Đang tải... (xem toàn văn)
1 ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH QUẢNG NGÃI TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHẠM VĂN ĐỒNG BÀI GIẢNG THÍ NGHIỆM VẬT LÝ PHỔ THÔNG TRẦN THỊ THU THỦY 1 Quảng Ngãi, 07/2021 2 LỜI NÓI ĐẦU Để giúp sinh viên ngành Sư phạm Vật lý[.]
ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH QUẢNG NGÃI TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHẠM VĂN ĐỒNG - BÀI GIẢNG THÍ NGHIỆM VẬT LÝ PHỔ THƠNG TRẦN THỊ THU THỦY Quảng Ngãi, 07/2021 LỜI NÓI ĐẦU Để giúp sinh viên ngành Sư phạm Vật lý thuận tiện học học phần Thí nghiệm Vật lí phổ thơng, tơi tiến hành biên soạn giảng Thí nghiệm Vật lí phổ thơng Nội dung giảng gồm chủ đề Trong chủ đề giảng gồm nhiều thí nghiệm: thí nghiệm thực hành, thí nghiệm kiểm chứng, thí nghiệm biểu diễn Mỗi thí nghiệm bố cục theo thứ tự: mục đích thí nghiệm, sở lí thuyết, dụng cụ thí nghiệm, trình tự tiến hành thí nghiệm, hướng dẫn báo cáo làm thí nghiệm trả lời câu hỏi Học phần giúp cho sinh viên hiểu vai trị thí nghiệm vật lý việc hình thành khái niệm xây dựng định luật vật lý, giúp sinh viên rèn luyện kĩ kĩ xảo tiến hành thí nghiệm, giới thiệu phương án thí nghiệm thường sử dụng phổ thơng, dụng cụ thiết bị Qua sinh viên có kĩ lựa chọn phương án, dụng cụ thí nghiệm, khắc phục khó khăn, vận dụng linh hoạt thí nghiệm vào giảng dạy trường phổ thông Mặc dù người biên soạn cố gắng để giảng hoàn chỉnh, đáp ứng tốt cho việc dạy học, chắn không tránh khỏi khiếm khuyết Rất mong nhận ý kiến đóng góp để giảng hoàn chỉnh Quảng Ngãi, tháng 07 – 2021 Người biên soạn MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU: SAI SỐ CỦA PHÉP ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG VẬT LÍ I MỤC ĐÍCH II – PHÉP ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG VẬT LÍ HỆ ĐƠN VỊ SI Phép đo đại lượng vật lí Hệ đơn vị đo III – SAI SỐ PHÉP ĐO Sai số hệ thống Sai số ngẫu nhiên Giá trị trung bình Cách xác định sai số phép đo Cách viết kết đo Sai số tỉ đối Cách xác định sai số phép đo gián tiếp CHỦ ĐỀ 14 BÀI 1: KHẢO SÁT CHUYỂN ĐỘNG THẲNG ĐỀU CỦA VIÊN BI TRÊN MÁNG NGANG 14 CHỦ ĐỀ 17 BÀI 2: KHẢO SÁT CHUYỂN ĐỘNG BIẾN ĐỔI ĐỀU CỦA VIÊN BI TRÊN MÁNG NGHIÊNG 17 CHỦ ĐỀ 20 BÀI 3: KHẢO SÁT CHUYỂN ĐỘNG CỦA VẬT TRÊN MẶT PHẲN NGHIÊNG XÁC ĐỊNH HỆ SỐ MA SÁT 20 V KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 23 VII NHỮNG PHƯƠNG ÁN PHÁT TRIỂN TÍNH NĂNG CỦA THIẾT BỊ 23 CHỦ ĐỀ 24 BÀI 4: KHẢO SÁT LỰC ĐÀN HỒI, NGHIỆM LẠI ĐỊNH LUẬT HÚC 24 CHỦ ĐỀ 26 BÀI 5: KHẢO SÁT CHUYỂN ĐỘNG NÉM NGANG, NÉM XIÊN 26 CHỦ ĐỀ 30 BÀI 1: NGHIỆM QUY TẮC TỔNG HỢP HAI LỰC SONG SONG 30 CHỦ ĐỀ 34 BÀI 2: NGHIỆM QUY TẮC TỔNG HỢP HAI LỰC ĐỒNG QUY 34 CHỦ ĐỀ 38 BÀI 3: KHẢO SÁT CÂN BẰNG CỦA VẬT RẮN CĨ TRỤC QUAY QUY TẮC MƠ MEN LỰC 38 CHỦ ĐỀ 43 BÀI 4: KHẢO SÁT CHUYỂN ĐỘNG RƠI TỰ DO XÁC ĐỊNH GIA TỐC RƠI TỰ DO 43 CHỦ ĐỀ 52 BÀI 1: XÁC ĐỊNH MÔ-MEN QUÁN TÍNH CỦA VẬT RẮN THEO PHƯƠNG PHÁP DAO ĐỘNG XOẮN NGHIỆM ĐỊNH LÝ STEINER 52 CHỦ ĐỀ 61 BÀI 2: KHẢO SÁT SÓNG DỪNG TRÊN SỢI DÂY XÁC ĐỊNH VẬN TỐC TRUYỀN SÓNG TRÊN SỢI DÂY 61 CHỦ ĐỀ 71 BÀI 1: KHẢO SÁT HIỆN TƯỢNG CĂNG BỀ MẶT CỦA CHẤT LỎNG 71 XÁC ĐỊNH HỆ SỐ CĂNG BỀ MẶT 71 CHỦ ĐỀ 80 BÀI 2: NGHIỆM ĐỊNH LUẬT BOILO MARIOT - SACLƠ ĐỐI VỚI CHẤT KHÍ 80 CHỦ ĐỀ 83 BÀI 1: KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI NHIỆT XÁC ĐỊNH NHIỆT DUNG RIÊNG CỦA VẬT RẮN 83 CHỦ ĐỀ 93 BÀI 2: ĐỊNH LUẬT BẢO TỒN VÀ CHUYỂN HĨA NĂNG LƯỢNG 93 XÁC ĐỊNH ĐƯƠNG LƯỢNG CÔNG – NHIỆT 93 CHỦ ĐỀ 100 BÀI 1: KHẢO SÁT HIỆN TƯỢNG DÃN NỞ NHIỆT ĐO HỆ SỐ NỞ DÀI CỦA CÁC VẬT RẮN 100 CHỦ ĐỀ 105 BÀI 2: XÁC ĐỊNH NHIỆT NÓNG CHẢY VÀ NHIỆT HĨA HƠI CỦA NƯỚC 105 KHẢO SÁT Q TRÌNH CHUYỂN PHA CỦA NƯỚC 115 XÁC ĐỊNH NHIỆT NÓNG CHẢY VÀ NHIỆT NGƯNG TỤ 115 CHỦ ĐỀ 7: ĐO THÀNH PHẦN NGANG CỦA TỪ TRƯỜNG TRÁI ĐẤT 117 CHỦ ĐỀ 8: KHẢO SÁT TƯƠNG TÁC TỪ CỦA DÒNG ĐIỆN 128 NGHIỆM ĐỊNH LUẬT AMPE VỀ LỰC TỪ 128 CHỦ ĐỀ 9: XÁC ĐỊNH TIÊU CỰ CỦA THẤU KINH HỘI TỤ 137 VÀ THẤU KÍNH PHÂN KỲ 137 PHẦN MỞ ĐẦU: SAI SỐ CỦA PHÉP ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG VẬT LÍ I MỤC ĐÍCH Phát biểu định nghĩa phép đo đại lượng vật lí Phân biệt phép đo trực tiếp phép đo gián tiếp Nắm khái niệm sai số phép đo đại lượng vật lí cách xác định sai số phép đo: a) Phát biểu sai số phép đo đại lượng vật lí b) Phân biệt hai loại sai số: sai số ngẫu nhiên, sai số hệ thống c) Biết cách xác định sai số dụng cụ, sai số ngẫu nhiên d) Tính sai số phép đo trực tiếp e) Tính sai số phép đo gián tiếp f) Biết cách viết kết phép đo, với số chữ số có nghĩa cần thiết II – PHÉP ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG VẬT LÍ HỆ ĐƠN VỊ SI Khi nghiên cứu tượng tự nhiên, Vật lí học người ta thường dùng phương pháp thực nghiệm: tiến hành phép đo đại lượng vật lí đặc trưng cho tượng, xác định mối liên hệ chúng, từ rút quy luật vật lí Để thực phép đo, ta phải có dụng cụ đo Tuy nhiên thực tế, không dụng cụ đo nào, khơng phép đo cho ta giá trị thực đại lượng cần đo Các kết thu gần Vì vậy? Điều có mâu thuẫn hay khơng với quan niệm cho Vật lí mơn khoa học xác? Để trả lời câu hỏi này, trước hết ta cần làm rõ khái niệm: phép đo đại lượng vật lí gì? có sai lệch giá trị thực đại lượng cần đo kết đo? Từ xác định kết đánh giá độ xác phép đo Phép đo đại lượng vật lí Ta dùng cân để đo khối lượng vật Cái cân dụng cụ đo, phép đo khối lượng vật thực chất phép so sánh khối lượng với khối lượng cân, mẫu vật quy ước có khối lượng đơn vị (1 gam, kilôgam ) bội số nguyên lần đơn vị khối lượng Vậy: Phép đo đại lượng vật lí phép so sánh với đại lượng loại quy ước làm đơn vị Công cụ để thực việc so sánh nói gọi dụng cụ đo, phép so sánh trực tiếp thông qua dụng cụ đo gọi phép đo trực tiếp Nhiều đại lượng vật lí đo trực tiếp chiều dài, khối lượng, thời gian, đại lượng vật lí khác gia tốc, khối lượng riêng, thể tích, khơng có sẵn dụng cụ đo để đo trực tiếp, xác định thơng qua cơng thức liên hệ với đại lượng đo trực tiếp Ví dụ, gia tốc rơi tự g xác định theo công thức g = 2s , thông qua hai phép đo trực tiếp phép đo độ dài quãng đường s thời gian rơi t t2 Phép đo gọi phép đo gián tiếp Hệ đơn vị đo Một hệ thống đơn vị đo đại lượng vật lí quy định thống áp dụng nhiều nước giới, có Việt Nam, gọi hệ SI Hệ SI quy định đơn vị bản, là: Đơn vị độ dài: mét (m) Đơn vị thời gian: giây (s) Đơn vị khối lượng: kilôgam (kg) Đơn vị nhiệt độ: kenvin (K) Đơn vị cường độ dòng điện: ampe (A) Đơn vị cường độ sáng: canđela (Cd) Đơn vị lượng chất: mol (mol) Ngoài đơn vị bản, đơn vị khác đơn vị dẫn xuất, suy từ đơn vị theo công thức, ví dụ: đơn vị lực F niutơn (N), định nghĩa: N = kg.m/s2 III – SAI SỐ PHÉP ĐO Sai số hệ thống Giả sử vật có độ dài thực l = 32,7 mm Dùng thước có độ chia nhỏ mm để đo l, ta xác định l có giá trị nằm khoảng 32 33 mm, cịn phần lẻ khơng thể đọc thước đo Sự sai lệch này, đặc điểm cấu tạo dụng cụ đo gây ra, gọi sai số dụng cụ Sai số dụng cụ tránh khỏi, chí cịn tăng lên điểm ban đầu bị lệch đi, mà ta sơ suất trước đo không hiệu chỉnh lại Kết giá trị đại lượng đo thu lớn hơn, nhỏ giá trị thực Sai lệch nguyên nhân gây gọi sai số hệ thống Sai số ngẫu nhiên Lặp lại phép đo thời gian rơi tự vật hai điểm A, B, ta nhận giá trị khác Sự sai lệch khơng có nguyên nhân rõ ràng, hạn chế khả giác quan người dẫn đến thao tác đo khơng chuẩn, điều kiện làm thí nghiệm không ổn định, chịu tác động yếu tố ngẫu nhiên bên Sai số gây trường hợp gọi sai số ngẫu nhiên Giá trị trung bình Sai số ngẫu nhiên làm cho kết phép đo trở nên tin cậy Để khắc phục người ta lặp lại phép đo nhiều lần Khi đo n lần đại lượng A, ta nhận giá trị khác : A1, A2, …An Giá trị trung bình chúng: A= A + A + + A n n (1) giá trị gần với giá trị thực đại lượng A Cách xác định sai số phép đo a) Trị tuyệt đối hiệu số trị trung bình giá trị lần đo gọi sai số tuyệt đối ứng với lần đo đó: A = A A ; A = A A ; A = A A ; … (2) Sai số tuyệt đối trung bình n lần đo tính theo cơng thức: A = A + A + + A n n ( 3) Giá trị A xác định theo (3) sai