khảo sát thí nghiệm rơi tự do và cải tiến dụng cụ thí nghiệm rơi tự do với bộ thí nghiệm của hãng phywe

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA SƯ PHẠM BỘ MÔN SƯ PHẠM VẬT LÝ KHẢO SÁT THÍ NGHIỆM RƠI TỰ DO VÀ CẢI TIẾN DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM RƠI TỰ DO VỚI BỘ THÍ NGHIỆM CỦA HÃNG PHYWE LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Sư phạm Vật lí Giảng viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: ThS-GVC Lê Văn Nhạn Nguyễn Hiển Vinh MSSV: 1110228 Lớp: TL1102A1 Khóa: K37 Cần Thơ, năm 2015 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS Lê Văn Nhạn LỜI CÁM ƠN Với sinh viên luận văn cột mốc đánh dấu nỗ lực sinh viên suốt khoảng thời gian dài để đạt kết tốt bên cạnh giúp đỡ, hỗ trợ mặt gia đình, bạn bè đặt biệt quý thầy cô khoa sư phạm cụ thể môn Vật Lý Trước hết xin gởi lời cám ơn tới ba mẹ Người nuôi dạy khôn lớn để có sống ngày hôm Kế đến xin gởi lời cám ơn sâu sắc đến thầy : Ths LÊ VĂN NHẠN Người đưa đề tài, cung cấp tài liệu, hướng dẫn tận tình suốt thời gian thực luận văn đặc biệt thầy giúp có ước mơ cho tương lai sau Tôi gởi lời cám ơn chân thành đến thầy: VƯƠNG TẤN SĨ Người giúp lĩnh vực chuyên môn thầy mà cần giúp đỡ Tôi gởi lời biết ơn đến thầy TRƯƠNG HỮU THÀNH Người giúp hoàn thành tốt công việc chế tạo dụng cụ thí nghiệm truyền đạt kinh nghiệm thầy cho Tôi xin cám ơn bạn bè bên cạnh chia sẻ với lúc khó khăn việc thực đề tài Và cuối gởi lời cám ơn đến quý Thầy, Cô Bộ môn Vật Lý, Khoa Sư Phạm Trường Đại Học Cần Thơ tận tình giảng dạy, hướng dẫn, trang bị cho kiến thức cần thiết để hoàn thành tốt luận văn Tuy cố gắng để hoàn thành luận văn cách tốt tránh khỏi thiếu sót Rất mong góp ý dạy dỗ quý thầy cô Cần Thơ, ngày tháng năm Sinh viên thực NGUYỄN HIỂN VINH BMVL – Sư phạm Vật Lý SVTH: Nguyễn Hiển Vinh Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS Lê Văn Nhạn 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 tháng Tác giả năm 2015 Nguyễn Hiển Vinh BMVL – Sư phạm Vật Lý SVTH: Nguyễn Hiển Vinh Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS Lê Văn Nhạn MỤC LỤC Trang A PHẦN MỞ ĐẦU I Lý chọn đề tài II Hoàn cảnh thực tế III Mục đích đề tài IV Giới hạn đề tài V Các giả thuyết đề tài VI Phương pháp phương tiện thực đề tài VII Các bước tiến hành B PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Giới thiệu khái quát rơi tự Định nghĩa rơi tự Khái niệm gia tốc trọng trường phương trình chuyển động chất điểm rơi tự 3.1 Khái niệm gia tốc trọng trường 3.2 Phương trình chuyển động rơi tự chất điểm 3.3.Những đặc điểm chuyển động với gia tốc rơi tự g 3.4 Chuyển động vật ném xiên CHƯƠNG II: SAI SỐ CỦA PHÉP ĐO 10 I Sai số phép đo 10 Khái niệm sai số 10 Nguyên nhân dẫn đến sai số phép đo 11 2.1 Nguyên nhân chủ quan 11 2.2 Nguyên nhân khách quan 11 Sai số hệ thống 12 Sai số ngẫu nhiên 13 4.1 Độ ngờ - Phương pháp xác định 13 4.2 Một số khái niệm