Bài 8. Thực hành: Khảo sát chuyển động rơi tự do. Xác định gia tốc rơi tự do sgk Vật Lí 10

Nội Dung

Hướng dẫn giải Bài 8. Thực hành: Khảo sát chuyển động rơi tự do. Xác định gia tốc rơi tự do sgk Vật Lí 10.

LÍ THUYẾT

I – Mục đích

Đo thời gian rơi t trên những đoạn đường s khác nhau để vẽ đồ thị s ~ t², rồi từ đó suy ra tính chất của chuyển động. Ngoài ra, với số liệu đó ta xác định được gia tốc rơi tự do.

II – Cơ sở lý thuyết

1. Mối quan hệ giữa quãng đường rơi tự do và thời gian rơi

Khi một vật có vận tốc ban đầu bằng 0, chuyển động thẳng nhanh dần đều với gia tốc a, thì quãng đường đi được s sau khoảng thời gian t (tính từ lúc vật bắt đầu chuyển động) được xác định bởi công thức:

$s = \frac{1}{2}g.{t^2}$

2. Vẽ đồ thị f (s, t²)

Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa s và t²có dạng một đường thẳng đi qua gốc toạ độ và có hệ số góc:

$\tan \alpha = \frac{g}{2}$

III – Lắp ráp thí nghiệm

– Nam châm điện N lắp trên đỉnh giá đỡ, được nối qua công tắc vào ổ A của đồng hồ đo thời gian. Ổ A vừa cấp điện cho nam châm, vừa nhận tín hiệu từ công tắc chuyển về. Cổng E lắp ở dưới, được nối với ổ B. Sử dụng MODE đo A↔B, chọn thang đo 9,999 s.

– Quan sát quả dọi, phối hợp điều chỉnh các vít ở chân giá để sao cho quả dọi nằm đúng tâm lỗ tròn T. Khi vật rơi qua lỗ tròn của cổng quang điện E, chúng cùng nằm trên một trục thẳng đứng. Khăn vải bông được đặt nằm dưới để để vật rơi .

– Cho nam châm hút giữ vật rơi. Dùng miếng ke áp sát đáy vật rơi để xác định vị trí đầu s₀ của vật.

Bảng 8.1 : Khảo sát chuyển động rơi tự do

– Ghi giá trị số vào Bảng 8.1 (có ở mẫu báo cáo).

IV – Tiến trình thí nghiệm

– Đo thời gian rơi ứng với các khoảng cách s khác nhau.

– Nới lỏng vít và dịch cổng quang điện E về phía dưới cách s0 một khoảng s = 0,050 m. Nhấn nút RESET trên mặt đồng hồ để đưa chỉ thị số về giá trị 0. 000.

– Ấn nút trên hộp công tắc để thả vật rơi, rồi nhả nhanh nút trước khi vật rơi đến cổng quang điện E. Ghi thời gian rơi của vật vào Bảng 8.1. Lặp lại phép đo thêm 4 lần, ghi vào Bảng 8.1.

– Nới lỏng vít và dịch cổng quang điện E về phía dưới cách s0 một khoảng s = lần lượt bằng 0,200; 0,450; 0,800 m. Ứng với mỗi giá trị của s, thả vật rơi và ghi thời gian t tương ứng vào bảng Bảng 8.1. Lặp lại phép đo thêm 4 lần, ghi vào Bảng 8.1.

– Kết thúc thí nghiệm: Nhấn khoá K , tắt điện đồng hồ đo thời gian hiện số.

BÁO CÁO THỰC HÀNH

Họ và tên:……………………; Lớp:……………; Ngày:……………….

Tên bài thực hành: Khảo sát chuyển động rơi tự do. Xác định gia tốc rơi tự do

1. Trả lời câu hỏi trang 49 Vật Lý 10

Sự rơi tự do là gì ? Nếu đặc điểm của chuyển động rơi tự do và viết công thức tính gia tốc rơi tự do?

Trả lời:

– Sự rơi tự do là sự rơi chỉ dưới tác dụng của trọng lực.

– Đặc điểm:

+ Phương thẳng đứng, chiều từ trên xuống.

+ Là chuyển động nhanh dần đều.

+ Tại một nơi nhất định trên Trái Đất và ở gần mặt đất, mọi vật đều rơi tự do với cùng gia tốc g.

– Công thức tính gia tốc rơi tự do: $g=\dfrac{2s}{t}$

Trong đó:

+ s: quãng đường đi được của vật rơi tự do (m).

+ t: thời gian vật rơi tự do (s).

2. Kết quả

Bảng 8.1 Khảo sát chuyển động rơi tự do: Đo thời gian rơi ứng với các khoảng cách s khác nhau.

