DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA


SGK Vật lý 12 CB – Bài 1, 2 – Trang 4, 10

SGK Vật lý 12 NC – Bài 6 – Trang 28

1. Mục tiêu

Khảo sát dao động điều hòa của vật dao động trên lò xo thẳng đứng

Áp dụng hiểu biết về chuyển động dao động điều hòa đơn giản để xác định độ cứng của lò xo

2. Chuẩn bị lý thuyết

Dao động cơ của một vật có thể là tuần hoàn hoặc không tuần hoàn. Nếu sau những khoảng thời gian bằng nhau, vật trở lại vị trí cũ theo hướng cũ thì dao động của vật đó là tuần hoàn. Con lắc đồng hồ dao động tuần hoàn, trong khi chiếc thuyền thì dao động không tuần hoàn.

Li độ trong dao động điều hòa đơn được mô tả bởi hàm số sin hoặc cosin của thời gian, cho bởi:

x = A cos (ωt + φ)

v240 con lắc lò xo

A : biên độ hay li độ cực đại

\omega  : tần số góc

\varphi  : pha ban đầu

Các công thức liên hệ: T=\frac{2\pi }{\omega } ,  \omega =\sqrt{\frac{k}{m}}

3. Thí nghiệm với thiết bị Addestation

Dụng cụ

1 aMixer MGA, 1 cảm biến chuyển động, 1 móc treo khối lượng, 2 vật nặng 50 g, 1 trụ đỡ, 1 thanh kẹp, 1 lò xo xoắn, 1 dây, 1 thước mét

4. Tiến hành

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: Buộc dây vào lò xo rồi móc dây vào kẹp đã cố định trên trụ đỡ. Móc mắc treo khối lượng đã gắn 2 vật nặng (tổng cộng 150 g) vào đầu còn lại của lò xo. Đặt cảm biến chuyển động dưới vật nặng.

Chú ý: Điều chỉnh mặt đáy của vật đối diện với mặt cảm ứng và sao cho khoảng cách từ vật nặng đến cảm biến chuyển động khoảng 22 cm.

v252 mô hình thí nghiệm

II. Thu thập dữ liệu

Bước 3:  Nhấn vào nút bt0 trên MGA để bắt đầu thu thập dữ liệu. Giá trị khoảng cách xuất hiện trên màn hình MGA cho biết vị trí cân bằng của vật nặng với cảm biến chuyển động. Ghi lại giá trị này vào Bảng 1.

v253 thu thập dữ liệu

Bước 4: Nhẹ nhàng kéo vật nặng xuống dưới vị trí cân bằng khoảng 3 cm và nhả tay. Vật sẽ dao động xung quanh vị trí cân bằng và ta sẽ thu được đồ thị li độ – thời gian xuất hiện trên màn hình MGA. Khi đồ thị đầy toàn màn hình, nhấn vào nút bt00 để dừng thu thập.

v254 đồ thị thu được

Bước 5: Nhấn vào biểu tượng bt5 rồi nhấn một hoặc vài lần trên màn hình MGA tới khi quan sát  được khoảng 6 (hoặc nhiều hơn) dao động trên màn hình MGA.

Chú ý: Nếu ấn quá nhiều lần phóng to ta có thể nhấn vào biểu tượng bt6 rồi thu nhỏ đồ thị.

v255 phóng to đồ thị

Bước 6: Phác họa lại dạng của đồ thị li độ – thời gian thu được trên màn hình MGA vào đồ thị phác họa tương ứng.

v256 đồ thị phác họa

Bước 7: Nhấn vào biểu tượng bt8 rồi nhấn vào điểm ở đỉnh đầu tiên. Một dấu ‘+’ sẽ xuất hiện. Giá trị y (khoanh hình chữ nhật) cho ta biết li độ cực đại của vật.

Chú ý: Để dịch chuyển dấu ‘+’ đến vị trí chính xác ta có thể sử dụng các phím mũi tên trên MGA.

v256 đánh dấu điểmv295 phím mũi tên trên MGA

Bước 8: Tiếp tục nhấn chọn vào điểm trũng nhất. Ghi lại giá trị y vào Bảng 1 ở li độ cực tiểu.

Bước : Nhấn vào biểu tượng bt11  để xóa đi dấu ‘+’ vừa đọc. Nhấn vào biểu tượng  rồi nhấn chọn đỉnh thứ 1 và 6. Ghi lại giá trị “Độ lệch thời gian” (khoanh chữ nhật) vào Bảng 1.

v25b1

5. Kết luận

Các câu hỏi thảo luận:

1. Vẽ đường thẳng tương ứng với vị trí cân bằng trong đồ thị phác họa?

2. Xác định chu kì dao động của con lắc từ bảng 1?

3. Hãy xác đinh độ cứng của lò xo?

(Gợi ý: dùng công thức T=2\pi \sqrt{\frac{m}{k}} )