hơn trong khuôn khổ tài liệu này. Sau khi tìm được cả x và x∆ , ta viết kết quả đo được dưới dạng: x = x ± x∆ , và có một điều cần nhớ khi trình bày kết quả cụ thể nào đó, rằng các số phía bên phải của đẳng thức trên phải cùng mức độ chính xác (số chữ số thập phân sau dấu phẩy). Ví dụ: x = 3.00 ± 0.07 đúng cách, x = 3 ± 0.07 sai, vì “3” có độ chính xác tới 1 đơn vị, 0.07 chẳng còn ý nghĩa x = 2000 ± 5 đúng cách, x = 2E+3 ± 5 hoặc 2×103 ± 5 hoặc 2 ngàn ± 5 đều sai vì x chính xác chỉ đến đơn vị là ngàn, phần độ ngờ mất ý nghĩa, x = 18.12345 ± 0.01 sai vì khi độ ngờ là 0.01 thì việc viết x quá chính xác là vô căn cứ. Chú ý: - Làm tròn số đối với độ ngờ: không giảm ! Thí dụ 0.731 làm tròn là 0.74. - Nhiều loại sai lệch: cộng chung. Thí dụ nếu thước đo có độ chính xác là 0.1 mm và kết quả đo có độ ngờ tính được là 0.333 mm thì độ ngờ của thí nghiệm sẽ là 0.433 mm. 3.2. Sai số trong phép đo gián tiếp Giả sử ta buộc phải đo đại lượng x rồi qua đó mới tính được đại lượng y, thì phép đo y được gọi là phép đo gián tíếp. Trường hợp đơn giản nhất là y và x có quan hàm bậc nhất (y = ax1 +b). Ta biết ngay y = a x + b và y∆ = |a| x∆ vì y = a ( x ± x∆ ) +b. Sở dĩ nó đơn giản vì trong quan hệ hàm bậc nhất (cũng gọi là quan hệ tuyến tính), y thay đổi “đều” theo x, cứ x thay đổi một đơn vị thì y thay đổi a đơn vị. BỘ MÔN VẬT LÝ Y SINH Giáo Trình Thực Tập Cho Sinh Viên Y Khoa Năm I Lê Đỗ Ninh Trang 4 Khi quan hệ y(x) phức tạp hơn quan hệ tuyến tính, nghĩa là y thay đổi không “đều” theo x, thì dù đã biết x∆ , ta còn phải biết tốc độ thay đổi của y theo x tại vị trí x đó là bao nhiêu thì mới tính được, tốc độ đó chính là đạo hàm y’(x): x dx dyy ∆≈∆ hay |y’(x)| x∆ (5) Dấu xấp xỉ cho thấy chỉ dùng được khi x∆ khá nhỏ, tới mức coi như y’ không thay đổi trong cả đoạn này, trong trường hợp tổng quát thì phải dùng đến tích phân xác định để tính )(' xy trung bình. Trong thực nghiệm, nhiều khi y được tính qua hai hay nhiều đại lượng đo trực tiếp, thí dụ y = y(x,t). Khi y là hàm bậc nhất, mọi chuyện vẫn đơn giản như trước, nhưng phải chú ý dấu trong biểu thức độ ngờ: luôn dương (nếu y=2x-t thì txy ∆+∆=∆ 2 ). Tổng quát hơn, ta biết rằng dy = dt t ydx x y ∂ ∂+∂ ∂ = y’xdx + y’tdt (đạo hàm riêng theo từng biến độc lập, tính bằng cách coi các biến còn lại không đổi), do đó t t yx x yy ∆∂ ∂+∆∂ ∂≈∆ hay |y’x|dx + |y’t|dt . (6) Trong nhiều trường hợp, người ta tính độ ngờ qua sai số tương đối (δ=|∆y / y|) dơn giản hơn tính trực tiếp, nhất là đối với các hàm số mũ. Khi đó ∆y = δ. y . Tương tự như vậy đối với các trường hợp có nhiều biến độc lập. Liệt kê vài trường hợp