Vị trí đầu của vật rơi: $s_0 = 0 (mm)$.

Trong đó: $\overline {{t_i}} = \dfrac{{{t_1} + {t_2} + .. + {t_5}}}{5}$

Vẽ đồ thị: Dựa vào kết quả trong Bảng 8.1, chọn tỉ lệ thích hợp trên các trục tung và trục hoành để vẽ đồ thị $s = s(t^2)$.

a) Nhật xét:

Ta có: $s = \dfrac{gt^2}{2} = s(t)$.

Như vậy s phụ thuộc vào thời gian là hàm bậc 2 ẩn t, do vậy nếu vẽ đồ thị biểu diễn s qua t thì nó có dạng một đường cong Parabol.

Nhưng bài toán hỏi dạng đồ thị của s theo ẩn $(t^2)$, do vậy chúng ta phải chú ý.

Từ $s =\dfrac{gt^2}{2} \to s = \dfrac{g.X}{2}$ với $X = t^2$, ở đây t là biến nên X cũng là biến.

Ta nhận thấy sự phụ thuộc của s theo ẩn X là một hàm số bậc nhất:

$Y = A.X + B$ (với $A = \dfrac{g}{2}, B = 0$) nên đồ thị $s = s(t^2) = s(X)$ có dạng là một đường thẳng.

Như vậy chuyển động của vật rơi tự do là chuyển động thẳng nhanh dần đều.

b) Khi đã xác định được chuyển động rơi tự do là một chuyển động nhanh dần đều, ta có thể xác định các giá trị của g theo công thức $g=\dfrac{2s}{t^2}$ và vận tốc của vật rơi tại cổng E theo công thức $v=\dfrac{2s}{t}$ ứng với mỗi lần đo. Hãy tính các giá trị trên và ghi vào bảng 8.1

c) Đồ thị $v = v(t)$ có dạng một đường thẳng, tức là vận tốc rơi tự do tăng dần theo thời gian. Vậy chuyển động rơi tự do là chuyển động thẳng nhanh dần đều.

d) Ta có:

$\begin{array}{l}\overline g = \dfrac{{{g_1} + {g_2} + {g_3} + {g_4}}}{4}\\ = \dfrac{{6,757 + 7,391 + 10,227 + 9,581}}{4} \\= 8,489m/{s^2}\end{array}$

$\begin{array}{l}\Delta {g_1} = \left| {\overline g – {g_1}} \right| = 1,732\\\Delta {g_2} = \left| {\overline g – {g_2}} \right| = 1,098\\\Delta {g_3} = \left| {\overline g – {g_3}} \right| = 1,738\\\Delta {g_4} = \left| {\overline g – {g_4}} \right| = 1,092\end{array}$

e) Kết quả:

$g = \overline g \pm {\left( {\Delta g} \right)_{max}} = 8,489 \pm 1,738\left( {m/{s^2}} \right)$

CÂU HỎI

1. Giải bài 1 trang 50 Vật Lý 10

Khi tính $g$ theo cách nêu trên, ta đã quan tâm chủ yếu đến loại sai số nào và bỏ qua không tính đến loại sai số nào? Vì sao?

Trả lời:

Khi tính $g$ theo cách nêu trên, ta đã quan tâm chủ yếu đến sai số dụng cụ, sai số ngẫu nhiên.

Trong kết quả phép đo $g$ có liên quan tới ${\Delta g}_{max}$ và $\Delta g’$, do đó quan tâm tới hai loại sai số đã nêu.

2. Giải bài 2 trang 50 Vật Lý 10

Em có thể đề xuất một phương án thí nghiệm khác, vẫn dùng các dụng cụ nêu trên, để đo $g$ đạt kết quả chính xác hơn

Trả lời:

Phương pháp sử dụng bộ thí nghiệm nêu trên, nhưng việc đặt vị trí rơi của vật có thay đổi, tức là đặt vật ở gần giữa thước đo trước khi thả rơi…

Bài trước:

Giải bài 1 2 3 trang 44 sgk Vật Lí 10

Bài tiếp theo:

Giải bài 1 2 3 4 5 6 7 8 9 trang 58 sgk Vật Lí 10

Xem thêm:

Trên đây là phần Hướng dẫn Bài 8. Thực hành: Khảo sát chuyển động rơi tự do. Xác định gia tốc rơi tự do sgk Vật Lí 10 đầy đủ, ngắn gọn và dễ hiểu nhất. Chúc các bạn làm bài môn Vật lý 10 tốt nhất!

“Bài tập nào khó đã có giaibaisgk.com“