TRƯỜNG THPT VẬT LÝ 10 - KNTT CHƯƠNG II ĐỘNG HỌC BÀI 11 THỰC HÀNH: ĐO GIA TỐC RƠI TỰ DO I TÓM TẮT KIẾN THỨC TRỌNG TÂM Dụng cụ thí nghiệm: - Máng đứng có gắn dây dọi (1) - Vật thép hình trụ (2) - Nam châm điện (3) - Cổng quang điện (4) - Giá đỡ có đế chân, có vít chỉnh cân bằng.(5) - Đồng hồ đo thời gian số (6) - Cơng tắc kép (7) Thiết kế phương án thí nghiệm: 2s g t - Xác định gia tốc rơi tự theo công thức - Để xác định gia tốc rơi tự trụ thép cần đo quãng đường rơi thời gian rơi trụ thép - Sử dụng Mode A B đồng hồ số để đo thời gian vật rơi từ A đến B Tiến hành thí nghiệm: - Đặt trụ thép vị trí tiếp xúc với nam châm điện N bị giữ lại - Nhấn nút reset đồng hồ để chuyển số hiển thị giá trị ban đầu 0.000 - Nhấn nút hộp công tắc kép để ngắt điện vào nam châm điện: Trụ thép rơi xuống chuyển động qua cổng quang điện - Ghi lại giá trị thời gian hiển thị đồng hồ vào bảng - Dịch chuyển cổng quang điện xa dần nam châm điện, thực lại thao tác bốn lần Ghi giá trị thời gian t tương ứng với quãng đường s vào bảng Quãng Lần đo thời gian đường Lần Lần Lần Lần Lần s1 s2 s3 s4 s5 - Tính giá trị g , D g , g viết kết phép đo gia tốc rơi tự g1 + g + + g5 D g +D g + +D g5 Dg = 5 ; D g1 = g - g1 D g = g - g Với ; ;… Kết phép đo: g = g ±D g g= II PHÂN LOẠI BÀI TẬP: Dạng Các bước tiến hành thí nghiệm 1.1: Phương pháp giải: Tiến hành thí nghiệm: - Đặt trụ thép vị trí tiếp xúc với nam châm điện N bị giữ lại - Nhấn nút reset đồng hồ để chuyển số hiển thị giá trị ban đầu 0.000 - Nhấn nút hộp công tắc kép để ngắt điện vào nam châm điện: Trụ thép rơi xuống chuyển động qua cổng quang điện - Ghi lại giá trị thời gian hiển thị đồng hồ vào bảng Trang TRƯỜNG THPT VẬT LÝ 10 - KNTT - Dịch chuyển cổng quang điện xa dần nam châm điện, thực lại thao tác bốn lần Ghi giá trị thời gian t tương ứng với quãng đường s vào bảng 1.2 Bài tập minh hoạ Bài Các vật rơi tự chuyển động nhanh, làm đo gia tốc rơi tự vật Hướng dẫn giải: Ta đo gia tốc rơi tự qua phương pháp đo gián tiếp: - Đo thời gian rơi tự vật - Đo quãng đường từ lúc vật bắt đầu rơi dừng chuyển động rơi 2s g t để tìm gia tốc rơi tự - Sử dụng công thức Bài Em điền tương ứng tên gọi dụng cụ với số đánh hình - Cơng tắc điều khiển kép - Máng đứng có gắn dây dọi - Vật thép hình trụ (Vật nặng) - Nam châm điện - Cổng quang điện - Đồng hồ đo thời gian số - Giá đỡ có đế chân, có vít chỉnh cân Hướng dẫn giải: - Máng đứng có gắn dây dọi - Vật thép hình trụ (Vật nặng) - Nam châm điện - Cổng quang điện - Giá đỡ có đế chân, có vít chỉnh cân - Đồng hồ đo thời gian số - Công tắc điều khiển kép 1.3: Bài tập bổ sung Bài Em đề xuất phương án thí nghiệm khác để đo gia tốc rơi tự trụ thép ? Hướng dẫn giải: Ta sử dụng hai cổng quang điện để đo thời gian rơi tự Khi trụ thép bắt đầu vào cổng quang điện thứ đồng hồ bắt đầu đo, trụ thép qua cổng quang điện thứ hai đồng hồ kết thúc đo Dạng 2: Tính sai số phép đo 2.1 Phương pháp giải: * Nếu có đại lượng