khảo sát một số loại gia tốc đo một số loại gia tốc bằng một số thiết bị có trong phòng thí nghiệm cơ nhiệt

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA SƯ PHẠM BỘ MÔN SƯ PHẠM VẬT LÝ  Tên đề tài KHẢO SÁT MỘT SỐ LOẠI GIA TỐC ĐO MỘT SỐ LOẠI GIA TỐC BẰNG MỘT SỐ THIẾT BỊ CÓ TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM CƠ NHIỆT Luận văn tốt nghiệp Ngành: SƯ PHẠM VẬT LÝ – CÔNG NGHỆ Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: ThS Lê Văn Nhạn Mai Thị Kim Thơ Mã số SV: 1117614 Lớp: Sư phạm Vật lý – Công nghệ Khóa: 37 Cần Thơ, năm 2015 Luận văn bảng tổng hợp kết thu qua trình nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm Tuy nhiên, để hoàn thành luận văn riêng tôi, mà thành công của bốn năm đại học, kết dìu dắt dạy dỗ quý thầy cô, giúp đỡ bạn bè, ủng hộ gia đình Trước tiên, xin cảm ơn gia đình ủng hộ, giúp đỡ tạo điều kiện cho học tập trường này, thực luận văn đạt thành ngày hôm Kế đến xin gởi lời cảm ơn chân thành đến thầy: ThS Lê Văn Nhạn người đưa đề tài, cung cấp tài liệu, hướng dẫn động viên suốt thời gian làm luận văn Tôi xin cám ơn thầy Trương Hữu Thành xếp phòng thí nghiệm để hoàn thành thí nghiệm cần thiết cung cấp số liệu cho luận văn Làm tăng khả thực hành thí nghiệm Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Khoa Sư Phạm tận tình giảng dạy, trang bị cho kiến thức cần thiết trình học tập Tuy cố gắng để hoàn thành luận văn, song vốn kiến thức hạn chế, nên chắn không tránh khỏi thiếu sót Rất mong thông cảm góp ý vô quý báo quý Thầy cô bạn Cần Thơ, Ngày … tháng….năm… Người viết Mai Thị Kim Thơ LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu thực Các số liệu, kết phân tích luận văn hoàn toàn trung thực chưa công bố công trình nghiên cứu trước Mọi tham khảo, trích dẫn rõ nguồn danh mục tài liệu tham khảo luận văn Cần Thơ, ngày 23 tháng 04 năm 2015 Tác giả Mai Thị Kim Thơ MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU 1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI CÁC GIẢ THUYẾT CỦA ĐỀ TÀI PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN 5.1 Phương pháp 5.2 Phương tiện CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH PHẦN NỘI DUNG PHẦN A CƠ SỞ LÝ THUYẾT…………………………………… ………………… CHƯƠNG 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN TRONG CHUYỂN ĐỘNG 1.1 Chuyển động tính tương đối chuyển động 1.2 Hệ quy chiếu 1.2.1 Lực 1.2.2 Hệ quy chiếu 1.3 Chất điểm Vị trí chất điểm Quỹ đạo chất điểm .5 1.3.1 Chất điểm 1.3.2 Vị trí chất điểm CHƯƠNG 2: CHUYỂN ĐỘNG TRONG TRƯỜNG HẤP DẪN 2.1 Chuyển động quay Trái Đất 2.2 Trường hấp dẫn Hằng số hấp dẫn 2.2.1 Trường hấp dẫn 2.2.2 Hằng số hấp dẫn 2.3 Các định luật Kepler phát định luật vạn vật hấp dẫn 10 2.4 Định luật hấp dẫn vũ trụ 11 2.5 Sự thay đổi gia tốc trọng trường theo độ cao 13 2.5.1 Lực hấp dẫn lực 13 2.5.2 Thế hấp dẫn 14 2.5.3 Thế hấp dẫn hai chất điểm 15 CHƯƠNG 3: CHUYỂN ĐỘNG RƠI TỰ DO 16 3.1 Giới thiệu khái quát rơi 16 3.2 Định nghĩa rơi tự 18 3.3 Khái niệm gia tốc trọng trường phương trình chuyển động chất điểm rơi tự 18 i 3.3.1 3.3.2 3.3.3 Khái niệm gia tốc trọng trường 18 Phương trình chuyển động rơi tự chất điểm 19 Những đặc điểm chuyển động với gia tốc rơi tự g 19 CHƯƠNG 4: CHUYỂN ĐỘNG THẲNG 22 4.1 Khái niệm độ dịch chuyển (độ dời) 22 4.2 Vận tốc 22 4.2.1 Vận tốc trung bình 23 4.2.2 Vận tốc tức thời 23 4.2.3 Định lý cộng vận tốc chuyển động thẳng 24 4.3 Gia tốc 25 4.3.1 Gia tốc trunh bình 25 4.3.2 Gia tốc tức thời 26 4.4 Chuyển động thẳng 27 4.4.1 Định nghĩa 27 4.4.2 Phương trình chuyển động chất điểm chuyển động thẳng đều:…………………… 27 4.4.3 Chuyển động thẳng với gia tốc không đổi 27 CHƯƠNG 5: CHUYỂN ĐỘNG CONG 30 5.1 Vận tốc vận tốc trung bình 30 5.2 Gia tốc gia tốc trung bình 31 5.3 Chuyển động tròn 31 5.3.1 Vận tốc góc 32 5.3.2 Liên hệ vận tốc góc vận tốc dài 33 5.3.3 Gia tốc góc 33 5.3.4 Chuyển động tròn đều: 35 CHƯƠNG CHUYỂN ĐỘNG QUAY CỦA VẬT RẮN QUANH MỘT TRỤC CỐ ĐỊNH 37 6.1 Vận tốc góc 37 6.2 Gia tốc góc 37 6.3 Chuyển động quay biến đổi vật rắn quay quanh trục cố định 38 6.4 Các hệ thức liên hệ vận tốc góc, gia tốc góc với vận tốc dài, gia tốc dài điểm vật rắn 39 6.5 Công thức tính mômen quán tính vật rắn 41 PHẦN B: MỘT VÀI THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT GIA TỐC 43 XÁC ĐỊNH GIA TỐC TRONG TRƯỜNG BẰNG CON LẮC THUẬN NGHỊCH 43 1.1 Mục đích 43 1.2 Cơ sở lý thuyết 43 1.2.1 Con lắc vật lý 43 1.2.2 Con lắc thuận nghịch 45 ii 1.3 Thiết bị thí nghiệm 45 1.4 Các bước tiến hành 45 1.5 Kết thí nghiệm 46 THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH GIA TỐC RƠI TỰ DO 47 2.1 Mục đích 47 2.2 Phương án thí nghiệm 48 2.3 Hướng dẫn bước thực hành 48 2.4 Kết thí nghiệm: 50 LỰC HƯỚNG TÂM 51 3.1 Mục đích 51 3.2 Cơ sở lý thuyết: 51 3.3 Thiết bị thí nghiệm 52 3.4 Hướng dẫn bước thực hành 52 3.5 Kết thí nghiệm: 53 HIỆU ỨNG HỒI CHUYỂN 54 4.1 Mục đích 54 4.2 Cơ sở lý thuyết 54 4.3 Thiết bị thí nghiệm 56 4.4 Hướng dẫn bước thực hành thí nghiệm 56 4.5 Kết thí nghiệm: 57 PHẦN KẾT LUẬN 58 Tài liệu tham khảo iii Luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS Lê Văn Nhạn PHẦN MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Con người tìm tòi không ngừng tìm hiểu, nghiê cứu khảo sát vật tượng Sau tìm cách giải thích vật tượng Có nhiều thuyết đưa ra, có số công nhận, số thuyết lại lỗi thời, trùng lặp phần lớn thuyết mang đậm tính triết lý chưa qua bước kiểm chứng phù hợp thực tế.Vật lý học môn học nhằm giải thích tượng có sẵn tự nhiên.Và chia làm hai hướng: Vật lý lý thuyết vật lý thực nghiệm Các nhà lý thuyết xây dựng phát triển lý thuyết để giải thích cho kết thực nghiệm dự đoán cho kết tương lai Trong đó, nhà thực nghiệm xây dựng thiết lập thí nghiệm kiểm chứng để khám phá tượng hay kiểm tra tính đắn dự đoán lý thuyết Mặc dù ngành lý thuyết thực nghiệm phát triển cách độc lập nhau, song hai nghành lại có mối quan hệ mật thiết với Từ lý thuyết dẫn đường đến thực nghiệm, thông qua thực nghiệm kiểm tra tính đắn lý thuyết, bác bỏ tư tưởng sai lầm mang tính triết lý, giúp cho định luật Vật Lý có tính thuyết phục Đặc biệt, xu dạy học Vật Lý đưa thực nghiệm vào giảng dạy từ bậc phổ thông đến bậc đại học Do đó, sinh viên Trường ngành sư Phạm, thực hành Vật Lý đại cương có vai trò, ý nghĩa quan trọng như:  Khảo sát tượng, kiểm nghiệm số định luật học giáo trình Vật Lý đại cương  Làm quen biết cách sử dụng dụng cụ, máy thông thường Kỹ kinh nghiệm sử dụng thiết bị thí nghiệm bổ ích công tác nghiên cứu khoa học giảng dạy sau  Biết phương pháp nghiên cứu làm công tác thực nghiệm Vật Lý (xác định mục đích tiến hành thí nghiệm, phương pháp đo, lựa chọn dụng cụ, xử lý số liệu, phân tích độ xác kết đo,…)  Rèn luyện tác phong đức tính cần thiết người nghiên cứu khoa học thực nghiệm: Cần cù, nhẫn nại, khách quan, trung thực Với mong muốn trao dồi kỹ thực hành thí nghiệm nắm vững lý thuyết dạng chuyển động thường gặp đời sống, mạnh dạn chọn đề tài: “Khảo sát số loại gia tốc Đo số loại gia tốc số thiết bị có phòng thí nghiệm nhiệt”.Qua đề tài cố gắng tìm hiểu, thực hành hy vọng hiểu rõ dạng chuyển động đặc điểm gia tốc dạng chuyển động Hơn nữa, tiếp xúc thực hành với nhiều dụng cụ hội để trao dồi khả sử dụng dụng cụ thí nghiệm SVTH: Mai Thị Kim Thơ Trang SP Vật lý – Công nghệ K37 Luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS Lê Văn Nhạn Qua đó, hy vọng có thêm nhiều kiến thức, kỹ năng, kinh nghiệm để phục vụ cho việc giảng dạy nghiên cứu sau MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI Khảo sát số loại gia tốc Thực hành đo số loại gia tốc số thiết bị có phòng thí nghiệm GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI Do thời gian dụng cụ thực có giới hạn nên khảo sát vài loại gia tốc thường gặp, tương đối dễ dàng thực hiện, sát với kiến thức học Cụ thể tiến hành đo: gia tốc trọng trường, gia tốc rơi tự do, gia tốc chuyển động tròn đều, gia tốc chuyển động nhanh dần CÁC GIẢ THUYẾT CỦA ĐỀ TÀI Nghiên cứu sơ lược loại gia tốc, dạng chuyển động Qua chứng tỏ gia tốc trường hợp chuyển động khác khác PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN 5.1 Phương pháp Nghiên cứu lý thuyết vấn đề liên quan dạng chuyển động gia tốc dạng chuyển động Tiến hành thực nghiệm đo gia tốc dạng chuyển động 5.2 Phương tiện Các dụng cụ thí nghiệm hãng Phywe thiết bị có sẵn phòng thí nghiệm nhiệt CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH  Bước 1: Tìm hiểu đề tài tài liệu liên quan  Bước 2: Nghiên cứu lý thuyết  Bước 3: Tìm hiểu lắp ráp dụng cụ thí nghiệm  Bước 4: Tiến hành đo đạc, lấy số liệu  Bước 5: Phân tích, xử lý số liệu  Bước 6: Hoàn thành đề tài SVTH: Mai Thị Kim Thơ Trang SP Vật lý – Công nghệ K37 Luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS Lê Văn Nhạn PHẦN NỘI DUNG PHẦN A CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN TRONG CHUYỂN ĐỘNG 1.1 Chuyển động tính tương đối chuyển động Các vật tự nhiên biến đổi theo thời gian Chẳng hạn vật chuyển động vật kia, chất trạng thái chuyển sang trạng thái khác, chất có biến đổi hóa học, thực vật động vật sinh ra, lớn lên chết đi… Vật chất phát triển biến đổi không ngừng, ta thường nói, luôn vận động Dạng vận động đơn giản vật chất chuyển động học Chuyển động học vật thể dịch chuyển tương đối vật thể vật thể khác không gian theo thời gian Đối với vật chuyển động, hai người quan sát đứng hệ gắn với vật mốc khác nhận thấy hai chuyển động khác Người ta nói chuyển động có tính tương đối VD: Ta hình dung người ngồi ôtô chuyển động Có thể nói chuyển động người ? Người lái xe bảo người không chuyển động (ngồi yên xe) Người đứng bên đường nhìn xe qua nói người chuyển động xa dần chỗ Chuyển động học nhánh học cổ điển, có mục đích mô tả chuyển động vật thể bỏ qua nguyên nhân dẫn đến chuyển động Không nên nhầm lẫn chuyển động học với động lực học học cổ điển (nghiên cứu mối quan hệ chuyển động vật thể nguyên nhân gây chuyển động đó), vốn chia làm động học (nghiên cứu mối quan hệ ngoại lực chuyển động), tĩnh học (nghiên cứu tương quan hệ thống mức cân bằng) Chuyển động học khác với động lực học vật lí đại, vốn dùng để mô tả thay đổi hệ thống theo thời gian Thuật ngữ "chuyển động học" ngày dùng so với khứ, có vai trò định vật lí "Chuyển động học" dùng sinh học sinh động học Ứng dụng đơn giản chuyển động học chuyển động tịnh tiến chuyển động tròn chất điểm Phức tạp chuyển động vật thể rắn, tập hợp chất điểm mà khoảng cách chúng không đổi theo thời gian Vật thể rắn chuyển động tịnh tiến, chuyển động tròn, hay hai lúc Phức tạp chuyển động nhóm vật thể rắn, liên kết mối nối học SVTH: Mai Thị Kim Thơ Trang SP Vật lý – Công nghệ K37 Luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS Lê Văn Nhạn 1.2 Hệ quy chiếu Thế giới vật chuyển động Ngay vật tưởng chừng đứng yên, đường chuyển động với quay trái đất, với quỹ đạo trái đất quanh mặt trời, với quỹ đạo mặt trời quanh tâm dải ngân hà, với di chuyển thiên hà với thiên hà khác Việc xếp loại so sánh chuyển động thường gặp khó khăn Nói cho đúng, bạn đo bạn so sánh nào? Trong học, hệ quy chiếu hệ tọa độ, dựa vào vị trí điểm vật thể vị trí vật thể khác xác định, đồng thời có đồng hồ đo thời gian để xác định thời điểm kiện.[2] Cùng kiện vật lý, ta thay đổi hệ quy chiếu vị trí thời gian xảy khác Khi thay đổi hệ quy chiếu việc ghi nhận thời gian vị trí thay đổi Tuy nhiên, chênh lệch thời gian kiện học cổ điển "bất biến", không phụ thuộc vào hệ quy chiếu Thời gian học cổ điển gọi thời gian tuyệt đối Cũng vậy, khoảng cách điểm không gian học cổ điển không thay đổi với biến đổi hệ quy chiếu Việc thay đổi ghi nhận vị trí học cổ điển dẫn đến việc vận tốc, gia tốc, động lượng loại lực hay đại lượng vật lý phụ thuộc vào vận tốc hay vị trí mang "tính tương đối" phép biến đổi hệ quy chiếu Đặc biệt, tính tương đối lực trước biến đổi hệ quy chiếu giúp phân loại lực hệ quy chiếu làm hai loại 1.2.1 Lực Các lực mà vật thể chịu tác động không phụ thuộc vào hệ quy chiếu (ví dụ lực phụ thuộc vào khoảng cách, đại lượng không thay đổi hệ quy chiếu thay đổi) có phụ thuộc vào hệ quy chiếu (ví dụ lực từ, phụ thuộc vào vận tốc hạt mang điện) Có thể phân loại lực làm hai theo tính chất tương đối chúng Các lực mà không phụ thuộc vào biến đổi hệ quy chiếu, không biến phép biến đổi hệ quy chiếu quy lực Các lực mà phụ thuộc biến đổi hệ quy chiếu tìm hệ quy chiếu mà lực biến gọi lực quán tính 1.2.2 Hệ quy chiếu Hệ quy chiếu học cổ điển phân hai loại, hệ quy chiếu quán tính hệ quy chiếu phi quán tính  Hệ quy chiếu quán tính định nghĩa hệ quy chiếu không xuất lực quán tính (Có định nghĩa khác: Hệ quy chiếu quán tính hệ quy chiếu mà chuyển động hạt tự (hạt không chịu tác động lực nào) chuyển động thẳng đều) Điều có nghĩa lực tác động lên vật thể hệ quy chiếu quy lực Theo định luật thứ Newton không bao hàm lực quán tính, vật hệ quy chiếu quán tính giữ SVTH: Mai Thị Kim Thơ Trang SP Vật lý – Công nghệ K37 Luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS Lê Văn Nhạn l'  I mr  (l  r )  l m I0 (1.7) Vậy lắc dao động quanh O’, độ dài rút gọn