8

THỰC HÀNH: KHẢO SÁT CHUYỂN ĐỘNG RƠI TỰ DO

XÁC ĐỊNH GIA TỐC RƠI TỰ DO

 

 

 

 1. Kiến thức

  - Nắm được tính năng và nguyên tắc hoạt động của đồng hồ đo thời gian hiện số sử dụng công tắc đóng ngắt và cổng quang điện.

 2. Kỹ năng

  - Rèn luyện kĩ năng thực hành:  Thao tác khéo léo để đo được chính xác quãng đường s và thời gian rơi tự do của vật trên những quãng đường s khác nhau.

  - Vẽ được đồ thị mô tả sự thay đổi vận tốc rơi của vật theo thời gian t, và quãng đường đi s theo t2.  Từ đó rút ra kết luận về tính chất của chuyển động rơi tự do là chuyển động thẳng nhanh dần đều.

  - Tính g và sai số của phép đo g.

3. Thái độ

  - Tác phong làm việc khoa học. Trung thực trong kết quả đo. An toàn, tự tin, say mê tìm hiểu khoa học.

  

 

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 LÍ THUYẾT

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

Thả một vật ( trụ thép, viên bi…) từ độ cao s trên mặt đất, vật sẽ rơi rất nhanh theo ph­ơng thẳng đứng (ph­ương song song với dây dọi). Trong tr­ường hợp này ảnh h­ưởng của không khí không đáng kể, vật chỉ chuyển động d­ưới 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, 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:

 

 2. Vẽ đồ thị f (s, t2)

 Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa s và t2 có dạng một đ­ường thẳng đi qua gốc toạ độ và có hệ số góc:

 

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 A7B. Các MODE khác ta không dùng đến.

  MODE A7B hoạt động như sau:

  - 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

 

V - LẮP RÁP THÍ NGHIỆM 

 1. 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  A7B, chọn thang đo 9,999 s.

 2. 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 .

 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 số vào Bảng 8.1 (có ở mẫu báo cáo).

 

Hình 8.4. Minh họa

 

VI - TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

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

 1. 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.

 2. 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.

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

 

MẪU BÁO CÁOTHÍ NGHIỆM ẢOPHƯƠNG ÁN 2ÔN TẬP CHƯƠNG I

 

 

 

 

Câu 1. Có phải với mỗi độ cao rơi khác nhau, vật sẽ có gia tốc khác nhau không? Tại sao?

Câu 2. Xác định gia tốc từ các giá trị vừa đo được.