cụ thể (chữ đậm là giá trị trung bình): • Y = aX + b → ∆Y = |a|∆X • Y = aX1 ± bX2 + c → ∆Y = |a|∆X1 + |b|∆X2 • Y = aX1X2 + b → ∆Y = |a|(|X2|∆X1 + |X1|∆X2) • Y = aX1 / X2 + b → ∆Y = |a|(|X2|∆X1 + |X1|∆X2) / X22 4. Đồ thị biểu diễn kết quả Số liệu thực nghiệm được trình bày dưới dạng bảng, biểu đồ hoặc đồ thị, chọn loại nào thì tùy hoàn cảnh và yêu cầu, nhưng ở đây ta tập trung vào hình thức thứ ba, vì đối với hàm số thì đây là hình thức phù hợp nhất (Chú ý, có tài liệu dùng từ “sai số” thay cho từ “độ ngờ”, nhưng theo tác giả bài soạn này, chữ độ ngờ chuẩn hơn. Trước hết, nó bao hàm nhiều lĩnh vực, chứ không chỉ là số của toán học, thí dụ không thể nói sai số là 0.2 mét, tuy cũng có thể nói sai lệch 0.2 m. Và, điều thứ hai quan trọng hơn, đây chỉ là độ thiếu tin cậy của phép đo chứ không phải độ lệch thật sự của nó, như đã nói ở phần đầu). Nguyên tắc đầu tiên là phải thể hiện đủ giá trị trung bình và độ ngờ tại các vị trí đo. Biến t Hàm đo được x 1 2 3 0.921 ± 0.015 0.852 ± 0.013 0.996 ± 0.017 Biến t đo được Hàm y(t) 13 ± 1 15 ± 2 19 ± 4 0.912 ± 0.010 0.930 ± 0.013 0.996 ± 0.014 BỘ MÔN VẬT LÝ Y SINH Giáo Trình Thực Tập Cho Sinh Viên Y Khoa Năm I Lê Đỗ Ninh Trang 5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0.84 0.86 0.88 0.90 0.92 0.94 0.96 0.98 1.00 x t Nguyên tắc thứ hai là tận dụng tối đa diện tích dành cho đồ thị (thí dụ, trong phần đóng khung bên phải đây), bao gồm hai chi tiết: các trục toạ độ trải dài gần hết cả hai chiều (chỉ trừ chỗ chú thích), đồng thời các giá trị biến hoặc hàm rải suốt gần hết chiều dài các trục. Nguyên tắc thứ ba là khi nối các điểm thực nghiệm thành đường, phải chú ý: - Đường vẽ phải đi qua các vạch biểu diễn độ ngờ (hoặc ô chữ nhật biểu diễn độ ngờ hai chiều), nhưng không nhất thiết phải đi qua vị trí tâm của vạch (hình chữ nhật) đó. - Hình dạng đường này phải gần giống với hình dạng theo lý thuyết, chẳng hạn, nếu quan hệ tuyến tính thì phải vẽ đoạn thẳng, quan hệ là hàm bậc 2 thì phải vẽ một đoạn parabol, vv... Trong trường hợp chưa biết quy luật quan hệ lý thuyết thì cố gắng vẽ một đường trơn tru ít uốn khúc nhất có thể. BÀI I. KHẢO SÁT CÁC HIỆN TƯỢNG MẶT NGOÀI CỦA CHẤT LỎNG 1. Mục đích thí nghiệm - Khảo sát hiện tượng dính ướt và không dính ướt của chất lỏng, - Đo lực căng mặt ngoài và tính hệ số căng mặt ngoài. 2. Cơ sở lý thuyết Quan sát sự tiếp xúc của chất lỏng với thành của bình chứa, có thể thấy hiện tượng dính ướt (mép nước dâng cao, hình bên trái) hoặc không dính ướt (ngược lại, hình bên phải). Khi quan sát một giọt chất lỏng trên bề mặt không dính ướt, ta sẽ thấy nó không bị vỡ ra, đó là do có lực căng mặt ngoài. Để khẳng định sự tồn tại của lực căng mặt ngoài, có thể làm thí nghiệm nâng một vật dính ướt ra khỏi chất lỏng và đo lực kéo khi vật đi lên phía trên mặt chất lỏng. Giả sử vật thí nghiệm là một vành dạng trụ, dính ướt đối với nước (H2O), với đường kính trong là d và đường kính ngoài là D. Hệ số căng mặt ngoài của nước là σ. Khi bứt khỏi mặt nước, mặt trong của vành chịu một lực kéo F1 = σπd, còn mặt ngoài chịu F2 = σπD. Tổng hợp lực tác dụng lên vành là Fc = F1+F2 = σπ(d+D). BỘ MÔN VẬT LÝ Y SINH Giáo Trình Thực Tập Cho Sinh Viên Y Khoa Năm I Lê Đỗ Ninh Trang 6 Lực Fc này có thể xác định bằng thực nghiệm với một lực kế đủ nhạy. Khi đó, ta đo được không chỉ lực căng mặt ngoài (Fc) mà là một lực gồm nó và cả trọng lực của vành: F = Fc + P. P chính là giá trị F khi ta chưa nhúng vành vào nước. 3. Thực nghiệm 3.1. Dụng cụ thí nghiệm Dụng cụ thí nghiệm là bộ thiết bị BKT-060 kiểu MC-964 do Viện Vật lý Kỹ thuật - Đại học Bách khoa Hà nội chế tạo, gồm - Cốc (ly) đựng nước, - Lực kế loại 0-0.1 N, độ chính xác 0.01 N, - Vành D75/73, - Bản nhựa phẳng, - Bản nhôm phẳng, một mặt được phủ nylon, - Bản thủy tinh phẳng. 3.2. Khảo sát sự dính ướt và không dính ướt Lau sạch các bề mặt bản mỏng và khào sát sự dính ướt của chúng đối với H2O. 3.3. Khảo sát hiện tượng căng mặt ngoài của H2O Lau sạch vành và treo vào lực kế sao cho mặt cắt hình tròn song song với mặt phẳng nằm ngang. Giữ cho lực kế thẳng đứng và ghi nhận giá trị trọng lượng P của vành. Chuyển vị trí vành nhựa đến ly chứa nước, vẫn giữ cho lực kế thẳng đứng và mặt dưới của vành chìm trong nước. Thật chậm rãi kéo lực kế lên và chăm chú theo dõi số chỉ của lực kế. Trước khi vành bứt ra khỏi mặt nước chính là lúc các màng nước kéo mặt trong và mặt ngoài vành bằng lực căng bề mặt của nó, số chỉ của lực kế là tối đa, đó chính là F (Suy ra Fc =F - P). Lặp lại bước này 05 lần và tính toán hệ số căng mặt ngoài của nước. Điền kết quả thí nghiệm vào Mẫu báo cáo số 1 để nộp cho giảng viên. ----- BÀI II. XÁC ĐỊNH HỆ SỐ NHỚT CỦA CHẤT LỎNG THEO p.p. STOKES 1. Cơ sở lý thuyết Khi chất lỏng chuyển động thành lớp trong ống hình trụ, thì vận tốc chuyển động giảm dần từ trục ống đến thành ống. Nguyên nhân là do lực ma sát giữa lớp ngoài cùng với thành ống và lực nội ma sát giữa các lớp chất lỏng với nhau. BỘ MÔN VẬT LÝ Y SINH Giáo Trình Thực Tập Cho Sinh Viên Y Khoa Năm I Lê Đỗ Ninh Trang 7 Lực nội ma sát Fms giữa hai lớp chất lỏng sát nhau (cách nhau dz, chênh lệch vận tốc dv và diện tích tiếp xúc ∆S) là Fms = Sdz dv ∆η với η là hệ số nhớt đặc trưng cho từng chất