l chu kỳ dao động vần T dao động quanh O Người ta áp dụng tính chất để xác định gia tốc trọng trường g thay đổi g vị trí khác Trái Đất 1.2.2 Con lắc thuận nghịch Con lắc thuận nghịch lắc nặng dao động quanh trục hai bên khối tâm G, có hai vị trí nằm khác lắc để dao động với chu kỳ Chu kỳ tính công thức tương tự lắc đơn với chiều dài l khoảng cách trục  Điều kiện để lắc nặng thành lắc thuận nghịch - Khối tâm G nằm đường thẳng qua hai trục dao động khoảng trục - Ứng với chu kỳ, ta có hai vị trí trục quay hai bên khối tâm - Con lắc thuận nghịch dùng phòng thí nghiệm lắc có nặng cố định khối tâm đối xứng qua dài Hai vị trí có chu kỳ T hai bên nặng Vì lắc có tính đối xứng nên ta tìm hai vị trí bên nặng - Tổng khoảng cách hai vị trí khối tâm G chiều dài rút gọn l lắc giống ta trình bày phần Giả sử goi r1, r2 khoảng cách từ khối tâm đến trục quay, ta có: L = r1 + r Ta có công thức: T  2 l 4 g l g T (1.8) Nếu đo l T cách xác, ta tìm g cách xác theo công thức 1.3 Thiết bị thí nghiệm - Trục dao động (gắn tường) - Con lắc thuận nghịch - Thời kế - Thước dài 1.4 Các bước tiến hành  Bước 1: Đo khoảng cách từ khối tâm đến lỗ (trục quay), xác định khoảng cách r điền vào bảng 1.1 (đo từ ra, lỗ thứ 2) SVTH: Mai Thị Kim Thơ Trang 45 SP Vật lý – Công nghệ K37 Luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS Lê Văn Nhạn  Bước 2: Treo lắc lên trục quay cố định, để khảo sát ta cho lắc dao động quanh trục dao động Mặt phẳng dao động phải nằm mặt phẳng thẳng đứng Không lắc chạm vào giá đỡ trục dao động  Bước 3: Kéo lắc lệch khỏi vị trí cân góc nhỏ (nhỏ 100) buông cho dao động  Bước 4: Thời kế (đồng hồ đo thời gian) có độ xác 0,01s Chờ cho lắc dao động ổn định, bấm thời kế vị trí lắc dao động li độ cực sai số nhỏ Ghi thời gian đo vị trí tương ứng vào bảng 1.1  Bước 5: Tương tự bước bước 4, ta thực hành từ lỗ thứ lỗ thứ 11  Bước 6: Vẽ đồ thị 1.5 Kết thí nghiệm 10 11 12 13 14 r(m) 0,08 0,10 0,13 0,16 0,2 0,23 0,27 0,31 0,35 0,40 0,44 0,49 0,54 5 50T( s) 62,3 58,9 57,6 57,3 58,1 59,8 61,6 63,8 66,4 69,1 72,1 75,3 78,1 6 2 T 1,24 1,18 1,15 1,14 1,16 1,19 1,23 1,27 1,33 1,38 1,44 1,50 1,56 7 2 Bảng 1.1 g(m/s2) Đường thẳng song song r1(m) 0,124 0,213 0,337 58,359 1,167 9,769 0,125 0,209 0,334 58,228 1,165 9,732 ∆g2=0,196 0,134 0,197 0,331 57,779 1,156 9,778 ∆g3=0,197 r2(m) L=r1+r2 50T(s) T(s) ∆g g (m/s ) (m/s2) 9,76 ∆g1=0,196 Bảng 1.2 SVTH: Mai Thị Kim Thơ Trang 46 SP Vật lý – Công nghệ K37 Luận văn tốt nghiệp g  GVHD: ThS Lê Văn Nhạn g1  g  g 0,196  0,196  0,197   0,196(m / s )  0,2 (m/s2) 3 g= g  g =9,76  0,20 (m/s2) Vẽ đồ thị 80 Model Poly4 Equation y = A0 + A1*x + A2*x^2 + A3*x^3 + A4*x^4 50T Poly4Fit of 50T 43.81843 Reduced Chi-Sqr 0.99778 Adj R-Square Value 75 Standard Error 50T A0 80.59765 50T A1 -348.32141 31.6662 50T A2 1717.65262 182.42108 1.80757 50T A3 -3118.22582 420.94967 50T A4 2064.29024 335.50772 50T (s) 70 65 60 55 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 r (m) Hình 1.2 Đồ thị biễu diễn phụ thuộc r vào T  Nhận xét: Với giá trị r ta có giá trị T xác định giá trị g, qua thí nghiệm ta thấy giá trị g xác định vị trí  Ứng dụng thí nghiệm: Xác định gia tốc trọng trường THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH GIA TỐC RƠI TỰ DO 2.1 Mục đích Thí nghiệm khảo sát 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  Kiến thức - Nắm tính nguyên tắc hoạt động máy đếm Universal Counter hiểu chức cấu tạo dụng cụ thí nghiệm - Vẽ đồ thị mô tả thay đổi vận tốc rơi vật theo thời gian t, quãng đường s theo t2 Từ rút kết luận tính chất chuyển động rơi tự chuyển động thẳng nhanh dần  Kỹ - Rèn luyện kỹ thực hành: Thao tác khéo léo để đo xác quãng đường s thời gian rơi tự vật quãng đường s khác SVTH: Mai Thị Kim Thơ Trang 47 SP Vật lý – Công nghệ K37 Luận văn tốt nghiệp - GVHD: ThS Lê Văn Nhạn Tính g sai số phép đo g 2.2 Phương án thí nghiệm  Tìm mối quan hệ quãng đường rơi tự thời gian rơi ( Khi vận tốc ban đầu v0 = 0, công thức đường s = gt2/2, nghiệm lại quy luật đường h t2) 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 không khí không đáng kể, vật chuyển động tác dụng trọng lực, nên coi vật rơi tự Khi vật có vận tốc ban đầu 0, chuyển động nhanh dần với gia tốc g, quãng đường s sau khoảng thờ gian t (tính từ lúc vật bắt đầu chuyển động) xác định công thức: s gt Vẽ đồ thị s = f(t) s = f(t2) để khảo sát tính chất chuyển động chất điểm rơi tự do, đồ thị s = f(t) s = f(t2) có dạng đường qua gốc tọa độ 2.3 Hướng dẫn bước thực hành  Chuẩn bị - Viên bi sắt - Máy đếm Universal Counter hãng Phywe - Bộ thí nghiệm rơi tự     Hướng dẫn lắp đặt Lắp đặt trụ lên chân đế chữ V, vặn ốc chặt Lắp cổng lôgic lên trụ Lắp hai chốt định vị vào thước thẳng lắp thước thẳng lên chân đế chữ V, vặn ốc chặt  Nối dây cáp từ cổng lôgic (phía trên) đến ngỏ vào Gate máy Universal Counter (Hình 2.2)  Nối dây cáp từ cổng (phía dưới) đến ngỏ vào Gate máy đếm Universal Counter (Hình 2.2) SVTH: Mai Thị Kim Thơ Trang 48 SP Vật lý – Công nghệ K37 Luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS Lê Văn Nhạn (Chú ý: Chiều dòng điện từ cổng lôgic đến ngỏ vào máy thông qua phân biệt màu dây dẫn)  Cắm nguồn điện có hiệu điện (220V) bật công tắc hoạt động máy đếm  Tiến hành thí nghiệm đo thời gian rơi viên bi sắt  Bước 1: Thiết lập chọn chế độ đo lường máy đếm Universal Counter  Bước 2: Xác định đoạn đường cần khảo sát cách cố định cổng lôgic dịch chuyển lên xuống cổng lôgic để xác định khoảng cách thông qua hai chốt định vị thước thẳng  Bước 3: Làm viên bi dùng tay cố định viên bi sắt lên cổng lôgic thông qua chốt kẹp, điều chỉnh cổng lôgic sang chế độ mở (bằng cách kéo nhẹ cổng lôgic lên phía trên)  Bước 4: Nhấn start cho máy đếm khởi động buông chốt kẹp để viên bi chuyển động rơi từ cổng lôgic xuống đóng cổng lôgic  Bước 5: Ghi nhận kết làm lại thí nghiệm với vị trí khác  Những lưu ý tiến hành thí nghiệm:  Trước tiến hành thí nghiệm phải ý điều chỉnh giữ thí nghiệm thẳng đứng thông qua núm xoay chân đế  Điều chỉnh khoảng cách hai cổng lôgic cần ý chọn vị trí xác đặt cổng lôgic làm mốc  Cần làm viên bi sắt thật kỹ (viên bi đóng vai trò cầu nối để truyền tín hiệu đến máy đếm Universal Counter) SVTH: Mai Thị Kim Thơ Trang 49 SP Vật lý – Công nghệ K37 Luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS Lê Văn Nhạn 2.4 Kết thí nghiệm: Bảng kết quả: h(m) t(s) g(m/s2) 0,1 0,13245 11,40056 0,2 0,19872 10,12924 0,3 0,24688 9,84418 0,4 0,29953 8,91681 0,5 0,33265 9,03701 0,6 0,36107 9,20446 0,7 0,38878 9,26233 0,75 0,40158 9,30137 Bảng 2.1 0.8 0.7 0.6 h (m) 0.5 Model Parabola Equation y = A + B*x + C*x^2 Reduced Chi-Sqr h ParabolaFit of h 1.58694E-4 0.99774 Adj R-Squa Value Standard Er h A 0.0049 0.01214 h B 0.0826 0.12105 h C 4.3488 0.27524 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 t (s) Hình 2.3 Đồ thị biễu diễn quãng đường phụ thuộc vào thời gian chuyển động rơi tự h=f(t) SVTH: Mai Thị Kim Thơ Trang 50 SP Vật lý – Công nghệ K37 Luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS Lê Văn Nhạn Hình 2.4 Đồ thị biễu diễn quãng đường phụ thuộc vào thời gian chuyển động rơi tự h=f(t2)  Nhận xét: Thông qua kết thí nghiệm đồ thị ta thấy quãng đường rơi tự vật tỉ lệ với thời gian rơi vật, ứng với quãng đường khác ta có thời gian rơi khác Với sai số khoảng 5% gia tốc rơi tự độ cao h khác Đồ thị s = f(t) s = f(t2) có dạng đường qua gốc tọa độ tính chất chuyển động rơi tự chuyển động thẳng nhanh dần Và ta tính giá trị: g  9,636995 (m/s2)  Ứng dụng thí nghiệm: Xác định gia tốc rơi tự vật LỰC HƯỚNG TÂM 3.1 Mục đích Khảo sát ảnh hưởng việc thay đổi khối lượng vật, bán kính vòng quay lực hướng tâm vật chuyển động tròn 3.2 Cơ sở lý thuyết: Khi vật có khối lượng M, treo vào sợi dây có chiều dài R quay quanh trục có phương thẳng đứng với vận tốc  lực hướng tâm tác dụng lên vật có giá trị: F  MR  M v2 R (3.1) Trong v: vận tốc dài,  : Vận tốc góc v  R  SVTH: Mai Thị Kim Thơ Trang 51 2R T SP Vật lý – Công nghệ K37 Luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS Lê Văn Nhạn Khi lực hướng tâm tính: F  4 MR T2 (3.2) 3.3 Thiết bị thí nghiệm - Bộ thí nghiệm lực hướng tâm (ME-8952) - Đồng hồ bấm - Dây nối - Gia trọng treo gia trọng 3.4 Hướng dẫn bước thực hành Thí nghiệm: THAY ĐỔI LỰC (Giữ nguyên bán kính khối lượng vật)  Bước 1: Cân khối lượng M vật (gia trọng có móc treo, gồm miếng ghép lại) ghi giá trị vào bảng 3.1  Bước 2: Thiết kế thí nghiệm hình 3.2  Bước 3: Cân khối lượng m gia tốc vật móc gồm: gia trọng (30g) + giá treo (5g) treo m vào hệ hình 3.3  Bước 4: Chọn bán kính cách di chuyển cọc phụ tới vị trí mong muốn để đo (khoảng 22cm) vặn chặt chốt cọc phụ để cố định vị trí Đo ghi giá trị bán kinh