số ngẫu nhiên Như vậy, để xác định sai số ngẫu nhiên ta phải đo nhiều lần Trong trường hợp không cho phép thực phép đo nhiều lần (n < 5), người ta khơng tính sai số ngẫu nhiên cách lấy trung bình theo cơng thức (3), mà chọn giá trị cực đại A max , số giá trị sai số tuyệt đối thu từ (2) b) Sai số tuyệt đối phép đo tổng sai số ngẫu nhiên sai số dụng cụ: A = A + A , (4) Trong A’ sai số hệ thống gây dụng cụ, thơng thường lấy nửa độ chia nhỏ dụng cụ Trong số dụng cụ đo có cấu tạo phức tạp, ví dụ đồng hồ đo điện đa số, sai số dụng cụ tính theo công thức nhà sản xuất quy định Chú ý: – Sai số hệ thống lệch điểm ban đầu loại sai số cần phải loại trừ, cách ý hiệu chỉnh xác điểm ban đầu dụng cụ đo trước tiến hành đo – Sai sót: Trong đo, cịn mắc phải sai sót Do lỗi sai sót, kết nhận khác xa giá trị thực Trong trường hợp nghi ngờ có sai sót, cần phải đo lại loại bỏ giá trị sai sót Cách viết kết đo Kết đo đại lượng A không cho dạng số, mà cho dạng khoảng giá trị chắn có chứa giá ( A – A) < A < ( A + A ) , hay là: A A A (5) Chú ý: Sai số tuyệt đối phép đo A thu từ phép tính sai số thường viết đến tối đa hai chữ số có nghĩa, cịn giá trị trung bình A viết đến bậc thập phân tương ứng Các chữ số có nghĩa tất chữ số có số, tính từ trái sang phải, kể từ chữ số khác Ví dụ: Phép đo độ dài s cho giá trị trung bình s = 1,368 32 m, với sai số phép đo tính s = 0,003 m, kết đo viết, với s lấy chữ số có nghĩa, sau: s = (1,368 0,003) m Sai số tỉ đối Sai số tỉ đối A phép đo tỉ số sai số tuyệt đối giá trị trung bình đại lượng đo, tính phần trăm: A = A 100% A Sai số tỉ đối nhỏ phép đo xác Ví dụ: Phép đo khối lượng vật cho kết m m m 1000 (mg) sai số tương đối phép đo khối lượng m 100% 100% 0,5% m 1000 Cách xác định sai số phép đo gián tiếp Để xác định sai số phép đo gián tiếp, ta vận dụng quy tắc sau đây: a) Sai số tuyệt đối tổng hay hiệu tổng sai số tuyệt đối số hạng b) Sai số tỉ đối tích hay thương tổng sai số tỉ đối thừa số Ví dụ: Giả sử F đại lượng đo gián tiếp, X, Y, Z đại lượng đo trực tiếp – Nếu: F = X + Y– Z , F = X + Y+ Z – Nếu: F = XY , F = X + Y+ Z Z c) Nếu cơng thức vật lí xác định đại lượng đo gián tiếp có chứa số (ví dụ: , e,…) số phải lấy gần đến số lẻ thập phân cho sai số tỉ đối phép lấy gần gây bỏ qua, nghĩa phải nhỏ 1/10 tổng sai số tỉ đối có mặt cơng thức tính Ví dụ: Xác định diện tích vịng trịn thơng qua phép đo trực tiếp đường kính d Biết d = 50,6 0,1 mm d Ta có S = , sai số tỉ đối phép đo S: S 2d 0,4% S d Trong trường hợp này, phải lấy = 3,142 < 0,04% Nếu công thức xác định đại lượng đo gián tiếp tương đối phức tạp, dụng cụ đo trực tiếp có độ xác tương đối