Vật Lý 10 KNTT Bài 3: Thực hành tính sai số trong phép đo. Ghi kết quả đo

- Đo trực tiếp một đại lượng bằng dụng cụ đo, kết quả được đọc trực tiếp trên dụng cụ đo được gọi là phép đo trực tiếp.

- Đo một đại lượng không trực tiếp mà thông qua công thức liên hệ với các đại lượng có thể đo trực tiếp gọi là phép đo gián tiếp.

a. Phân loại sai số

- Sai số hệ thống

+ Khi sử dụng dụng cụ đo để đo các đại lượng vật lí luôn có sự sai lệch do đặc điểm và cấu tạo của dụng cụ gây ra.

+ Sự sai lệch này gọi là sai số dụng cụ hoặc sai số hệ thống. Sai số hệ thống có nguyên nhân khách quan (do dụng cụ), nguyên nhân chủ quan do người đó (cần loại bỏ).

- Sai số ngẫu nhiên

+ Khi lặp lại các phép đo, ta nhận được các giá trị khác nhau, sự sai lệch này không có nguyên nhân rõ ràng nên gọi là sai. Số ngẫu nhiên, có thể do thao tác đo không chuẩn, điều kiện làm thí nghiệm không ổn định hoặc hạn chế về giác quan,...

+ Để khắc phục người ta thường tiến hành thí nghiệm nhiều lần và tính sai số.

Lưu ý:

Sai số gây bởi dụng cụ sử dụng đó có thể lấy bằng một nửa độ chia nhỏ nhất trên dụng cụ (ví dụ thước đo chiều dài có độ chia nhỏ nhất là 1 mm thì sai số dụng cụ là 0,5 mm), hoặc được ghi trực tiếp trên dụng cụ do nhà sản xuất xác định.

b. Cách xác định sai số phép đo

- Sai số tuyệt đối là trị tuyệt đối của hiệu số giữa giá trị trung bình các lần đo và giá trị của mỗi lần đo của phép đo trực tiếp.

\(\Delta {A_1} = \left| {\overline A  - {A_1}} \right|;\Delta {A_2} = \left| {\overline A  - {A_2}} \right|;...;\Delta {A_n} = \left| {\overline A  - {A_n}} \right|\,\,\,\,\,\,\,(3.1)\)

Trong đó: \(\overline A  = \frac{{{A_1} + {A_2} + ... + {A_n}}}{n}\)

- Sai số tuyệt đối trung bình của n lần đo được tính theo công thức: 

\(\overline {\Delta A}  = \frac{{\Delta {A_1} + \Delta {A_2} + ... + \Delta {A_n}}}{n}\)     (3.2)

- Sai số tuyệt đối của phép đo là tổng sai số dụng cụ và sai số ngẫu nhiên:

\(\Delta A = \overline {\Delta A}  + \Delta {A_{dc}}\)

- Sai số tỉ đối của phép đo là tỉ lệ phần trăm giữa sai số tuyệt đối và giá trị trung bình của đại lượng đo, cho biết mức độ chính xác của phép đo.

\(\delta A = \frac{{\Delta A}}{{\overline A }}.100\% \) (3.3)

c. Cách xác định sai số phép đo gián tiếp

Để xác định sai số của phép đo gián tiếp, vận dụng quy tắc sau:

- Sai số tuyệt đối của một tổng hay hiệu bằng tổng các sai số tuyệt đối của các số hạng.

A =B+C

\({\Delta A = \Delta B + \Delta C}\)

- Sai số tỉ đổi của một tích hay thường thì bằng tổng các sai số tỉ đối của các thừa số.

\(\delta v = \delta s + \delta t\)

- Từ sai số tỉ đối, có thể sử dụng công thức (3.3) để tính được sai số tuyệt đối.

Ví dụ 1: Đo quãng đường s từ A đến C bằng tổng quãng đường si từ A đến B và sp từ B đến C.

