BỘ MÔN VẬT LÝ Y SINH Giáo Trình Thực Tập Cho Sinh Viên Y Khoa Năm I Bài số PHÉP ĐO, SAI SỐ VÀ ĐỒ THỊ Phép ño sai số Trong thực nghiệm, dùng dụng cụ ño ñể xác ñịnh ñại lượng, ta thường không thu ñược giá trị ñúng tuyệt ñối, có nhiều hạn chế kỹ thuật gây sai lệch Thí dụ, dùng thước ñể ño ñộ dài, kết hợp thêm kính hiển vi khó phân biệt 1.3 1.4 µm Thậm chí có lần ño ñó ta ngẫu nhiên thu ñược giá trị ñúng ñại lượng cần ño ta không biết, ñó, buộc phải coi tất phép ño cho giá trị gần ñúng Người ta gọi ñộ lệch kết ño (a’) giá trị thực ñại lượng cần ño (a) sai số tuyệt ñối phép ño ký hiệu là: (1) δa = a’ – a Sai số δa dương âm, xét ñộ lớn (trị số tuyệt ñối) không ñược lớn, khác ñi coi phép ño không thành công Các loại sai số Sai số phát sinh người làm thực nghiệm, phương pháp, dụng cụ ño vật ñược khảo sát Nếu phương pháp thực nghiệm sai dụng cụ ño không ñược cân chỉnh tốt, sai số lớn ổn ñịnh, người ta xếp chúng vào loại sai số hệ thống khắc phục ñược cách hiệu chỉnh kết ño Thí dụ, biết ñồng hồ chạy nhanh 0.5 phút giờ, kết ño phải ñược trừ bớt phút Một thước dài m, có kẻ vạch cách mm, ta biết ñược phần lẻ nhỏ mm giá trị ño, ñó, sai số mm Tuy nhiên, nhiều loại sai số khác tính ổn ñịnh vậy, sai số ngẫu nhiên Trong khuôn khổ tài liệu này, ta không cần nói nhiều sai số hệ thống, mà ý ñến sai số ngẫu nhiên Sai số ngẫu nhiên có ñặc tính Tính giới hạn: Trong ñiều kiện ño cụ thể, trị số tuyệt ñối sai số ngẫu nhiên vượt giới hạn ñịnh Tính tập trung: Sai số ngẫu nhiên có trị số tuyệt ñối nhỏ khả xuất nhiều Tính ñối xứng: Sai số ngẫu nhiên dương âm với trị số tuyệ t ñối không lớn có số lần xuất gần Tính bù trừ: Khi số lần ño tiến tới vô trung bình cộng sai số ngẫu nhiên ñại lượng tiến tới Hình minh hoạ thống kê sai lệch ñồng hồ máy tính trang http://vancouverwebpages.com/time/ (trang cung cấp ñồng hồ nguyên tử) Trang BỘ MÔN VẬT LÝ Y SINH Giáo Trình Thực Tập Cho Sinh Viên Y Khoa Năm I Phương pháp chung ñể giảm bớt sai số phép ño phải lặp lại nhiều lần việc ño ñể có kết số trung bình cộng 2.1 Sai số ñọc Không có thang ño có ñủ vạch cho giá trị (thí dụ: thước kẻ chia vạch ñến mm, ñó ñộ dài số nguyên lần mm người ño phải nhận ñịnh phần lẻ phần trăm mm) Sai số loại phổ biến tính chủ quan người ñọc Khi dùng ñồng hồ kim, kim ñồng hồ không nằm mặt phẳng chứa vạch chia ñộ Khi ñó vị trí ñặt mắt không ñúng làm tăng sai số ñọc Vị trí ñúng vị trí mà mặt phẳng mắt kim ñồng hồ tạo thành mặt phẳng vuông góc với mặt chia ñộ Do vậy, ñôi người ta phải có gương phản xạ mặt chia ñộ, cần chọn vị trí mắt cho ảnh kim bị khuất sau kim ñó 2.2 Sai số dụng cụ ño kỹ thuật số Cũng loại sai số tương tự sai số ñọc, mắt, mà hiển thị thiết bị ño kỹ thuật số Các giá trị mà chúng cho hiển thị hình giá trị gián ñoạn (thí dụ, card chuyển từ analog – “tín hiệu tương tự” sang digital – “tín hiệu số”, loại bits hiển thị ñược 28=256 mức khác nhau), kết ño không trùng với mức ñó ñược làm tròn Ngoài ra, ñại lượng cần ño có dao ñộng lớn khoảng cách hai mức tín hiệu số cạnh nhau, ta thấy số hiển thị thay ñổi liên tục, việc chọn giá trị tuỳ người sử dụng 2.3 Sai số ñối tượng ñược khảo sát Khi khảo sát tượng hay vật không ñồng hoàn toàn theo phương diện ñó, khó tin tưởng vào phép ño với lần ño Thí dụ, ño tốc ñộ gió hay hướng gió Thậm chí, ño ñường kính cầu có sẵn tay, ta không dám có dạng ñúng hình cầu, mà thường ñường kính lấy theo phương khác lại có giá trị khác Độ ngờ kết Sai số phép ño trực tiếp 3.1 Thường phép ño phòng thí nghiệm phải ñược lặp lại từ ñến lần, qua ñó xác ñịnh ñược giá trị cần ño (x) trị số trung bình nhằm mục ñích khắc phục sai số ngẫu nhiên: x= x1 + x + x3 + x + x5 hay x = ∑ xi 5 i =1 Trong Microsoft Excel dùng (2) =AVERAGE(x1,x2,x3,x4,x5) Mặc dù sai số ngẫu nhiên lần ño ngẫu nhiên bù trừ lẫn ta ñã có ñược giá trị lý tưởng x, nguyên tắc ta biết, phải chấp nhận ước lượng sai số theo kiểu tối ña (sai số tuyệt ñối trung bình) hay gọi ñộ ngờ kết quả: ∆x' = x1 − x + x − x + x − x + x − x + x5 − x hay ∆x' = ∑ x − x (3) i =1 i Trang BỘ MÔN VẬT LÝ Y SINH Giáo Trình Thực Tập Cho Sinh Viên Y Khoa Năm I Trong Microsoft Excel dùng =AVEDEV(x1,x2,x3,x4,x5) Khi thí nghiệm ñược lặp lại nhiều lần (thường phép ño thủ công, mà hệ ño tự ñộng khảo sát khác, thí dụ, tìm ñộ tuổi trung bình sinh viên năm thứ nhất), người ta không xác ñịnh ñộ ngờ qua sai số tuyệt ñối trung bình mà qua sai số toàn phương trung bình: ∆x' = n ( x i − x) ∑ n − i =1 với n số lần ño (4) Cách tính cho ñộ ngờ nhỏ so với sai số tuyệt ñối trung bình, nói cách khác ñộ tin cậy cao hơn, có nghĩa thí nghiệm ñược lặp lại nhiều lần dễ ñược thừa nhận Nói nghĩa có thêm lần ño chắn thu ñược kết tốt hơn, mà tùy thuộc chất lượng lần ño Nếu số liệu ño có số lớn nhỏ (rất khác thường) so với số liệu lại người