Bài giảng Vật lý đại cương - Chương mở đầu - Đỗ Ngọc Uấn

Bμi giảng Vật lý đại c−ơng
Tác giả: PGS. TS Đỗ Ngọc Uấn
Viện Vật lý kỹ thuật
Tr−ờng ĐH Bách khoa Hμ nội
• Tμi liệu tham khaỏ:
1. Physics Classical and modern
Frederick J. Keller, W. Edward Gettys, 
Malcolm J. Skove
McGraw-Hill, Inc. International Edition 1993.
2. R. P. Feymann
Lectures on introductory Physics
3. I. V. Savelyev
Physics. A general course, Mir Publishers 1981
4. P. M. Fishbane, S. G. Gasiorowicz, S. T. 
Thornton
Physics for scientists and engineers. Pearson and
Prentice Hall; 2005,1996, 1993.
5. Vật lý đại c−ơng các nguyên lý vμ ứng dụng, 
tập I, III. Do Trần ngọc Hợi chủ biên
• Tμi liệu học chính thức: Vật lý đại c−ơng: 
Dùng cho khối các tr−ờng ĐH kỹ thuật công
nghiệp (LT&BT). NXB Giáo Dục.
Tập I : Cơ học, Nhiệt học.
Tập II: Điện từ học, Dao động vμ sóng cơ, Dao 
động vμ sóng điện từ.
Tập III: Quang, L−ợng tử, VL nguyên tử, hạt 
nhân, chất rắn.
• Cách học: Lên lớp LT: nghe giảng, ghi bμi.
Về nhμ: Xem lại bμi ghi, hiệu chỉnh lại cùng tμi
liệu -> Lμm bμi tập ở nhμ. 
Lên bảng lμm bμi tập đã ra trong các ch−ơng.
Sinh viên lên bảng, thầy kiểm tra vở lμm bμi ở
nhμ. 
• Đánh giá kết quả:
Điểm quá trình: Đánh giá Bμi tập bằng chấm vở
bμi tập lμm ở nhμ, lên lớp, lên bảng vμ bμi kiểm
tra 45’. Hệ số 0,3.
Thi: 15 câu trắc nghiệm + 2 câu tự luận LT hoặc
bμi tập. Điểm thi hệ số 0,7. 
1. Đối t−ợng vμ ph−ơng pháp vật lý học
• Nghiên cứu các dạng vận động của thế giới vật
chất, thế giới tự nhiên
• Ăng-ghen: vận động bao gồm mọi biến đổi xảy
ra trong vũ trụ từ dịch chuyển đơn giản đến t−
duy. 
• Vật lý học lμ môn khoa học tự nhiên nghiên
cứu các dạng vận động tổng quát nhất của thế
giới vật chất: những đặc tr−ng tổng quát, các quy
luật tổng quát về cấu tạo vμ vận động của vật
chất
Bμi mở đầu
Cấu tạo vật chất:
Vi mô: phân tử, nguyên tử ~ 10-10m. 
Điện tử me=9,1.10
-31kg, 
-e=-1,6.10-19C
+
- -
-
-
-
-
- -
-- -
Na
~ 10-10m
Thế giới vi mô, vĩ mô;
Vật chất tồn tại: lỏng rắn khí & Tr−ờng
Các b−ớc nghiên cứu:
1. Quan sát bằng giác quan hoặc máy móc.
2. Thí nghiệm định tính, định l−ợng.
3. Rút ra các định luật vật lý: thuộc tính, mối
liên hệ.
4. Giải thích bằng giả thuyết.
5. Hệ thống các giả thuyết ->Thuyết vật lý
6. ứng dụng vμo thực tiễn
==> Ph−ơng pháp qui nạp
Ph−ơng pháp diễn dịch: các tiên đề ->mô
hình->định lý, lý thuyết-> So sánh với kết
quả thực nghiệm.
Vật lý lμ cơ sở cho các ngμnh khoa học khác.
Sự phát triển của các ngμnh khác tạo điều kiện
cho VL phát triển
Những vấn đề cần giải
quyết:
• Năng l−ợng
• Vật liệu mới
• Công nghệ mới
• Tin học phát triển xâm nhập vμ hỗ trợ
các ngμnh khoa học khác
700
N−ớc lạnh
N−ớc nóng
Cách nhiệt
K
í n
h
2. Các đại l−ợng vật lý: thuộc
tính của một đối t−ợng VL
• đại l−ợng vô h−ớng: giá trị, âm 
d−ơng
• Đại l−ợng hữu h−ớng: Điểm
đặt, ph−ơng, chiều, độ lớn
Toạ độ của
véc tơ
Mục đích học Vật lý:
- Kiến thức cơ bản cho SV để học các môn khác
- T− duy, suy luận khoa học
- Xây dựng thế giới quan khoa học
x
y
z
θ
ϕ
0
i
rk
r
j
r
rr r
r rx
ry
rz
k.rj.ri.rr zyx
rrrr ++=
2
z
2
y
2
x rrrr ++=
Các phép tính đại l−ợng véc tơ: Hoμn toμn
nh− trong giải tích véc tơ vμ đại số
Phép cộng
rr
rx
ry
rz
bac
rrr +=
cx= ax + bx
cy = ay+ by 
cz = az+ bz
cr
b
r
ar
Tích vô h−ớng α= cosabb.a rr
α++=+= cosab2ba)ba(c 222rr
b
r
arα
Tích có h−ớng
b x
rrr ac =
α=ì= sinab|ba|c rr
cr
b
rar
)b.a.(c-)c.a.(b)c b xx(
rrrrrrrrr =a
b
r
ar
cr
α
Các phép đạo hμm, vi phân, tích phân đối với
các đại l−ợng biến thiên
)t(ϕ=ϕ
Đại l−ợng vô h−ớng biến thiên theo thời
gian:
t
lim
t
)t(' Δ
ϕΔ=∂
ϕ∂=ϕ
Qui tắc tam 
diện thuận
Đại l−ợng véc tơ biến thiên theo thời gian
)t(FF
rr =
F
r Fx=Fx(t)
Fy=Fy(t) 
Fz=Fz(t) t
Flim
dt
Fd)t('F Δ
Δ==
rrr
k
dt
dFj
dt
dF
i
dt
dF
dt
Fd zyx rrr
r
++=
Đơn vị, thứ nguyên của các đại l−ợng vật
lý: Qui định 1 đại l−ợng cùng loại lμm đơn 
vị đo theo Hệ SI (system international)
Đơn vị cơ bản Kí hiệu Đvị
Độ dμi L mét (m)
Khối l−ợng M kg
Thời gian t s
C−ờng độ dòng điện I A
Độ sáng Z candela (Cd)
Nhiệt độ tuyệt đối T Kenvin (K)
L−ợng chất mol mol
Đơn vị phụ: Góc phẳng α rad
Góc khối Ω steradian(sr)
Thứ nguyên:Qui luật nêu lên sự phụ thuộc
đơn vị đo đại l−ợng đó vμo các đơn vị cơ
bản
sqkpziml molTZItMLThNg Ωα= τ
2s
m.kgNamF =⇒= rr
N=L1 M1t-2.(...)0
lực
4. Ph−ơng pháp xác định sai số của các phép
đo vật lý: 
Phép đo: So sánh đại l−ợng nμy với đại l−ợng
cùng loại đ−ợc chọn lμm đơn vị
Phép đo trực tiếp: Đọc kết quả ngay trên thang
đo
A
V
I
UR =
Phép đo gián tiếp: Xác định đại 
l−ợng cần đo thông qua các
phép đo trực tiếp các đại l−ợng
liên quan trong các hμm với đại 
l−ợng cần đo.
& Kết quả đo bao giờ cũng có sai số :
Sai số hệ thống: Luôn sai về một phía
--> chỉnh dụng cụ đo.
Sai số ngẫu nhiên: Mỗi lần đo sai số
khác nhau --> đo nhiều lần.
Sai số dụng cụ: Độ chính xác của dụng
cụ giới hạn.
Sai số thô đại: Do ng−ời đo --> Nhiều
ng−ời đo, loại các giá trị quá lệch.
4.1.Cách xác định sai số của phép đo trực tiếp
a1 ,a2, a3, ... an lμ các giá trị đo trong n lần
đo
sai số: Δa1=|a1-a|, Δa2=|a2-a|, ..., Δan=|an-a|
∑∑∑
===
Δ+=Δ+=
n
1i
i
n
1i
i
n
1i
i an
1aa
n
1a
n
1a
aa0a
n
1 n
1i
i
n
lim =⇒=Δ∑
=∞→
A -đại l−ợng cần đo, Giá trị thực lμ a. 
∑
=
Δ=−
n
1i
ian
1aa
Sai số tuyệt đối của mỗi lần đo: |aa|a ii −=Δ
∑
=
Δ=Δ
n
1i
ian
1a a|aa| Δ≤−
aaa|aa| Δ+≤≤Δ−
aΔ lμ sai số tuyệt đối trung bình
Nếu số lần đo đủ lớn aa0a
n
1 n
1i
i ≈⇒≈Δ∑
=
Sai số tuyệt đối của phép đo : dcaaa Δ+Δ=Δ
dcaΔ lμ sai số dụng cụ.