R vào bảng 3.1  Bước 5: Điều chỉnh lò xo cọc cho dây treo vật M cọc phụ vị trí thẳng đứng SVTH: Mai Thị Kim Thơ Trang 52 SP Vật lý – Công nghệ K37 Luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS Lê Văn Nhạn  Bước 6: Xác định vị trí kim đo trục (dịch chuyển giá thị làm chuẩn cho đĩa tròn màu đỏ lỗ tròn  Bước 7: Tháo lấy gia trọng m khỏi hệ  Bước 8: Bật công tắc cho động quay, vặn nút chỉnh điện từ từ để tăng dần tốc độ quay đĩa tròn màu đỏ dao động xung quanh lỗ tròn trục ta trì tốc độ quay (Lúc lực hướng tâm lò xo trọng lượng vật m: Fht=mg)  Bước 9: Sử dụng đồng hồ bấm giây để đo thời gian 10 vòng quay (10T) chia cho 10, ghi giá trị T vào bảng 5.3 (hoặc dùng máy đo tốc độ quay ta n=…vòng/phút suy T=60/n (s))  Bước 10: Để thay đổi lực hướng tâm, ta tăng khối lượng m (mỗi lần tăng 10g) Giữ nguyên bán kính R vật M không đổi lặp lại taho tác (bỏ qua bước 1, bước 2, bước 3, bước 4) 3.5 Kết thí nghiệm: M(g) R(cm) m(g) F=mg(N) T(s) 1/T2(s-2) 207,87 22 35 0,343 2,244 0,198 45 0,441 2,043 0,24 55 0,539 1,821 0,302 65 0,637 1,649 0,368 75 0,735 1,548 0,417 Bảng 3.1 k MLT(g) MTN(g) M LT  M TN M LT 1,75367 207,87 202,914 % 2,384% Bảng 3.2 SVTH: Mai Thị Kim Thơ Trang 53 SP Vật lý – Công nghệ K37 Luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS Lê Văn Nhạn Vẽ đồ thị: 0.8 Equation y = a + b*x Weight No Weighting Residual Sum of Squares 3.14407E-4 Adj R-Square 0.99564 F Linear Fit of F Value 0.7 Standard Error F Intercept 0.00729 0.01818 F Slope 1.75367 0.05803 F (N) 0.6 0.5 0.4 0.3 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 1/T2 (s^(-2)) Hình 3.4  Nhận xét: Từ kết thí nghiệm đồ thị ta thấy F tỉ lệ thuận với 1/T2 Khi bán kính khối lượng vật giữ không đổi việc tăng chu kỳ làm lực giảm ngược lại  Ứng dụng thí nghiệm: Xác định gia tốc hướng tâm vật chuyển động tròn HIỆU ỨNG HỒI CHUYỂN 4.1 Mục đích Đo vận tốc góc hồi chuyển quay so sánh giá trị với giá trị theo lý thuyết 4.2 Cơ sở lý thuyết Tác dụng mômen lực vào quay cách treo gia trọng (khối lượng m1) vào đầu trục quay Mômen lực làm quay hồi chuyển với vận tốc góc  Giả định quay vị trí cân theo phương ngang (  = 900) Con quay với vận tốc góc  Khi treo gia trọng m1 vào đầu trục quay quay cách tâm khoảng d hình 4.1 Trọng lượng m1g tạo mômen lực M1=m1gd, có giá trị dL , vận tốc đầu mút vectơ mômen động lượng L dt đĩa Theo hình 4.2 góc quay thay đổi góc nhỏ d thì: SVTH: Mai Thị Kim Thơ Trang 54 SP Vật lý – Công nghệ K37 Luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS Lê Văn Nhạn dL  Ld Ta biết rằng: M  dL d  m1 gd  L dt dt (4.1) Mômen lực M1 làm quay tiến động, vận tốc góc tiến động quay m gd d nên  lt   I dt Trong I mômen quán tính quay  gia tốc góc quay Để tìm mômen quán tính quay trục quay nó,ta tác dụng mômen lực vào quay: M  I  I  Trong gia tốc góc   M2 (4.2)  a Mômen lực M2 tạo gia trọng m2 treo vào r dây vắt qua ròng rọc gắn vào tâm đĩa Xét đĩa ta có phương trình chuyển động quay là: M  I  rT '  M ms  I Với r bán kính ròng rọc gắn với đĩa Xét vật ta có phương trình chuyển động: P2  T  m2 a  T  m2 ( g  a) Mà T’=T I I rT '  M ms   m2 ( g  a)r  M ms  với M ms  mms gr m2 ( g  a)r  mms gr (m2  mms ) g  m2 a  r a a r (4.3) Ta tính gia tốc a, từ tính mômen quán tính Gia tốc a gia trọng m2 tính cách đo thời gian rơi gia trọng từ 2y độ cao xác định y: a  t (4.4) SVTH: Mai Thị Kim Thơ Trang 55 SP Vật lý – Công nghệ K37 Luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS Lê Văn Nhạn 4.3 Thiết bị thí nghiệm - Con quay hồi chuyển - Máy đo tốc độ quay - Đồng hồ bấm giây - Thanh treo ròng rọc - Gia trọng - Thước đo - Dây treo 4.4 Hướng dẫn bước thực hành thí nghiệm  Bước 1: Thiết lập thí nghiệm theo hình 4.3 Kẹp quay cho trục quay vị trí nằm ngang, gắn ròng rọc vào treo ròng rọc kẹp bàn  Bước 2: Xác định khối lượng ma sát mms Muốn xác định khối lượng ma sát, ta treo gia trọng nhỏ (lần lượt từ 3g đến 7g) vào ròng rọc để thắng lực ma sát, thí nghiệm cho biết khối lượng ma sát tương ứng với gia trọng treo vào để quay vừa bắt đầu chuyển động (khi gia trọng rơi với vận tốc không đổi), ghi vào bảng 4.1  Bước 3: Tính gia tốc a gia trọng m2 Treo vào đàu dây vắt qua ròng rọc gia trọng m2=100g Cho gia trọng rơi không vận tốc đầu từ độ cao y = 90cm đến SVTH: Mai Thị Kim Thơ Trang 56 SP Vật lý – Công nghệ K37 Luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS Lê Văn Nhạn mặt đất, dùng thời kế đo thời giant vật rơi Ghi m2, y, t vào bảng 4.1 Lặp lại thí nghiệm với điều kiện lần 2y  Bước 4: Ghi giá trị vào bảng 4.1.Tính gia tốc a  Tính I (t ) 4.5 Kết thí nghiệm: Khối lượng ma sát mms (g) 6(g) Khối lượng treo m2 (g) 100(g) Chiều cao vật rơi y (m) 0,9(m) Bán kính ròng rọc r (m) 2,925 Thời gian rơi t (s) 5,24 5,25 5,21 5,26 5,25 Thời giant rung bình t (s) 5,25 Bảng 4.1 Ta tính được: a I 2y t   2,09 5,25  0,0653(m / s ) m2  mms g  m2 a 0,1  0,069,8  0,1.0,0653   5,903kg / m a 0,0653  Nhận xét: Gia tốc a vật độ cao h xác định xác định thời gian rơi t Và ta thấy ứng với độ cao định ta có thời gian rơi nhau, gia tốc a không đổi  Ứng dụng thí nghiệm: Đo mômen quán tính đĩa tròn SVTH: Mai Thị Kim Thơ Trang 57 SP Vật lý – Công nghệ K37 Luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS Lê Văn Nhạn PHẦN KẾT LUẬN Thực hành vật lý việc quan trọng thiếu nghành vật lý học Thông qua khoảng thời gian làm luận văn học hỏi nhiều kinh nghiệm trao dồi thêm nhiều kiến thức, cụ thể: Tôi đạt mục tiêu đề làm luận văn khảo sát số loại gia tốc Thực hành đo số loại gia tốc số thiết bị có phòng thí nghiệm nhiệt.Về lý thuyết, nghiên cứu lý thuyết dạng chuyển động đặc điểm dạng chuyển động, quan trọng đặc điểm gia tốc dạng chuyển động đó.Giúp hiểu rõ chất dạng chuyển động Từ đó, giải thích tượng có liên quan đời sống thực tiễn.Về thực hành thí nghiệm, tiến hành xác định gia tốc trọng trường, gia tốc rơi tự do, gia tốc chuyển động tròn đều, gia tốc chuyển động nhanh dần đều.Thông qua thí nghiệm dần làm quen với cách tiến hành thí nghiệm cách thức thực thí nghiệm Điều thực giúp ích cho cho việc giảng dạy sau việc tìm hiểu nghiên cứu khoa học sau có điều kiện Khi thực thí nghiệm, rèn luyện cho tính cần cù, nhẫn nại, trung thực trình làm thí nghiệm, không nản lòng trước khó khăn thất bại Hơn rèn luyện cho tính cẩn thận khéo léo tỉ mỉ tiến hành thí nghiệm Sau hoàn thành luận văn giúp có khả thực hành thí nghiệm bản, phương pháp nghiên cứu khoa học theo hướng logic, khách quan Điều giúp ích cho giảng dạy trường phổ thông, thực hành vật lý giúp học không khô khan, nhàm chán là lý thuyết mà kết hợp lý thuyết thực nghiệm Nếu có điều kiện nghiên cứu thêm, hy vọng nghiên cứu nhiều hơn, kỹ lĩnh vực Trong trình hoàn chỉnh đề tài dù cố gắng giúp đỡ nhiệt tình thầy Lê Văn Nhạn thầy Trương Hữu Thành nhiên nhiếu thiếu sót, mong quý thầy cô bạn đóng góp ý kiến thêm Tôi xin cảm ơn SVTH: Mai Thị Kim Thơ Trang 58 SP Vật lý – Công nghệ K37 Luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS Lê Văn Nhạn Tài liệu tham khảo [1] David Halliday - Robert Resnick - Jearl Walker, Cơ sở vật lý, tập học I, Nhà xuất giáo dục, 2006 [2] Hachette Superieur, Cơ học 1, nhà xuất giáo dục, 1999 [3] Issac Newton, Các nguyên lý [4] Lê Văn Nhạn, Trần Thanh Hải, Nguyễn Bá Thành, Giáo trình học đại cương I, trường Đại học Cần Thơ, năm 2010 [5] Lê Văn Nhạn, Trần Thanh Hải, Nguyễn Bá Thành, Giáo trình thực tập nhiệt, tổ nhiệt, trường Đại học Cần Thơ, 2010 [6] Lê Trọng Tường, Nguyễn Thị Thanh Hương, Cơ học, nhà xuất đại học sư phạm, 2004 [7] Nguyễn Văn Hải, luận văn tốt nghiệp xác định gia tốc trọng trường rơi tự do, trường Đại Học Cần Thơ, 2012 [8] Nguyễn Ngọc Long ,Vât lý học đại cương, tập học nhiệt học, nhà xuất đại học quốc gia Hà Nội, 1999 [9] Trần Ngọc Hợi - Phạm Văn Thiểu,Vật lý đại cương nguyên lí ứng dụng , nhà xuất giáo dục, 2006 [10] http:// Chuyển Động Ném Xiên.cunghocvatly.violet.vn [11] http://www.studyhelpline.net [12] http://vi.wikipedia.org/wiki/ Định lý trục quay song song [13] http://vi.wikipedia.org/wiki/Galileo_Galilei [14] http://tinyhouse.vn/p136/thap-nghieng-pisa [15] http://en.wikipedia.org/wiki/Gravity [16] http://www.bachkhoatrithuc.vn [17] http://websrv1.ctu.edu.vn/coursewares/khoahoc/vatlydaicuong SVTH: Mai Thị Kim Thơ Trang 59 SP Vật lý – Công nghệ K37 [...]