Bài giảng Vật lí 10 - Bài thực hành: Khảo sát chuyển động rơi tự do, xác định gia tốc rơi tự do

Nội dung text: Bài giảng Vật lí 10 - Bài thực hành: Khảo sát chuyển động rơi tự do, xác định gia tốc rơi tự do

1. HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM VÀ THỰC HÀNH: Khảo sỏt chuyển động rơi tự do và đo gia tốc rơi tự do Chương trỡnh lớp 10 ban KHTN và ban CƠ BẢN GV thực hiện: Trần Viết Thắng Trường THPT Chu Văn An
2. BÀI THỰC HÀNH: Khảo sỏt chuyển động rơi tự do. Xỏc định gia tốc rơi tự do I. Mục đích : Đo đợc thời gian rơi t của một vật trên những quãng đờng s khác nhau, vẽ và khảo sát đồ thị s ~ t2 , để rút ra kết luận về tính chất của chuyển động rơi tự do và xác định đợc gia tốc rơi tự do.
3. II. cơ sở lý thuyết Thả một vật ( trụ thép, viên bi ) từ độ cao s trên mặt đất, vật sẽ rơi rất nhanh theo phơng thẳng đứng (phơng song song với dây dọi ). Trong trờng hợp này ảnh hởng của không khí không đáng kể, vật chỉ chuyển động dới tác dụng của trọng lực, nên có thể coi là vật rơi tự do. Khi một vật có vận tốc ban đầu bằng 0, chuyển động thẳng nhanh dần đều với gia tốc a, thỡ quãng đờng đi đợc s sau khoảng thời gian t ( tính từ lúc vật bắt đầu chuyển động ) đợc xác định bởi công thức : 1 s = at 2 2 Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa s và t2 có dạng một đờng thẳng đi qua gốc toạ độ và có hệ số góc tg = a/2.
4. III. Dụng cụ cần thiết . 1.Giá đỡ thẳng đứng có dây dọi và ba chân vít điều chỉnh thăng bằng. 2.Trụ bằng sắt non (bi) làm vật rơi tự do. 3.Nam châm điện có hộp công tắc đóng ngắt điện để giữ và thả rơi vật. 4.Cổng quang điện E. 5.Đồng hồ thời gian hiện số , độ chia nhỏ nhất 0.001s. 6.Thớc thẳng 800mm gắn chặt vào giá đỡ. 7.Ke ba chiều để xác định vị trí đầu của vật rơi. 8. Khăn vải bông để đỡ vật rơi.
5. IV. Lắp ráp thí nghiệm 1.Nam châm điện N lắp trên đỉnh giá đỡ, đ- ợc 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 dới, đợc nối với ổ B. Sử dụng MODE đo A  B, chọn thang đo 9,999s. 2.Quan sát quả dọi, phối hợp điều chỉnh các vít ở chân giá đỡ 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 đợc đặt nằm dới để đỡ vật rơi . 3.Cho nam châm hút giữ vật rơi. Dùng miếng ke áp sát đáy vật rơi để xác định vị trí đầu s0 của vật. Ghi giá trị s0 vào bảng 1.
6. V. Tiến hành thí nghiệm Chú ý : * Khảo sát chuyển động rơi tự do: Cổng E chỉ 1.Nới lỏng vít và dịch cổng quang điện E về hoạt động đ- phía dới cách s0 một khoảng s = 50 mm . ợc khi nút Nhấn nút RESET trên mặt đồng hồ để đa chỉ nhấn trên hộp thị số về giá trị 0000. công tắc nhả. 2.ấn nút trên hộp công tắc để thả vật rơi, rồi Các thao tác nhả nhanh nút trớc khi vật rơi đến cổng không chuẩn quang điện E (*) . Ghi thời gian rơi của vật xác cho kết vào bảng 1. Lặp lại phép đo trên 3 lần ghi quả đo sai vào bảng 1. cần loại bỏ 3.Nới lỏng vít hãm và dịch cổng quang điện và thực hiện E về phía dới, cách vị trí s0 một khoảng s lần đo lại theo lợt bằng 200mm; 450 mm; 800 mm. ứng với các bớc a, b mỗi giá trị của s, thả vật rơi và ghi thời gian t tơng ứng vào bảng 1. Lặp lại 3 lần phép đo.
7. V. Tiến hành thí nghiệm 2.Đo gia tốc rơi tự do : 1)Nới lỏng vít và dịch cổng quang điện E về phía dới cách s0 một khoảng s = 0,200 m . ấn nút RESET trên mặt đồng hồ để đa chỉ thị số về giá trị 0000. 2)ấn nút trên hộp công tắc để thả vật rơi, rồi nhả nhanh nút trớc khi vật rơi đến cổng quang điện E . Ghi thời gian rơi của vật vào bảng 1. Lặp lại phép đo trên 5 lần ghi vào bảng 1. 3) Nới lỏng vít và dịch cổng quang điện E về phía dới, cách vị trí s0 một khoảng s = 0,300 ; 0,400 ; 0,500 ; 0,600; 0,700 ; 0,800 m. ứng với mỗi khoảng cách s , thả vật rơi và ghi thời gian tơng ứng vào bảng 1, lặp lại 5 lần . Kết thúc thí nghiệm : Nhấn khoá K , tắt điện đồng hồ đo thời gian hiện số.
8. VI. Kết quả thí nghiệm 2 s(mm) t1 t2 t3 t4 t5 tTB s/s1 t/t1 (t/t1) 50 0.098 0.098 0.098 0.098 0.097 0.0978 1 1 1 200 0.201 0.199 0.201 0.2 0.201 0.2004 4 2.0491 4.1987 450 0.3 0.3 0.3 0.302 0.3 0.3004 9 3.0716 9.4346 600 0.347 0.347 0.348 0.348 0.348 0.3476 12 3.5542 12.632 700 0.377 0.376 0.377 0.377 0.378 0.377 14 3.8548 14.86 800 0.403 0.402 0.403 0.403 0.402 0.4026 16 4.1166 16.946 s2 = 4s1 → t2 = 2t1 . Nhận xét : s3 = 9s1 → t3 = 3t1 . Kết quả cho thấy : s ~ t2 . Kết luận : Chuyển động rơi tự do là một chuyển động nhanh dần đều
9. Thời gian rơi t (s) s(mm) 1 2 3 TB 50 0.098 0.097 0.098 0.098 200 0.201 0.200 0.200 0.200 450 0.301 0.302 0.301 0.301 500 0.319 0.319 0.319 0.319 600 0.349 0.349 0.350 0.349 800 0.403 0.402 0.403 0.403 s = 4s → t = 2t . Nhận xét : 2 1 2 1 s3 = 9s1 → t3 = 3t1 . Kết quả cho thấy : s ~ t2 . Kết luận : Chuyển động rơi tự do là một chuyển động nhanh dần dều
10. Kết quả TN và đồ thị s = s(t) 2 2 s t1 t2 t3 t4 t t g=2s/t v=2s/t 0.2 0.198 0.199 0.199 0.201 0.199 0.04 10 2.01 0.3 0.247 0.247 0.246 0.247 0.247 0.061 9.836 2.429 0.4 0.283 0.284 0.285 0.285 0.284 0.081 9.877 2.817 0.5 0.318 0.318 0.319 0.318 0.318 0.101 9.901 3.145 0.6 0.349 0.348 0.35 0.349 0.349 0.122 9.836 3.438 0.7 0.379 0.379 0.38 0.378 0.379 0.144 9.722 3.694 9.862 t s S s=s(t) 0.199 0.2 0.8 0.247 0.3 0.284 0.4 0.6 0.318 0.5 0.4 s 0.349 0.6 0.2 0.379 0.7 0 t 0 0.2 0.4
11. Kết quả TN và đồ thị s = s(t2) 2 2 s t1 t2 t3 t4 t t g=2s/t v=2s/t 0.2 0.198 0.199 0.199 0.201 0.199 0.04 10 2.01 0.3 0.247 0.247 0.246 0.247 0.247 0.061 9.836 2.429 0.4 0.283 0.284 0.285 0.285 0.284 0.081 9.877 2.817 0.5 0.318 0.318 0.319 0.318 0.318 0.101 9.901 3.145 0.6 0.349 0.348 0.35 0.349 0.349 0.122 9.836 3.438 0.7 0.379 0.379 0.38 0.378 0.379 0.144 9.722 3.694 9.862 t2 s s 0.8 2 0.04 0.2 s=s(t ) 0.061 0.3 0.6 0.081 0.4 0.4 0.101 0.5 s 0.122 0.6 0.2 0.144 0.7 2 0 t 0 0.1 0.2
12. Kết quả TN và đồ thị v = v(t) 2 2 s t1 t2 t3 t4 t t g=2s/t v=2s/t Dg 0.2 0.198 0.199 0.199 0.201 0.199 0.04 10 2.01 0.138 0.3 0.247 0.247 0.246 0.247 0.247 0.061 9.836 2.429 0.026 0.4 0.283 0.284 0.285 0.285 0.284 0.081 9.877 2.817 0.015 0.5 0.318 0.318 0.319 0.318 0.318 0.101 9.901 3.145 0.039 0.6 0.349 0.348 0.35 0.349 0.349 0.122 9.836 3.438 0.026 0.7 0.379 0.379 0.38 0.378 0.379 0.144 9.722 3.694 0.14 9.862 0.064 t v=2s/t v 0.199 2.01 4 0.247 2.429 0.284 2.817 2 v=v(t) 0.318 3.145 0.349 3.438 0 0.379 3.694 t 0 0.2 0.4