khác sai số 15 4.2.1 Giá trị trung bình 15 4.2.2 Độ lệch chuẩn 15 4.2.3 Sai số chuẩn δm 15 4.2.4 Sai số tuyệt đối 16 4.2.5 Sai số tương đối 17 Phép tính độ ngờ 17 5.1 Độ ngờ phép đo 17 5.2 Phương pháp tính độ ngờ 20 BMVL – Sư phạm Vật Lý i SVTH: Nguyễn Hiển Vinh Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS Lê Văn Nhạn Cách xác định sai số 23 Đơn vị đo lường 24 II Làm tròn sai số nguyên nhân 25 Chữ số có ý nghĩa 25 Làm tròn sai số viết kết 25 2.1 Quy tắc làm tròn số 25 2.2 Cách viết kết 26 III Đồ thị Vật lý 27 Công thức cách vẽ đồ thị Vật lý 27 Cách vẽ đồ thị Vật lý 27 CHƯƠNG III: HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM 30 Mục đích 30 Phương án thí nghiệm 30 Mô tả dụng cụ thí nghiệm 31 3.1 Máy đếm Universal Counter 31 3.1.1 Giới thiệu tính máy 31 3.1.2 Cấu tạo nút chức 32 3.1.3 Giới hạn ngưỡng kích hoạt 34 3.2 Bộ thí nghiệm rơi tự 35 Hướng dẫn bước thực hành 37 4.1 Chuẩn bị 37 4.2 Hướng dẫn lắp đặt 37 4.3 Tiến hành thí nghiệm 37 Kết thí nghiệm 38 5.1 Kết quãng đường 38 5.2 Kết quãng đường 39 5.3 Giá trị gia tốc rơi tự 40 Bộ thí nghiệm cải tiến 42 Hướng dẫn bước thực hành 46 7.1 Chuẩn bị 46 7.2 Hướng dẫn lắp đặt 46 7.3 Tiến hành thí nghiệm đo thời gian rơi viên bi sắt 46 7.4 Những điều cần lưu ý làm thí nghiệm 47 Kết thí nghiệm 47 8.1 Kết quãng đường phụ thuộc vào thời gian rơi vật 47 8.2 Kết quãng đường tỉ lệ với bình phương thời gian rơi vật 48 8.3 Giá trị gia tốc rơi tự số 49 8.4 Tính sai số 50 BMVL – Sư phạm Vật Lý ii SVTH: Nguyễn Hiển Vinh Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS Lê Văn Nhạn 8.5 Kết luận thí nghiệm 51 C KẾT LUẬN 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO BMVL – Sư phạm Vật Lý iii SVTH: Nguyễn Hiển Vinh Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS Lê Văn Nhạn A PHẦN MỞ ĐẦU I Lý chọn đề tài Trong dịp tình cờ nhà vật lý học vĩ đại Newton phát lực hấp dẫn rơi tự đời từ Như biết, vật chuyển động có vận tốc thay đổi theo thời gian tức chúng chuyển động có gia tốc gia tốc chuyển động rơi tự xác định thực nghiệm? Ngày thực hành Vật Lý đóng vai trò quan trọng học sinh, sinh viện, người nghiên cứu khoa học Thực hành Vật Lý giúp khảo sát tượng kiểm chứng định luật học, rèn luyện kỹ thao tác với dụng cụ thí nghiệm, đồng thời giúp rèn luyện tính nhẫn nại, cần cù, khách quan, trung thực thí nghiệm Từ vai trò cấp thiết giáo dục tiến hành trang bị thiết bị, dụng cụ phục vụ cho thực hành Vật Lý Với dụng cụ có sẵn hãng Phywe xác định gia tốc chuyển động rơi tự do, nhiên dụng cụ số hạn chế giá thành cao, thiết bị dễ bị hư hỏng dẫn đến kết thí nghiệm không xác Để khắc phục nhược điểm tiến hành đề tài:” Khảo sát thí nghiệm rơi tự cải tiến dụng cụ thí nghiệm rơi tự với thí nghiệm hãng Phywe” Qua đề tài tiếp xúc với thực nghiệm việc sáng tạo dụng cụ thí thí nghiệm chế tạo chúng, đồng thời giúp trang bị nhiều kiến thức, kinh nghiệm quý báu cho việc giảng dạy sau II Hoàn cảnh thực tế: Phòng thí nghiệm nhiệt đại cương có dụng cụ thí nghiệm hãng Phywe dùng để đo số gia tốc trọng trường rơi tự dụng cụ số hạn chế định nên tiến hành cải tiến dụng cụ thí nghiệm so sánh kết với dụng cụ hãng Phywe xem kết Với hướng dẫn thầy LÊ VĂN NHẠN tiến hành thí nghiệm với dụng cụ hãng Phywe kết hợp với dụng cụ cải tiến III Mục đích đề tài: Xác định độ lớn gia tốc trọng trường rơi tự cải tiến dụng cụ thí nghiệm IV Giới hạn đề tài Xác định gia tốc rơi tự viên bi sắt phòng thí nghiệm nhiệt đại cương, dụng cụ thí nghiệm cải tiến phải rẻ tiền, bền, dễ tìm dễ chế tạo BMVL – Sư phạm Vật Lý SVTH: Nguyễn Hiển Vinh Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS Lê Văn Nhạn V Các giả thuyết đề tài: Nghiên cứu sơ lược rơi tự vật Qua chứng minh số gia tốc rơi tự vật khác vĩ độ VI Phương pháp phương tiện thực đề tài: Phương tiện thực đề tài tài liệu sách lien quan đến gia tốc rơi tự dụng cụ thí nghiệm đo thời gian rơi hãng Phywe dụng cụ thí nghiệm cải tiến Phần mềm vẽ đồ thị Original Phương pháp thực hiện: xác định quãng đường thời gian rơi viên bi sắt qua xác định gia tốc rơi tự VII Các bước tiến hành: Bước 1: Tìm hiểu đề tài dụng cụ liên quan Bước 2: Nghiên cứu lý thuyết Bước 3: Tiến hành bố trí lắp ráp thí nghiệm hãng Phywe Bước 4: Tiến hành cải tiến dụng cụ thí nghiệm lắp ráp thí nghiệm cải tiến Bước 5: Tiến hành đo đạc, lấy số liệu Bước 6: Tiến hành phân tích kết thí nghiệm Bước 7: Hoàn thành đề tài BMVL – Sư phạm Vật Lý SVTH: Nguyễn Hiển Vinh Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS Lê Văn Nhạn B PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Giới thiệu khái quát rơi tự Hình 1.1 Galileo (1564-1642)[1] - Galileo( 1564 –1642), nhà thiên văn nhà Vật lý học người Italy, tôn vinh cha đẻ khoa học thực nghiệm đại ông kết hợp thí nghiệm tính toán, không chấp nhận phát biểu người có uy tín Những đóng góp quan trọng ông lĩnh vực học, đặc biệt động lực học Các thí nghiệm ông vật rơi mặt phẳng nghiêng bác bỏ quan niệm nhà khoa học trước cho rằng: “Tốc độ rơi vật tỉ lệ với trọng lượng nó” Các kết luận Galileo giáng đòn mạnh vào học giả thuộc trường phái lúc Galileo làm thí nghiệm nhiều lĩnh vực khác Một thí nghiệm ông học cho lăn cầu xuống ván nghiêng gỗ Ông tìm thấy bình phương thời gian để cầu tới chân dốc nghiêng tỉ lệ với chiều dài dốc Ông quan sát thấy thời gian để cầu tới chân dốc nghiêng độc lập với khối lượng Nghĩa là, vật nhẹ vật nặng BMVL – Sư phạm Vật Lý SVTH: Nguyễn Hiển Vinh Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS Lê Văn Nhạn tới chân dốc lúc thả từ độ cao Bằng cách sử dụng ván nghiêng góc khác nhau, Galileo ngoại suy kết ông cho cầu rơi theo phương thẳng đứng Ông kết luận hai vật có khối lượng khác thả từ độ cao, chúng chạm đất lúc Ngoài Tháp nghiêng thành Pi-da (Pisa) Galileo làm thí nghiệm điều kiện bỏ qua sức cản không khí: Thả nặng khác rơi đồng thời từ tầng cao