... bình của chuyển động là một đại lượng vật lý bằng thương số của độ biến thiên vận tốc ∆v trong khoảng thời gian ∆t chia cho khoảng thời gian đó Gia tốc trung bình là một đại lượng vectơ 4.3.2 Gia tốc tức thời Để đặc trưng cho sự thay đổi của vận tốc ở từng thời điểm, ta dùng đại lượng vật lý là gia tốc tức thời Nếu trong biểu thức (4.13) ta lấy khoảng thời gian ∆t càng nhỏ thì gia tốc trung bình càng biểu... chậm của vận tốc Ở giới hạn khi ∆t→0 thì gia tốc trung bình đó sẽ biễu diễn một cách chính xác độ biến đổi của vận tốc chuyển động Giới hạn đó của gia tốc trung bình ta gọi là gia tốc tức thời (sau này gọi là gia tốc) v t 0 t a  lim atb  lim t 0 (4.14) v d v  t 0 t dt Vì: lim Nên gia tốc được định nghĩa như sau: a  dv dt (4.15) Gia tốc của một vật là tốc độ biến thiên vận tốc của vật đó... của chất điểm trong hệ S’: ma1  F , vì a  a1 nên ta có: ma  F Ta nói phương trình động lực học trong các hệ quy chiếu quán tính có dạng hoàn toàn như nhau Đó cũng chính là nội dung của nguyên lý tương đối Galileo 4.3 Gia tốc Nói chung, trong các chuyển động vận tốc thay đổi theo thời gian Để đặc trưng cho sự thay đổi vận tốc, ta đưa vào một đại lượng vật lý gọi là gia tốc Gia tốc của một vật đặc... tốc trong khoảng thời gian ∆t gọi là gia tốc trung bình và được ký hiệu là atb atb  v 2  v1 v  t 2  t1 t (4.12) Trong chuyển động một chiều, gia tốc trung bình chỉ có một thành phần Vì v2  v1  v2 i  v1 i , nên: atb  (v2  v1 )i v  i  atb i t 2  t1 t (4.13) Ở đây v2 và v1 là thành phần vận tốc ở các thời điểm t2 và t1 tương ứng Đại lượng atb là thành phần gia tốc trung bình.Vậy, Gia tốc. .. những học giả thuộc trường phái lúc bấy giờ Galileo đã làm thí nghiệm trong nhiều lĩnh vực khác nhau Một trong những thí nghiệm của ông về cơ học là cho lăn những quả cầu xuống một tấm ván nghiêng bằng gỗ Ông tìm thấy bình phương của thời gian để một quả cầu đi tới chân dốc nghiêng tỉ lệ với chiều dài của dốc Ông còn quan sát thấy thời gian để một quả cầu đi tới chân dốc nghiêng độc lập với khối lượng... luật cơ học cổ điển chỉ chứa các lực cơ bản có thể thay đổi so với trong các hệ quy chiếu quán tính, do có thêm lực quán tính Các định luật cơ học bao gồm cả lực quán tính sẽ không cần thay đổi Trong cơ học cổ điển, một hệ quy chiếu chuyển động không có gia tốc (thẳng đều hoặc đứng yên) so với một hệ quy chiếu quán tính khác thì cũng sẽ là hệ quy chiếu quán tính Nguyên lý Galileo phát biểu trong cơ học... Gia tốc của một vật đặc trưng cho sự biến thiên cả về độ lớn lẫn hướng của vận tốc Nói cách khác, gia tốc là tốc độ biến thiên của vận tốc 4.3.1 Gia tốc trunh bình Giả sử ở thời điểm t1 chất điểm có vận tốc v1 , ở thời điểm t2 chất điểm có vận tốc v 2 Trong khoảng thời gian ∆t = t2 - t1 gọi vận tốc của chất điểm biến thiên một SVTH: Mai Thị Kim Thơ Trang 25 SP Vật lý – Công nghệ K37 Luận văn tốt nghiệp... với chuyển động một chiều dọc theo trục x, hệ thức giữa a và a là: a =a i (4.17) Độ lớn của gia tốc là một đại lượng vô hướng và không bao giờ âm Trong trường hợp một chiều: Độ lớn gia tốc= a  ai  a (4.18) Trong hệ SI, đơn vị của gia tốc là (m/s2) 4.4 Chuyển động thẳng đều 4.4.1 Định nghĩa Chuyển động thẳng đều là chuyển động có độ lớn của vận tốc không đổi v = v0 = const Do đó, gia tốc của chuyển... tổng các lực cơ bản tác dụng lên vật bằng không Tương tự định luật thứ hai của Newton hay các định luật cơ học khác, khi chỉ bao hàm lực cơ bản, sẽ chỉ đúng trong hệ quy chiếu quán tính, nơi không có lực quán tính  Hệ quy chiếu phi quán tính là hệ quy chiếu có xuất hiện lực quán tính Trong cơ học cổ điển, chúng là các hệ quy chiếu chuyển động có gia tốc so với hệ quy chiếu quán tính Trong hệ quy chiếu... của một vật chỉ chịu tác dụng của trọng lực 3.3 Khái niệm về gia tốc trọng trường và phương trình chuyển động của chất điểm trong rơi tự do 3.3.1 Khái niệm về gia tốc trọng trường Khi chất điểm chuyển động trong trường hấp dẫn không đổi, nói chung vận tốc của nó biến thiên về phương, chiều và độ lớn trong trường hấp dẫn đó theo thời gian Đại lượng biểu diễn như trên được gọi là gia tốc trọng trường (gia ... kỹ thực hành thí nghiệm nắm vững lý thuyết dạng chuyển động thường gặp đời sống, mạnh dạn chọn đề tài: Khảo sát số loại gia tốc Đo số loại gia tốc số thiết bị có phòng thí nghiệm nhiệt .Qua đề... có thêm nhiều kiến thức, kỹ năng, kinh nghiệm để phục vụ cho việc giảng dạy nghiên cứu sau MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI Khảo sát số loại gia tốc Thực hành đo số loại gia tốc số thiết bị có phòng thí nghiệm. .. thời gian dụng cụ thực có giới hạn nên khảo sát vài loại gia tốc thường gặp, tương đối dễ dàng thực hiện, sát với kiến thức học Cụ thể tiến hành đo: gia tốc trọng trường, gia tốc rơi tự do, gia tốc