lỏng và phụ thuộc nhiệt độ (giảm khi tăng nhiệt độ). Đơn vị tính: [η] = kg/(m.s) Khi một viên bi nhỏ (bán kính r) rơi thẳng đứng (vận tốc v) trong khối chất lỏng, lớp chất lỏng dính trên bề mặt viên bi cũng chuyển động theo với cùng vận tốc và kéo lớp chất lỏng bên cạnh chuyển động. Ảnh hưởng dây chuyền này chấm dứt ở khoảng cách 2r/3 tính từ mặt ngoài viên bi ra xa. Ta có ∆v = v-0 = v trên khoảng cách ∆z = 2r/3 nên r v z v dz dv 2 3=∆ ∆≈ . Thay diện tích bề mặt viên bi bằng 4πr2, ta tính được : Fms = 6 π η r v (Công thức Stokes, chỉ đúng khi ∆v và ∆z tương đối nhỏ). Từ biểu thức này, thấy Fms tăng theo v. Viên bi sẽ không chuyển động nhanh dần khi rơi trong chất lỏng và v đạt độ lớn nhất định, sao cho Fms cùng lực đẩy Acsimét FA cân bằng với trọng lực P. Khi đó, nó rơi thẳng đều, và v = L/τ, trong đó, L là khoảng độ cao chọn trước, τ là thời gian rơi hết độ cao này. Khai thác tất cả các điều kiện này, người ta tính được: L gd τρρη 2 11 )( 18 1 −= , trong đó ρ1 và d1 là khối lượng riêng và đường kính viên bi, ρ là khối lượng riêng của chất lỏng và g là gia tốc trọng trường. Trong trường hợp chất lỏng chứa trong ống hẹp (đường kính trong là d), thì : )4.21( )( 18 1 1 2 11 d dL gd + −= τρρη 2. Thực nghiệm 2.1. Dụng cụ thí nghiệm Dụng cụ thí nghiệm là bộ thiết bị BKT-070 kiểu MN-971A do Viện Vật lý Kỹ thuật - Đại học Bách khoa Hà nội chế tạo, gồm: 1- Phễu định hướng 2- Ống thủy tinh 38mm 3- Chất lỏng 4 và 5- các cảm biến với khoảng cách L 6 và 7- núm điều chỉnh độ nhạy 2 cảm biến 8- nút bấm giây 9- giá đỡ 10- hộp phụ tùng 11- ống thu hồi bi BỘ MÔN VẬT LÝ Y SINH Giáo Trình Thực Tập Cho Sinh Viên Y Khoa Năm I Lê Đỗ Ninh Trang 8 Hộp phụ tùng chứa bi, nam châm và thước panme 0-25 mm dùng để đo đường kính viên bi (độ chính xác 0.01 mm). 1- đầu trục di động theo thân vít 3 2- đầu trục cố định 3- thân vít với thước lệch (trên dưới lệch 0.5 mm) 4- cần hãm trục 1 và vít 3 (gạt phải thì hết) 5- thước tròn điều khiển trục 1 (0.5 mm / vòng) 6-trục quay-trượt hỗ trợ thước tròn 5, trục 1 2.2. Đo đường kính bi bằng thước panme - Xác định điểm “0” của thước: lau sạch bề mặt trục 1 và 2, xoay trục 6 cho đến khi 2 mặt giáp nhau (có tiếng kêu). Ghi nhận mốc “0” trên thước tròn 5 (Nếu vạch “0” nằm dưới đường chuẩn thì dếm số vạch xen giữa và nhân 0.01 mm để trừ vào kết quả đo). - Mở rộng thước, đặt bi vào đầu 2 rồi vặn trục 5 đến khi áp sát bi, gạt cần 4 để cố định. Cách đọc như sau: Mép thước tròn có thể nằm cạnh vạch của thước thẳng trên hoặc thước thẳng dưới; tùy theo đó, ta đọc thước trên hay thước dưới, và phần lẻ đọc trên thước tròn. - Lặp lại phép đo thêm 4 lần nữa và điền vào Báo cáo theo mẫu số 2. 