tháp nghiêng thấy chúng chạm đất lúc [2] Từ thí nghiệm ta kết luận: Nếu loại bỏ ảnh hưởng không khí vật có khối lượng khác thả từ độ cao rơi nhanh Sự rơi vật trường hợp gọi rơi tự Hình 1.2 Tháp Pisa [3] Ngoài thành công Galileo, Isaac Newton (25/12/1642) sinh Woolsthorpe, thuộc vương quốc Anh Là thiên tài lớn giới, Newton nhà toán học thiên văn học, ông nhà Vật lý học, hóa học, lý thuyết lẫn thực nghiệm Chế kính thiên văn, phát minh lớn Vật lý học khám phá lực vạn vật hấp dẫn Trong kỉ XVII Isaac Newton thành công lớn thí nghiệm thành công so sánh rơi đá lông chim nhỏ bình thủy tinh rút hết không khí bên trong, kết ông thu rơi đá lông chim Qua nhiều thí nghiệm tương tự từ tượng ông đưa kết luận: Khi lực cản không khí, vật có hình dạng khối lượng khác rơi BMVL – Sư phạm Vật Lý SVTH: Nguyễn Hiển Vinh Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS Lê Văn Nhạn Đồ thị biểu diễn quãng đường tỷ lệ với bình phương thời gian rơi vật s=f(t2) 1.0 0.8 h h 0.6 h (m) h Linear Fit of h Equatio y = a + Weight Instru Residua 0.0054 l Sum of Squares Adj R-S 0.9999 Value Standar Interce -6.384 8.5366 Slope 4.8928 0.00877 0.4 0.2 0.0 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 t^2 (s^2) Nhận xét: Thông qua đồ thị s=f(t2) có dạng đường thẳng qua gốc tọa độ Như chuyển động rơi tự chuyển động nhanh dần đều, s tăng t tăng cách tuyến tính 5.3 Giá trị gia tốc rơi tự số (g=f(s)= số) BMVL – Sư phạm Vật Lý 40 SVTH: Nguyễn Hiển Vinh Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS Lê Văn Nhạn Bảng kết giá trị gia tốc rơi tự Độ cao Gia tốc h (m) trọng trường g (m/s2) 0,8 9,81 0,7 9,76 0,6 9,77 0,5 9,78 0,4 9,76 0,3 9,84 0,2 9,83 0,1 9,68 Đồ thị biểu diễn gia tốc rơi tự số g=f(s)= số g Linear Fit of g 11.0 10.5 10.0 9.5 g (m/s^2) Equation y = a + b*x No Weightin 0.01732 Residual Sum of Squares -0.11692 Adj R-Square 9.0 Weight 8.5 8.0 Intercept Slope g g 7.5 Value Standard Err 9.7587 0.04186 0.0428 0.08291 7.0 6.5 6.0 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 h (m) BMVL – Sư phạm Vật Lý 41 SVTH: Nguyễn Hiển Vinh Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS Lê Văn Nhạn Nhận xét: Đồ thị biểu diễn giá trị gia tốc rơi tự đường thẳng nằm ngang Từ chứng tỏ gia tốc rơi tự số không đổi nơi định Trái Đất Không phụ thuộc độ cao h Bộ thí nghiệm cải tiến: Hình 6.1 Bộ thí nghiệm cải tiến STT TÊN THIẾT BỊ Chân đế chữ V( có ốc điều chỉnh) Thanh trụ thẳng Công tắc hành trình đơn Công tắc hành trình kép Viên bi sắt Máy đếm thời gian Bộ nguồn điện chỉnh lưu Thước thẳng phụ kiện Nam châm điện BMVL – Sư phạm Vật Lý SỐ LƯỢNG 1 1 1 1 42 SVTH: Nguyễn Hiển Vinh Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS Lê Văn Nhạn Hình 6.2 Bộ chỉnh lưu dòng điện Hình 6.3 Công tắc hành trình đơn BMVL – Sư phạm Vật Lý 43 SVTH: Nguyễn Hiển Vinh Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS Lê Văn Nhạn Hình 6.4 Công tắc hành trình kép