ta chấp nhận bỏ ñi (nhiều lần ño) ño lại (ít lần ño) Thực ra, phép ño quan trọng (thí dụ, có lần ño mà không ñiều kiện lặp lại thí nghiệm) muốn bỏ bớt số liệu phải có quy tắc cụ thể Ta không ñi sâu khuôn khổ tài liệu Sau tìm ñược x ∆x , ta viết kết ño ñược dạng: x = x ± ∆x , có ñiều cần nhớ trình bày kết cụ thể ñó, số phía bên phải ñẳng thức phải mức ñộ xác (số chữ số thập phân sau dấu phẩy) Ví dụ: x = 3.00 ± 0.07 ñúng cách, x = ± 0.07 sai, “3” có ñộ xác tới ñơn vị, 0.07 chẳng ý nghĩa x = 2000 ± ñúng cách, x = 2E+3 ± 2x103 ± ngàn ± ñều sai x xác ñến ñơn vị ngàn, phần ñộ ngờ ý nghĩa, x = 18.12345 ± 0.01 sai ñộ ngờ 0.01 việc viết x xác vô Chú ý: - Làm tròn số ñối với ñộ ngờ: không giảm ! Thí dụ 0.731 làm tròn 0.74 - Nhiều loại sai lệch: cộng chung Thí dụ thước ño có ñộ xác 0.1 mm kết ño có ñộ ngờ tính ñược 0.333 mm ñộ ngờ thí nghiệm 0.433 mm 3.2 Sai số phép ño gián tiếp Giả sử ta buộc phải ño ñại lượng x qua ñó tính ñược ñại lượng y, phép ño y ñược gọi phép ño gián tíếp Trường hợp ñơn giản y x có quan hàm bậc (y = ax1 +b) Ta biết y = a x + b ∆y = |a| ∆x y = a ( x ± ∆x ) +b Sở dĩ ñơn giản Trang BỘ MÔN VẬT LÝ Y SINH Giáo Trình Thực Tập Cho Sinh Viên Y Khoa Năm I quan hệ hàm bậc (cũng gọi quan hệ tuyến tính), y thay ñổi “ñều” theo x, x thay ñổi ñơn vị y thay ñổi a ñơn vị Khi quan hệ y(x) phức tạp quan hệ tuyến tính, nghĩa y thay ñổi không “ñều” theo x, dù ñã biết ∆x , ta phải biết tốc ñộ thay ñổi y theo x vị trí x ñó tính ñược, tốc ñộ ñó ñạo hàm y’(x): ∆y ≈ dy ∆x hay |y’(x)| ∆x dx (5) Dấu xấp xỉ cho thấy dùng ñược ∆x nhỏ, tới mức coi y’ không thay ñổi ñoạn này, trường hợp tổng quát phải dùng ñến tích phân xác ñịnh ñể tính y ' ( x) trung bình Trong thực nghiệm, nhiều y ñược tính qua hai hay nhiều ñại lượng ño trực tiếp, thí dụ y = y(x,t) Khi y hàm bậc nhất, chuyện ñơn giản trước, phải ý dấu biểu thức ñộ ngờ: dương (nếu y=2x-t ∆y = 2∆x + ∆t ) Tổng quát hơn, ta biết dy = ∂y ∂y dx + dt = y’xdx + y’tdt (ñạo ∂x ∂t hàm riêng theo biến ñộc lập, tính cách coi biến lại không ñổi), ñó ∆y ≈ ∂y ∂y ∆x + ∆t ∂x ∂t hay |y’x|dx + |y’t|dt (6) Trong nhiều trường hợp, người ta tính ñộ ngờ qua sai số tương ñối (δ=|∆y / y|) dơn giản tính trực tiếp, ñối với hàm số mũ Khi ñó ∆y = δ y Tương tự ñối với trường hợp có nhiều biến ñộc lập Đồ thị biểu diễn kết Số liệu thực nghiệm ñược trình bày dạng bảng, biểu ñồ ñồ thị, chọn loại tùy hoàn cảnh yêu cầu, ñây ta tập trung vào hình thức thứ ba, ñối với hàm số ñây hình thức phù hợp (Chú ý, có tài liệu dùng từ “sai số” thay cho từ “ñộ ngờ”, theo tác giả soạn này, chữ ñộ ngờ chuẩn Trước hết, bao hàm nhiều lĩnh vực, không số toán học, thí dụ nói sai số 0.2 mét, nói sai lệch 0.2 m Và, ñiều thứ hai quan trọng hơn, ñây ñộ thiếu tin cậy phép ño ñộ lệch thật nó, ñã nói phần ñầu) Nguyên tắc ñầu tiên phải thể ñủ giá trị trung bình ñộ ngờ vị trí ño Biến t Hàm ño ñược x 0.921 ± 0.015 0.852 ± 0.013 0.996 ± 0.017 Biến t ño ñược 13 ± 15 ± 19 ± Hàm y(t) 0.912 ± 0.010 0.930 ± 0.013 0.996 ± 0.014 Trang BỘ MÔN VẬT LÝ Y SINH Nguyên tắc thứ hai tận dụng tối ña diện tích dành cho ñồ thị (thí dụ, phần ñóng khung bên phải ñây), bao gồm hai chi tiết: trục toạ ñộ trải dài gần hết hai chiều (chỉ trừ chỗ thích), ñồng thời giá trị biến hàm rải suốt gần hết chiều dài trục Giáo Trình Thực Tập Cho Sinh Viên Y Khoa Năm I 1.00 0.98 0.96 0.94 x 0.92 0.90 0.88 0.86 0.84 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 Nguyên tắc thứ ba t nối ñiểm thực nghiệm thành ñường, phải ý: - Đường vẽ phải ñi qua vạch biểu diễn ñộ ngờ (hoặc ô chữ nhật biểu diễn ñộ ngờ hai chiều), không thiết phải ñi qua vị trí tâm vạch (hình chữ nhật) ñó - Hình dạng ñường phải gần giống với hình dạng theo lý thuyết, chẳng hạn, quan hệ tuyến tính phải vẽ ñoạn thẳng, quan hệ hàm bậc phải vẽ ñoạn parabol, vv Trong trường hợp chưa biết quy luật quan hệ lý thuyết cố gắng vẽ ñường trơn tru uốn khúc BÀI I KHẢO SÁT CÁC HIỆN TƯỢNG MẶT NGOÀI CỦA CHẤT LỎNG Mục ñích thí nghiệm - Khảo sát tượng dính ướt không dính ướt chất lỏng, - Đo lực căng mặt tính hệ số căng mặt Cơ sở lý thuyết Quan sát tiếp xúc chất lỏng với thành bình chứa, thấy tượng dính ướt (mép nước dâng cao, hình bên trái) không dính ướt (ngược lại, hình bên phải) Khi quan sát giọt chất lỏng bề mặt không dính ướt, ta thấy không bị vỡ ra, ñó có lực căng mặt Để khẳng ñịnh tồn lực căng mặt ngoài, làm thí nghiệm nâng vật dính ướt khỏi chất lỏng ño lực kéo vật ñi lên phía mặt chất lỏng Giả sử vật thí nghiệm vành dang trụ, dính ướt ñối với nước (H2O), với ñường kính d ñường kính mgoài D Hệ số căng mặt nước σ Khi bứt khỏi mặt nước, mặt vành chịu lực kéo F1 = σπd, mặt chịu F2 = σπD Trang BỘ MÔN VẬT LÝ Y SINH Giáo Trình Thực Tập Cho Sinh Viên Y Khoa Năm I Tổng hợp lực tác dụng lên vành Fc = F1+F2 = σπ(d+D) Lực Fc xác ñịnh thực nghiệm với lực kế ñủ nhạy Khi ñó, ta ño ñược không lực căng mặt (Fc) mà lực gồm trọng lực vành: F = Fc + P P giá trị F ta chưa nhúng vành vào nước Kiến thức bổ trợ: ño kích thức vật thước kẹp Thước kẹp ñược sử dụng ñể ño kích thước vật, thường sử dụng ñồng thời hai thang (tính mm inches), ño ñược ñộ rộng trong, kích thước ñộ sâu Trên thị trường có nhiều loại thước kẹp với ñộ xác khác Trong phòng thực tập Bộ môn có thước kẹp với ñộ xác ±0.02 mm Trên hình minh hoạ bên phải, sử dụng mẫu thước kẹp thang inches cho dễ nhìn Thước phụ nằm dưới, trượt theo thước với mỏ kẹp Trên thước phụ có chia vạch từ ñến 0, ñơn vị cách khoảng vạch (tổng cộng 50 khoảng vạch) Tổng ñộ dài 50 khoảng vạch 49 mm Giả sử ño kích thước vật, ta gặp tình trạng thước hình vẽ Vị trí thước vạch số bên trái thước phụ cho ta biết kết phép ño – mm Giả thiết vạch bên phải số thước phụ (cách vạch bên trái 31 khoảng vạch) trùng với vạch thước (vạch 34 mm) Bây ta xác ñịnh vị trí vạch bên trái thước phụ Để ý khoảng cách vạch thước phụ có giá trị 49 mm , 50 Trang BỘ MÔN VẬT LÝ Y SINH Giáo Trình Thực Tập Cho Sinh Viên Y Khoa Năm I tổng 31 khoảng 31 × 49 mm = 30.38mm Từ vị trí vạch số 31 (34 mm) trừ ñi ñộ 50 dài này, ta ñược vị trí vạch bên trái: 34 mm – 30.38 mm = 3.62 mm Số 62 xuất ñây số ñặc trưng cho vạch số 31 (62% thước phụ) Sự trùng hợp tổng quát, nghĩa không ví dụ phép ño cụ thể 3.62 mm này, ta chứng minh cho trường hợp tổng quát, kết phép ño vạch thứ n (n < 50) thước phụ trùng vạch x (mm) thước chính: Vị trí vạch thước phụ là: x – n × 49 n (mm) = x – n + (mm) 50 50 x-n phần nguyên, nằm bên trái vạch 0, phần thập phân n (mm) = 50 2n (%) thước phụ Do ñó, ño, ta cần xác ñịnh phần nguyên số mm thước chính, xác ñịnh vị trí mà hai vạch hai thước trùng (gần trùng nhất) ñể tìm phần thập phân thước phụ Thực nghiệm 4.1 Dụng cụ thí nghiệm Dụng cụ thí nghiệm thiết bị BKT-060 kiểu MC-964 Viện Vật lý Kỹ thuật - Đại học Bách khoa Hà nội chế tạo, gồm - Hai cốc (ly) ñựng nước thông nhau, - Lực kế loại 0-0.1 N, ñộ xác 0.001 N, - Vành nhôm có ñường kính D52/50 mm - Bản nhựa phẳng, - Bản nhôm phẳng, mặt ñược phủ nylon, - Bản thủy tinh phẳng 4.2 Khảo sát dính ướt không dính ướt Lau bề mặt mỏng khào sát dính ướt chúng ñối với H2O 4.3 Khảo sát tượng căng mặt H2O Lau vành nhựa treo vào lực kế cho mặt cắt hình tròn song song với mặt phẳng nằm ngang Giữ cho lực kế thẳng ñứng ghi nhận giá trị trọng lượng P vành nhựa Chuyển vị trí vành nhựa ñến ly chứa nước, giữ cho lực kế thẳng ñứng mặt vành chìm nước Thật chậm rãi kéo lực kế lên chăm theo dõi số lực kế Trước vành nhựa bứt khỏi mặt nước lúc màng nước kéo mặt mặt vành nhựa lực căng bề mặt nó, số lực kế Trang BỘ MÔN VẬT LÝ Y SINH Giáo Trình Thực Tập Cho Sinh Viên Y Khoa Năm I tối ña, ñó F (Suy Fc =F - P) Lặp lại bước 05 lần tính toán hệ số căng mặt nước Điền kết thí nghiệm vào Mẫu báo cáo số ñể nộp cho giảng viên BÀI II XÁC ĐỊNH HỆ SỐ NHỚT CỦA CHẤT LỎNG THEO p.p STOKES Cơ sở lý thuyết Khi chất lỏng chuyển ñộng thành lớp ống hình trụ, vận tốc chuyển ñộng giảm dần từ trục ống ñến thành ống Nguyên nhân lực ma sát lớp với thành ống lực nội ma sát lớp chất lỏng với Lực nội ma sát Fms hai lớp chất lỏng sát (cách dz, chênh lệch vận tốc dv diện tích tiếp xúc ∆S) Fms = η dv ∆S với η dz hệ số nhớt ñặc trưng cho chất lỏng phụ thuộc nhiệt ñộ (giảm tăng nhiệt ñộ) [η] = kg/(m.s) Khi viên bi nhỏ (bán kính r) rơi thẳng ñứng (vận tốc v) khối chất lỏng, lớp chất lỏng dính bề mặt viên bi chuyển ñộng theo với vận tốc kéo lớp chất lỏng bên cạnh chuyển ñộng Ảnh hưởng dây chuyền chấm dứt khoảng cách 2r/3 tính từ mặt viên bi xa Ta có ∆v = v-0 = v khoảng cách ∆z = 2r/3 nên dv ∆v 3v = ≈ Thay diện dz ∆z 2r tích bề mặt viên bi 4πr2, ta tính ñược : Fms = π η r v (Công thức Stokes, ñúng ∆v ∆z tương ñối nhỏ) Từ biểu thức này, thấy Fms tăng theo v Viên bi không chuyển ñộng nhanh dần rơi chất lỏng v ñạt ñộ lớn ñịnh, cho Fms lực ñẩy Acsimét FA cân với trọng lực P Khi ñó, rơi thẳng ñều, v = L/τ, ñó, L khoảng ñộ cao chọn trước, τ thời gian rơi hết ñộ cao Khai thác tất ñiều kiện này, người ta tính ñược: ( ρ − ρ ) d gτ , ñó ρ1 d1 khối lượng riêng ñường kính η= 18 L viên bi, ρ khối lượng riêng chất lỏng g = 9,8 m/s2 gia tốc trọng trường Trong trường hợp chất lỏng chứa ống hẹp (ñường kính d), : ( ρ1 − ρ )d1 gτ η= d 18 L(1 + 2,4 ) d Trang BỘ MÔN VẬT LÝ Y SINH Giáo Trình Thực Tập Cho Sinh Viên Y Khoa Năm I Thực nghiệm 2.1 Dụng cụ thí nghiệm Dụng cụ thí nghiệm thiết bị BKT-070 kiểu MN-971A Viện Vật lý Kỹ thuật - Đại học Bách khoa Hà nội chế tạo, gồm: 1- Phễu ñịnh hướng 2- Ống thủy tinh 38mm 3- Chất lỏng 5- cảm biến với khoảng cách L 7- núm ñiều chỉnh ñộ nhạy cảm biến 8- nút bấm giây 9- giá ñỡ 10- hộp phụ tùng 11- ống thu hồi bi Hộp phụ tùng chứa bi, nam châm thước panme 0-25 mm dùng ñể ño ñường kính viên bi (ñộ xác 0.01 mm) 1- ñầu trục di ñộng theo thân vít 2- ñầu trục cố ñịnh 3- thân vít với thước lệch (trên lệch 0.5 mm) 4- cần hãm trục vít (gạt phải hết) 5- thước tròn ñiều khiển trục (0.5 mm / vòng) 6-trục quay-trượt hỗ trợ thước tròn 5, trục Đo ñường kính bi thước panme Xác ñịnh ñiểm “0” thước: lau bề mặt trục 2, xoay trục cho ñến mặt giáp (có tiếng kêu) Ghi nhận mốc “0” thước tròn (Nếu vạch “0” nằm ñường chuẩn dếm số vạch xen nhân 0.01 mm ñể trừ vào kết ño) Mở rộng thước, ñặt bi vào ñầu vặn trục ñến áp sát bi, gạt cần ñể cố ñịnh Cách ñọc sau: Mép thước tròn nằm cạnh vạch thước thẳng thước thẳng dưới; tùy theo ñó, ta ñọc thước hay thước dưới, phần lẻ ñọc thước tròn Lặp lại phép ño thêm lần ñiền vào Báo cáo theo mẫu số 2.3 Đo thời gian chuyển ñộng rơi viên bi chất lỏng (bằng mắt) 2.2 Trang BỘ MÔN VẬT LÝ Y SINH 2.4 - Giáo Trình Thực Tập Cho Sinh Viên Y Khoa Năm I Chỉnh cho ống thủy tinh ñứng thẳng Cắm ñiện bật công-tắc Đặt núm xoay sát biên trái (các ñèn LED ñỏ) Bấm Reset ñề ñưa ñồng hồ Lau viên bi, chuẩn bị thả vào ống thủy tinh ngón tay chuẩn bị nút bấm Khi viên bi ñi qua cảm biến 4, nhấn ñồng hồ cho chạy, qua cảm biến nhấn ñồng hồ cho ngừng Ghi nhận thời gian Lặp lại phép ño thêm lần ñiền vào Báo cáo theo mẫu số Đo thời gian chuyển ñộng rơi viên bi chất lỏng (tự ñộng) Đặt núm xoay cho cảm biến nhạy (các ñèn LED ñỏ cỡ 50%) Bấm Reset ñề ñưa ñồng hồ Lau viên bi, bị thả vào ống thủy tinh Ghi nhận thời gian Lặp lại phép ño thêm lần ñiền vào Báo cáo theo mẫu số BÀI III XÁC ĐỊNH CHIẾT SUẤT CỦA BẢN THỦY TINH BẰNG KÍNH HIỂN VI Cơ sở lý thuyết Nguồn sáng S ñặt mặt thủy tinh cho chùm sáng hẹp SHA hình vẽ Tia khúc xạ không khí HI giữ nguyên phương thẳng ñứng, tia AB có góc i tạo với pháp tuyến lớn góc tới r Giao tia khúc xạ S1 làm cho người quan sát thấy nguồn sáng S1 (ảo ảnh) Vì thế, SH ñộ dày thực thủy tinh (ký hiệu d), S1H ñược gọi ñộ dày biểu kiến (ký hiệu d1) Theo ñịnh luật khúc xạ ánh sáng (coi chiết suất không khí 1) n = sin i / sin r Với chùm sáng hẹp sin i tan i SH d ≈ = = Vậy: sin r tan r S1 H d n = d/d1 : ñộ dày thực lớn gấp n lần ñộ dày biểu kiến Kiến thức bổ trợ: cách soi kính hiển vi 2.1 Hạ bàn trượt xuống hết cỡ núm xoay chỉnh thô, hay gọi ốc vĩ cấp (thường quay tới) 2.2 Xoay mâm vật kính ñể chọn vật kính có ñộ phóng ñại nhỏ (4x 10x) 2.3 Chỉnh lam kính cho vật cần soi nằm tương ñối ñúng vào trường nhìn 2.4 Nếu ánh sáng không ñều chỉnh kính tụ quang (và gương lấy sáng có) 2.5 Mắt chăm theo dõi qua thị kính, tay chậm rãi quay núm chỉnh thô nâng dần bàn trượt lên (thường quay lui) cho ñến nhìn thấy vật cần soi Trang 10 BỘ MÔN VẬT LÝ Y SINH Dụng cụ thí nghiệm 2.1 Thành phần thiết bị Đèn Laser He-Ne 0,2 mW Hộp chân ñé bảo vệ ñèn Laser Hệ gương phẳng bán mạ Màn ảnh có thước tròn ño góc Hộp phụ kiện quang học, gồm : mặt song song; mặt bán trụ gương phẳng gương cầu kép : lồi lõm lăng kính 600 , lăng kính 450 thấu kính hội tụ : lồi phẳnglồi thấu kính phân kỳ : lõm phẳng-lõm 2.2 Cấu tạo hoạt ñộng Giáo Trình Thực Tập Cho Sinh Viên Y Khoa Năm I Đ M G1 G2 G3 P H K G II I III VOLTAGE Cấu tạo thiết bị quang học dùng tia laser khí He-Ne gồm ống phóng ñiện P (hai ñầu ống có hai gương phẳng song song) chứa hỗn hợp khí hêli-nêôn dùng làm nguồn phát tia ñặt nằm ngang hộp chân ñế H Chùm lade phát chùm sáng hẹp song song màu ñỏ, bước sóng λ = 632,8 nm Sau tới ñập vào gương phẳng G (nghiêng 450), chùm lade phản xạ thẳng ñứng chiếu vào kính khuếch tia K tạo dải sáng hẹp truyền ñến hệ kính phân tia gồm ba gương phẳng G1 ,G2 ,G3 (với G2 G3 hai gương bán mạ) Các gương ñặt cách ñều nhau, mức ñộ phản xạ giảm dần từ G1 qua G2 ñến G3 tạo ba chùm tia phản xạ song song nằm ngang xiên chéo tuỳ thuộc góc nghiêng gương G1, G2, G3 Phần ảnh M ñặt thẳng ñứng ñĩa tròn chia ñộ Đ dùng làm thước ño góc quay quanh trục nằm ngang Các linh kiện quang học cần khảo sát ñược cắm vào lỗ tròn tâm ñĩa chia ñộ Đ Khi sử dụng thiết bị này, cần tiến hành theo bước sau ñây : a) Mở nắp ñậy kính khuếch tia K Đât chuyển mạch "VOLTAGE" (ñiện áp) vị trí Cắm phích lấy ñiện thiết bị vào nguồn ~220V b) Vặn núm mạch "VOLTAGE" tới vị trí I ống phóng ñiện P phát chùm laser màu ñỏ truyền qua kính khuếch tia K Nếu ñiện áp thấp, ta phải vặn núm mạch VOLTAGE sang vị trí II III ñể tia lade có ñộ sáng ổn ñịnh c) Có thể di chuyển kính khuếch tia K nới lỏng ốc hãm thân trụ gương phẳng G1 ,G2 ,G3 ñể ñiều chỉnh ñộ nghiêng chúng cho mặt ñĩa chia ñộ Đ xuất ba chùm tia lade rõ nét Chú ý : Không sờ tay vào mặt kính phân tia hạn chế lau mặt bán mạ kính phân tia Nếu mặt kính phân tia mặt linh kiện quang học bị mờ bẩn, ta phải lau nhẹ vải giấy mềm thấm cồn y tế Trình tự thí nghiệm 3.1 Khảo sát ñịnh luật phản xạ khúc xạ ánh sáng Trang 13 BỘ MÔN VẬT LÝ Y SINH Giáo Trình Thực Tập Cho Sinh Viên Y Khoa Năm I a) Chỉ dùng gương phẳng G1 ñiều chỉnh ñể thu ñược chùm sáng hẹp truyền theo phương trùng với ñường thẳng 0-0 mặt ñĩa chia ñộ Đ S R Cắm trụ ñỡ bán trụ (nửa mặt r / i i trụ) vào lỗ tròn tâm ñĩa chia ñộ Đ cho phần mặt phẳng bán 0 90 90 trụ vuông góc với ñường thẳng 0-0 I / hướng phía tia tới SI r R Hình b) Quay ñĩa chia ñộ Đ thuận chiều kim ñông hồ : chùm tia tới SI hợp với ñường thẳng 0-0 góc tới i khác không bị phân thành hai tia khác (Hình) : - tia phản xạ IR truyền không khí hợp với ñường thẳng 0-0 góc phản xạ / i, - tia khúc xạ IR/ truyền vào bán trụ, lệch khỏi phương truyền thẳng hợp với ñường thẳng 0-0 góc khúc xạ r (với r < i ) Chọn góc tới i 300 , 450 , 600 Đọc ghi giá trị tương ứng góc phản xạ i/ góc khúc xạ r c) Dựa vào kết ño ñể chứng tỏ : - góc phản xạ góc tới : i/ = i (1) - tỉ số sin góc tới sin góc khúc xạ ñại lượng không ñổi n : sin i sin r = không ñổi (2) - tính ñại lượng không ñổi n , tức xác ñịnh ñược chiết suất tỉ ñối thuỷ tinh ñối với không khí 3.2 Khảo sát tượng phản xạ toàn phần ánh sáng a) Thực lại ñộng tác 2a, S R ý quay phần mặt cong bán trụ hướng phía tia tới SI (Hình) Trong / i i trường hợp này, góc khúc xạ lớn góc 0 i/ tới : r > i 90 90 I b) Quay ñĩa chia ñộ Đ ñể tăng dần góc tới i Khi ñó góc khúc xạ r tăng theo r Đồng thời quan sát thấy ñộ sáng tia r / phản xạ IR tăng dần, ñộ sáng tia R / khúc xạ IR giảm dần c) Cho tới tia IR/ nằm sát mặt ñáy bán trụ ứng với góc r = 900 góc tới i có giá trị giới hạn i0 Đọc ghi giá trị góc giới hạn i0 d) Nếu tiếp tục tăng góc tới cho i > i0 , tia khúc xạ IR/ biến mất, tia phản xạ IR : ñó phản xạ toàn phần ánh sáng Trang 14 BỘ MÔN VẬT LÝ Y SINH Giáo Trình Thực Tập Cho Sinh Viên Y Khoa Năm I e) Tính sin i0 so sánh với 1/n (ở ñây n chiết suất bán trụ) ñể chứng tỏ: sin i = n (3) 3.3 Khảo sát tượng quang dẫn - Dùng thuỷ tinh nhỏ uốn cong có hai ñầu mài nhẵn (hoặc chùm sợi thuỷ tinh) - Chiếu chùm tia sáng hẹp vào ñầu thuỷ tinh Do bị phản xạ toàn phần nên chùm tia sáng không truyền thẳng mà truyền theo ñường cong ñúng với hình dạng ló ñầu Có thể nhìn thấy rõ ñường truyền chùm tia sáng thuỷ tinh dùng tở giấy trằng ñể hứng chùm tia sáng ló ñầu ñối diện 3.4 Khảo sát tia sáng khúc xạ qua lăng kính a) Dùng lăng kính thuỷ tinh có góc ñỉnh A = 600 Cắm trụ ñỡ lăng kính vào lỗ tròn tâm ñĩa chia ñộ Đ cho ñường thẳng 0-0 trùng với ñường phân giác góc chiết quang  lăng kính (Hình) Điều chỉnh gương phẳng G1 ñể thu ñược chùm sáng hẹp truyền thẳng không khí lướt sát mặt bên AB lăng kính b) Quay ñĩa chia ñộ Đ thuận chiều quay kim ñồng hồ : góc tới i giảm từ 900 A ñến giá trị i0 Khi ñó góc lệch δ 90 I chùm tia ló khỏi mặt AC ñối diện lăng S kính giảm dần tới giá trị nhỏ δ gọi góc lệch cực tiểu, sau ñó lại tiếp B δ0 C tục tăng Đọc ghi giá trị góc lệch 900 cực tiểu δ R/ Có thể ñặt tờ giấy trắng mặt hộp chân ñế H ñể hứng vệt sáng chùm tia ló tạo thành Vừa quay lăng kính, vừa quan sát dịch chuyển vệt sáng mặt giấy ñể xác ñịnh vị trí dừng vệt sáng (trước ñổi chiều dịch chuyển) ứng với giá trị góc lệch cực tiểu δ c) Tinh tỉ số sin(A+δ0)/sin(A/2) so sánh với giá trị chiết suất n bán trụ ñể chứng tỏ : A + δ0 A sin sin n= (4) 3.5 Khảo sát tia sáng phản xạ gương cầu a) Dùng tờ giấy trắng khổ A4 : khoét lỗ tròn lỗ tròn ñĩa chia ñộ Đ kẻ ñường thẳng xx/ ñi qua tâm lỗ tròn ñó Đặt tờ giấy lên mặt ñĩa chia ñộ Đ cho ñường thẳng xx/ trùng với ñường thẳng ngang 0-0 mặt ñĩa chia ñộ Đ Cắm trụ ñỡ gương cầu lõm vào lỗ tròn ñĩa chia ñộ Đ ñể gương cầu Trang 15 BỘ MÔN VẬT LÝ Y SINH Giáo Trình Thực Tập Cho Sinh Viên Y Khoa Năm I nằm ñè lên tờ giấy xoay gương ñể trục trùng với ñường thẳng xx/ b) Điều chỉnh gương phẳng G1 ,G2 ,G3 ñể thu ñược ba tia sáng song song cho tia trùng với quang trục gương cầu lõm (Hình) Tia tia dưới, sau phản xạ mặt gương cầu lõm, giao tiêu ñiểm F gương cầu Dùng bút ñánh dấu giao ñiểm F tia sáng mặt tờ giấy F O C O c) Giữ cố ñịnh tia trùng với quang trục gương cầu Điều chỉnh gương G1 G3 ñể tia tia ñi qua ñiểm C cho tia sáng này, sau phản xạ gương, truyền ngược lại theo phương tia tới Khi ñó ñiểm C quang tâm gương cầu Dùng bút ñánh dấu giao ñiểm C mặt tờ giấy d) Nhấc gương cầu khỏi mặt ñĩa chia ñộ Đ Dùng thước milimét ño khoảng cách CF mặt tờ giấy Từ ñó xác ñịnh tiêu cự gương cầu lõm : (5) f = CF e) Có thể nghiệm lại công thức gương cầu : 1 + = d d/ f k= A ′B ′ AB =− (6) d/ d (7) cách ñiều chỉnh gương phẳng G1 ,G2 ,G3 ñể thu ñược ba tia sáng hình vẽ : - tia sáng từ G3 truyền dọc theo trục gương cầu lõm - tia sáng từ G2 truyền song song với trục tới gương cầu lõm phản xạ ñi qua tiêu ñiểm F - tia sáng từ G1 truyền qua tiêu ñiểm F G1 tới gương cầu lõm phản xạ theo phương B song song với trục G2 Giao ñiểm B tia tới gương cầu lõm biểu thi vị trí vật (AB ⊥ trục chính) Giao ñiểm B/ tia phản xạ gương cầu lõm biểu thi vị trí ảnh (A/B/ ⊥ trục chính) Dùng bút ñánh dấu ñường truyền tia sáng vị trí gương cầu lõm mặt tờ giấy, ta ño ñược khoảng cách d, d/ , f , AB , A/B/ / G3 A A O F / B 3.6 Khảo sát tia sáng khúc xạ qua thấu kính a) Làm lại ñộng tác 5a, thay lăng kính thấu kính hội tụ Điều chỉnh G1 ,G2 ,G3 ñể thu ñược ba tia sáng song song cho tia trùng với quang trục truyền thẳng qua thấu kính (Hình) Trang 16 BỘ MÔN VẬT LÝ Y SINH Giáo Trình Thực Tập Cho Sinh Viên Y Khoa Năm I Tia tia dưới, sau khúc xạ qua thấu kính, giao tiêu ñiểm ảnh Fa nằm trục thấu kính Dùng bút ñánh dấu giao ñiểm Fa tia sáng mặt tờ giấy Fa b) Giữ nguyên tia trùng với quang O trục thấu kính hội tụ Điều chỉnh gương G1 G3 ñể tia tia ñi qua ñiểm Fv nằm trục phía trước Fv thấu kính cho sau khúc xạ qua thấu O kính, hai tia truyền song song với trục Khi ñó Fv tiêu ñiểm vật thấu kính hội tụ Dùng bút ñánh dấu giao ñiểm Fv tia sáng mặt tờ giấy c) Khoảng cách hai tiêu ñiểm Fv Fa có giá trị gấp ñôi tiêu cự f thấu kính hội tụ Dùng thước thẳng milimét ño khoảng cách FvFa , ta xác ñịnh tiêu cự thấu kính hội tụ : f = Fv Fa (8) d) Có thể nghiệm lại công thức thấu kính : 1 + = d d/ f (9) k= A ′B ′ AB =− d/ d (10) cách ñiều chỉnh gương phẳng G1 ,G2 ,G3 ñể thu ñược ba tia sáng hình vẽ : - tia sáng từ G3 truyền dọc theo trục thấu kính hội tụ - tia sáng từ G2 truyền song song với trục tới thấu kính khúc xạ ñi qua tiêu ñiểm ảnh Fa - tia sáng từ G1 ñi qua quang tâm O thấu kính truyền thẳng Giao ñiểm B tia tới thấu kính biểu thi vị trí vật (AB ⊥ trục chính) Giao ñiểm B/ tia khúc xạ qua thấu kính biểu thi vị trí ảnh (A/B/ ⊥ trục chính) Dùng bút ñánh dấu ñường truyền tia sáng vị trí thấu kính tờ giấy, ta ño ñược khoảng cách d, d/, f, AB, A/B/ G1 B G2 Fa G3 A / A O / B BÀI V KHẢO SÁT LASER BÁN DẪN (NÂNG CAO) Mục ñích thí nghiệm Khảo sát ñặc trưng Vôn - Am pe Laser bán dẫn, xác ñịnh dòng ñiện bơm tạo trạng thái ñảo mật ñộ Trang 17 BỘ MÔN VẬT LÝ Y SINH Giáo Trình Thực Tập Cho Sinh Viên Y Khoa Năm I Khảo sát quan hệ dòng ñiện bơm công suất Laser So sánh kết nhận ñược với giá trị ño tương ứng loại Diode phát quang ( LED) khác ñể rút kết luận ñặc tính hoạt ñộng Laser bán dẫn Thiết bị khảo sát laser bán dẫn Cơ sở lý thuyết Laser bán dẫn ( gọi Diode laser ) lớp laser ñặc biệt Chúng phân biệt với laser truyền thống hai ñiểm: 1-Trong laser kinh ñiển, nguyên tử có hoạt tính laser ( phân tử, ion) ñộc lập với mức lượng ñược sử dụng cho trình Laser Điều có nghĩa nguyên tắc, ñể tạo trạng thái ñảo mật ñộ, số lượng không giới hạn nguyên tử tham gia ñóng góp cho hiệu ứng lasser ( tuân theo phân bố Boltzmann) Điều không ñúng ñối với trường hợp laser bán dẫn: Trong laser bán dẫn, mức lượng xác ñịnh có tối ña hai hạt ( ñây electron - tuân theo nguyên lý Pauli ) Tuy nhiên , chất bán dẫn, hàm sóng nguyên tử riêng biệt phủ nhau, tạo dải lượng, electron chiếm chỗ phân mức dải này, theo phân bố FecmiDirac Khi xảy trình laser, thay chuyển cư dân hai mức lượng laser kinh ñiển, ñây chuyển cư dân hai dải lượng 2- Điều khác biệt quan trọng thứ hai liên quan ñến truyền tia laser không gian giới hạn lớp tiếp xúc PN Sự phân bố cường ñộ không gian chùm laser ñây ñược xác ñịnh môi trường laser hộp cộng hưởng laser truyền thống Hai ñiểm khác biệt nêu dẫn ñến kết : ñặc tính chùm tia ñặc tính phổ laser bán dẫn có khác rõ rệt so với laser truyền thống : 1- Các laser bán dẫn không phát ñược sóng ánh sáng có bước sóng cố hữu xác ñịnh, chúng mức lượng gián ñoạn xác ñịnh ñể sử dụng cho trình laser, mà thay ñó dải lượng nói Điều làm cho phổ chùm tia laser bán dẫn có ñộ rộng ñịnh, bước sóng không hoàn toàn ñơn sắc, phụ thuộc môi trường laser ( tiếp xúc PN) 2- Sự tạo thành dẫn hướng cho tia laser laser bán dẫn xảy không gian hẹp lớp tiếp xúc PN, với kích thước khoảng vài lần bước sóng tia laser Trong ñó, laser truyền thống, phân bố cường ñộ không Trang 18 BỘ MÔN VẬT LÝ Y SINH Giáo Trình Thực Tập Cho Sinh Viên Y Khoa Năm I gian cấu trúc mode chùm laser ñược xác ñịnh ñường dẫn sóng ( khoảng cách hai gương hốc cộng hưởng FABRY-PEROT, nơi photon truyền tự không gian dài so với chiều dài bước sóng ) Chằng hạn ñối với laser khí He-Ne, khoảng cách ñó khoảng 150-200mm Điều ñó dẫn tới kết : chùm laser phát từ ống phát laser truyền thống có tính ñịnh hướng ñộ tập trung cao, chùm laser bán dẫn lại phân kì rõ rệt Hai ñặc ñiểm ảnh hưởng tới việc sử dụng laser bán dẫn Trước chùm tia laser bán dẫn ñược sử dụng theo cách thông thường, ñặc tính phân kì chúng cần phải ñược hiệu chỉnh lại hệ quang học, thường thấu kính hội tụ có tiêu cự ngắn ( f = mm) Tiết diện chùm laser bán dẫn hình tròn, mà thường ellip, hay chữ nhật Hình cho sơ ñồ cấu tạo laser bán dẫn (GaAl)As Nằm phía ñiện cực n lớp bán dẫn Gali-Aluminum (GaAl ) pha tạp loại n, ñó người ta phủ nhiều lớp gallium-aluminum arsenide với nồng ñộ Al khác Các ñiện tích ñược phun vào lớp hoạt tính mỏng khoảng 0.2µm cách ñặt ñiện áp lên tiếp ñiểm phía ( ñiện cực p) có bề rộng khoảng vài µm Vùng kích hoạt nằm hai ñường biên lớp chuyển tiếp PN tác ñộng lớp rào chắn hạt tải ñiện Nếu dòng ñiện bơm ñủ lớn, trạng thái ñảo mật ñộ ñược tạo thể tích vùng kích hoạt Chùm laser ñi qua vùng kích hoạt , qua cửa sổ ló Tinh thể bán dẫn có số khúc xạ ( chiết suất) cao, nên bề mặt hai bên, ñộ phản xạ ñủ lớn, không cần phải phủ thêm lớp phản xạ, chúng hoạt ñộng cộng hưởng gương Fabry-Perot Một ñặc tính laser bán dẫn phụ thuộc bước sóng laser vào nhiệt ñộ bán dẫn(vào khoảng 0.25nm/°K ) cường ñộ dòng ñiện bơm (vào khoảng 0.05nm /mA) Nếu cần bước sóng xác ñịnh, không ñổi người sử dụng phải trì nhiệt ñộ chất bán dẫn cường ñộ dòng ñiện bơm giá trị xác ñịnh Điện cực P Điện cực n A B p n Các photon ñược tạo Cấu trúc Laser (Ga Al) As Vùng kích hoạt Vùng chuyển tiếp PN chưa có ñiện áp (A) sau ñặt ñiện áp (B) Vùng kích hoạt có hai loại hạt tải electron lỗ trống , tái hợp tạo phôtôn Ưu ñiểm lớn laser bán dẫn kích thước nhỏ, không yêu cầu nguồn cao áp mạnh ( laser khí He-Ne ñòi hỏi nguồn cao áp hàng nghìn vôn), ñó dễ ứng dụng giá thành hạ Cho ñến người ta chưa chế tạo ñược Diode Laser có công suất 10W, nhiên, công suất tiêu thụ kích thước nhỏ, nên người ta tập trung nghiên cứu vào việc tích hợp hàng nghìn laser bán dẫn chip, ñể tạo chuỗi laser bán dẫn có công suất lớn hàng kW Trang 19 BỘ MÔN VẬT LÝ Y SINH Giáo Trình Thực Tập Cho Sinh Viên Y Khoa Năm I Thực nghiệm 3.1 Dụng cụ thí nghiệm • Laser bán dẫn 2-5 mW • Ba loại LED khác ( ñỏ vàng, lục) • Bảng lắp ráp mạch ñiện • Mẫu ñiện trở 100 ôm • Đồng hồ ña số DT-9205A • Nguồn ổn áp 0-6V30-35mA ñiều chỉnh liên tục • Dây nối mạch hai ñầu phích 650mm màu ñỏ • Dây nối mạch hai ñầu phích 650mm màu xanh • Giá quang học 500mm • Trụ thép Inox D10/180 mm • Trụ thép Inox D 8/120 mm • Đế trượt • Sensor ño công suất quang • Milivôn kế ñiện tử thị kim MC-897A I ( mA) U ( V) 3.2 Các bước tiến hành Trong thí nghiệm , khảo sát ñặc tính laser bán dẫn thông qua việc : - Vẽ ñặc trưng Vôn - Ampe ñồng thời quan sát xuất chùm tia Laser từ ñó xác ñịnh giá trị dòng ñiện bơm ñiện áp ñặt vào tiếp xúc PN laser ñể tạo ñược trạng thái ñảo mật ñộ - Đo công suất laser khảo sát mối quan hệ công suất laser dòng ñiện bơm - So sánh với ñặc tính Diode phát quang ( LED) thông thường ñể phân biệt trình laser laser bán dẫn Bước Lắp ráp sơ ñồ mạch ñiện Tìm hiểu cấu tạo bảng ñiện thực lắp ráp mạch ñiện ñể ño ñặc trưng Vôn- Am pe laser bán dẫn theo sơ ñồ 150ς + A + V + R + DC 20V SC laser + A DC 200mA Nguồn chiều 0-6V _ _ VR Sơ ñồ mạch ñiện ño ñặc trưng Vôn -Ampe laser bán dẫn Trên sơ ñồ : - Nguồn chiều ổn ñịnh có ñiện áp thay ñổi ñược từ 0-6V, ñiều chỉnh núm xoay VR, ban ñầu ñặt vị trí ( xoay ngược chiều kim ñồng hồ tận trái) - Điện trở R =150ς lắp nối tiếp với laser bán dẫn (SC Laser) nhằm hạn chế dòng bơm tối ña ñể Laser không bị hỏng dòng Trang 20 BỘ MÔN VẬT LÝ Y SINH Giáo Trình Thực Tập Cho Sinh Viên Y Khoa Năm I - Các Vôn kế V ampe kế A dùng thang ño DC20V DC200mA ñồng hồ ña số DT9205A, mắc vào chốt tương ứng Chú ý an toàn : Trước thực hành lắp ráp sơ ñồ mạch ñiện, cần rút phích cắm nguồn chiều khỏi ổ ñiện Sau lắp xong , mời thày hướng dẫn kiểm tra mạch ñiện cắm phích nguồn vào ổ ñiện thực bước Bước Lắp ráp thiết bị ño công suất laser Laser bán dẫn ñược lắp ñầu bên trái băng quang học Tại ñầu bên phải băng ta ñặt dụng cụ cảm biến S ñể ño công suất quang chùm laser, cho chùm laser chiếu ñúng vào tâm cảm biến S ( hình 1) Cảm biến S chuyển ñổi cường ñộ chùm laser thành suất ñiện ñộng , ñược dẫn tiêu thụ ñiện trở tải R=220ς nối với milivôn kế ñiện tử MC-897 nhờ phích cắm chân Thang ño MC-897 ñược lựa chọn phù hợp với công suất laser cần ño, núm ñộ nhạy Rf xoay tận trái Lưu ý trước ño cần bật khoá K cho MC-897 hoạt ñộng, chờ khoảng 3-5 phút cho ổn ñinh , quy cho cách xoay núm "0" ñồng hồ thị Công suất cuả chùm laser ñược xác ñịnh công thức : P =η U2 R (mW) Trong ñó : - η hệ số chuyển ñổi quang ñiện cảm biến S, - U ( ñơn vị ño mV) hiệu ñiện rơi ñiện trở tải R=220ς, ño Milivoon kế ñiện tử MC-897A Bước Tiến hành ño Với dụng cụ ño ñã ñược chuẩn bị trên, ta ñồng thời thu ñược ba ñại lượng có quan hệ hàm số với : Dòng ñiện bơm I (mA), Hiệu ñiện thể UPN (V) rơi tiếp giáp PN công suất P laser thông qua hiệu U (mV) ño MC-897 3.1- Đo ñặc trưng Vôn ampe ñặc trưng công suất laser-dòng ñiện bơm : Cắm phích ñiện bật công tắc nguồn cung cấp dòng ñiện chiều Xoay từ từ núm VR ñể tăng dần dòng ñiện bơm mA một, từ 0mA ñến 25mA Ghi giá trị I, UNP , U vào bảng sau Thang ño : Ampe kế A : MV kế ñiện tử MC897: Vôn kế V : Điện trở tải : 220 ς Hệ số chuyển ñổi Sensor : η = I(mA) UPN (V) U (mV) I(mA) UPN (V) U (mV) Trang 21 BỘ MÔN VẬT LÝ Y SINH Giáo Trình Thực Tập Cho Sinh Viên Y Khoa Năm I Ghi giá trị thang ño ñồng hồ vào bảng1 Kết thúc bước 3.1, giảm ñiện áp nguồn chiều 0, tháo dây nối Laser SC khỏi bảng ñiện 3.2 - Vẽ ñặc trưng vôn ampe diode phát quang ( LED) Lắp diode phát quang (LED) thay vào vị trí laser SC bảng ñiện Thực phép ño ñặc trưng Vôn-ampe LED theo cách tương tự ñối với Laser bán dẫn , không ño công suất quang Lần lượt thực với LED ñỏ, vàng, xanh, tím Ghi số liệu vào bảng sau LED ñỏ I (mA) LED vàng U (V) I (mA) U (V) LED tím I (mA) U (V) Bước Kết thúc thí ngnghiệm Tắt tất công tắc nguồn ñồng hồ, nguồn ổn áp chiều , rút phích cắm ñiện khỏi ổ ñiện lưới, tháo mạch ñiện, xắp xếp dụng cụ gọn gàng bàn thí nghiệm Trang 22 BỘ MÔN VẬT LÝ Y SINH Giáo Trình Thực Tập Cho Sinh Viên Y Khoa Năm I BÁO CÁO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM - BÀI SỐ Bài: Khảo Sát Các Hiện Tượng Mặt Ngoài Của Chất Lỏng Lớp: Tổ: Họ, tên sinh viên: Ngày thực tâp: a Khảo sát dính ướt ñối với H2O Loại vật liệu Mô tả tượng dính ướt làm bề mặt Nhựa Kết luận (có/không) Nhôm Nylon Thủy tinh b Khảo sát ño lực căng mặt H2O - Đường kính vành nhựa: - Đường kính vành nhựa: - Trọng lượng vành nhựa: - Đo F tính hệ số σ ñiền vào bảng sau Độ ngờ Trung bình Lần thứ F Fc FC ∆ FC Kết ño hệ số căng mặt ngoài: σ = σ ± ∆σ = (N/m) Xác nhận người hướng dẫn ` ∆σ σ ± Sinh viên ký tên Trang 23 BỘ MÔN VẬT LÝ Y SINH Giáo Trình Thực Tập Cho Sinh Viên Y Khoa Năm I BÁO CÁO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM – BÀI SỐ Bài: Xác ñịnh Hệ số nhớt Chất lỏng theo Phương pháp Stokes Lớp: Tổ: Họ, tên sinh viên: Ngày thực tâp: Kết quả: - Nhiệt ñộ phòng: - Khối lượng riêng bi: (sắt) 7874 kg / m3 - Khối lượng riêng chất lỏng: (dầu nhờn) 1000 kg / m3 - Đường kính (trong) ống chất lỏng d: 38.0 ± 0.1(mm) ( d = 38.0; ∆d - Độ xác panme: δ1 = 0.01 mm - Độ xác ñồng hồ: δ2 = 0.001 s = 0.1) Lần ño Đường kính bi, d1 Thời gian (dùng mắt) Thời gian (tự ñộng) Tính d1 trung bình: Độ ngờ ∆d1’: Độ ngờ toàn phần ∆d1 = ∆d1’ + δ1 = τ trung bình: Độ ngờ ∆τ’: Độ ngờ toàn phần ∆τ = ∆τ’ + δ2 = - Hệ số nhớt tính ñược: η = Sai số tương ñối: δ= ∆η η = ∆τ τ + d + 2.4d kg/(m.s) ∆d1 ∆d   ( d + d + d 1)  d  d1  = - Độ ngờ ∆η = δ.η = - kg/(m.s) Kết ño ñộ nhớt η = η ± ∆η = Xác nhận người hướng dẫn τ trung bình: Độ ngờ ∆τ’: Độ ngờ toàn phần ∆τ = ∆τ’ + δ2 = ` ± kg/(m.s) Sinh viên ký tên Trang 24 BỘ MÔN VẬT LÝ Y SINH Giáo Trình Thực Tập Cho Sinh Viên Y Khoa Năm I BÁO CÁO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM - BÀI SỐ Bài: Xác ñịnh Chiết suất Thủy tinh Kính hiển vi Lớp: Tổ: Họ, tên sinh viên: Ngày thực tâp: Kết quả: - Độ xác thước panme: δ0 = 0.01 mm - Độ xác thước tròn kính hiển vi: δ1 = 0.002 mm Lần ño Trung bình Độ ngờ ∆d’= ∆d1’= d d1 Độ ngờ tổng cộng (tính dụng cụ ño): - ∆d = δ0 + ∆d’ = …… mm - ∆d1 = δ1 + ∆d1’ = …… mm d = d1 ∆n ∆d ∆d1 Sai số tương ñối chiết suất n: δ = = + = n d d1 Giá trị trung bình chiết suất: n= Độ ngờ chiết suất n: ∆n = n.δ = Kết ño chiết suất: n = n ± ∆n = ± ` Sinh viên ký tên Xác nhận người hướng dẫn Trang 25 BỘ MÔN VẬT LÝ Y SINH Giáo Trình Thực Tập Cho Sinh Viên Y Khoa Năm I BÁO CÁO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM - BÀI SỐ Bài: Khảo sát ñịnh luật quang hình học (dùng tia sáng laser) Lớp: Tổ: Họ, tên sinh viên: Ngày thực tâp: Kết quả: Góc tới i Góc phản xạ i’ 300 450 600 Góc khúc xạ r Tỉ lệ sin i sin r Chiết suất (giá trị trung bình sin i sin r r= 900 i0 = … Sin(i0) = … )n=… 1/n = … 1/n/ Sin(i0) = … Mô tả kết khảo sát tượng quang dẫn: Kết khảo sát tia sáng khúc xạ qua lăng kính δ0 A sin(A+δ0)/sin(A/2) o 60 Xác nhận người hướng dẫn ` sin(A+δ0)/sin(A/2)/n Sinh viên ký tên Trang 26 BỘ MÔN VẬT LÝ Y SINH Giáo Trình Thực Tập Cho Sinh Viên Y Khoa Năm I BÁO CÁO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM - BÀI SỐ Bài: Khảo sát Laser bán dẫn (nâng cao) Lớp: Họ, tên sinh viên: Kết quả: Tổ: Ngày thực tâp: Thang ño : Ampe kế A : MV kế ñiện tử MC897: Vôn kế V : Điện trở tải : 220 ς Hệ số chuyển ñổi Sensor : η = I(mA) UPN (V) U (mV) I(mA) UPN (V) U (mV) - Tính giá trị công suất Laser theo công thức (1) với giá tri U bảng - Vẽ ñồ thị I = f(UPN), P= f(I) - Nhận xét kết - Khảo sát ñặc trưng vôn ampe diode phát quang ( LED) LED ñỏ I (mA) LED vàng U (V) I (mA) LED tím U (V) I (mA) U (V) - Vẽ ñồ thị ñặc trưng V-A dựa số liệu thu ñược bảng - Nhận xét kết quả, so sánh với ñặc trưng laser bán dẫn ñể rút kết luận hoạt ñộng ñặc tính laser bán dẫn Xác nhận người hướng dẫn ` Sinh viên ký tên Trang 27