Sai số tuyệt đối: \(\Delta s = \Delta {s_1} + \Delta {s_2}\)

Ví dụ 2: Đo tốc độ theo công thức v = s/t, sai số phép đo là:

\(\begin{array}{l}
\delta v = \frac{{\Delta s}}{{\overline s }}.100\%  + \frac{{\Delta t}}{{\overline t }}.100\% \\
\Delta v = \Delta s.\overline v 
\end{array}\)

d. Cách ghi kết quả đo

- Kết quả đo đại lượng A được ghi dưới dạng một khoảng giá trị:

\((\overline A  - \Delta A) \le A \le (\overline A  + \Delta A)\) hoặc \(A = \overline A  \pm \Delta A\) 

Trong đó:

+ \(\Delta A\) là sai số tuyệt đối thường viết đến số chữ số có nghĩa tới đơn vị của ĐCNN trên dụng cụ đo.

+ Giá trị trung bình \(\overline A \) được viết đến bậc thập phân trong ứng với \(\Delta A\)

- Quy tắc làm tròn số:

+ Nếu chữ số ở hàng bỏ đi nhỏ hơn 5 thì chữ số bên trái vẫn giữ nguyên.

+ Nếu chữ số hàng bỏ đi lớn hơn hoặc bằng 5 thì chữ số bên trái tăng thêm một đơn vị. 

Bài 1: Dùng một thước có ĐCNN là 1 mm và một đồng hồ đo thời gian có ĐCNN 0,01s để đo 5 lần thời gian chuyển động của chiếc xe đồ chơi chạy bằng pin từ điểm A (vA = 0) đến điểm B (Hình 3.1). Ghi các giá trị vào Bảng 3.1 và trả lời các câu hỏi.

Bảng 3.1

a) Nguyên nhân nào gây ra sự sai khác giữa các lần đo?

b) Tính sai số tuyệt đối của phép đo s, t và điền vào Bảng 3.1.

c) Viết kết quả đo:

s = …..; t = …..

d) Tính sai số tỉ đối:

\(\delta t = \frac{{\Delta t}}{{\overline t }}.100\%  = ...;\delta s = \frac{{\Delta s}}{{\overline s }}.100\%  = ...\)

\(\delta v = ...;\,\Delta v = ...\)

Hướng dẫn giải

 a) Nguyên nhân gây ra sự sai khác giữa các lần đo là:

- Do đặc điểm và cấu tạo của dụng cụ đo

- Do điều kiện làm thí nghiệm chưa được chuẩn

- Do thao tác khi đo

b) Ta có:

\(\overline {\Delta s}  = \frac{{\left| {\overline s  - {s_1}} \right| + \left| {\overline s  - {s_2}} \right| + ... + \left| {\overline s  - {s_5}} \right|}}{5} = 0,00168\)

\(\overline {\Delta t}  = \frac{{\left| {\overline t  - {t_1}} \right| + \left| {\overline t  - {t_2}} \right| + ... + \left| {\overline t  - {t_5}} \right|}}{5} = 0,0168\)

c) Viết kết quả đo:

Ta có:

\(\Delta s = \overline {\Delta s}  + \Delta {s_{dc}} = 0,00168 + \frac{{0,001}}{2} = 0,00218\)

\(\Delta t = \overline {\Delta t}  + \Delta {t_{dc}} = 0,0168 + \frac{{0,01}}{2} = 0,0218\)

Suy ra:

\(s = \overline s  \pm \Delta s = 0,6514 \pm 0,00218\left( m \right)\)

\(t = \overline t  \pm \Delta t = 3,514 \pm 0,0218\left( s \right)\)

d) Tính sai số tỉ đối:

\(\delta t = \frac{{\Delta t}}{{\overline t }}.100\%  = \frac{{0,0218}}{{3,514}}.100\%  = 0,620\)

\(\delta s = \frac{{\Delta s}}{{\overline s }}.100\%  = \frac{{0,00218}}{{0,6514}}.100\%  = 0,335\)

\(\delta v = \frac{{\Delta s}}{{\overline s }}.100\%  + \frac{{\Delta t}}{{\overline t }}.100\%  = 0,335 + 0,620 = 0,955\)