Hình 6.5 Nam châm điện viên bi sắt - Mạch chỉnh lưu toàn sóng biến đổi hai thành phần cực tính dạng sóng đầu vào thành chiều Do có hiệu suất cao Tuy nhiên mạch điện điểm biến áp người ta cần đến điốt thay mạch chỉnh lưu nửa sóng Điều có nghĩa đầu cực điện áp cần đến điốt để chỉnh lưu, thí dụ cho trường hợp điểm X dương, cho trường hợp điểm X âm Đầu lại BMVL – Sư phạm Vật Lý 44 SVTH: Nguyễn Hiển Vinh Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS Lê Văn Nhạn cần xác thế, kết phải cần đến điốt Các điốt dùng cho kiểu nối gọi cầu chỉnh lưu Hình 6.6 Mạch chỉnh lưu toàn sóng [8] Bộ chỉnh lưu toàn sóng biến đổi nửa chu kỳ thành điện áp đầu có chiều nhất: dương (hoặc âm) chuyển hướng dòng điện nửa chu kỳ âm (hoặc dương) dạng sóng xoay chiều Nửa lại kết hợp với nửa thành điện áp chỉnh lưu hoàn chỉnh [8] Mạch chỉnh lưu toàn sóng có nhược điểm thay đổi theo dạng sóng đầu vào, mà không cung cấp điện áp không đổi Để tạo dạng điện áp chiều đặn từ ngõ chỉnh lưu, cần phải có mạch "san bằng", gọi mạch lọc Mạch lọc đơn giản dùng tụ tích điện, hay tụ lọc tụ san đặt vào đầu mạch chỉnh lưu Mạch lưu lại thành phần điện áp xoay chiều (gợn sóng) điện áp không hoàn toàn phẳng [8] Hình 6.5 Mạch chỉnh lưu toàn sóng có tụ [9] - Thanh trụ dài: Có chức cố định cổng lôgic định hướng quỹ đạo chuyển động chất điểm - Chân đế hình chữ V có ốc điều chỉnh giữ thăng bằng: Nhằm giữ thăng cố định phận thí nghiệm BMVL – Sư phạm Vật Lý 45 SVTH: Nguyễn Hiển Vinh Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS Lê Văn Nhạn - Công tắc hành trình đơn kết nối với máy đếm thời gian có công dụng cổng logic Khi viên bi rơi xuống làm hở mạch làm cho máy đếm hoạt động cho giá trị thời gian rơi Dùng để thay cho cổng logic - Công tắc hành trình kép: công tắc gắn với nam châm điện giữ cố định viên bi công tắc nối với máy đếm Khi nhấn công tắc đồng thời viên bi rơi máy đếm hoạt động Dùng để thay cho cổng logic - Máy đếm thời gian dùng để xác định thời gian rơi viên bi - Bộ nguồn điện chỉnh lưu: dung để chỉnh lưu nguồn điện sinh hoạt thành nguồn cung cấp cho dụng cụ thí nghiệm hoạt động - Nam châm điện dùng để cố định viên bi sắt - Thước thẳng (1m): Để xác định đoạn đường chuyển động đối tượng cần khảo sát Hướng dẫn bước thực hành 7.1 Chuẩn bị - Nam châm điện - Công tắc hành trình đơn kép - Bộ chỉnh lưu nguồn điện - Viên bi sắt - Máy đếm Universal Counter hãng Phywe - Bộ thí nghiệm rơi tự 7.2 Hướng dẫn lắp đặt - Lắp trụ lên chân đế chữ V, vặn ốc chặt - Lắp hai chốt định vị vào thước thẳng lắp thước thẳng lên chân đế chữ V, vặn ốc chặt - Nối dây cáp từ công tắc hành trình kép đến ngỏ vào Gate máy Universal Counter - Nối dây cáp từ công tắc hành trình kép đến nam châm điện - Nối dây cáp từ công tắc hành trình đơn đến ngỏ vào Gate máy đếm Universal Counter (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 tắt hoạt động máy đếm - Nối chỉnh lưu nguồn điện với nam