2.3. Đo thời gian chuyển động rơi của viên bi trong chất lỏng (bằng mắt) - Chỉnh cho ống thủy tinh 2 đứng thẳng - Cắm điện và bật công-tắc - Đặt núm xoay 6 và 7 về sát biên trái (các đèn LED đỏ) - Bấm Reset đề đưa đồng hồ về 0 - Lau sạch viên bi, trong khi chuẩn bị thả vào ống thủy tinh thì một ngón tay chuẩn bị trên nút bấm 8. - Khi viên bi đi qua bộ cảm biến 4, nhấn đồng hồ cho chạy, và khi qua cảm biến 5 thì nhấn đồng hồ cho ngừng. Ghi nhận thời gian. - Lặp lại phép đo thêm 4 lần nữa và điền vào Báo cáo theo mẫu số 2. 2.4. Đo thời gian chuyển động rơi của viên bi trong chất lỏng (tự động) - Đặt núm xoay 6 và 7 sao cho cảm biến nhạy nhất (các đèn LED đỏ cỡ 50%) - Bấm Reset đề đưa đồng hồ về 0 - Lau sạch viên bi, và bị thả vào ống thủy tinh. Ghi nhận thời gian. - Lặp lại phép đo thêm 4 lần nữa và điền vào Báo cáo theo mẫu số 2. BÀI III. XÁC ĐỊNH CHIẾT SUẤT CỦA BẢN THỦY TINH BẰNG KÍNH HIỂN VI 1. Cơ sở lý thuyết Nguồn sáng S đặt ở mặt dưới của tấm thủy tinh cho một chùm sáng hẹp SHA như hình vẽ. Tia khúc xạ trong không khí HI giữ nguyên phương thẳng đứng, còn tia B có góc i tạo với pháp tuyến lớn hơn góc tới r. Giao của 2 tia khúc xạ là S1 làm cho BỘ MÔN VẬT LÝ Y SINH Giáo Trình Thực Tập Cho Sinh Viên Y Khoa Năm I Lê Đỗ Ninh Trang 9 người quan sát thấy nguồn sáng ở S1 (ảo ảnh). Vì thế, SH là độ dày thực của tấm thủy tinh (ký hiệu d), còn S1H được gọi là độ dày biểu kiến của nó (ký hiệu d1). Theo định luật khúc xạ ánh sáng (coi chiết suất của không khí bằng 1) thì n = sin i / sin r. Với chùm sáng rất hẹp thì 11tan tan sin sin d d HS SH r i r i ==≈ . Vậy: n = d/d1 : độ dày thực lớn gấp n lần độ dày biểu kiến. 2. Kiến thức bổ túc: cách soi kính hiển vi 2.1. Hạ bàn trượt xuống hết cỡ bằng núm xoay chỉnh thô, hay còn gọi là ốc vĩ cấp (thường là quay tới). 2.2. Xoay mâm vật kính để chọn vật kính có độ phóng đại nhỏ (4x hoặc 10x). 2.3. Chỉnh lam kính sao cho vật cần soi nằm tương đối đúng vào giữa trường nhìn. 2.4. Nếu ánh sáng không đều thì chỉnh kính tụ quang (và gương lấy sáng nếu có). 2.5. Mắt chăm chú theo dõi qua thị kính, tay chậm rãi quay núm chỉnh thô nâng dần bàn trượt lên (thường là quay lui) cho đến khi nhìn thấy vật cần soi. 2.6. Chỉnh vị trí vật soi trên bàn trượt cho đúng giữa trường nhìn và bắt đầu dùng núm xoay chỉnh tinh (còn gọi là ốc vi cấp) để thấy vật một cách rõ nét nhất. Nếu cần soi kỹ hơn (với độ phóng đại cao hơn) thì làm tiếp các bước sau đây: 2.7. Xoay mâm vật kính để chọn vật kính có độ phóng đại cao hơn một bậc. 2.8. Lặp lại bước 6. 