IMSO 2014 Khoa học Quốc tế — Thực nghiệm

Thí nghiệm 1

Đo hàm lượng vitamin C trong các mẫu khác nhau

Vitamin C là chất dinh dưỡng thiết yếu đối với người và một số loài động vật. Vitamin C chỉ các dạng hợp chất có hoạt tính vitamin C ở động vật, gồm acid ascorbic và muối của nó, cùng một số dạng oxy hóa như acid dehydroascorbic. Ascorbate và acid ascorbic đều hiện diện tự nhiên trong cơ thể khi một trong hai được đưa vào tế bào, vì chúng chuyển đổi qua lại theo pH. Vitamin C tan trong nước, thiết yếu cho sinh trưởng và phát triển. Rau quả có vitamin C, nhưng lượng ở mỗi loại khác nhau. Vì iodine phản ứng nhanh với vitamin C, sự đổi màu xuất hiện sau khi iodine oxy hóa hết vitamin C. Màu cuối cùng do phản ứng với tinh bột. Có thể dùng số giọt để ước tính nồng độ vitamin C.

Mục tiêu

1\. Đo lượng vitamin C và pH trong các mẫu cam khác nhau.

2\. Tìm mối tương quan giữa lượng vitamin C và pH.

Cần có

1\. Dung dịch acid ascorbic làm chuẩn cơ bản (lọ nhựa A).

2\. Nước cam thương mại (lọ nhựa B).

3\. Nước chanh (lọ nhựa C).

4\. Nửa quả cam tươi trong lọ nhựa D.

5\. Dung dịch tinh bột (lọ nhựa E).

6\. Iodine (lọ nhựa F).

7\. Lọ nhựa G.

8\. Bốn ống nghiệm thủy tinh có nhãn A, B, C, D. Các ống đã được

9\. đánh dấu thể tích 4 ml.

10\. Pipette.

11\. Bốn que chỉ thị pH.

12\. Bảng màu pH chuẩn.

Cách tiến hành

1\. Dùng que chỉ thị pH đo pH các mẫu trong lọ nhựa A, B, C bằng cách nhúng vào mẫu và quan sát màu. Với chỉ thị, chỉ xác định được khoảng pH bằng cách so với bảng màu chuẩn. Ghi kết quả vào bảng trên phiếu trả lời.

2\. Dùng pipette cho 10 giọt tinh bột từ lọ E vào lọ G. Dùng pipette khác thêm iodine từng giọt, lắc nhẹ đến khi chuyển xanh đen. Để lọ này sang bên làm đối chứng dương để so sánh sau.

3\. Rót dung dịch acid ascorbic từ lọ A đến vạch trên ống nghiệm A. Thêm 20 giọt tinh bột. Dùng pipette khác thêm iodine từng giọt và lắc nhẹ đến khi chuyển xanh đen. Ghi số giọt tại lúc đổi màu; dùng dữ liệu này làm chuẩn.

4\. Rót nước cam thương mại đến vạch trên ống B. Thêm 20 giọt tinh bột. Thêm iodine từng giọt, lắc nhẹ đến xanh đen. Ghi số giọt khi đổi màu.

5\. Lặp lại bước 4 cho ống C (nước chanh).

6\. Vắt cam tươi lấy nước vào lọ D.

7\. Đo pH mẫu trong lọ D theo cách ở bước 1.

8\. Bỏ hạt trước khi rót vào ống D. Lặp lại bước 4 cho ống D (nước cam tươi).

9\. Tính nồng độ vitamin C trong mọi dung dịch bằng công thức sau:

Gọi $n_s$ là số giọt iodine của mẫu, $n_A$ là số giọt của dung dịch acid ascorbic. Gọi $C$ là nồng độ theo mg/ml. Công thức in trong nguồn là:

$$n_s/n_A=C$$

Ví dụ: cần 44 giọt iodine để đổi màu dung dịch vitamin C; cần 12 giọt để đổi màu nước quả. Vitamin C trong nước quả = 12/44 = 0,272 mg/ml.

10\. Ghi nồng độ vitamin C vào bảng trên phiếu trả lời. (8 điểm)

Câu hỏi

1\. Mẫu nào có pH cao nhất? Giải thích! (1.5 điểm)

2\. Mẫu nào có nồng độ vitamin C thấp nhất? Giải thích! (1.5 điểm)

3\. Dựa vào kết quả thí nghiệm, giải thích mối tương quan giữa vitamin C và pH của các mẫu! (2 điểm)

4\. Cần tiêu thụ vitamin C mỗi ngày. Lượng trung bình cần cho người lớn là 60–90 mg/ngày. Theo dữ liệu của em, người lớn cần uống bao nhiêu millilít nước cam thương mại (ống B)? (3 điểm)

5\. Vẽ biểu đồ thể hiện tương quan giữa pH và nồng độ vitamin C! (4 điểm)

Bảng phiếu trả lời (để trống trong đáp án nguồn):

| Dung dịch | pH | Số giọt iodine | Nồng độ vitamin C (mg/ml) |
| --- | --- | --- | --- |
| Acid ascorbic | | | |
| Nước cam thương mại | | | |
| Nước chanh | | | |
| Nước cam tươi | | | |

Thí nghiệm 2

Chơi với dao động đàn hồi

Giới thiệu

Nhiều vật có thể dao động. Dao động là cơ sở của chuyển động sóng. Mọi chuyển động sóng đều có dao động, nhưng không phải mọi dao động đều là chuyển động sóng. Lò xo có thể dao động theo phương ngang hoặc thẳng đứng. Thí nghiệm này quan sát dao động thẳng đứng để tránh ma sát với sàn, bỏ qua lực cản không khí.

