CON LẮC ĐƠN VÀ PHÉP ĐO THỜI GIAN


SGK Vật lý 12 NC – Bài 7 – Trang 36

1. Mục tiêu

Đo đạc thời gian liên quan đến chuyển động một cách chính xác

Khảo sát làm thế nào một con lắc có thể được dùng để đo thời gian chuyển động

2. Chuẩn bị lý thuyết

v11 0 đồng hồ bấm giờ

Đồng hồ bấm giờ là là thiết bị đo khoảng thời gian bằng tay dùng để do một lượng thời gian từ một điểm xác định khi hành động đến khi kết thúc hành động. Trong thực tế hằng ngày đồng hồ bấm giờ thường được dùng trong các sự kiện thể thao, giờ dạy thể dục trong các trường phổ thông,…

Đồng hồ quả lắc được phát minh năm 1656 bởi Christiaan Huygens, cho đến những năm 1930 đồng hồ quả lắc vẫn là dụng cụ do thời gian chuẩn xác nhất. Đặc điểm của đồng hồ quả lắc là nó có những dao động điểu hòa, chu kì những dao động này phụ thuộc vào chiều dài của nó, ma sát của dao động.

3. Thí nghiệm với thiết bị Addestation

Dụng cụ

1 aMixer MGA, 1 cổng quang điện, 1 bộ kết nối cổng quang điện, 1 đồng hồ bấm giờ, 1 trụ đỡ, 1 miếng gỗ có xẻ rãnh (để cuốn dây vào), 1 dây, 1 quả lắc, 1 thước mét

4. Tiến hành

I. Chuẩn bị và thiết lập thí nghiệm

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

Bước 2: Nhấn vào biểu tượng bt3 và trong mục “Thời gian hiển thị”, chọn “10 giây”. Mục “Chế độ kiểm tra”, chọn “Dừng bằng tay” rồi nhấn “Chạy”.

v11 2 chọn thời gian và mẫu

 

II. Thu thập dữ liệu

Khảo sát 1: Đo đạc thời gian của chuyển động

Bước 3: Nhấn vào nút bt0 trên MGA để bắt đầu thu thập dữ liệu. Một tay giữ tay cầm của cổng quang điện, đặt ngón trỏ của tay còn lại giữa cực phát và thu tia hồng ngoại (nhưng không che tia hồng ngoại).

v11 3 giữ tia hồng ngoại

 

Bước 4: Di chuyển ngón tay qua cổng quang điện (một vùng trũng sẽ xuất hiện trên màn hình MGA) – nhấn nút bắt đầu đo của đồng hồ đếm giờ khi ngón tay của bạn che tia hồng ngoại. Gọi đây là Thời điểm 1.

Chú ý: Với việc bấm nút bắt đầu/dừng đo thời gian của đồng hồ đếm giờ bạn cần nhờ một người đứng bên cạnh để làm việc đó.

v11 4 đồ thị thu được

 

Bước 5: Khoảng độ 5 giây sau, di chuyển ngón tay của bạn qua cổng quang điện lần nữa (một vùng trũng khác sẽ xuất hiện) – bấm nút dừng đo của đồng hồ đếm giờ khi ngón tay của bạn che tia hồng ngoại. Gọi đây là Thời điểm 2.

Bước 6: Nhấn vào nút bt00 để dừng thu thập dữ liệu. Giá trị thời gian hiển thị trên đồng hồ đếm giờ cho biết khoảng thời gian giữa Thời điểm 1 và 2. Ghi lại giá trị này vào Bảng 1 trong mục “Đồng hồ đếm giờ”.

Bước 7: Nhấn vào biểu tượng bt8 sau đó nhấn vào vùng trũng 1. Một dấu ‘+’ sẽ xuất hiện. Tiếp tục nhấn vào vùng trũng thứ 2 và một dấu ‘+’ sẽ xuất hiện. Trên màn hình MGA sẽ xuất hiện 2 giá trị đọc được. Giá trị “Độ lệch thời gian” (khoanh chữ nhật) cho biết về khoảng thời gian giữa Thời điểm 1 và Thời điểm 2. Ghi lại giá trị này vào Bảng 1 trong “MGA”

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

v11 6 phân tích đồ thịphimmuiten

 

Khảo sát 2: Thông tin về thời gian cung cấp bởi con lắc

Bước 8: Gắn con lắc vào dây và luồn đầu còn lại qua miếng gỗ có xẻ rãnh. Kẹp miếng gỗ vào trụ đỡ. Điều chỉnh chiều dài dây khoảng 30 cm.

v11 7 hệ thí nghiệmv11 7 con lắc dao động

 

Bước 9: Chèn cổng quang điện vào bộ kết nối cổng quang. Dùng vít để cố định cổng quang điện.

v11 8 chèn cổng quang vào bộ kết nối v11 8 dùng vít cố định cổng quang

 

Bước 10: Điều chỉnh chiều cao của con lắc sao cho vị trí cân bằng của nó sẽ che tia hồng ngoại.

v11 9 vị trí con lắc

 

Bước 11: Nhấn vào nút bt0 trên MGA để bắt đầu thu thập dữ liệu. Dịch chuyển con lắc sang một bên sao cho nó không còn che tia hồng ngoại.

Bước 12: Nhẹ nhàng thả cho con lắc dao động qua cổng quang điện. Một dãy vùng trũng sẽ xuất hiện trên màn hình MGA. Nhấn vào nút bt00 để dừng thu thập dữ liệu khi các vùng trũng lấp đầy toàn bộ màn hình.

Bước 13: Nhấn vào biểu tượng bt8 sau đó nhấn vào vùng trũng 1.Một dấu ‘+’ sẽ xuất hiện. Tiếp tục nhấn vào vùng trũng 3, một dấu ‘+’ khác sẽ xuất hiện. Khi đó, trên màn hình MGA sẽ xuất hiện 2 giá trị. Giá trị “Độ lệch thời gian” (khoanh chữ nhật) cho biết chu kì dao động con lắc tại thời điểm đầu. Ghi lại giá trị vào Bảng 2 trong mục “Lần đo 1”.

v11 12 Phân tích đồ thị

 

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

Bước 15: Lặp lại bước 13 với giá trị chu kì T tại thời điểm cuối (khoảng thời gian giữa 3 vùng trũng cuối cùng). Ghi lại giá trị thu được vào Bảng 2 trong mục “Lần đo 2”.

Bước 16: Lặp lại các bước từ bước 11 đến 15 thêm 4 lần nữa với các cặp giá trị chu kì dao động là “Lần đo 3, 4”, “Lần đo 5, 6”, “Lần đo 7, 8”, “Lần đo 9, 10”.

Bảng 1

 

Dụng cụ đo

Đồng hồ bấm giờ

MGA

Khoảng thời gian giữa Thời điểm 1 và 2 (s)    

Bảng 2

 

Lần đo

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Chu kỳ T (s)                    

Chu kỳ trung bình: Ttb = ……………

Tmax – Tmin =…………

(Tmax –Tmin)/Ttb =……………

5. Kết luận

Thí nghiệm cho phép ta đo đạc thời gian theo các cách khác nhau như sử dụng đồng hồ bấm giờ và con lắc.

Các câu hỏi thảo luận:

1. Dựa trên kết quả thu được trong Bảng 1, so sánh về 2 giá trị khoảng thời gian thu được bằng đồng hồ bấm giờ và MGA.

2. Giải thích vì sao 3 vùng trũng biểu diễn một dao động hoàn chỉnh của con lắc đơn?

3. Mô tả cách đo thời gian sử dụng con lắc đơn?