2.9. Nếu cần thì lặp lại bước 7 và 8 cho đến khi việc quan sát đạt yêu cầu. Chú ý : - khi dùng vật kính 100x thì phải có đầu soi, - nếu bàn trượt đã được kỹ thuật viên khoá chặn trên, thì bước 1 có thể là nâng bàn trượt lên vị trí cao nhất và bước 5 sẽ là hạ dần. Nếu cần tìm độ sâu thị trường kính hiển vi (với vật kính đang dùng) thì làm tiếp các bước sau đây: 2.10. Quan sát một vệt mực vẽ trên lam kính. 2.11. Hạ thấp dần bàn trượt bằng ốc vi cấp cho đến khi hình ảnh bắt đầu nhoè. Ghi nhớ vị trí vạch mốc trên thước tròn của ốc vi cấp. 2.12. Nâng dần bàn trượt bằng ốc vi cấp cho đến khi hình ảnh bắt đầu nhoè. Ghi nhớ vị trí vạch mốc trên thước tròn của ốc vi cấp. 2.13. Khoảng cách (số vòng quay và số vạch) giữa hai lần ghi nhớ đó quy ra độ dài tuỳ theo tỉ lệ quy ước của từng loại kính cụ thể. Đó là độ sâu thị trường. BỘ MÔN VẬT LÝ Y SINH Giáo Trình Thực Tập Cho Sinh Viên Y Khoa Năm I Lê Đỗ Ninh Trang 10 3. Thực nghiệm 3.1. Dụng cụ thí nghiệm Dụng cụ thí nghiệm là bộ thiết bị BKO-040 do Viện Vật lý Kỹ thuật - Đại học Bách khoa Hà nội chế tạo, gồm: - Thước panme (xem cách sử dụng tại Bài 2, mục 2.1) - Bản thủy tinh - Kính hiển vi (xem hình) 1-Thị kính 2-Ống ngắm 3-Ổ quay lắp vật kính 4-Vật kính 5-Kẹp giữ mẫu vật 6-Mâm đỡ mẫu vật 7-Kính tụ quang 8-Vít chỉnh tụ quang 9-Gương lõm phản xạ 10-Thân kính HV 11-Đế kính HV 12-Chốt chặn trên mâm 13-Núm chỉnh thô (ốc vĩ cấp) 14-Ốc vi cấp (tinh chỉnh) 15-Chốt cố định núm 13 3.2. Đo độ dày thực của bản thủy tinh Dùng thước panme đo tương tự việc đo đường kính viên bi ở Bài 2, mục 2.2. Thực hiện 5 lần và điền kết quả vào mẫu Báo cáo số 3. 3.3. Đo độ dày biểu kiến bản thủy tinh - Dùng bông (tẩm cồn) hoặc giấy mềm lau sạch 2 mặt bản thủy tinh - Dùng bút kim kẻ 2 vạch ở 2 mặt thủy tinh (dài cỡ 2 mm) sao cho tạo thành hình chữ thập (+) khi ta nhìn xuyên 2 mặt. - Đặt tấm kính lên mâm đỡ (6) và dịch chuyển bằng các núm chỉnh ngang-dọc để hình “+” nằm dưới vật kính - Chỉnh gương phản xạ (9) và kính tụ quang (7) để thị trường kính hiển vi sáng đều - Dùng núm xoay (13) chỉnh thô để thấy vạch dưới tâm thủy tinh, sau đó khoá bằng chốt (15), rồi núm (14) chỉnh tinh (còn gọi là ốc vi cấp) để thấy vạch này rõ nhất. Ghi nhận vị trí trên thước tròn của núm chỉnh tinh. - Tiếp tục chỉnh tinh để nhìn rõ nhất vạch phía trên thuỷ tinh, đồng thời nhớ chiều quay và số vòng đã quay. Ghi nhận vị trí mới trên thước tròn. - So sánh hai vị trí đã ghi nhận : lệch nhau mấy vòng và mấy vạch lẻ ? Mỗi vòng (bằng 80 vạch) giá trị bằng 0.16 mm và mỗi vạch – 0.002 mm. Tính ra độ dày biểu kiến. Thực hiện 5 lần và điền kết quả vào mẫu Báo cáo số 3. BỘ MÔN VẬT LÝ Y SINH Giáo Trình Thực Tập Cho Sinh Viên Y Khoa Năm I Lê Đỗ Ninh Trang 11 BÁO CÁO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM - MẨU SỐ 1 Bài: Khảo Sát Các Hiện Tượng Mặt Ngoài Của Chất Lỏng Lớp: Tổ: Họ, tên sinh viên: Ngày thực tâp: a. Khảo sát sự dính ướt đối với H2O. Loại vật liệu làm bề mặt Mô tả hiện tượng dính ướt Kết luận (có/không) Nhựa Nhôm Nylon Thủy tinh b. Khảo sát và đo lực căng mặt ngoài của H2O - Đường kính ngoài của vành: - Đường kính trong của vành: - Trọng lượng của vành: - Đo F và tính hệ số σ điền vào bảng sau. Lần thứ F Fc Trung bình Độ ngờ σ ∆σ 1 2 3 4 5 Kết quả đo hệ số căng mặt ngoài: σ = σ ± ∆σ = ... ± ... (N/m) Xác nhận của người hướng dẫn ` Sinh viên ký tên BỘ MÔN VẬT LÝ Y SINH Giáo Trình Thực Tập Cho Sinh Viên Y Khoa Năm I Lê Đỗ Ninh Trang 12 BÁO CÁO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM - MẨU SỐ 2 Bài: Xác định Hệ số nhớt của Chất lỏng theo Phương pháp Stokes Lớp: Tổ: Họ, tên sinh viên: Ngày thực tâp: Kết quả: - Nhiệt độ phòng: - Khối lượng riêng của bi: (sắt) 7874 kg / m3 - Khối lượng riêng của chất lỏng: (dầu nhờn) 1000 kg / m3 - Đường kính (trong) ống chất lỏng d: 38.0 ± 0.1 (mm) - Độ chính xác của panme: δ1 = 0.01 mm - Độ chính xác của đồng hồ: δ2 = 0.001 s Lần đo Đường kính bi, d1 Thời gian (dùng mắt) Thời gian (tự động) 1 2 3 4 5 Tính d1 trung bình: Độ ngờ ∆d1’: ∆d1 = ∆d1’ + δ1 = ............................ τ trung bình: Độ ngờ ∆τ’: ∆τ = ∆τ’ + δ2 = ............................ τ trung bình: Độ ngờ ∆τ’: ∆τ = ∆τ’ + δ2 = ............................ - Hệ số nhớt tính được: η = ... kg/(m.s) - Sai số tương đối: δ = η η∆ =    ∆+∆+++ ∆ d dd d ddd dd 11 1 1 1 4.2)4.22( 4.2 1 τ τ = = ......... - Độ ngờ ∆η = δ.η = ... kg/(m.s) - Kết quả đo độ nhớt η = η ± ∆η = .... ±... kg/(m.s) Xác nhận của người hướng dẫn ` Sinh viên ký tên BỘ MÔN VẬT LÝ Y SINH Giáo Trình Thực Tập Cho Sinh Viên Y Khoa Năm I Lê Đỗ Ninh Trang 13 BÁO CÁO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM - MẨU SỐ 3 Bài: Xác định Chiết suất của bản Thủy tinh bằng Kính hiển vi Lớp: Tổ: Họ, tên sinh viên: Ngày thực tâp: Kết quả: - Độ chính xác của thước panme: δ0 = 0.01 mm - Độ chính xác của thước tròn trên kính hiển vi: δ1 = 0.002 mm Lần đo 1 2 3 4 5 Trung bình Độ ngờ d d1 Độ ngờ tổng cộng (tính cả dụng cụ đo): - ∆d = δ0 + ... mm - ∆d1 = δ1 + ... mm Giá trị trung bình của chiết suất: 1d dn = = ...... Sai số tương đối của chiết suất n: δ = 1 1 d d d d n n ∆+∆=∆ = ...... Độ ngờ của chiết suất n: ∆n = δ.n = ... Kết quả đo chiết suất: n = nn ∆± =... ± ... Xác nhận của người hướng dẫn ` Sinh viên ký tên