ĐỊNH LUẬT HÚC


SGK Vật lý 10 CB – Bài 12 – Trang 71

SGK Vật lý 10 NC – Bài 19 – Trang 85

1. Mục tiêu

Biết được cách thiết lập thí nghiệm vật năng treo vào lò xo xoắn và nguyên nhân độ giãn sử dụng MGA với cảm biến lực và cảm biến chuyển động

Khảo sát mối liên hệ giữa vật nặng và độ giãn, kiểm tra định luật Húc, thu được độ cứng của lò xo

2. Chuẩn bị lý thuyết

Khi dùng tay kéo dãn một lò xo, lò xo sẽ tác dụng vào tay một lực chống lại tác dụng làm dãn, lực như vậy gọi là lực đàn hồi. Như vậy, lực đàn hồi xuất hiện khi một vật bị biến dạng đàn hồi, và có xu hướng chống lại nguyên nhân gây ra biến dạng.

Một vài tính chất của lực đàn hồi của lò xo:

+ Phương của lực trùng với phương của trục lò xo

+ Chiều của lực ngược với chiều biến dạng của lò xo

+ Độ lớn tỉ lệ thuận với độ biến dạng của lò xo. Giá trị đại số của lực đàn hồi được tính theo công thức: Fdh = -kΔl

Dấu trừ biểu hiện rằng lực đàn hồi luôn ngược chiều biến dạng.

3. Thí nghiệm với thiết bị Addestation

Dụng cụ

1 aMixer MGA, 1 cảm biến chuyển động, 1 cảm biến lực, 1 móc treo khối lượng, 4 vật nặng 50 g, 1 trụ đỡ, 1 thanh kẹp, 1 lò xo xoắn, 1 thước

v231 cảm biến chuyển độngv231 cảm biến lực

4. Tiến hành

I. Chuẩn bị và thiết lập thí nghiệm

Bước 1: Mở MGA, kết cảm biến chuyển động với CH 1 của MGA. Chọn “Chuyển động (0,15-1,6m)”, nhấn “Chạy”.

Chú ý: Công tắc cảm biến phải được đặt ở thang 1.6m

v231 lựa chọn thang đov231 công tắc cảm biến

Bước 2: Kết nối cảm biến lực vào CH 2 của MGA và chọn “Cảm biến lực (± 10N)”. Công tắc cảm biến lực cũng được bật ở thang ± 10N. Nhấn vào biểu tượng bt9 để xem dạng đồng hồ kim.

v232 dạng đồng hồ kim

Bước 3: Kẹp thanh nhựa gắn cảm biến lực vào vào trụ đỡ. Đặt trụ đỡ lên chồng sách 10 cm (dùng thước đo) để cho khi lò xo bị giãn quá mạnh thì cảm biến chuyển động cách vật nặng ít nhất 0.15 m. Gắn lò xo xoắn và móc treo cảm biến lực.

v234 Đặt giá đỡ lên chồng sách 10 cm

Bước 4: Nhấn vào biểu tượng bt21 sau đó nhấn chọn vào ô vuông bên cạnh “CH2”, nhấn “Chạy”, giá trị lực thu được trên MGA sẽ đặt về không.

v235 chuẩn cảm biến

Bước 5: Gắn móc khối lượng vào lò xo, đặt cảm biến chuyển động vào dưới móc gắn khối lượng.

II. Thu thập dữ liệu

Bước 6:  Nhấn vào nút bt0 trên MGA để bắt đầu thu thập dữ liệu. Nhấc móc treo khối lượng để lò xo trở về vị trí không giãn. Tay để nằm ngang để tránh phản xạ tín hiệu siêu âm phát ra từ cảm biến chuyển động gây nhiễu giá trị đo. Đọc giá trị trên CH 1 của MGA và ghi lại.

Chú ý: Giá trị d0 sẽ cố định trong quá trình làm thí nghiệm.

v237 sơ đồ thí nghiệmv237 giá trị d0

Bước 7: Nhẹ nhàng thả tay sao cho lò xo không dao động. Đọc lại giá trị d và giá trị lực thu được trên màn hình MGA và ghi vào Bảng 1.

Bước 8: Thêm các vật nặng vào móc treo khối lượng và làm tương tự bước 7 và 8.

III. Phân tích dữ liệu

Bước 9: Nhấn vào biểu tượng bt16 trong mục “Trình đơn công cụ”, chọn “Đầu vào dữ liệu riêng”, nhấn “Chạy”

v2311 đầu vào dữ liệu riêng

Bước 10: Nhấn vào biểu tượng btch (khoanh hình chữ nhật). Nhập tên và đơn vị vào 2 cột lần lượt là “F” đơn vị “N”, “x” đơn vị “m”

v2310 nhấn CH để chọn tênv2311 Nhập tên và đơn vị

Bước 11: Nhấn vào nút bt0  bắt đầu nhập các giá trị thu được từ Bảng 1 các cột giá trị. Sau khi nhập xong nhấn vào biểu tượng bt10 rồi nhấn vào biểu tượng bt17 để thu được dạng đồ thị của F theo x.

v2312 nhập vào dữ liệuv2312 đồ thị thu được

Bước 12: Nhấn vào biểu tượng bt20 rồi chọn “Hồi qui tuyến tính”ta sẽ thu được một đường thẳng có dạng y = ax + b phù hợp nhất với những điểm đã có trên đồ thị. Giá trị độ dốc hay gradient a của đường thẳng chính là độ cứng của lò xo. R2 biểu thị độ phù hợp, nếu R2 = 1 thì đường thẳng thu được phù hợp hoàn toàn với những điểm đã có.

v2313 hồi qui tuyến tính

5. Kết luận

Thiết bị Addest cho phép ta thu được kết quả một cách chính xác bằng số, cho phép ta phân tích kết quả thu được. Từ phân tích đó, ta sẽ thu được giá trị độ cứng của lò xo một cách chính xác.

Các câu hỏi thảo luận:

1. Giá trị d thu được trong Bảng 1 chỉ điều gì?

2. Giá trị x = d0 – d liên quan đến đại lượng nào?

3. Định luật Húc trong thí nghiệm này đã được kiểm chứng như thế nào?