cao, sai số phép đo chủ yếu gây yếu tố ngẫu nhiên, người ta thường bỏ qua sai số dụng cụ Đại lượng đo gián tiếp tính cho lần đo, sau đo lấy trung bình tính sai số ngẫu nhiên trung bình cơng thức (1), (2), (3) TĨM TẮT Phép đo đại lượng vật lí phép so sánh với đại lượng loại quy ước làm đơn vị Phép so sánh trực tiếp thông qua dụng cụ đo gọi phép đo trực tiếp Phép xác định đại lượng vật lí qua cơng thức liên hệ với đại lượng đo trực tiếp, gọi phép đo gián tiếp Giá trị trung bình đo nhiều lần đại lượng A: A= A + A + + A n , giá trị gần với giá trị thực đại lượng A n Sai số tuyệt đối ứng với lần đo: A = A A ; A = A A ; A = A A … Sai số ngẫu nhiên sai số tuyệt đối trung bình n lần đo: 10 A = A + A + + A n n Sai số dụng cụ A' lấy nửa độ chia nhỏ dụng cụ Kết đo đại lượng A cho dạng: A A A , A tổng sai số , ngẫu nhiên sai số dụng cụ: A A A , lấy tối đa đến hai chữ số có nghĩa, cịn A viết đến bậc thập phân tương ứng Sai số tỉ đối A phép đo tỉ số sai số tuyệt đối giá trị trung bình đại lượng đo, tính phần trăm: A = A 100% A Sai số phép đo gián tiếp, xác định theo quy tắc: Sai số tuyệt đối tổng hay hiệu, tổng sai số tuyệt đối số hạng Sai số tỉ đối tích hay thương, tổng sai số tỉ đối thừa số BÀI TẬP Bài tập mẫu Dùng thước kẹp có ĐCNN 0,1 mm để đo lần đường kính d chiều cao h trụ thép, cho kết bảng sau: Lần D H đo (mm) (mm) 30 19,9 30,1 19,8 30 20,0 30,1 19,7 30.1 19,9 Hãy cho biết kết phép đo d, h tính thể tích trụ thép Giải Phép đo d, h phép đo trực tiếp, giá trị trung bình sai số ngẫu nhiên tính bảng sau: Lần d đo (mm) d h (mm) 11 h 30,0 0,06 19,9 0,04 30,1 0,04 19,8 0,06 30,0 0,06 20,0 0,14 30,1 0,04 19,7 0,16 30,1 0,06 19,9 0,04 TB 30,06 0,05 19,86 0,09 Sai số dụng cụ 0,1 mm Vậy: Sai số phép đo đường kính trụ là: d = 0,05 + 0,1 = 0,15 mm Sai số phép đo chiều cao trụ là: h = 0,09 + 0,1 = 0,19 mm Kết quả: d = 30,06 0,15 (mm) h = 19,86 0,19 (mm) Thể tích trung bình trụ: d h 3,142.30,062.19,86 14 100 (mm3) 4 V Sai số tỉ đối: V d h 0,15 0,19 2 0,02 2% Sai số tuyệt đối: 30,06 19,86 V d h V VV 14 100.0,02 282 (mm3 ) V = (1 410 28 ).10 (mm3) Bài tập vận dụng Dùng đồng hồ đo thời gian có ĐCNN 0,001 s để đo n lần thời gian rơi tự không vận tốc đầu vật, điểm A (vA = 0) đến điểm B, kết cho bảng đây: n t 0,399 0,408 0,406 0,405 0,402 ti t’ TB 12 a) Hãy tính thời gian rơi trung bình, sai số ngẫu nhiên, sai số dụng cụ, sai số phép đo thời gian Phép đo trực tiếp hay gián tiếp? Nếu đo lần (n=1, 2, 3) kết đo bao nhiêu? b) Dùng thước mm đo lần khoảng cách s hai điểm A, B cho giá trị 798 mm Tính sai số phép đo viết kết đo c) Cho cơng thức tính vận tốc B: v = 2s 2s gia tốc