\(\Delta v = \delta v.\overline v  = 0,955.\frac{{0,6514}}{{3,514}} = 0,177\left( {m/s} \right)\)

Bài 2: Em hãy lập phương án đo tốc độ chuyển động của chiếc xe ô tô đồ chơi chỉ dùng thước; đồng hồ bấm giây và trả lời các câu hỏi sau:

a) Để đo tốc độ chuyển động của chiếc xe cần đo đại lượng nào?

b) Xác định tốc độ chuyển động của xe theo công thức nào?

c) Phép đo nào là phép đo trực tiếp? Tại sao?

d) Phép đo nào là phép đo gián tiếp? Tại sao?

Hướng dẫn giải

* Phương án:

- Dụng cụ: ô tô đồ chơi, thước, đồng hồ bấm giây.

- Cách tiến hành:

+ Chọn vạch xuất phát làm mốc, cho ô tô bắt đầu chuyển động

+ Dùng đồng hồ bấm giây để xác định thời gian từ lúc ô tô bắt đầu chuyển động đến khi ô tô dừng lại

+ Dùng thước đo quãng đường từ vạch xuất phát đến điểm ô tô dừng lại.

a) Để đo tốc độ chuyển động của chiếc xe cần đo các đại lượng là: Thời gian (t) và quãng đường (s).

b) Xác định tốc độ chuyển động của chiếc xe bằng công thức: \(v = \frac{s}{t}\)

c) Phép đo thời gian và quãng đường là phép đo trực tiếp vì chúng lần lượt được đo bằng dụng cụ đo là đồng hồ và thước. Kết quả của phép đo được đọc trực tiếp trên dụng cụ đo.

d) Phép đo tốc độ là phép đo gián tiếp vì nó được xác định thông qua công thức liên hệ với các đại lượng được đo trực tiếp là quãng đường và thời gian.

Sau bài học này, học sinh sẽ nắm được:

- Có 2 loại phép đo là phép đo trực tiếp và phép đo gián tiếp

- Hai loại sai số gồm sai số dụng cụ và sai số ngẫu nhiêu

- Nêu được cách ghi kết quả đo.

Các em có thể hệ thống lại nội dung kiến thức đã học được thông qua bài kiểm tra Trắc nghiệm Vật Lý 10 KNTT Bài 3 cực hay có đáp án và lời giải chi tiết. 

• Câu 1:

  Sai số nào có thể loại trừ trước khi đo ?

  • A. Sai số hệ thống.      
  • B. Sai số ngẫu nhiên.    
  • C. Sai số dụng cụ.           
  • D. Sai số tuyệt đối.

• Câu 2:

  Sai số hệ thống

  • A. là sai số do cấu tạo dụng cụ gây ra. 
  • B. là sai số do điểm 0 ban đầu của dụng cụ đo bị lệch
  • C. không thể tránh khỏi khi đo
  • D. là do chịu tác động của các yếu tố ngẫu nhiên bên ngoài.

• Câu 3:

  Chọn ý sai ? Sai số ngẫu nhiên 

  • A. không có nguyên nhân rõ ràng
  • B. là những sai xót mắc phải khi đo.
  • C. có thể do khả năng giác quan của con người dẫn đến thao tác đo không chuẩn.
  • D. chịu tác động của các yếu tố ngẫu nhiên bên ngoài

Câu 4-10: Mời các em đăng nhập xem tiếp nội dung và thi thử Online để củng cố kiến thức về bài học này nhé!

Các em có thể xem thêm phần hướng dẫn Giải bài tập Vật Lý 10 KNTT Bài 3 để giúp các em nắm vững bài học và các phương pháp giải bài tập.

Giải câu hỏi trang 17 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Hoạt động trang 19 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Trong quá trình học tập nếu có thắc mắc hay cần trợ giúp gì thì các em hãy comment ở mục Hỏi đáp, Cộng đồng Vật lý HOC247 sẽ hỗ trợ cho các em một cách nhanh chóng!

Chúc các em học tập tốt và luôn đạt thành tích cao trong học tập!