III - DỤNG CỤ CẦN THIẾT (Hình 8.1) 1. Đồng hồ đo thời gian hiện số (Hình 8.2). 2. Hộp công tắc đóng ngắt điện một chiều cấp cho nam châm điện và bộ đếm thời gian. 3. Nam châm điện N (Hình 8.3). 4. Cổng quang điện E (Hình 8.4). 5. Trụ hoặc viên bi (bằng thép) làm vật rơi tự do. 6. Quả dọi. 7. Giá đỡ thẳng đứng có vít điều chỉnh thăng bằng. 8. Hộp đựng cát khô. 9. Giấy kẻ ô li để vẽ đồ thị. Kẻ sẵn bảng ghi số liệu theo mẫu trong SGK. IV - GIỚI THIỆU DỤNG CỤ ĐO Đồng hồ đo thời gian hiện số là loại dụng cụ đo thời gian chính xác cao (độ chia nhỏ nhất 0,001 - 0,01s). Nó có thể hoạt động như một đồng hồ bấm giây, được điều khiển bằng các cổng quang điện. Cổng quang điện gồm một điôt D1 phát ra tia hồng ngoại, và một điôt D2 nhận tia hồng ngoại từ D1 chiếu sang. Dòng điện cung cấp cho D1 được lấy từ đồng hồ đo thời gian. Khi có vật chắn chùm tia hồng ngoại chiếu từ D1 sang D2, D2 sẽ phát ra tín hiệu truyền theo dây dẫn đi tới đồng hồ, điều khiển đồng hồ hoạt động tức thì, gần như không có quán tính. Trên mặt đồng hồ có hai ổ cắm 5 chân, một nút ấn và một cái chuyển mạch. Ổ A có 5 chân, được nối với cổng quang điện E, vừa cung cấp dòng điện cho cổng E, vừa nhận tín hiệu từ E gửi về. Ổ B được nối với cổng quang điện F, và có chức năng như trên. Nhấn nút RESET để đưa số chỉ của đồng hồ về giá trị 000. Cái chuyển mạch MODE (kiểu làm việc) dùng để chọn kiểu làm việc cho đồng hồ đo thời gian. Trong bài này ta đặt nó ở vị trí A MODE A - Khi có tín hiệu từ E chuyển sang thì đồng hồ bắt đầu hoạt động. - Khi có tín hiệu từ F chuyển sang thì đồng hồ đo ngừng hoạt động. Khoảng thời gian ngăn cách từ lúc có tín hiệu thứ nhất đến lúc có tín hiệu thứ hai được hiện trên mặt hiện số của đồng hồ.
 Hình 8.1. Ảnh chụp bộ thí nghiệm đo gia tốc rơi tự do
Hình 8.2. Ảnh chụp đồng hồ đo thời gian hiện số
Hình 8.3. Nam châm điện và trụ thép (bên phải)
Hình 8.3. Ảnh chụp cổng quang điện
Thảo luận phương án thí nghiệm dựa vào hoạt động sau : Thả trụ thép rơi qua cổng quang điện trên máng đứng và trả lời câu hỏi 1. Xác định gia tốc rơi tự do của trụ thép theo công thức nào ? 2. Để xác định gia tốc rơi tự do của trụ thép cần đo những đại lượng nào ? 3. Làm thế nào để trụ thép rơi qua cổng quang điện ? 4. Cần đặt chế độ đo của đồng hồ ở vị trí nào để đo được đại lượng cần đo ? Hướng dẫn giải : 1. Xác định gia tốc rơi tự do của trụ thép theo công thức : $\frac{2S}{t^{2}}$ 2. Để xác định gia tốc rơi tự do của trụ thép cần đo những đại lượng :
3. Để trụ thép rơi qua cổng quang điện thì cần đặt trụ thép tại vị trí tiếp xúc với nam châm điện điện và bị giữ lại ở đó. Nhấn nút của hộp công tắc kép để ngắt điện vào nam châm điện, khi đó trụ thép rơi xuống và chuyển động đi qua cổng quang điện. 4. Để đo được đại lượng cần đo : Chọn chế độ đo MODE A ở đồng hồ đo thời gian hiện số để đo được đại lượng cần đo. B. Bài tập và hướng dẫn giải