rơi tự g = Dựa vào t t kết đo quy tắc tính sai số đại lượng đo gián tiếp học, tính v, g, v, g viết kết cuối cùng? 13 CHỦ ĐỀ 1_BÀI 1: KHẢO SÁT CHUYỂN ĐỘNG THẲNG ĐỀU CỦA VIÊN BI TRÊN MÁNG NGANG I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM Quan sát chuyển động thẳng viên bi mặt phẳng ngang Xác định vận tốc viên bi II DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM Mặt phẳng ngang P có máng lăn, gắn thước 1000mm Thước đo góc G có dọi Giá đỡ ba chân hình có chân vít điều chỉnh thăng Một trụ thép 10, trụ thép 8 khớp chữ thập đa Bi thép Đồng hồ đo thời gian số MC-964 Hai cổng quang điện E, F Chân chống C có vít điều chỉnh Nam châm điện N 10 Hộp công tắc nút nhấn kép để giữ thả viên bi III LẮP RÁP THÍ NGHIỆM Đặt máng ngang lên giá đỡ, phối hợp điều chỉnh chân vít dịch chuyển khớp nối đa đến vị trí thích hợp để mặt phẳng P nằm ngang Khi đó, dây rọi song song với mặt phẳng thước đo góc số Nam châm điện N giữ thả bi đặt cố định đỉnh phần máng nghiêng (Hình 1), nối với ổ C đồng hồ đo thời gian qua hộp công tắc kép kiểu nút nhấn Đặt hai cổng quang điện E, F cách đoạn s (ban đầu chọn s khoảng 30cm) nối chúng với hai cổng A, B đồng hồ đo thời gian số MC-964 14 IV - TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM A- Phương án : Đo vận tốc tức thời vị trí khác quỹ đạo : Đồng hồ đo thời gian số MC-964 đặt làm việc MODE A+B , thang đo 9,999s Nhấn nút RESET để số đồng hồ trở 0.000 Nhấn công-tắc ngắt điện vào nam châm điện để thả cho viên bi lăn xuống từ đỉnh H, chuyển động qua hai cổng quang điện E F Khi viên bi qua cổng E, đồng hồ t1 khoảng thời gian cổng E bị viên bi chắn tia hồng ngoại Tiếp tục chuyển động, viên bi qua cổng F khoảng thời gian t , đồng hồ thời gian t t1 t Nếu t1 t chuyển động viên bi máng ngang thẳng Quan sát ghi khoảng thời gian t1 t tương ứng hiển thị đồng hồ vào bảng Gọi d đường kính viên bi, vận tốc tức thời viên bi vị trí đặt hai cổng quang điện E, F tính bằng: vE Lần t1 d , t vF t t d t v1 v2 đo Nhận xét: Trên mặt phẳng ngang, vận tốc tức thời viên bi cổng quang điện E, F đặt vị trí khác quĩ đạo có giá trị Vậy chuyển động viên bi máng ngang chuyển động B- Phương án 2: Đo vận tốc trung bình viên bi quãng đường khác nhau: Đồng hồ đo thời gian số MC-964 đặt làm việc MODE AB , thang đo 9,999s Hai cổng quang điện đặt cách khoảng s = 30cm Nhấn nút RESET để số đồng hồ trở 0.000 Nhấn công-tắc ngắt điện cho nam châm điện để thả viên bi lăn xuống, chuyển động qua hai cổng quang điện E F Khi viên bi vào cổng E, đồng hồ đo thời gian bắt đầu đếm Khi viên bi đến cổng F, đồng hồ dừng đếm Khoảng thời gian t viên bi qua quãng đường