Bài giảng Động học chất điểm - Bài: Khảo sát chuyển động rơi tự do. Xác định gia tốc rơi tự do

HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM VÀ THỰC HÀNH: Khảo sát chuyển động rơi tự đo gia tốc rơi tự BÀI THỰC HÀNH: Khảo sát chuyển động rơi tự Xác định gia tốc rơi tự I Mục đích: Đo thời gian rơi t vật quãng đường s khác nhau, vẽ khảo sát đồ thị s ~ t2 , để rút kết luận tính chất chuyển động rơi tự xác định gia tốc rơi tự II CƠ SỞ LÝ THUYẾT Thả vật ( trụ thép, viên bi…) từ độ cao s mặt đất, vật rơi nhanh theo phương thẳng đứng (phương song song với dây dọi ) Trong trường hợp ảnh hưởng khơng khí khơng đáng kể, vật chuyển động tác dụng trọng lực, nên coi vật rơi tự Khi vật có vận tốc ban đầu 0, chuyển động thẳng nhanh dần với gia tốc a, thỡ quãng đường s sau khoảng thời gian t ( tính từ lúc vật bắt đầu chuyển động ) xác định công thức : s = at 2 Đồ thị biểu diễn quan hệ s t2 có dạng đường thẳng qua gốc toạ độ có hệ số góc tg = a/2 III Dụng cụ cần thiết 1.Giá đỡ thẳng đứng có dây dọi ba chân vít điều chỉnh thăng 2.Trụ sắt non (bi) làm vật rơi tự 3.Nam châm điện có hộp công tắc đóng ngắt điện để giữ thả rơi vật 4.Cổng quang điện E 5.Đồng hồ thời gian số , độ chia nhỏ 0.001s 6.Thớc thẳng 800mm gắn chặt vào giá đỡ 7.Ke ba chiều để xác định vị trí đầu vật rơi Khăn vải để đỡ vật rơi IV Lắp ráp thí nghiệm 1.Nam châm điện N lắp đỉnh giá đỡ, đ ợc nối qua công tắc vào ổ A đồng hồ đo thời gian ổ A vừa cấp điện cho nam châm, vừa nhận tín hiệu từ công tắc chuyển Cổng E lắp dới, đợc nối với ổ B Sử dụng MODE đo A B, chọn thang đo 9,999s 2.Quan sát dọi, phối hợp điều chỉnh vít chân giá đỡ cho dọi nằm tâm lỗ tròn T Khi vật rơi qua lỗ tròn cổng quang điện E, chúng nằm trục thẳng đứng Khăn vải đợc đặt nằm dới để đỡ vật rơi 3.Cho nam châm hút giữ vật rơi Dùng miếng ke áp sát đáy vật rơi để xác định vị trí đầu s0 vật Ghi giá trị s0 vào bảng V Tiến hành thí nghiệm Khảo sát chuyển động rơi tự do: 1.Nới lỏng vít dịch cổng quang điện E phía dới cách s0 khoảng s = 50 mm Nhấn nút RESET mặt đồng hồ để đa thị số giá trị 0000 2.ấn nút hộp công tắc để thả vật rơi, nhả nhanh nút trớc vật rơi ®Õn cỉng quang ®iƯn E (*) Ghi thêi gian rơi vật vào bảng Lặp lại phép đo lần ghi vào bảng 3.Nới lỏng vít hÃm dịch cổng quang điện E phía dới, cách vị trí s0 khoảng s lần lợt 200mm; 450 mm; 800 mm ứng với giá trị s, thả vật rơi ghi thời gian t tơng ứng vào bảng Lặp lại lần phép ®o Chó ý : * Cỉng E chØ ho¹t ®éng đ ợc nút nhấn hộp công tắc nhả Các thao tác không chuẩn xác cho kết đo sai cần loại bỏ thực đo lại theo bớc a, b V Tiến hành thí nghiệm 2.