đo trực tiếp Bước 1: Tính giá trị trung bình đại lượng cần đo tiến hành phép đo nhiều lần (ít lần) A 1+ A 2+ + A n ´ A= n Bước 2: Tính sai số tuyệt đối ứng với lần đo: ´ ∆ A i=| A−A i| Bước 3: Tính sai số tuyệt đối trung bình n lần đo: Trang TRƯỜNG THPT VẬT LÝ 10 - KNTT ∆ A +∆ A2 + + ∆ A n n Sai số tuyệt đối trung bình tính cịn gọi sai số ngẫu nhiên Bước 4: Tính sai số tuyệt đối phép đo: ∆ A=∆´A+ ∆ A ht Trong đó, ∆ A ht sai số hệ thống Nếu sai số hệ thống sai số dụng cụ thường lấy nửa độ chia nhỏ dụng cụ Bước 5: Ghi giá trị phép đo: A= A´ ± ∆ A Bước 6: Tính sai số tỉ đổi phép đo: ∆A δAA = 100 % ´ A * Nếu đại lượng tính tổng hiệu đại lượng đo trực tiếp Bước 1: Tính sai số tuyệt đối phép đo trực tiếp (như trên) Bước 2: Sai số tuyệt đối tổng hay hiệu tổng sai số tuyệt đối số hạng Nếu H = X + Y – Z ∆H = ∆X + ∆Y + ∆Z * Nếu đại lượng đo gián tiếp Sai số tương đối (tỉ đối) tích thương tổng sai số tương đối (tỉ đối) thừa số: n m y Nếu F=x k δAF =m δAx + n δAy+k δAz z 2.2 Bài tập minh họa: ∆´A= Bài 1: Nêu nguyên nhân gây sai số phương án thí nghiệm lựa chọn thực Hướng dẫn giải: - Sai số dụng cụ: thước đo, đồng hồ thời gian số - Sai số ngẫu nhiên: thước đặt không thẳng đứng, bị lệch so với phương trọng lực; việc xác định vị trí ban đầu vật bị sai dùng thước đo độ dịch chuyển d khơng xác; bấm cơng tắc điện chậm khơng dứt khốt dẫn đến kết đo sai Bài 2: Một học sinh muốn xác định gia tốc rơi tự g cách thả rơi bóng từ độ cao h dùng đồng hồ để bấm thời gian rơi t bóng Sau đó, thơng qua q trình tìm hiểu, bạn sử dụng công h g.t 2 thức để xác định g Hãy nêu giải pháp giúp bạn học sinh làm giảm sai số trình thực nghiệm để thu đươc kết gần Hướng dẫn giải: Một số giải pháp phù hợp: hạn chế tác động lực cản khơng khí, thả rơi bóng nhiệt độ cao khác nhau, sử dụng đồng hồ có độ nhạy cao, thao tác bấm đồng hồ dứt khoát Bài 3: Một học sinh làm thí nghiệm xác định đo gia tốc rơi tự vật vật bảng số liệu sau Quãng Lần đo thời gian đường (m) Lần Lần Lần Lần Lần 0,4 0,285 0,286 0,284 0,285 0,286 0,6 0,349 0,351 0,348 0,349 0,350 0,8 0,404 0,405 0,403 0,404 0,403 1,0 0,451 0,452 0,452 0,451 0,450 1,2 0,494 0,495 0,494 0,494 0,493 a) Hãy tính giá trị trung bình, sai số tuyệt đối trung bình viết kết phép đo b) Dựa vào bảng số liệu vẽ đồ thị mô tả mối quan hệ s t hệ toạ độ (s; t2) Nhận xét chung dạng đồ thị mô tả mối quan hệ s t2 rút kết luận tính chất chuyển động rơi tự ? Hướng dẫn giải: a) Xử lí kết với phép đo chọn quãng đường s = 0,4 m Trang TRƯỜNG THPT Quãng đường (m) 0,4 VẬT LÝ 10 - KNTT Lần đo thời gian Lần Lần 0,284 0,285 Lần 0,285 Lần 0,286 2s 2.0, g1 t1 = 0, 2852 = 9,849 m/s2 Gia tốc lần đo thứ nhất: 2s 2.0, g2 t2 = 0, 2862 = 9,780 m/s2 Gia tốc lần đo thứ hai: Lần 0,286 2s 2.0, t3 = 0, 2842 = 9,919 m/s2 Gia tốc lần đo thứ ba: 2s 2.0, g4 t4 = 0, 2852 = 9,849 m/s2 Gia tốc lần đo thứ tư: 2s 2.0, g5 t5 = 0, 2862 = 9,780 m/s2 Gia tốc lần đo thứ năm: g3 Giá trị trung