Một quả cầu nối vào lò xo nhẹ treo thẳng đứng như Hình 1. Kéo quả cầu xuống khỏi vị trí cân bằng rồi thả, nó dao động lên xuống. Tần số phụ thuộc khối lượng quả cầu và độ cứng lò xo:



$$f=\frac{1}{2\pi}\sqrt{\frac{k}{m}}\quad\text{or}\quad T^2=4\pi^2\frac{m}{k}\qquad(1)$$

Trong đó f là tần số, T là chu kỳ ($T=1/f$), k là hằng số lò xo, m là khối lượng tải. k đo độ cứng: lò xo cứng có k lớn, lò xo mềm có k nhỏ. Độ cứng cũng liên quan số vòng.

Bài thực hành vật lý gồm hai phần. Dùng các lò xo được cấp để quan sát dao động và đo các thông số nhằm xác định khối lượng chưa biết và hằng số lò xo k.

Vật liệu và thiết bị

1\. Lò xo có N = 30, 40, 50 và 80 vòng.

2\. Giá đỡ và kẹp.

3\. Đồng hồ bấm giờ.

4\. Giá treo tải (nguồn viết nhầm “hunger”).

5\. Ba miếng tải nhựa, mỗi miếng 2 g.

6\. Thước 30 cm.

Phần 1: Xác định khối lượng vật

Dùng bốn lò xo khác nhau và chỉ khối lượng của giá treo, không thêm tải nhựa. Thay đổi số vòng lò xo để thay đổi chu kỳ dao động.

Bố trí: xem Hình 2, với kẹp, lò xo, giá đỡ, tải, giá treo tải, thước và đồng hồ bấm giờ.



Quy trình

1\. Treo lò xo thẳng đứng trên giá và kẹp như Hình 2.

2\. Treo giá tải chưa biết khối lượng M vào đầu lò xo.

3\. Kéo giá tải khỏi vị trí cân bằng rồi thả từ trạng thái nghỉ. Quan sát dao động.

4\. Đo thời gian 20 dao động bằng đồng hồ bấm giờ. Tính chu kỳ.

5\. Lặp lại bước 1–4 với lò xo khác.

6\. Vẽ bốn điểm dữ liệu trên giấy ô milimét: bình phương chu kỳ $T^2$ theo số vòng N.

7\. Kẻ đường thẳng.

Câu hỏi

1\. Nếu $N=100/k$, từ công thức (1) và đồ thị, tính khối lượng giá treo chưa biết! (6 điểm)

2\. Theo thí nghiệm, độ cứng lò xo liên hệ thế nào với số vòng? (2 điểm)

3\. Trong hệ gồm quả cầu, lò xo và Trái Đất, có những dạng năng lượng nào khi chuyển động? (2 điểm)

Phần 2: Xác định hằng số lò xo k

Bố trí thiết bị tương tự phần 1.

Quy trình

1\. Chỉ dùng lò xo N = 80 vòng.

2\. Dùng kết quả khối lượng giá treo ở Thí nghiệm 1 để xác định hằng số lò xo 80 vòng.

3\. Không dùng định luật Hoke để xác định hằng số lò xo!

4\. Treo lò xo 80 vòng thẳng đứng trên giá và kẹp như Hình 2.

8\. Treo giá có khối lượng M đã tính vào đầu lò xo.

9\. Kéo giá khỏi vị trí cân bằng, thả từ nghỉ và quan sát.

10\. Đo thời gian 20 dao động, tính chu kỳ.

11\. Thêm một miếng nhựa 2 g vào giá. Khối lượng tải lúc này là m.

12\. Lặp lại bước 9–11 với hai miếng nhựa còn lại.

13\. Vẽ dữ liệu lên giấy ô milimét: bình phương chu kỳ $T^2$ theo khối lượng tải m.

14\. Kẻ đường thẳng.

Câu hỏi

4\. Theo công thức (1) và đồ thị thẳng, tính hằng số lò xo 80 vòng! (6 điểm)

5\. Trong hệ gồm quả cầu và lò xo, có những dạng năng lượng nào khi chuyển động? (2 điểm)

6\. Theo thí nghiệm, độ cứng lò xo liên hệ thế nào với khối lượng tải? (2 điểm)

Lưu ý dịch: giữ nguyên bước 4 nhảy đến 8 và cách gọi “Thí nghiệm 1” của nguồn. “Hoke” trong nguồn có ý là Hooke; “Thí nghiệm 1” ở đây có ý phần 1 của thí nghiệm lò xo, không phải phép thử vitamin C.

Chú thích Hình 2: Clamp = kẹp; Spring = lò xo; Retort Stand = giá đỡ; Mass = tải; Hunger of Load = giá treo tải (nguồn viết nhầm); Ruler = thước; Stopwatch = đồng hồ bấm giờ.