Sai số t−ơng đối của phép đo : %
a
aΔ=δ
Ví dụ: Đo đ−ờng kính trụ
Lần đo D(mm) ΔDi(mm)
1 21,5 0,02
2 21,4 0,08
3 21,4 0,08
4 21,6 0,12
5 21,5 0,02
064,0D48,21D =Δ= Trung bình
mm1,0Ddc =ΔSai số dụng cụ của th−ớc
Sai số tuyệt đối của phép đo :
ΔD= 0,064+0,1=0,164mm ≈ 0,16mm
mm)16,048,21(DDD ±=Δ±= 
• Qui tắc lμm tròn sai số: Chỉ còn 2 chữ số
có nghĩa. Phần bỏ đi < 1/10 gốc
Tất cả các chữ số đều có nghĩa trừ các số 0 
bên trái số khác 0 đầu tiên:
0,230 vμ 0,0203 đều có 3 chữ số có nghĩa.
Sai số t−ơng đối của phép đo :
%75,000745,0
48,21
16,0%
D
D ===Δ=δ
Giá trị trung bình của của đại l−ợng cần
đo phải viết qui tròn đến chữ số có nghĩa
cùng bậc thập phân với chữ số có nghĩa
cuối cùng của giá trị sai số đã qui tròn
0,00745 ==> 0,0075 = 0,75%.
vμ 0,0005 < 0,00745/10
mm)16,048,21(DDD ±=Δ±= 
δ- Cấp chính xác ghi trên
thang đo; 
amax Giá trị lớn nhất của
thang đo
Δadc= δ. amax=1,5%.100mA=1,5mA
100mA
1,5
mA
0
Đối với các điện trở mẫu vμ điện dung mẫu:
Δadc= δ.a
• Cách xác định sai số của dụng cụ đo điện:
a lμ giá trị đo đ−ợc trên dụng cụ, δ- cấp
chính xác của thang đo lớn nhất đang đ−ợc
sử dụng.
Δadc= δ. amax
Hộp điện trở mẫu 0ữ9999,9Ω
có δ=0,2 đối với thang 1000 Ω; 
Giá trị đo đ−ợc a=820,0 Ω
=>Δadc= δ.a=0,2%.820,0=1,64 Ω≈1,7 Ω
Đối với các dụng cụ đo hiện số:
Δadc= δ.a+n.α
δ lμ cấp chính xác; 
a lμ giá trị đo hiển thị; 
α lμ độ phân giải;
n-phụ thuộc vμo thang đo vμ dụng cụ do 
nhμ sản xuất qui định.
Đồng hồ 2000digit DT890 có δ=0,5; n=1
cho dòng 1 chiều; Umax=19.99V; 
Độ phân giải: 
α=Umax/2000=19,99/2000≈0,01V;
Số đo hiển thị U=15,78V
ΔUdc= δ.a+n.α= 
0,5%.15,78V+1.0,01V=0,0889V ≈ 0,1V
4.2. Cách xác định sai số của phép đo gián
tiếp: F=F(x,y,z)
F- đại l−ợng đo gián tiếp; x,y,z- đo trực
tiếp.
dz
z
Fdy
y
Fdx
x
FdF ∂
∂+∂
∂+∂
∂=
z|
z
F|y|
y
F|x|
x
F|F Δ∂
∂+Δ∂
∂+Δ∂
∂=Δ
z
z
Fy
y
Fx
x
FF Δ∂
∂+Δ∂
∂+Δ∂
∂=Δ⇒
Cách xác định sai số t−ơng đối của phép
đo gián tiếp: F=F(x,y,z)
1. Lấy Ln hai vế:
lnF=lnF(x,y,z)
2. Lấy vi phân toμn phần:
d(lnF)=dF/F
3. Rút gọn biểu thức
4. Lấy giá trị tuyệt đối đạo hμm,
d --> Δ
z,y,x,Fz,y,x,F →
Ví dụ: )yxln(xlnFln
yx
xF +−=⇒+=
yx
y
)yx(x
xy
F
F
+
Δ++
Δ=Δ
yx
dy
)yx(x
ydx
yx
)yx(d
x
dx
F
dF
+−+=+
+−=
Sai số của các đại l−ợng cho tr−ớc lấy
bằng 1 đơn vị của số có nghĩa cuối cùng.
Sai số của các hằng số π, g ... lấy đến nhỏ
hơn 1/10 sai số t−ơng đối của F
4.3. Biểu diễn kết quả bằng đồ thị: y=f(x)
x
y
Δx Δy
Đo điện trở: R=U/I
I
dI
U
dU
R
dR −=
I
I
U
U
R
R Δ+Δ=Δ
lnR=lnU-lnI
Đ−a đồ thị về dạng tuyến tính: y= ax+b
Phụ thuộc giữa nhiệt dung của kim loại 
vμo nhiệt độ ở nhiệt độ thấp:
C/T
T2
α
γ
CKL=αT+ γT3
Cám ơn!