Thí Nghiệm_Bao toan dong luong trem dem khi.doc

Thí nghiệm vật lý nghiệm định luật bảo toàn Động lợng trên đệm không khí Dụng cụ : 1.. Chú ý : Giữ nguyên vị trí cân bằng này của đệm không khí trong suốt quá trình thí nghiệm... Trình

Thí nghiệm vật lý

nghiệm định luật bảo toàn Động lợng

trên đệm không khí

Dụng cụ : 1 Đệm không khí và giá đỡ có thớc thẳng milimét và các vít điều chỉnh cân bằng ; 2 Bơm nén khí và ống dẫn khí ; 3 Hai xe trợt có bản chắn sáng (hình chữ U); 4 Bốn đầu va chạm đàn hồi có vòng lò xo lá; 5 Hai đầu va chạm mềm có vải gai móc dính ; 6 Bộ quả gia trọng 2x50g và 2x100g ; 7 Hai máy đo thời gian hiện số kiểu MC-963 ; 8 Hai đầu cảm biến

I Cơ sở lý thuyết

1 Định luật bảo toàn động lợng

Một vật, chịu tác dụng của lực, sẽ chuyển động có gia tốc (Hình 1) Theo định luật Newton

nghịch với khối lợng m của vật đó :

m

F

a =

(1)

m a = F (2)

Phơng trình (2) gọi là phơng trình cơ bản của động lực học chất điểm, nó cũng đúng đối với vật

rắn chuyển động tịnh tiến Từ phơng trình này ta suy ra hệ quả sau : nếu lực tổng hợp tác dụng

dt

dv

Vận tốc của vật chuyển động thẳng đều có trị số bằng :

v = s

t = const (3) F 2 A B F 1

dt

dK

dt

d m v

1

dt

d m v

2

Cộng vế với vế của hai phơng trình trên , ta đợc :

a F

m

Hình 1

dK

dt

dK dt

d m v dt

d m v

1 2

dt

1 2

K 1+K 2 =m v 1 1 +m v 2 2 =const (5)

Công thức (5) gọi là định luật bảo toàn động lợng và phát biểu nh sau : " Tổng động lợng

của hệ vật cô lập bảo toàn "

i

n

=

∑

1

(6) Chú ý : Đối với hệ vật không cô lập, nhng tổng hợp các ngoại lực tác dụng lên hệ vật triệt tiêu thì tổng động lợng của hệ vật cũng bảo toàn

2 Quá trình va chạm giữa hai vật

ngang với vận tốc tới va chạm xuyên tâm vào nhau Khi đó tổng hợp các ngoại lực (gồm trọng lực và phản lực của mặt giá đỡ) tác dụng lên hệ vật triệt tiêu, nên theo (5), tổng động lợng của

Xét hai trờng hợp :

m v 1 1 / +m v 2 2 / =m v 2 2 (8)

( m1 + m2) ⋅ v ′ = m1v1+ m2v2 (9)

( m1 + m2) ⋅ v ′ = m1v1 (10)

Trong thí nghiệm này, ta nghiệm lại định luật bảo toàn động lợng đối với quá trình va chạm

đàn hồi và va chạm mềm giữa hai xe trợt trên đệm không khí (Hình 3)

Thiết bị đệm không khí gồm một hộp H bằng kim loại (dài khoảng 1200 cm), một đầu bịt kín

và đầu còn lại nối thông với một bơm nén không khí P Hộp H có dạng hình mái nhà và trên mặt

chuyển động trên mặt hộp H

T

C1 C2 m/

Đ1 Đ2

P

X1 V1 X2 V2 H

máy đo thời gian máy đo thời gian

mc - 963 mc - 963

Hình 3 Khi cho bơm nén P thổi không khí vào trong hộp H, các luồng không khí nén thoát ra từ các

đệm không khí, ngời ta dùng hai máy đo thời gian

hiện số MC-963 (Hình 4) để đo khoảng thời gian

II Trình tự thí nghiệm

1 Điều chỉnh đệm không khí nằm cân bằng thẳng ngang

a Lắp thêm vào mỗi đầu của hộp H một đầu va chạm đàn hồi có vòng lò xo lá Đặt hai cảm

