TỐC ĐỘ TRUNG BÌNH


SGK Vật lý 8 – Bài 2 – Trang 8

SGK Vật lý 10 NC – Bài 2 – Trang 11

1. Mục tiêu

Thu được đồ thị tọa độ – thời gian của một quả bóng nảy

Thu được tốc độ trung bình của bóng nảy dựa trên đồ thị tọa độ – thời gian thu được

2. Chuẩn bị lý thuyết

Vận tốc là đại lượng mô tả mức độ nhanh chậm lẫn chiều của chuyển động. Sự phân biệt giữa vận tốc và tốc độ chính là trong khi vận tốc là đại lượng có hướng thì tốc độ vô hướng. Độ lớn của vận tốc chính là tốc độ.

v14 0 0 đồ thị tọa độ theo thời gian

Đối với một chuyển động thẳng đều, vectơ vận tốc có giá trị xác định. Nếu ta đã biết chiều chuyển động, điều chúng ta quan tâm là tốc độ chuyển động, hay quãng đường đi được trong một đơn vị thời gian. Công thức của tốc độ là: v=\frac{s}{t} (t là thời gian, s là quãng đường, v là tốc độ).

Ngoài ra, trong chuyển động thẳng đều hệ số góc của đường biểu diễn tọa độ theo thời gian có giá trị bằng vận tốc:  \tan \alpha =\frac{x-{{x}_{0}}}{t}=v

3. Thí nghiệm với thiết bị Addestation

Dụng cụ

1 aMixer MGA, 1 cảm biến chuyển động, 1 bộ thí nghiệm cơ học động học

4. Tiến hành

I. Chuẩn bị và thiết lập thí nghiệm

Bước 1: Mở MGA, kết nối cảm biến chuyển động vào CH 1 của MGA. Bảo đảm rằng “Chuyển động (0,15-1,6m)” được chọn, rồi nhấn “Chạy”.

Chú ý; Cần bảo đảm rằng công tắc của cảm biến chuyển động được bật ở thang 1.6 m

v13 1 lựa chọn thang đo v13 1 công tắc cảm biến

 

Bước 2: Gấp cảm biến sao cho góc giữa mặt cảm biến và đế cảm biến chuyển động bằng 90o.

v14 0 2 gấp mặt cảm biến v14 0 2 góc giữa đế và mặt cảm biến

 

Bước 3: Chèn mặt cảm biến qua lỗ ở bàn phẳn trên, đặt quả bóng bàn vào giữa 4 thanh kim loại và dùng ngón trỏ giữa nó sao cho khoảng cách từ nó đến mặt cảm biến khoảng 15 cm.

Chú ý: Chiều cao của quả bóng bàn nếu dùng thanh trụ đánh dấu chiều cao thì sẽ khoảng 30 cm, khi đó khoảng cách từ quả bóng bàn đến mặt cảm biến sẽ khoảng 15 cm.

v14 0 3 mô hình thí nghiệm

 

II. Thu thập dữ liệu

Bước 4: Nhấn vào nút bt0 trên MGA để bắt đầu thu thập dữ liệu. Bảo đảm rằng có một đường ngang trên màn hình MGA chỉ khoảng cách của quả bóng dưới cảm biến. Thả quả bóng và nhanh tay di chuyển ngón trỏ của bạn ra ngoài.

Bước 5: Khi quả bóng không nảy nữa, nhấn vào nút bt00 để dừng thu thập dữ liệu. Đồ thị tọa độ – thời gian sẽ xuất hiện trên màn hình MGA. Ngắt cảm biến chuyển động khỏi MGA

v14 0 4 đồ thị thu được v14 0 5 phóng to đồ thị

 

Bước 6: Nhấn vào biểu tượng bt5 sau đó nhấn 2 lần vào vùng trên màn hình mà đồ thị tương ứng với lần nảy lên thứ 1 để mở rộng đồ thị.

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 0 5 dịch chuyển đồ thị

 

Bước 7: Phác họa lại đồ thị tọa độ theo thời gian quan sát được trên màn hình MGA vào đồ thị phác họa. Đồ thị phác họa tỉ lệ với 2 điểm đánh dấu trên trục tung.

v14 0 7 đồ thị phác họa

 

Bước 8: Ghi lại tọa độ và thời gian của quả bóng tại những thời điểm khác nhau vào cột 3 và 4 trong Bảng 1.

Cách thu được tọa độ của điểm

+ Nhấn vào biểu tượng bt8 rồi nhấn vào một điểm trên màn hình MGA. Một dấu ‘+’ sẽ xuất hiện. Giá trị y (khoanh chữ nhật) cho biết tọa độ của bóng so với cảm biến chuyển động tại thời điểm x.

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

v14 0 8 đánh dấu điểmphimmuiten

+ Nhấn vào biểu tượng bt11 để xóa đi dấu ‘+’ và các giá trị vừa đọc. Lặp lại bước trên để tìm giá trị tọa độ và thời gian tại điểm khác.

Bảng 1

Quả bóng khi…

Nhãn

Tọa độ (m)

Thời gian (s)

thả tay

T

chạm mặt đế lần 1

C1

đạt vị trí cao nhất lần nảy 1

N1

chạm mặt đế lần 2

C2

đạt vị trí cao nhất lần nảy 2

N2

chạm mặt đế lần 3

C3

Bảng 2

Quỹ đạo

Tốc độ trung bình (m/s)

Từ T đến C1

Từ C1 đến N1

Từ N1 đến C2

Từ C2 đến N2

Từ N2 đến C3

5. Kết luận

Thí nghiệm có thao tác dễ dàng, cho phép ta phân tích kết quả thu được dạng đồ thị.

Các câu hỏi thảo luận:

1. Xác định các điểm trên đồ thị phác họa tọa độ theo thời gian tương ứng với những điểm trong cột 1 của Bảng 1. Đánh tên các điểm (như T, C1, N1,…).

2. Xác định giá trị tốc độ trung bình vào Bảng 2. Chỉ ra cách tính.

3. So sánh tốc độ trung bình của các quĩ đạo trong Bảng 2, tìm ra quĩ đạo có giá trị tốc độ trung bình lớn nhất. Giải thích tại sao nó lại là lớn nhất?