Giải Vật lí 10 Bài 3: Đơn vị và sai số trong vật lí

Giải Vật lí 10 bài 3 sách Chân trời sáng tạo có đáp án chi tiết cho từng bài tập trong sách giáo khoa vật lí 10 chân trời sáng tạo. Mời các em học sinh cùng quý phụ huynh tham khảo.

Vật lí 10 bài 3 trang 15

Mở đầu trang 15 Vật lí 10

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?

Lời giải

– Các loại đơn vị đo:

+ Đơn vị đo độ dài: m, km, cm, …

+ Đơn vị đo vận tốc, tốc độ: m/s, km/h, …

+ Đơn vị đo thời gian: giây, giờ, phút, …

+ Đơn vị đo lực: Niuton (N)

…

– Các loại sai số có thể gặp:

+ Sai số ngẫu nhiên

+ Sai số hệ thống

– Cách hạn chế các loại sai số:

+ 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 lí

Câu 1 trang 15 Vật lí 10

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

Lời giải

Một số đại lượng vật lí mà các em được học ở môn Khoa học tự nhiên

– Chiều dài: đơn vị mét

– Khối lượng: đơn vị kg

– Thời gian: đơn vị giây

– Nhiệt độ: đơn vị Kelvin

– Cường độ dòng điện: ampe

Vật lí 10 bài 3 trang 16

Câu 2 trang 16 Vật lí 10

Phân biệt đơn vị và thứ nguyên trong Vật lí.

Lời giải

Vật lí 10 bài 3 trang 17

Câu 3 trang 17 Vật lí 10

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.

Lời giải

– Ta có: Khối lượng của một mét khối một chất gọi là khối lượng riêng của chất đó (ρ).

– Đơn vị của ρ trong hệ SI là kg/m3.

Vận dụng mối liên hệ giữa đơn vị dẫn xuất với 7 đơn vị cơ bản của hệ SI

Luyện tập trang 17 Vật lí 10

 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 bụi là khoảng 2,5 pm; cường độ dòng điện dùng trong châm cứu là khoảng 2 mA). Hãy xác định các đơn vị cơ bản và các tiếp đầu ngữ của 2 đơn vị trên.

Lời giải

– Đơn vị cơ bản của kích thước là mét (m).

2,5 pm = 2,5.10^-12 m.

– Đơn vị cơ bản của cường độ dòng điện là ampe (A).

2 mA = 2.10^-3 A.

– Các tiếp đầu ngữ của 2 đơn vị trên là

Vận dụng trang 17 Vật lí 10

 Lực cản không khí tác dụng lên vật phụ thuộc vào vận tốc chuyển động của vật 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.

Lời giải

– Từ F = – k.v² (dấu “-” thể hiện ngược chiều chuyển động).

Vận tốc có thứ nguyên là M.T^-1 nên v² có thứ nguyên là M².T^-2.

Thứ nguyên của k là M.L.T⁻²/M².T⁻²=L

– Đơn vị của k trong hệ SI là mét (m).

2. Sai số trong phép đo và cách Câu hỏi hạn Câu hỏiế

Vật lí 10 bài 3 trang 18

Câu hỏi 4 trang 18 Vật lí 10

 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.

Lời giải

– Ta có công thức tính khối lượng riêng: ρ = m/V. Vậy để đo được khối lượng riêng của một quả cân ta thực hiện phép đo gián tiếp thông qua công thức liên hệ với các đại lượng đo trực tiếp là khối lượng và thể tích của quả cân.

– Phương án đo khối lượng riêng của một quả cân trong phòng thí nghiệm như sau:

+ Bước 1: Đo khối lượng bằng cân, ta bấm ON/OFF để màn hình hiển thị, đặt quả cân lên, đọc số hiện trên màn là khối lượng của quả cân.

+ Bước 2: Đo thể tích của quả cân bằng bình chia độ, 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.

Vquả cân = Vnước + quả cân – Vnước

+ Bước 3: Áp dụng công thức tính khối lượng riêng ρ = m/V để tính khối lượng riêng của quả cân.

Vật lí 10 bài 3 trang 19

Câu hỏi 5 trang 19 Vật lí 10

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

Lời giải

a) Nguyên nhân gây ra sai số trong trường hợp này là do kĩ thuật đo, đặt vật cần đo chưa đúng cách. Sửa lại: đặt bút trùng với cạnh thước, một đầu bút thẳng với vạch chia số 0.

b) Nguyên nhân gây ra sai số trong trường hợp này là do chủ quan của người đo, đặt mắt sai cách. Sửa lại: đặt mắt thẳng góc với thước.

c) Nguyên nhân gây ra sai số trong trường hợp này là do quy trình đo, chưa hiệu chỉnh cân. Sửa lại: hiệu chỉnh kim chỉ thị về vạch số 0.

Câu hỏi 6 trang 19 Vật lí 10

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

Lời giải

Sai số dụng cụ được xác định bằng nửa độ chia nhỏ nhất.

a) ĐCNN của thước là 1 cm. Sai số dụng cụ là 0,5 cm.

b) ĐCNN của thước là 0,1 cm. Sai số dụng cụ là 0,05 cm.

Câu hỏi 7 trang 19 Vật lí 10

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

Lời giải

Phương án hạn chế sai số khi thực hiện phép đo là:

+ Thường xuyên hiệu chỉnh dụng cụ đo.

+ Sử dụng thiết bị đo có độ chính xác cao.

+ Thực hiện phép đo đúng kĩ thuật, đúng qui trình.

Vật lí 10 bài 3 trang 23

Bài 1 trang 23 Vật lí 10

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

Lời giải

+ Biểu thức tính khối lượng riêng: \(\rho  = \frac{m}{V}\)

Ta có 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 khối lượng riêng là kg/m³

+ Biểu thức tính công suất là: \(P = \frac{A}{t} = \frac{{F.s}}{t}\)

F = m.a => F có thứ nguyên là M.L.T^-2

=> Thứ nguyên của công suất là: \(\left[ {\frac{{M.L.{T^{ – 2}}.L}}{T}} \right] = \left[ {M.{L^2}.{T^{ – 3}}} \right]\)

=> Đơn vị của công suất là: kg.m² /s³

+ Biểu thức tính áp suất: \(p = \frac{F}{S}\) ( F là lực tác dụng, S là diện tích tiếp xúc)

=> Thứ nguyên của áp suất là: \(\left[ {\frac{{M.L.{T^{ – 2}}}}{{{L^2}}}} \right] = \left[ {M.{L^{ – 1}}.{T^{ – 2}}} \right]\)

=> Đơn vị của áp suất là: kg.m/s² 

Bài 2 trang 23 Vật lí 10

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, sai số tương đối và biểu diễn kết quả phép đo có kèm theo sai số.

Lời giải

Giá trị trung bình của đường kính viên bi thép là:

\(\overline d  = \frac{{{d_1} + {d_2} + … + {d_9}}}{9} \approx 6,33(mm)\)

Sai số tuyệt đối ứng với mỗi lần đo là:

\(\begin{array}{l}\Delta {d_1} = \left| {\overline d  – {d_1}} \right| = \left| {6,33 – 6,32} \right| = 0,01(mm) = \Delta {d_2} = \Delta {d_3} = \Delta {d_4} = \Delta {d_7} = \Delta {d_9}\\\Delta {d_5} = \left| {\overline d  – {d_5}} \right| = \left| {6,33 – 6,34} \right| = 0,01(mm) = \Delta {d_6} = \Delta {d_8}\end{array}\)

Sai số tuyệt đối trung bình của phép đo:

\(\overline {\Delta d}  = \frac{{\Delta {d_1} + \Delta {d_2} + … + \Delta {d_9}}}{9} = 0,01(mm)\)

Sai số tuyệt đối của phép đo là:

\(\Delta d = \overline {\Delta d}  + \Delta {d_{dc}} = 0,01 + 0,02 = 0,03(mm)\)