Cắm phích lấy điện của hai máy đo thời gian MC-963 vào nguồn điện ~220V Bấm khóa K

chuyển mạch chọn cách đo "MODE" sang vị trí n = N/2 Gạt núm chuyển mạch chọn thang đo

"TIME RANGE" sang vị trí 9,999 s

chỉnh cân bằng thẳng ngang

hiện thị trên cửa sổ "tIME" trở về trạng thái "0" ; - Đẩy xe trợt X1 đi qua hai cảm biến Đ1 Đ2 với vận

khoảng thời gian chắn sáng trên hai máy đo thời gian hiện số MC-963 bằng nhau (hoặc chênh nhau

không khí đã cân bằng thẳng ngang

Chú ý : Giữ nguyên vị trí cân bằng này của đệm không khí trong suốt quá trình thí nghiệm.

máy đo thời gian MC - 963

0 0 0 0 0 0 A+B A↔B n=N-1 Time B n=50

A n= N/2 mode 9,999 99,99

A B RESET time range K

Hình 4

2 Khảo sát quá trình va chạm đàn hồi

Bấm nút "RESET" của hai máy đo thời gian MC-963 để các số chỉ thị trên cửa sổ "TIME" chuyển về trạng thái "0 ”

hai lần (trớc và sau va chạm) thì t1′ = t − t1 Đọc và ghi vào bảng 1 các giá trị t1 , t1/ và t2/

1

s

t

1 1

/ /

t

2 2

/ /

để tính các vận tốc v1 , v1′ , v2′ Chú ý xác định chiều (+ hoặc -) của các vận tốc v1 , v1′ , v2′

Định luật bảo toàn động lợng sẽ đợc nghiệm đúng, nếu tổng đại số các động lợng sau va

M v1 1 / + M v2 2 / = M v2 2 (12)

tr-ợt X2

3 Khảo sát quá trình va chạm mềm (không đàn hồi)

gian MC-963 để các số hiện trên cửa sổ "THời GIAN" chuyển về trạng thái "0"

1

s

t

1 / = 2 / = / = / (13)

Định luật bảo toàn động lợng sẽ đợc nghiệm đúng, nếu tổng động lợng sau va chạm của hai

( M1′ + M2′ ) v ′ = M1′ v1 (14)

4 Đọc và ghi các số liệu sau đây vào bảng 1 và bảng 2 :

III Câu hỏi kiểm tra

1 Phát biểu định luật bảo toàn động lợng

2 Phân biệt các quá trình va chạm đàn hồi và va chạm mềm (không đàn hồi) giữa hai vật

3 Mô tả nguyên tắc hoạt động của thiết bị đệm không khí và phơng pháp đo khoảng thời gian chuyển động của các xe trợt trên đệm không khí bằng máy đo thời gian hiện số MC-963 với các cảm biến thu-phát quang điện hồng ngoại

4 Trình bày phơng pháp nghiệm định luật bảo toàn động lợng trong các quá trình va chạm

đàn hồi giữa hai xe trợt trên đệm không khí

5 Trình bày phơng pháp nghiệm định luật bảo toàn động lợng trong các quá trình va chạm mềm (không đàn hồi) giữa hai xe trợt trên đệm không khí

6 Trớc khi tiến hành thí nghiệm này, tại sao cần phải điều chỉnh đệm không khí nằm cân bằng thẳng ngang ?

8 Hiện tợng nội ma sát (hay ma sát nhớt) trong lớp đệm không khí có ảnh hởng đối với kết quả thí nghiệm không ? Tại sao ?

Báo cáo thí nghiệm nghiệm định luật bảo toàn động lợng

trên đệm không khí

Xác nhận của thày giáo

Trờng Đại học Bách khoa Hànội

Lớp Tổ

Họ tên

I Mục đích thí nghiệm

II kết quả thí nghiệm

1 Nghiệm định luật bảo toàn động lợng đối với va chạm đàn hồi

Bảng 1

m 1= ± (kg)

m 2 = ± (kg)

m / = ± (kg)

s = ± (mm)

m01 = ± (kg)

m02 = ± (kg)

m 11 = ± (kg)

m 21 = ± (kg) Lần đo

v 1 = 0

(m/s)

t 2

(s)

v 2

(m/s)

t 1 /

(s)

v 1 /

(m/s)

t 2 /

(s)

v 2 /

(m/s)

1

2

3

a Tính tổng động lợng của hệ hai xe X 1 và X 2 trong va chạm đàn hồi

Lần đo

K = M 2 v 2

(kg.m/s)

K / = M 1 v 1 / + M 2 v 2 /

K

2

3

b Kết luận Trong va chạm đàn hồi, định luật bảo toàn động lợng đợc nghiệm

với độ sai lệch tỷ đối δ = %

2 Nghiệm định luật bảo toàn động lợng đối với va chạm mềm

Bảng 2

m 1= ± (10-3 kg)

m 2 = ± (10-3 kg)

m / = ± (10-3 kg)

s = ± (mm)

m01 = ± (kg)

m02 = ± (kg)

m11′ = ± (10-3 kg)

m22′ = ± (10-3 kg)

Lần đo

v 1 = 0 (m/s)

t 2

(s)

v 2

(m/s)

t /

(s)

v 1 / = v 2 / = v /

(m/s)

1

2

3

a.Tính tổng động lợng của hệ hai xe X 1 và X 2 trong va chạm mềm :

Lần đo

K = M 2 / v 2

(kg.m/s)

K / = ( M 1 / +M 2 / ).v /

K

1

2

3

b Kết luận : Trong va chạm mềm, định luật bảo toàn động lợng đợc nghiệm

với độ sai lệch tỷ đối δ = %

Thí nghiệm vật lý

nghiệm định luật newton thứ hai

trên đệm không khí

Dụng cụ : 1 Đệm không khí và giá đỡ có thớc thẳng milimét và các vít điều chỉnh cân bằng ; 2 Bơm nén khí và ống dẫn khí ; 3 Xe trợt có bản chắn sáng hình chữ I ; 4 Hai đầu va chạm đàn hồi có vòng lò xo lá; 5 Ròng rọc nhỏ và giá đỡ ; 6 Cốc nhựa nhỏ có dây treo ; 7 Hộp quả cân 0ữ200g ; 8 Bộ gia trọng 2x50g và 2x100g ; 9 Hai máy đo thời gian hiện số MC-963 ; 10

I Cơ sở lý thuyết

Một vật, chịu tác dụng của lực, sẽ chuyển động có gia tốc (Hình 1) Theo định luật Newton

nghịch với khối lợng m của vật đó :

a = F

0

dt

dv

thẳng đều có trị số bằng :

v = s

t = const (2) với s là đoạn đờng vật đi đợc trong khoảng thời gian t

nhỏ R và nối với xe trợt X (Hình 2)

M R

m B d A

a F

m

Hình 1

Hình 2

m M

mg m

M

P a

+

= +

d 2

v v a

2 A

2

Trong thí nghiệm này, ta có thể nghiệm lại định luật Newton thứ hai bằng cách khảo sát

chuyển động thẳng nhanh dần đều của xe trợt X trên đệm không khí (Hình 3)

Thiết bị đệm không khí gồm một hộp H bằng kim loại (dài khoảng 1200 cm), một đầu bịt kín

và đầu còn lại nối thông với một bơm nén không khí P Hộp H có dạng hình mái nhà và trên mặt

T

C1 m/ Đ1 Đ2

R

P

X1 V1 V2 H

m

máy đo thời gian máy đo thời gian

mc - 963 mc - 963

Hình 3 Khi cho bơm nén P thổi không khí vào trong hộp H, các luồng không khí nén thoát ra từ các

máy đo thời gian MC - 963

0 0 0 0 0 0 A+B A↔B n=N-1 Time B n=50

A n= N/2 mode 9,999 99,99

A B RESET time range K

Hình 4

Nếu xe X1 chuyển động thẳng đều, vận tốc của nó sẽ tính theo công thức (2) với s là độ rộng

II Trình tự thí nghiệm

1 Điều chỉnh đệm không khí nằm cân bằng thẳng ngang

a Lắp thêm vào mỗi đầu của hộp H một đầu va chạm đàn hồi có vòng lò xo lá Đặt hai cảm

Cắm phích lấy điện của hai máy đo thời gian MC-963 vào nguồn điện ~220V Bấm khóa K

chuyển mạch chọn cách đo "MODE" sang vị trí A (ở tận cùng bên trái) Gạt núm chuyển mạch chọn thang đo "TIME RANGE" sang vị trí 9,999 s

ngang

hiện thị trên cửa sổ "tIME" trở về trạng thái "0" ; - Đẩy xe trợt X1 đi qua hai cảm biến Đ1 Đ2 với vận

ms

40

30

đệm không khí là thẳng đều và đệm không khí đã cân bằng thẳng ngang

Chú ý : Giữ nguyên vị trí cân bằng này của đệm không khí trong suốt quá trình thí nghiệm.

2 Xác định gia tốc a của xe trợt X1 chuyển động trên đệm không khí

hộp H đối diện với đầu có lắp ròng rọc R nh hình 3 Chú ý thao tác nhẹ nhàng và không treo

các vật hoặc các quả cân có khối lợng lớn hơn 20 gam vào ròng rọc R để tránh làm gãy hỏng kim nhọn ở hai đầu trục quay của nó.

Bấm nút "RESET" của hai máy đo thời gian MC-963 để các số chỉ thị trên cửa sổ "TIME" chuyển về trạng thái "0 ”

h-ớng thẳng đứng xuống dới, với g là gia tốc trọng trờng tại phòng thí nghiệm Đọc và ghi vào

A

s

B

s

v = (5)

c Thực hiện 5 lần động tác II.2b bằng cách tăng dần số lợng quả cân đựng trong cốc nhựa m 0 ,

mỗi lần lại bỏ thêm vào 1 quả cân 2 gam Khi đó khối lợng của cốc nhựa và các quả cân 2 gam

3 Nghiệm lại định luật Newton thứ hai

a Dùng cân kỹ thuật (có giới hạn đo 0 ữ 500gam và độ chính xác 0,5 ữ1,0 gam) để xác định lần lợt khối lợng của các phần trong hệ vật Đọc và ghi vào bảng 1 các giá trị sau đây :

Ghi chú : Cũng có thể cho biết sẵn giá trị các khối lợng m•, m/ và m 0 trên bàn thí nghiệm.

m M

g m ) n 2 m ( ) m 2 m (

g ).

n 2 m ( a

0

0

+

= +

+

′ +

+

=

a

a a a

a

≤

′

−

′

=

′

hai đã đợc nghiệm đúng.

III Câu hỏi kiểm tra

1 Phát biểu và viết công thức của định luật Newton thứ hai Nêu rõ đơn vị đo của các đại lợng vật lý có trong công thức của định luật này

2 Trình bày phơng pháp nghiệm lại định luật Newton thứ hai trên đệm không khí Phân tích các lực tác dụng lên hệ vật ta xét, đồng thời dựa vào định luật Newton thứ hai để chứng minh

3 Trớc khi tiến hành thí nghiệm này, tại sao cần phải điều chỉnh đệm không khí nằm cân bằng thẳng ngang ?

4 Hiện tợng nội ma sát (hay ma sát nhớt) trong lớp đệm không khí có ảnh hởng đối với kết quả thí nghiệm không ? Tại sao ?

6 So sánh giá trị sai số tơng đối

a

a a a

a ′ −

=

′

hay giảm khi tăng lực kéo P ? Giải thích tại sao ?

Báo cáo thí nghiệm

nghiệm định luật Newton thứ hai

trên đệm không khí

Xác nhận của thày giáo

Trờng Đại học Bách khoa Hànội

Lớp Tổ

Họ tên

I Mục đích thí nghiệm

II kết quả thí nghiệm

1 Bảng 1

- Khối lợng của xe trợt : m• = ± (kg)

- Khối lợng của gia trọng : m / = ± (kg)

- Khối lợng của cốc nhựa : m0= ± (kg)

- Độ rộng của bản chắn sáng C1 : s = ± (mm)

- Khoảng cách giữa A và B : d = ± (mm)

t

(s)

A

v

(m/s)

B

t

(s)

B

v

(m/s)

a

(m/s 2)

P

(N)

a ′

a

′

∆

1

2

3

4

5

2 Kết luận

Định luật Newton thứ hai

(đã đợc nghiệm đúng hoặc không nghiệm đúng)