Đo gia tốc rơi tự : 1)Nới lỏng vít dịch cổng quang điện E phía dới cách s0 mét kho¶ng s = 0,200 m Ên nót RESET mặt đồng hồ để đa thị số giá trị 0000 2)ấn nút hộp công tắc để thả vật rơi, nhả nhanh nút trớc vật rơi đến cổng quang điện E Ghi thời gian rơi vật vào bảng Lặp lại phép đo lần ghi vào bảng 3) Nới lỏng vít dịch cổng quang điện E phía dới, cách vị trí s0 khoảng s = 0,300 ; 0,400 ; 0,500 ; 0,600; 0,700 ; 0,800 m øng với khoảng cách s , thả vật rơi ghi thời gian tơng ứng vào bảng 1, lặp lại lần Kết thúc thí nghiệm : Nhấn khoá K , tắt điện đồng hồ đo thời gian sè VI Kết thÝ nghiÖm s(mm) t1 t2 t3 t4 t5 tTB s/s1 (t/t1)2 t/t1 50 0.098 0.098 0.098 0.098 0.097 0.0978 1 200 0.201 0.199 0.201 0.2 0.201 0.2004 2.0491 4.1987 450 0.3 0.3 0.3 0.302 0.3 0.3004 3.0716 9.4346 600 0.347 0.347 0.348 0.348 0.348 0.3476 12 3.5542 12.632 700 0.377 0.376 0.377 0.377 0.378 0.377 14 3.8548 14.86 800 0.403 0.402 0.403 0.403 0.402 0.4026 16 4.1166 16.946 s2 = 4s1  t2 = 2t1 s3 = 9s1  t3 = 3t1 NhËn xÐt : KÕt qu¶ cho thÊy : s ~ t2 Kết luận : Chuyển động rơi tự chuyển động nhanh dn u Lần s(mm)đo Thời gian rơi t (s) TB 50 0.098 0.097 0.098 0.098 200 0.201 0.200 0.200 0.200 450 0.301 0.302 0.301 0.301 500 0.319 0.319 0.319 0.319 600 0.349 0.349 0.350 0.349 0.403 0.402 0.403 0.403 s2 = 4s1  t2 = 2t1 NhËn xÐt : s3 = 9s1  t3 = 3t1 KÕt qu¶ cho thÊy : s ~ t2 KÕt luËn : Chuyển động rơi tự chuyển động nhanh dần dều 800 Kết TN đồ thị s = s(t) s 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 t1 0.198 0.247 0.283 0.318 0.349 0.379 t 0.199 0.247 0.284 0.318 0.349 0.379 s 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 t2 0.199 0.247 0.284 0.318 0.348 0.379 t3 0.199 0.246 0.285 0.319 0.35 0.38 t4 0.201 0.247 0.285 0.318 0.349 0.378 t 0.199 0.247 0.284 0.318 0.349 0.379 t2 g=2s/t2 0.04 10 0.061 9.836 0.081 9.877 0.101 9.901 0.122 9.836 0.144 9.722 9.862 s=s(t) S 0.8 0.6 s 0.4 0.2 t 0 0.2 0.4 v=2s/t 2.01 2.429 2.817 3.145 3.438 3.694 Kết TN đồ thị s = s(t2) s 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 t2 0.04 0.061 0.081 0.101 0.122 0.144 t1 0.198 0.247 0.283 0.318 0.349 0.379 s 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 t2 0.199 0.247 0.284 0.318 0.348 0.379 t3 0.199 0.246 0.285 0.319 0.35 0.38 0.8 t4 0.201 0.247 0.285 0.318 0.349 0.378 t 0.199 0.247 0.284 0.318 0.349 0.379 s t2 g=2s/t2 0.04 0.061 0.081 0.101 0.122 0.144 10 9.836 9.877 9.901 9.836 9.722 9.862 s=s(t2) 0.6 0.4 s 0.2 t2 0 0.1 0.2 v=2s/t 2.01 2.429 2.817 3.145 3.438 3.694 Kết TN đồ thị v = v(t) s 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 t 0.199 0.247 0.284 0.318 0.349 0.379 t1 0.198 0.247 0.283 0.318 0.349 0.379 v=2s/t 2.01 2.429 2.817 3.145 3.438 3.694 t2 0.199 0.247 0.284 0.318 0.348 0.379 t3 0.199 0.246 0.285 0.319 0.35 0.38 t4 0.201 0.247 0.285 0.318 0.349 0.378 t 0.199 0.247 0.284 0.318 0.349 0.379 t2 g=2s/t2 0.04 0.061 0.081 0.101 0.122 0.144 10 9.836 9.877 9.901 9.836 9.722 9.862 v v=v(t) t 0.2 0.4 v=2s/t 2.01 2.429 2.817 3.145 3.438 3.694 Dg 0.138 0.026 0.015 0.039 0.026 0.14 0.064