BÀI 3 ĐƠN VỊ VÀ SAI SỐ TRONG VẬT LÝ

Mở đầu: Khi tiến hành đo một đại lượng vật lí, ta cần quan tâm đến đơn vị. Vậy, có những loại đơn vị nào? Ngoài ra, không có phép đo nào có thể cho ta kết quả thực của đại lượng cần đo mà luôn có sai số. Ta có thể gặp phải những loại sai số nào và cách hạn chế chúng ra sao?

Đáp án chuẩn: 

- Các loại đơn vị đo:độ dài; vận tốc, tốc độ; thời gian; đo lực

- Các loại sai số: Sai số ngẫu nhiên, aai số hệ thống

- Cách hạn chế:

+ Khắc phục sai số ngẫu nhiên: thực hiện nhiều lần đo, lấy giá trị trung bình để hạn chế sự phân tán của số liệu đo.

+ Khắc phục sai số hệ thống: thường xuyên hiệu chỉnh dụng cụ đo, sử dụng thiết bị đo có độ chính xác cao.

1. Đơn vị và thứ nguyên trong vật lý

Câu 1: Kể tên một số đại lượng vật lý và đơn vị của chúng mà các em đã được học trong môn Khoa học tự nhiên.

Đáp án chuẩn: 

+ Quãng đường: m

+ Thời gian: s

+ Nhiệt độ: K

+ Khối lượng chất: mol

+ Năng lượng: J

+ Khối lượng: kg

Câu 2: Phân biệt đơn vị và thứ nguyên trong Vật lý

Đáp án chuẩn: 

Thứ nguyên của một đại lượng là quy luật nêu lên sự phụ thuộc vào đơn vị đo đại lượng đó vào các đơn vị cơ bản.

Ví dụ: Tốc độ, vận tốc được biểu diễn bằng đơn vị m/s; km/h nhưng chỉ có một thứ nguyên là L.T^-1

Câu 3: Phân tích thứ nguyên của khối lượng riêng ρ theo thứ nguyên của các đại lượng cơ bản. Từ đó cho biết đơn vị của ρ trong hệ SI.

Đáp án chuẩn: 

Thứ nguyên của khối lượng m là M, thứ nguyên của thể tích V là L³

=> Thứ nguyên của khối lượng riêng ρ là M.L^-3

=> Đơn vị của ρ: kg/m³  

Câu 4: Hiện nay có những đơn vị thường được dùng trong đời sống như picômét (pm), miliampe (mA) (ví dụ như kích thước của một hạt bui là khoảng 2,5 pm; cường độ dòng điện dùng châm cứu là khoảng 2 mA). Hãy xác định các đơn vị cơ bản và các tiếp đầu ngữ của 2 đơn vị trên.
Đáp án chuẩn: 

Đơn vị cơ bản của 2 đơn vị trên là: m và A

2,5 pm = 2,5.10^-12 m

2 mA = 2.10^-3 A

Câu 5: Lực cản không khí tác dụng lên vật phụ thuộc vào vận tốc chuyển động theo công thức F = -k.v² . Biết thứ nguyên của lực là M.L.T^-2 . Xác định thứ nguyên và đơn vị của k trong hệ SI
Đáp án chuẩn: 

Thứ nguyên: M.L và đơn vị: kg.m

2. Sai số trong phép đo và cách hạn chế

Câu 1: Với các dụng cụ là bình chia độ (ca đong) (Hình 3.1a) và cân (Hình 3.1b), đề xuất phương án đo khối lượng riêng của một quả cân trong phòng thí nghiệm.

 

Đáp án chuẩn: 

Bước 1: Đặt quả cân lên cân để xác định khối lượng của quả cân

Bước 2: Đo thể tích của quả cân bằng cách đổ nước vào bình chia độ đến một vạch xác định, ghi lại kết quả đó. Sau đó thả quả cân vào bình chia độ, ghi lại kết quả. Xác định: V_{quả cân} = V_{nước + quả cân} – V_nước

Bước 3: Áp dụng công thức tính ρ=mV 

Câu 2: Quan sát Hình 3.2 và phân tích các nguyên nhân gây ra sai số của phép đo trong các trường hợp được nêu.

Đáp án chuẩn: 

Câu 3: Quan sát Hình 3.3, em hãy xác định sai số dụng cụ của hai thước đo.

Đáp án chuẩn: 

Câu 4: Đề xuất những phương án hạn chế sai số khi thực hiện phép đo.

Đáp án chuẩn: 

Thường xuyên hiệu chỉnh dụng cụ đo, sử dụng thiết bị đo có độ chính xác cao.

Câu 5: Để đo chiều dài của cây bút chì, em nên sử dụng loại thước nào trong Hình 3.3 để thu được kết quả chính xác hơn?

Đáp án chuẩn: 

Sử dụng thước trong Hình 3.3b 

 Câu 6: Một bạn chuẩn bị thực hiện đo khối lượng của một túi trái cây bằng cân như Hình 3.4. Hãy chỉ ra những sai số bạn có thể mắc phải. Từ đó, nêu cách hạn chế các sai số đó.

Đáp án chuẩn: 

Cách hạn chế những sai sót:

 Câu 7: Giả sử chiều dài của hai đoạn thẳng có giá trị đo được lần lượt là a = 51 ± 1 cm và b = 49 ± 1 cm. Trong các đại lượng được tính theo các cách sau đây, đại lượng nào có sai số tương đối lớn nhất:

A. a + b            B. a – b              C. a x b                 D. a/b

Đáp án chuẩn: 

Chọn B.

 Câu 8: Bảng 3.4 thể hiện kết quả đo khối lượng của một túi trái cây bằng cân đồng hồ. Em hãy xác định sai số tuyệt đối ứng với từng lần đo, sai số tương đối của phép đo. Biết sai số dụng cụ là 0,1 kg.

Đáp án chuẩn: 

 Sai số tuyệt đối của phép đo là: 0,2

Sai số tương đối của phép đo là: 4,65%

Kết quả phép đo là:  ±Δm = 4,3±0,2

3. Bài tập

Câu 1: Hãy phân tích thứ nguyên và thiết lập mối quan hệ giữa các đại lượng khối lượng riêng ρ, công suất P, áp suất p với đơn vị cơ bản.

Đáp án chuẩn: 

+ Biểu thức: ρ=mV

Thứ nguyên của khối lượng m là M, thứ nguyên của thể tích V là L³

=> Thứ nguyên của khối lượng riêng ρ là M.L^-3 => Đơn vị: kg/m³

+ Biểu thức: P=A/t=F.s/t

=> Thứ nguyên của công suất là:[M.L².T^-3] => Đơn vị: kg.m² /s³

+ Biểu thức: p=F/S 

=> Thứ nguyên của áp suất là: [M.L^-1.T^-2] => Đơn vị: kg.m/s² 

 Câu 2: Bảng 3P.1 thể hiện kết quả đo đường kính của một viên bi thép bằng thước kẹp có sai số dụng cụ là 0,02 mm. Tính sai số tuyệt đối và biểu diễn kết quả phép đo có kèm theo sai số.
Đáp án chuẩn: 

Sai số tuyệt đối của phép đo: 0,02 mm

Biểu diễn: