Vật lí 10 Bài 3: Thực hành tính sai số trong phép đo. Ghi kết quả đo
Mục tiêu và kiến thức nền
Đổi đơn vị; tính giá trị trung bình, sai số tuyệt đối và tương đối; ghi kết quả với độ chính xác phù hợp.
Chuẩn bị: đọc đơn vị, đổi đơn vị SI và tính toán với số, vectơ đơn giản.
Đo là so sánh với đơn vị
Độ dài dùng mét (m), thời gian dùng giây (s), khối lượng dùng kilôgam (kg). Vận tốc có đơn vị m/s, gia tốc m/s². Phép đo trực tiếp đọc từ dụng cụ; phép đo gián tiếp tính từ các đại lượng đã đo. Đổi đơn vị trước khi thay vào công thức để tránh sai lệch hàng nghìn lần.
Sai số nói điều gì?
Sai số ngẫu nhiên làm các số đo dao động; sai số hệ thống làm kết quả lệch theo một xu hướng, chẳng hạn cân chưa chỉnh về không. Đo lặp rồi lấy trung bình thường giảm ảnh hưởng ngẫu nhiên nhưng không tự chữa sai số hệ thống. Quy ước sai số dụng cụ phải theo đề hoặc hướng dẫn của thiết bị.
Ghi kết quả có ý nghĩa
Với bộ số đo, có thể ước lượng sai số ngẫu nhiên bằng trung bình độ lệch tuyệt đối. Ở bài thực hành phổ thông, nếu dùng quy ước cộng sai số, sai số tổng bằng phần ngẫu nhiên cộng phần dụng cụ. Làm tròn sai số theo yêu cầu rồi ghi giá trị trung bình đến cùng hàng thập phân. Sai số tương đối nhỏ hơn nghĩa là phép đo có độ chính xác tương đối cao hơn.
Công thức và điều kiện áp dụng
Ví dụ có lời giải
Ví dụ 1. Đo chiều dài ba lần
Các kết quả 20,1; 20,2; 20,3 cm có trung bình 20,2 cm. Sai số ngẫu nhiên theo quy ước trung bình độ lệch là (0,1 + 0 + 0,1)/3 ≈ 0,067 cm. Nếu sai số dụng cụ 0,05 cm thì tổng ≈ 0,117 cm; làm tròn thành 0,12 cm, ghi (20,20 ± 0,12) cm.
Ví dụ 2. Đổi đơn vị vận tốc
72 km/h = 72 × 1000/3600 = 20 m/s. Với s = (100 ± 1) m và t = (20,0 ± 0,2) s, v = 5,0 m/s. Quy tắc cộng sai số tương đối cho thương cho δv ≈ 1% + 1% = 2%, nên Δv ≈ 0,1 m/s.
Lỗi thường gặp
- Không cộng sai số có đơn vị khác nhau.
- Không coi độ chia nhỏ nhất luôn bằng sai số dụng cụ trong mọi thiết bị.
- Không giữ quá nhiều chữ số vô nghĩa.
Tự kiểm tra và vận dụng
Thử trả lời trước khi mở lời giải. Để nhập đáp án, làm từng ý đúng/sai và luyện cả chủ đề, chọn bộ luyện ở cuối bài.
Câu 1. Đơn vị SI của gia tốc là gì?
Xem đáp án và lời giải
Đáp án B. Gia tốc bằng độ biến thiên vận tốc chia thời gian: (m/s)/s = m/s².
Câu 2. Đổi 54 km/h sang m/s. Chỉ nhập giá trị.
Xem đáp án và lời giải
Đáp án: 15. 54/3,6 = 15 m/s.
Câu 3. Với L = (50,0 ± 0,5) cm, xét các phát biểu.
- Sai số tuyệt đối là 0,5 cm.
- Sai số tương đối là 1%.
- Giá trị trung tâm là 0,500 m.
- Đo lặp chắc chắn loại hết sai số hệ thống.
Xem đáp án và lời giải
a) Đúng: ΔL = 0,5 cm. b) Đúng: 0,5/50 ×100% = 1%. c) Đúng: chia 100. d) Sai: phải tìm và hiệu chỉnh nguyên nhân hệ thống.
Câu 4. Ba lần đo thời gian được 2,1; 2,2; 2,3 s. Tính trung bình và trung bình độ lệch tuyệt đối.
Xem đáp án và lời giải
Trung bình t̄ = 6,6/3 = 2,2 s. Các độ lệch là 0,1; 0; 0,1 s. Trung bình độ lệch = 0,2/3 ≈ 0,067 s.
Câu 5. Đo s = (200 ± 2) m và t = (40 ± 1) s. Theo quy tắc cộng sai số tương đối, tính v và δv.
Xem đáp án và lời giải
v = 200/40 = 5 m/s. δs = 2/200 = 1%; δt = 1/40 = 2,5%; δv ≈ 3,5%. Sai số tuyệt đối của v ≈ 5 × 0,035 = 0,175 m/s.
Câu 6. Cân chưa đặt vật đã chỉ 0,2 kg. Đo cùng vật nhiều lần có khắc phục được không?
Xem đáp án và lời giải
Không tự khắc phục được. Đây là dấu hiệu sai số hệ thống do điểm không. Cần chỉnh về không hoặc hiệu chỉnh theo hướng dẫn; lặp phép đo không loại được độ lệch cố định này.
Sơ đồ ghi nhớ
- Đổi về SI
- Đo lặp và lấy trung bình
- Xác định quy ước sai số
- Ghi giá trị ± sai số
Học tiếp và luyện tập
Biên soạn: Gia Sư SV.