châm điện để hoạt động 7.3 Tiến hành thí nghiệm đo thời gian rơi viên bi sắt Bước 1: Thiết lập chọn chế độ đo lường máy đếm Universal Counter Nhấn nút zero để reset máy hình trả giá trị số Nhấn nút Function nhiều lần đến Led Timer sáng dừng để chọn chế độ đo thời gian Nhấn nút Trigger nhiều lần đến Led sáng lên BMVL – Sư phạm Vật Lý 46 SVTH: Nguyễn Hiển Vinh Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS Lê Văn Nhạn - Chọn đơn vị (thông qua nhóm nút Reset) Nhấn Set nhiều lần đến Led Unit sáng dừng để lựa chọn đơn vị cho đại lượng cần đo Kết hợp chế độ Unit, nút (+) nút (-) để chọn đơn vị (s) (ms) - Chọn chế độ làm tròn Nhấn nút Set nhiều lần đến Led Digits sáng dừng Kết hợp chế độ Digits, nút (+) nút (-) để chọn hệ thập phân ứng với đơn vị chọn để đo lường (0,00s) Bước 2: Xác định đoạn đường cần khảo sát cách cố định công tắc hành trình đơn dịch chuyển lên xuống nam châm điện để xác định khoảng cách thông qua hai chốt định vị thước thẳng Bước 3: Làm viên bi để viên bi tiếp xúc tốt với nam châm Bước 4: nhấn công tắc hành trình kép để nam châm hút viên bi sắt, reset máy đếm Universal Counter Bước 5: buông công tắc hành trình kép để đồng thời làm viên bi rơi máy đếm hoạt động Khi viên bi rơi xuống chạm vào công tắc hành trình đơn lúc máy đếm dừng lại ta xác định thời gian rơi viên bi Bước 6: Ghi nhận kết làm lại thí nghiệm với vị trí khác: Thời gian rơi ghi nhận hình máy đếm Universal Counter Quãng đường rơi viên bi xác định khoảng cách hai công tắc hành trình thông qua hai chốt định vị thước thẳng 7.4 Những điều cần lưu ý làm thí nghiệm Trước tiến hành thí nghiệm phải ý điều chỉnh giữ thí nghiệm thẳng đứng thông qua núm xoay chân đế Cần làm viên bi sắt thật kĩ (Vì viên bi đóng vai trò cầu nối để truyền tín hiệu đến máy đếm Universal Counter) Cần xác định cách thật xác khoảng cách nam châm điện công tắc hành trình đơn (Vì khoảng cách chúng ảnh hưởng trực tiếp đến phép đo) Cần xác định hoạt động dụng cụ trước làm thí nghiệm để tránh làm lúng túng thời gian trình tiến hành thí nghiệm Buông công tắc hành trình kép phải đồng thời Kết thí nghiệm 8.1 Kết quãng đường phụ thuộc vào thời gian rơi vật: Bảng kết Độ cao h (m) 0,8 0,7 0,6 0,5 Thời gian t (s) Lần Lần 0,40711 0,40707 0,37961 0,38076 0,35148 0,35145 0,32116 0,31990 BMVL – Sư phạm Vật Lý (s) Lần 0,40700 0,37610 0,35083 0,31810 Lần 0,40697 0,37996 0,35152 0,31995 47 Lần 0,40669 0,38015 0,35151 0,32043 0,40696 0,37931 0,35135 0,31990 SVTH: Nguyễn Hiển Vinh Luận Văn Tốt Nghiệp 0,4 0,3 0,2 0,104 0,28764 0,24880 0,20340 0,14833 GVHD: ThS Lê Văn Nhạn 0,28738 0,24836 0,20336 0,14843 0,28956 0,24902 0,20255 0,14711 0,28637 0,24643 0,20285 0,14833 0,28668 0,24864 0,20322 0,14631 0,28680 0,24825 0,20307 0,14770 Đồ thị biểu diễn quãng đường phụ thuộc vào thời gian chuyển động rơi tự s =f(t) h ParabolaFit of h 0.8 Model Parabola Equation y = A + B*x + C*x^2 Reduced Chi-Sqr Adj