hai cổng quang điện hiển thị đồng hồ 15 Quan sát ghi thời gian t vào bảng Giữ nguyên vị trí cổng E Dịch cổng F xa dần cổng E, lần thêm cm Với giá trị s, lặp lại động tác 1, 2, để đo thời gian t tương ứng ghi kết vào bảng V Phân tích kết thí nghiệm Lập thương số s/t ứng trường hợp để xem trung bình giây viên bi centimét Ghi kết vào bảng TT s (cm) 30 35 40 45 50 t (s) v = s/t Đại lượng v = s/t gọi vận tốc trung bình viên bi quãng đường s Biểu diễn đồ thị "quãng đường-thời gian” s =s (t) “vận tốc trung bình–thời gian “ v = v(t) Cho nhận xét kết luận rút từ kết tính v bảng dạng đồ thị s, v thu 16 CHỦ ĐỀ BÀI 2: KHẢO SÁT CHUYỂN ĐỘNG BIẾN ĐỔI ĐỀU CỦA VIÊN BI TRÊN MÁNG NGHIÊNG I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM Quan sát chuyển động viên bi máng nghiêng để thấy tính chất chuyển động thẳng biến đổi (nhanh dần chậm dần đều) Nghiên cứu thay đổi vận tốc v theo thời gian t, mối quan hệ đường đi-thời gian Vẽ đồ thị s phụ thuộc t2, để từ nêu nhận xét kết luận tính chất chuyển động Xác định vận tốc tức thời gia tốc viên bi II DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM Máng nghiêng P có gắn thước 1000mm Thước đo góc G có dọi Gía đỡ ba chân hình có chân vít điều chỉnh thăng Một trụ thép 10, trụ thép 8 khớp chữ thập đa Bi thép Đồng hồ đo thời gian số MC-964 Hai cổng quang điện E, F Chân chống C có vít điều chỉnh Khớp nối đa để thay đổi độ cao điểm kê 10 Nam châm điện N, hộp công-tắc nút nhấn kép để giữ thả bi III LẮP RÁP THÍ NGHIỆM Đặt máng nghiêng lên giá đỡ, phối hợp điều chỉnh chân vít dịch chuyển khớp nối đa đến vị trí thích hợp để mặt phẳng P nằm nghiêng, cho dây rọi song song với mặt phẳng thước đo góc số khoảng 5-100 Nam châm điện N để giữ thả bi đặt cố định vị trí mặt phẳng 17 nghiêng, nối qua hộp công-tắc đến ổ C đồng hồ đo thời gian… Đặt cổng quang điện F cách E đoạn s (ban đầu chọn s = 10 cm) nối chúng với hai ổ A, B đồng hồ đo thời gian Đồng hồ đo thời gian số MC-964 đặt làm việc MODE A B , thang đo 9,999s Khi viên bi lăn tới cổng E , đồng hồ bắt đầu đếm, đến cổng F đồng hồ dừng đếm Khoảng thời gian chuyển động t viên bi hai cổng E, F thị hồ Để đo vận tốc tức thời viên bi qua cổng F, ta việc vặn chuyển mạch MODE đồng hồ đo thời gian MC-963 vị trí B (cổng F nối với ổ B) Khi đồng hồ khoảng thời gian t, khoảng thời gian viên bi chắn tia hồng ngoại qua cổng F Biết đường kính viên bi (d = 2.1cm ), ta tính vận tốc tức thời: v = d / t = 2,1 / t (cm/s) IV - TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM Khảo sát chuyển động nhanh dần đều: Chuyển mạch MODE vị trí A B Nhấn nút RESET để số đồng hồ trở 0.000 Đặt khoảng cách