XÁC ĐỊNH GIA TỐC RƠI TỰ DO


1. Vị trí bài thí nghiệm

SGK Vật lý 10 NC – Bài 6 – Trang 29, Bài 12 (thực hành) – Trang 53

SGK Vật lý 10 CB – Bài 4 – Trang 24, Bài 8 (thực hành) – Trang 45

2. Mục đích

Học sinh nắm bắt được mối quan hệ giữa bốn đại lượng Thời gian, Quãng đường, Vận tốc, Gia tốc trong rơi tự do bằng thực nghiệm thực tế.

Biết cách lắp đặt và sử dụng thiết bị thí nghiệm, xử lý kết quả bằng tính toán và đồ thị.

3. Chuẩn bị lý thuyết

Qui luật rơi tự do không có vận tốc ban đầu với các công thức sau:

Untitled

Như vậy, ta có thể đo được gia tốc và vận tốc của vật rơi tự do nếu ta đo đạc được quãng đường và thời gian vật rơi.

4. Thí nghiệm truyền thống 

5. Thí nghiệm với bộ rơi tự do của Addestation

Untitled3

Dụng cụ:Thước nhựa có chia vạch, cổng quang, thiết bị xử lý MGA, trụ đỡ và kẹp, mảnh vải.

Ưu điểm: Kết quả hiển thị dạng đồ thị trực tiếp, sai số thấp, dễ dàng thiết lập thí nghiệm,có thể kết nối với máy tính.

Nhược điểm:Có thể có sai số do thước không để thẳng đứng vì vậy cần chú ý thao tác.

6. Tiến hành thí nghiệm

a. Chuẩn bị và thiết lập thí nghiệm

Bước 1: Mở MGA, kết nối cổng quang điện vào CH 1 của MGA.

Bước 2: Đặt trụ đỡ lên bàn. Gắn cổng quang điện vào trụ đỡ và điểu chỉnh độ cao sao cho ở vị trí thấp nhất có thể. Điều chỉnh trụ đỡ sao cho cổng quang điện nhô ra khỏi cạnh bàn. Đảm bảo cổng quang điện nằm trên mặt phẳng song song với mặt bàn. Đặt miếng vải lên mặt sàn ngay dưới cổng quang điện.

Chú ý: Việc đặt miếng vải dưới cổng quang điện sẽ giúp bảo vệ thước nhựa không bị vỡ hoặc xây xước khi rơi xuống.

v12 2

b. Thu thập dữ liệu

Phương pháp 1: Ý tưởng của phương pháp này là ta sẽ cho thước nhựa rơi qua cổng quang điện 1 lần từ đó thu được vận tốc trung bình của thước nhựa tại mỗi thời điểm vạch đen trên thước che tia hồng ngoại (xem bảng 1). Gia tốc g sẽ thu được bằng công thức

g=\frac{{{\overline{v}}_{7}}-{{\overline{v}}_{1}}}{{{t}_{7}}-{{t}_{1}}}

Bước 3: Nhấn vào nút bt0 trên MGA để bắt đầu thu thập dữ liệu. Giữ cho thước nhựa thẳng đứng và đặt nó sao cho vị trí vạch đen thấp nhất trên thước nhựa bên trên cổng quang điện. Thả tay cho thước nhựa rơi qua cổng quang điện.

Chú ý: Nếu thước nhựa chạm vào cổng quang điện khi rơi ta phải lặp lại bước này.

v12 3

Bước 4: Khi thước nhựa chạm sàn, nhấn vào nút bt00 để dừng thu thập dữ liệu. Bạn sẽ thấy một đồ thị với một đường dọc đậm.

v12 4 v12 4 1

Bước 5: Nhấn vào biểu tượng bt5 và nhấn 4 lần vào giữa của vùng trũng để phóng đại lên. Một đồ thị chứa 7 vùng trũng như bên trên sẽ xuất hiện.