bình: g g g3 g g5 9,849 9, 780 9,919 9,849 9,870 g 5 =9,835 m/s2 Sai số tuyệt đối lần đo: g1 g g1 9,835 9,849 = 0,014 m/s2 g g g 9,835 9, 780 =0,055 m/s2 g3 g g 9,835 9,919 = 0,084 m/s2 g g g 9,835 9,849 = 0,014 m/s2 g5 g g 9,835 9, 780 =0,055 m/s2 g g g g g5 g 0, 044 Sai số tuyệt đối trung bình: m/s2 Kết quả: g = g g 9,835 0, 044 (m/s2) Ứng với quãng đường khác thực phép tính tương tự b) Vẽ đồ thị mô tả mối quan hệ s t2 Quãng đường (m) Lần đo thời gian Lần 0,4 0,285 0,6 0,349 0,8 0,404 1,0 0,451 1,2 0,494 Đồ thị mô tả mối quan hệ s t t2 (s2) 0,081 0,122 0,163 0,203 0,244 Trang TRƯỜNG THPT VẬT LÝ 10 - KNTT Nhận xét dạng đồ thị trên: có dạng đường thẳng hướng lên chứng tỏ s t có mối quan hệ tỉ lệ thuận với 2.3 Bài tập vận dụng: Bài Một học sinh thực thí nghiệm đo gia tốc rơi tự vật thu bảng giá trị sau Biết độ chia nhỏ thước đo mm Em điền giá trị thiếu vào bảng giá trị, từ viết kết đo gia tốc rơi tự vật Đại lượng Lần đo s(m) 0,2 0,4 0,5 0,6 0,8 t1(s) 0,204 0,285 0,320 0,350 0,405 t2(s) 0,203 0,286 0,322 0,352 0,407 t3(s) 0,201 0,289 0,319 0,351 0,404 t ( s) t t 2s g = t = …… ; t = ……… s 0,0005 (nửa độ chia nhỏ nhất) s = …… (tính theo cơng thức s chia s, tính giá trị trung bình) g s 2 t …… g g. g …… Ghi kết quả: g = g g = … Hướng dẫn giải: Lần đo 0,5 0,320 0,322 0,319 0,320 Đại lượng s(m) 0,2 0,4 0,6 t1(s) 0,204 0,285 0,350 t2(s) 0,203 0,286 0,352 t3(s) 0,201 0,289 0,351 0,203 0,287 0,351 t ( s) t 0,001 0,002 0,001 0,001 t 0,5% 0,5% 0,3% 0,2% 2s g = t = 9,736 ; t = 0,4% s 0,0005 (nửa độ chia nhỏ nhất) s = 0,12% (tính theo cơng thức s chia s, tính giá trị trung bình) g s 2 t 0,12% + 2.0,4% = 0,92% 0,8 0,405 0,407 0,404 0,405 0,001 0,3% g g. g 9,736.0,92% = 0,086 Ghi kết quả: g = g g = 9,736 0,086 (m/s2) III BÀI TẬP BỔ SUNG IV BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM Trang TRƯỜNG THPT VẬT LÝ 10 - KNTT Câu Trong phép đo đây, đâu phép đo trực tiếp? (1) Dùng thước đo chiều cao (2) Dùng đồng hồ đo thời gian (3) Đo gia tốc rơi tự (4) Đo vận tốc vật chạm đất A (1), (2) B (1), (2), (4) C (2), (3), (4) D (2), (4) Câu Trong phép đo đây, đâu phép đo gián tiếp? (1) Dùng thước đo chiều cao (2) Dùng đồng hồ đo thời gian (3) Đo gia tốc rơi tự (4) Đo vận tốc vật chạm đất A (1), (2) B (1), (2), (4) C (2), (3), (4) D (3), (4) Câu Từ bảng số liệu sau xác định kết phép đo Lần đo Thời gian rơi s (m) 0,050 0,101 0,102 0,100 0,104 0,103 0,200 0,202 0,203 0,204 0,201 0,200 0,450 0,305 0,306 0,308 0,304 0,304 0,800 0,404 0,405 0,406 0,402 0,402 2 A g = 9,73 0,10 m/s B g = 9,86 0,12 m/s C g = 9,8 0,20 m/s D g = 9,7 0,10 m/s2 Câu Từ bảng số liệu sau xác định kết phép đo Đại lượng Lần Lần Lần Lần Lần s (m) 0,2 0,4 0,5 0,6 0,8 t1 (s) 0,204 0,285 0,320 0,350 0,405 t2 (s) 0,203 0,286 0,322 0,352 0,407 t3 (s) 0,201 0,289 0,319 0,351 0,404 2 A g = 9,736 0,086 m/s B g = 9,736 0,863 m/s C g = 9,836 0,086 m/s D g=9,836 0,863 m/ s Bảng đáp án: 1.A 2.D 3.A 4.A Trang