ban đầu viên bi cổng E s0 = 5cm, cổng E cách cổng F s1 = 15 cm Nhấn công-tắc ngắt điện cho nam châm để thả cho viên bi lăn qua hai cổng E, F Ghi giá trị s, t vào bảng Dịch chuyển cổng E đến vị trí đặt cổng F dịch cổng F đến vị trí cách E khoảng 25 cm Lặp lại bước Ghi tiếp giá trị s, t vào bảng Dịch chuyển cổng E đến vị trí đặt cổng F đặt cổng F đến vị trí cách E khoảng 35 cm Lặp lại bước Ghi tiếp giá trị s, t vào bảng V PHÂN TÍCH KẾT QUẢ Bảng S(cm) t Sj - Si S0=5cm 10 20 30 18 NHẬN XÉT KẾT LUẬN : …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… ……………… Ghi chú: Có nhiều phương án khảo sát chuyển động nhanh dấn viên bi mặt phẳng nghiêng Ví dụ: - Khảo sát phụ thuộc s = s (t2 ), sử dụng MODE A B đồng hồ đo thời gian, cổng quang điện E nối với ổ B, nam châm điện nối qua công-tắc kép đến ổ A, với giá trị s = 5cm, 20cm, 45 cm, 80cm - Khảo sát phụ thuộc s = s (t2 ), sử dụng MODE A B đồng hồ đo thời gian, cổng quang điện E nối với ổ B, nam châm điện nối qua công-tắc kép đến ổ A, với giá trị s bảng Vẽ đồ thị s = s (t2), v= v(t) Rút nhận xét, kết luận Bảng s (cm) t (s) t2 Đồ thị s = s (t2), v = v(t) 19 a = 2s/t2 v = 2s/t CHỦ ĐỀ BÀI 3: KHẢO SÁT CHUYỂN ĐỘNG CỦA VẬT TRÊN MẶT PHẲN NGHIÊNG XÁC ĐỊNH HỆ SỐ MA SÁT I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM Vận dụng phương pháp động lực học để khảo sát tác dụng lực ma sát vật chuyển động mặt phẳng nghiêng Đo hệ số ma sát nghỉ cực đại, hệ số ma sát trượt, so sánh giá trị thu từ thực nghiệm II CƠ SỞ LÝ THUYẾT Phương pháp động lực học a Cho vật nằm mặt phẳng nghiêng P, với góc nghiêng so với mặt nằm ngang Khi nhỏ , vật nằm yên P, không chuyển động Tăng dần độ nghiêng, đạt giá trị 0 vật bắt đầu chuyển động trượt xuống với gia tốc a Đại lượng: 0 = tan 0 (1) có giá trị hệ số ma sát nghỉ cực đại b Khi 0 , vật trượt nhanh dần với gia tốc a, độ lớn a phụ thuộc góc nghiêng hệ số - gọi hệ số ma sát trượt: a = g.(sin - cos ) Thực nghiệm cho thấy, hầu hết trường hợp m 0 Bằng cách đo a, ta xác định hệ số ma sát trượt : 20 (2) ... phạm Vật lý thuận tiện học học phần Thí nghiệm Vật lí phổ thơng, tơi tiến hành biên soạn giảng Thí nghiệm Vật lí phổ thơng Nội dung giảng gồm chủ đề Trong chủ đề giảng gồm nhiều thí nghiệm: thí. .. nghiệm: thí nghiệm thực hành, thí nghiệm kiểm chứng, thí nghiệm biểu diễn Mỗi thí nghiệm bố cục theo thứ tự: mục đích thí nghiệm, sở lí thuyết, dụng cụ thí nghiệm, trình tự tiến hành thí nghiệm, ... án thí nghiệm thường sử dụng phổ thông, dụng cụ thiết bị Qua sinh viên có kĩ lựa chọn phương án, dụng cụ thí nghiệm, khắc phục khó khăn, vận dụng linh hoạt thí nghiệm vào giảng dạy trường phổ thông