Nhận xét và đánh giá kết quả thí nghiệm 1. Hãy tính giá trị trung bình và sai số tuyệt đối của phép đo gia tốc rơi tự do? 2. Tại sao lại dùng trụ thép làm vật rơi trong thí nghiệm? Có thể dùng viên bi thép được không? Giải thích tại sao. 3. Vẽ đồ thị mô tả mối quan hệ s và t2 trên hệ tọa độ (s – $t^{2}$). 4. Nhận xét chung về dạng của đồ thị mô tả mối quan hệ s và t2 rồi rút ra kết luận về tính chất của chuyển động rơi tự do. 5. Hãy đề xuất một phương án thí nghiệm khác để đo gia tốc rơi tự do của trụ thép. => Xem hướng dẫn giải Từ khóa tìm kiếm: giải sgk vật lý 10 sách mới, giải vật lý 10 KNTT, giải vật lý 10 KNTT bài 1, giải bài 11 thực hành đo gia tốc rơi tự do 1. Để xác định được tốc độ trung bình của viên bi khi đi từ cổng quang điện E đến cổng quang điện F ta cần: - Xác định độ dài quãng đường s (chính là khoảng cách giữa 2 cổng quang điện E và F). - Chỉnh đồng hồ đo về chế độ đo thời gian vật đi qua hai cổng quang chọn MODE A↔B (tức là vật bắt đầu đi vào cổng quang E thì đồng hồ bắt đầu chạy, khi vật đi qua cổng quang F thì đồng hồ dừng lại). - Đo thời gian viên bi chuyển động từ cổng quang điện E đến cổng quang điện F. - Sử dụng công thức v=st ta sẽ xác định được tốc độ trung bình của viên bi. 2. Để xác định được tốc độ tức thời của viên bi khi đi qua cổng quang điện E hoặc cổng quang điện F ta cần: - Xác định được đường kính d của viên bi. - Chỉnh chế độ đo thời gian của đồng hồ, chuyển về chế độ đo thời gian vật đi qua một cổng quang điện chọn MODE A hoặc MODE B (tức là vật bắt đầu đi vào cổng quang thì đồng hồ chạy số, sau khi vật đi qua cổng quang đó thì đồng hồ dừng lại).
- Xác định được thời gian viên bi chuyển động qua cổng quang điện E hoặc cổng quang điện F. - Sử dụng công thức v=dt ta sẽ xác định được tốc độ tức thời của viên bi. 3. Các yếu tố có thể gây sai số: - Sai số của các dụng cụ đo. - Thao tác bấm công tắc của người không dứt khoát. - Cách đo, đọc giá trị quãng đường, đường kính viên bi của người làm thực hành chưa chính xác. - Các yếu tố khách quan như gió, … Cách để làm giảm sai số - Tiến hành đo nhiều lần và lấy giá trị trung bình của các lần đo. - Tắt hết quạt, điều hòa khi tiến hành thí nghiệm.
Giải bài tập Vật lí lớp 10 Bài 11: Thực hành: Đo gia tốc rơi tự do Khởi động trang 47 Vật Lí 10: Các vật rơi tự do chuyển động rất nhanh, làm thế nào đo được gia tốc rơi tự do của vật? Lời giải: Để đo được gia tốc rơi tự do của vật ta đo quãng đường s vật đi được trong khoảng thời gian t rồi tính gia tốc theo biểu thức: g=a=2st2. I. Dụng cụ thí nghiệm II. Thiết kế phương án thí nghiệm Hoạt động trang 47 Vật Lí 10: Thảo luận về phương án thí nghiệm dựa trên hoạt động sau: Thả trụ thép rơi qua cổng quang điện trên máng đứng và trả lời câu hỏi. 1. Xác định gia tốc rơi tự do của trụ thép theo công thức nào? 2. Để xác định gia tốc rơi tự do của trụ thép cần đo lại các đại lượng nào? 3. Làm thế nào để trụ thép rơi qua cổng quang điện? 4. Cần đặt chế độ đo của đồng hồ ở vị trí nào để đo được đại lượng cần đo? Lời giải: 1. Xác định gia tốc rơi tự do của trụ thép theo công thức: g=a=2st2. 