R-Squa Value h (m) 0.6 Standard Er h A h B h C 4.82049 0.4 0.2 0.0 0.0 0.2 0.4 t (s) Nhận xét: Thông qua kết thu phần thí nghiệm đồ thị ta dễ dàng nhận thấy quãng đường rơi vật hàm bậc hai với thời gian rơi vật 8.2 Kết quãng đường tỷ lệ với bình phương thời gian rơi vật s=f(t2) Bảng kết quãng đường phụ thuộc vào bình phương thời gian rơi vật: Độ cao h (m) 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,104 t 0,16562 0,14388 0,12345 0,10234 0,08225 0,06163 0,04124 0,02182 BMVL – Sư phạm Vật Lý 48 SVTH: Nguyễn Hiển Vinh Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS Lê Văn Nhạn Đồ thị biểu diễn quãng đường tỷ lệ với bình phương thời gian rơi vật s=f(t2) Nhận xét: Thông qua đồ thị s=f(t2) có dạng đường thẳng qua gốc tọa độ Như chuyển động rơi tự chuyển động nhanh dần đều, s tăng t tăng cách tuyến tính 8.3 Giá trị gia tốc rơi tự số (g=f(s)= số) Bảng kết giá trị gia tốc rơi tự Độ cao Gia tốc h (m) trọng trường g (m/s2) 0,8 9,66 0,7 9,73 0,6 9,72 0,5 9,77 0,4 9,73 0,3 9,74 0,2 9,7 0,104 9,53 BMVL – Sư phạm Vật Lý 49 SVTH: Nguyễn Hiển Vinh Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS Lê Văn Nhạn Đồ thị biểu diễn gia tốc rơi tự số g=f(s)= số g Linear Fit of g 10 g (m/s^2) y = a + b* Equation Instrumen Weight Residual 13.13394 Sum of Squares Adj R-Squ 0.02152 Value Standard E g Intercept 9.642 0.05785 g Slope 0.123 0.11453 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 h (m) Nhận xét: Đồ thị biểu diễn giá trị gia tốc rơi tự đường thẳng nằm ngang Từ chứng tỏ gia tốc rơi tự số không đổi nơi định Trái Đất Và không phụ thuộc độ cao h 8.4 Tính sai số: Trong thực hành Vật lý phép tính sai số phép đo cần thiết thực đo giá trị Tuy nhiên muốn tính sai số phép đo có nhiều cách Cách 1: g g1  g   g n  9,70 (m/s ) n g  g1  g  g  g   g n  g n  0,05 (m/s2) Kết phép đo gia tốc rơi tự là: g  g  g  9,70  0,05 (m/s2) Cách 2: g g1  g   g n  9,70 (m/s ) n BMVL – Sư phạm Vật Lý 50 SVTH: Nguyễn Hiển Vinh Luận Văn Tốt Nghiệp g  GVHD: ThS Lê Văn Nhạn g max  g  0,12 (m/s ) Kết phép đo gia tốc rơi tự là: g  g  g  9,70  0,12 (m/s2) Cách 3: g g1  g   g n  9,70 (m/s ) n g  g  g b  9,7  9,53  0,17 (m/s ) Kết phép đo gia tốc rơi tự là: g  g  g  9,70  0,17 (m/s2) Nhận xét: Thông qua ba cách tính sai số trên, ta nhận thấy cách thứ ba cách tính sai số phù hợp cho ta thu giá trị g là: g  g  g  9,70  0,17 (m/s ) Ta nhận thấy giá trị phù hợp với thực tế 8.5 Kết luận thí nghiệm: Thông qua việc tiến hành thí nghiệm ta thấy dụng cụ có ưu điểm nhược điểm sau: Ưu điểm: Dụng cụ thí nghiệm thiết kế mang tính kế thừa đồng thời khắc phục nhược điểm dụng cụ trước như: Máy đếm Universal Counter thiết kế đồng với nhiều chức đo lường (chu kì, tần số, xung lượng, thời gian, ) giúp dễ dàng thao tác trực tiếp lúc tiến hành thí nghiệm So với thí nghiệm cũ thí nghiệm có giá thành rẻ hơn, dụng cụ thí nghiệm đơn giản, dễ tìm dễ chế tạo lắp đặt độ xác không thua