Chú ý: Nếu khi phóng to đồ thị bạn không ấn vào giữa vùng trũng thì đồ thị sẽ bị lệch. Khi đó, ấn vào biểu tượng bt7 rồi ấn vào vùng rìa (màu vàng) để dịch chuyển đồ thị về vị trí mong muốn. Nếu ấn quá nhiều lần phóng to ta có thể nhấn vào biểu tượng bt6 rồi thu nhỏ đồ thị.

v14 4 2

Bước 6: Nhấn vào biểu tượng bt5 và nhấn thêm nhiều lần vào giữa của vùng trũng 1 đến khi nó chiếm hơn nửa màn hình.

v14 6

Bước 7: Nhấn vào biểu tượng bt8 sau đó nhấn vào vùng trũng 1. Một dấu ‘+’ sẽ xuất hiện. Giá trị x (khoanh chữ nhật) cho biết thời gian bắt đầu của vùng trũng 1. Ghi lại giá trị này vào Bảng 1.

Chú ý: Ta có thể di chuyển dấu ‘+’ đến vị trí chính xác bằng cách sử dụng các phím mũi tên trên MGA.

v14 7phimmuiten

Bước 8: Tiếp tục nhấn vào cạnh đi lên của vùng trũng 1, một dấu ‘+’ khác sẽ xuất hiện. Giá trị x lúc này cho biết thời gian kết thúc vùng trũng. Trên màn hình sẽ xuất hiện 2 giá trị. Ghi lại giá trị “Độ lệch thời gian” vào Bảng 1.

v14 8

Bước 9: Nhấn vào biểu tượng bt11 để xóa đi các dấu ‘+’ và giá trị vừa đọc.

Bước 10: Lặp lại bước 6 đến 9 với các vùng trũng thứ 2 đến 7 còn lại.

Chú ý: Riêng với các vùng trũng từ 2 đến 6 chúng ta không cần ghi lại giá trị thời gian xuất hiện vùng trũng.

Phương pháp 2:  Ý tưởng của phương pháp này dựa trên cơ sở là ta sẽ đo thời gian vật di chuyển được quãng đường đã biết từ đó tính được gia tốc. Thước nhựa rơi qua cổng quang điện với số lần tùy ý.

Bước 11: Nhấn vào nút bt0 trên MGA để bắt đầu thu thập dữ liệu. Giữ thước nhựa thẳng đứng sao cho vạch đen dưới cùng (thứ 1) ở ngay bên trên tia hồng ngoại của cổng quang điện. Lúc này s = 0.02 x 13 = 0.26 m. Ghi lại giá trị vào Bảng 2. Thả tay cho thước nhựa rơi qua cổng quang điện.

v14 9

Bước 12: Sau khi thước nhựa rơi vào tấm vải, nhấn vào nút bt00 để dừng thu thập dữ liệu. Ta cũng sẽ thu được đồ thị có 1 đường dọc đậm.

Bước 13: Nhấn vào biểu tượng bt5 và nhấn 4 lần vào giữa của vùng trũng để phóng đại lên. Một đồ thị chứa 7 vùng trũng như bên trên sẽ xuất hiện. Nhấn vào biểu tượng bt8 sau đó nhấn vào cạnh đi xuống của vùng trũng 1. Một dấu ‘+’ sẽ xuất hiện. Tiếp tục nhấn vào cạnh đi lên của vùng trũng 7. Trên màn hình MGA sẽ xuất hiện 2 giá trị. Ghi lại giá trị “Độ lệch thời gian” vào cột thời gian của Bảng 2.

 Bước 14: Nhấn vào biểu tượng bt11 để xóa đi các dấu ‘+’ và giá trị vừa đọc.

Bước 15: Lặp lại bước 11 đến 13 với các vạch đen khác của thước nhựa.

Bảng 1

Capture

Bảng 2

6. Kết luận

Thí nghiệm có các dụng cụ khá gọn nhẹ.Cho phép ta đo đạc gia tốc của vật rơi tự do một cách chính xác.

Các câu hỏi thảo luận:

1. So sánh kết quả g thu được từ 2 phương án thí nghiệm. Nguyên nhân của sự khác biệt nếu có?

2. So sánh các giá trị đo được trong phương án 1 và phương án 2 với giá trị g trong lý thuyết? Giải thích sai số?

3. Giải thích về sự xuất hiện của những vùng trũng trong thí nghiệm.