2. Để xác định gia tốc rơi tự do của trụ thép cần đo quãng đường s và thời gian t rơi. 3. Để trụ thép rơi qua cổng quang điện cần đặt trụ thép tại vị trí tiếp xúc với nam châm điện và bị giữ lại ở đó. Nhấn nút của hộp công tắc kép để ngắt điện vào nam châm điện, khi đó trụ thép rơi xuống và chuyển động đi qua cổng quang điện. 4. Cần đặt chế độ MODE của đồng hồ đo thời gian hiện số ở vị trí thích hợp để đo được đại lượng cần đo. III. Tiến hành thí nghiệm IV. Kết quả thí nghiệm Hoạt động trang 48 Vật Lí 10: Nhận xét và đánh giá kết quả thí nghiệm 1. Hãy tính giá trị trung bình và sai số tuyệt đối của phép đo gia tốc rơi tự do. 2. Tại sao lại dùng trụ thép làm vật rơi trong thí nghiệm? Có thể dùng viên bi thép được không? Giải thích tại sao. 3. Vẽ đồ thị mô tả mối quan hệ s và t2 trên hệ tọa độ (s – t2). 4. Nhận xét chung về dạng của đồ thị mô tả mối quan hệ s và t2 rồi rút ra kết luận về tính chất của chuyển động rơi tự do. 5. Hãy đề xuất một phương án thí nghiệm khác để đo gia tốc rơi tự do của trụ thép. Lời giải: 1. Tham khảo bảng kết quả dưới đây:
Xử lí kết quả với phép đo khi chọn quãng đường s = 0,3 m
Gia tốc trong lần đo 1: g1=2st12=2.0,30,2472=9,835 m/s2 Gia tốc trong lần đo 2: g2=2st22=2.0,30,2482=9,756 m/s2 Gia tốc trong lần đo 3: g3=2st32=2.0,30,2462=9,915 m/s2 Gia tốc trong lần đo 4: g4=2st42=2.0,30,2452=9,996 m/s2 Gia tốc trong lần đo 5: g5=2st52=2.0,30,2492=9,677 m/s2 Gia tốc trung bình: g¯=9,835+9,756+9,915+9,996+9,6775=9,8358 m/s2 Sai số tuyệt đối của gia tốc trong các lần đo: Δg1=g¯−g1=9,8358−9,835=0,0008 Δg2=g¯−g2=9,8358−9,756=0,0798 Δg3=g¯−g3=9,8358−9,915=0,0792 Δg4=g¯−g4=9,8358−9,996=0,1602 Δg5=g¯−g5=9,8358−9,677=0,1588 Sai số tuyệt đối trung bình: Δg¯=Δg1+Δg2+Δg3+Δg4+Δg55=0,096 Kết quả: g=9,836±0,096 (m/s2) Ứng với các quãng đường khác thực hiện phép tính tương tự. 2. Dùng trụ thép làm vật rơi trong thí nghiệm vì trong quá trình rơi trụ thép chịu tác dụng của lực cản nhỏ hơn rất nhiều so với trọng lượng nên có thể coi chuyển động là rơi tự do. Ta hoàn toàn có thể thay trụ thép bằng viên bi thép được vì lực cản lên bi thép cũng rất nhỏ so với trọng lượng bi nên có thể bỏ qua lực cản này để coi chuyển động là rơi tự do. 3. Xử lí số liệu để vẽ đồ thị mô tả mối quan hệ s và t2.
Đồ thị mô tả mối quan hệ s và t2 4. Đồ thị s-t2 có dạng đoạn thẳng nên quãng đường s tỉ lệ với bình phương thời gian, suy ra chuyển động rơi tự do là chuyển động nhanh dần đều. 5. Phương án thí nghiệm khác: Thả rơi 1 vật rồi sử dụng máy quay ghi lại quá trình rơi đó, sau đó sử dụng phần mềm phân tích video để xác định được gia tốc rơi của vật. Em có thể trang 48 Vật Lí 10: Sử dụng camera của điện thoại thông minh và phần mềm phân tích video để xác định được gia tốc rơi tự do của vật (Hình 11.2) Lời giải: HS tự thực hiện thí nghiệm ở nhà. Xem thêm lời giải bài tập Vật lí lớp 10 Kết nối tri thức với cuộc sống hay, chi tiết khác: Bài 12: Chuyển động ném Bài 13: Tổng hợp và phân tích lực. Cân bằng lực Bài 14: Định luật 1 Newton Bài 15: Định luật 2 Newton Bài 16: Định luật 3 Newton |
