Giải Câu hỏi trang 65 SGK Vật lí 12

Lời giải

Cơ sở lí thuyết: Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường: $F = BIL\sin\alpha$. Với $\alpha = 90^\circ$ thì $\sin\alpha = 1$, nên:

$$F = BIL \;\Rightarrow\; B = \dfrac{F}{IL}$$

Trong đó $L = nl = 20\ \text{m}$ là tổng chiều dài dây dẫn đặt trong từ trường.

a) Tính $\dfrac{F}{IL}$ và điền vào bảng

Áp dụng công thức $\dfrac{F}{IL}$ cho từng lần đo (đơn vị T):

- Lần 1: $\dfrac{F}{IL} = \dfrac{0,02}{0,1 \times 20} = \dfrac{0,02}{2} = 0,010$
- Lần 2: $\dfrac{F}{IL} = \dfrac{0,05}{0,2 \times 20} = \dfrac{0,05}{4} = 0,0125 \approx 0,013$
- Lần 3: $\dfrac{F}{IL} = \dfrac{0,07}{0,3 \times 20} = \dfrac{0,07}{6} \approx 0,0117 \approx 0,012$
- Lần 4: $\dfrac{F}{IL} = \dfrac{0,09}{0,4 \times 20} = \dfrac{0,09}{8} = 0,01125 \approx 0,011$

Bảng kết quả đầy đủ:

| Lần thí nghiệm | $I$ (A) | $F$ (N) | $\dfrac{F}{IL}$ (T) |
|---|---|---|---|
| 1 | 0,1 | 0,02 | 0,010 |
| 2 | 0,2 | 0,05 | 0,013 |
| 3 | 0,3 | 0,07 | 0,012 |
| 4 | 0,4 | 0,09 | 0,011 |

b) Giá trị trung bình và sai số của phép đo độ lớn cảm ứng từ $B$

Giá trị trung bình của cảm ứng từ:

$$\overline{B} = \dfrac{B_1 + B_2 + B_3 + B_4}{4} = \dfrac{0,010 + 0,013 + 0,012 + 0,011}{4} = \dfrac{0,046}{4} = 0,0115\ \text{T}$$

Sai số tuyệt đối của mỗi lần đo $\left(\Delta B_i = \left|\overline{B} - B_i\right|\right)$:

- $\Delta B_1 = |0,0115 - 0,010| = 0,0015\ \text{T}$
- $\Delta B_2 = |0,0115 - 0,013| = 0,0015\ \text{T}$
- $\Delta B_3 = |0,0115 - 0,012| = 0,0005\ \text{T}$
- $\Delta B_4 = |0,0115 - 0,011| = 0,0005\ \text{T}$

Sai số tuyệt đối trung bình:

$$\overline{\Delta B} = \dfrac{\Delta B_1 + \Delta B_2 + \Delta B_3 + \Delta B_4}{4} = \dfrac{0,0015 + 0,0015 + 0,0005 + 0,0005}{4} = \dfrac{0,004}{4} = 0,001\ \text{T}$$

Kết quả phép đo độ lớn cảm ứng từ:

$$B = \overline{B} \pm \overline{\Delta B} = (0,0115 \pm 0,0010)\ \text{T} \approx (11,5 \pm 1,0)\times 10^{-3}\ \text{T}$$

Sai số tỉ đối: $\delta B = \dfrac{\overline{\Delta B}}{\overline{B}} = \dfrac{0,001}{0,0115} \approx 0,087 = 8,7\%$.

Nhận xét và đánh giá kết quả thí nghiệm

*Nguyên nhân gây ra sai số:*

- Sai số của dụng cụ đo: ampe kế, cân (lực kế) và thước đo chiều dài đều có độ chia nhỏ nhất hữu hạn.
- Từ trường của nam châm điện không hoàn toàn đều trong vùng đặt dây dẫn, dòng điện qua nam châm và qua dây dẫn có thể chưa thật ổn định.
- Đoạn dây dẫn có thể chưa đặt thật vuông góc với các đường sức từ ($\alpha$ chưa đúng $90^\circ$).
- Sai số ngẫu nhiên khi đọc số chỉ dụng cụ (sai số thị sai), ma sát ở giá đỡ, nhiễu từ bên ngoài.

*Giải pháp giảm sai số:*

- Dùng các dụng cụ đo có độ chính xác cao hơn, độ chia nhỏ hơn và hiệu chỉnh (chỉnh số 0) trước khi đo.
- Tiến hành đo nhiều lần rồi lấy giá trị trung bình để giảm sai số ngẫu nhiên.
- Đặt dây dẫn thật vuông góc với từ trường, giữ dây ở vùng từ trường đều (chính giữa hai cực nam châm).
- Giữ dòng điện ổn định, đặt mắt đúng hướng khi đọc số chỉ để tránh sai số thị sai.

Đáp số