thí nghiệm hãng Phywe Có thể điều chỉnh điện áp vào dụng cụ nhờ mạch chỉnh lưu làm giảm việc hư hỏng dụng cụ Bộ thí nghiệm có độ bền cao nên ta chế tạo thí nghiệm trường phổ thông chế tạo để học sinh làm thí nghiệm hướng dẫn học sinh chế tạo chúng, vừa làm tăng tinh thần thái độ học tập học sinh vừa cho học sinh tiếp thu thực nghiệm Nhược điểm: bên cạnh ưu điểm thí nghiệm có nhiều hạn chế như: Việc xác định quãng đường rơi xác so với thí nghiệm hãng Phywe Công tắc hành trình đơn hoạt động dẫn đến sai số cho thí nghiệm thực làm rơi viên bị sắt nhiều lần lên dụng cụ Khi quãng đường rơi ngắn sai số thí nghiệm lớn BMVL – Sư phạm Vật Lý 51 SVTH: Nguyễn Hiển Vinh Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS Lê Văn Nhạn Dòng điện chỉnh lưu không ổn định tuyệt đối chưa lắp thiết bị ổn định dòng tụ điện hay cuộn cảm Công tắc hành trình kép thả công tắc không đóng mở đồng thời dẫn đến sai số cho phép đo Để khắc phục điều người tiến hành thí nghiệm phải thao tác cách khéo léo cách đè sát công tắc vuốt nhanh hạn chế tối đa sai số phép đo BMVL – Sư phạm Vật Lý 52 SVTH: Nguyễn Hiển Vinh Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS Lê Văn Nhạn C KẾT LUẬN Thực hành Vật lý phận thiếu Vật lý học Do cải tiến dụng cụ phục vụ cho Vật lý thực nghiệm cần thiết ta thấy dụng cụ thí nghiệm thiết kế mang tính kế thừa đồng thời khắc phục nhược điểm dụng cụ trước Qua đó, giúp có đại lượng ngày xác nhằm phục vụ cho việc chinh phục bến bờ tri thức Vật lý nói riêng, khoa học kỹ thuật nói chung Thông qua khoảng thời gian thực luận văn rút số kết luận sau: Về lý thuyết, nghiên cứu lý thuyết tính chất chuyển động rơi tự số khái niệm liên quan rơi tự Giúp hiểu rõ chất chuyển động rơi tự giải thích tượng liên quan.Về thực hành thí nghiệm, tiến hành xác định gia tốc trọng trường rơi tự với hai thí nghiệm cũ Qua trình thực luận văn giúp quen với quy trình tiến hành thí nghiệm cách thức thực thí nghiệm đắn Điều giúp ích cho nhiều trường trở thành người giáo viên thực thụ Khi thực thí nghiệm này, 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 tiến hành thao tác thí nghiệm Về mặt tài liệu, viết hướng dẫn xác định gia tốc trọng trường rơi tự Tuy nhiên không đồng nghĩa với việc đề tài hoàn thành cách hoàn chỉnh Vẫn số điểm mà hy vọng anh, chị khóa sau tiếp tục để hoàn chỉnh đề tài Các điểm cần bổ sung để làm cho đề tài trở nên hoàn chỉnh bao gồm: Tiến hành thí nghiệm với nhiều khối lượng khác nhau, so sánh rút kết luận kết thu Nghiên cứu tiến hành thí nghiệm khảo sát phụ thuộc gia tốc trọng trường theo độ cao nơi khác Tiến hành đo gia tốc trọng trường nhiều phương pháp khác Đối chiếu, so sánh, rút kết luận cho nhận xét phương pháp Trong trình thực luận văn, cho dù hỗ trợ nhiệt tình thầy Lê Văn Nhạn, thầy Vương Tấn Sĩ thầy Trương Hữu Thành gặp số khó khăn định mặt tiến hành thí nghiệm Đây nguyên nhân dẫn đến sai số thí nghiệm BMVL – Sư phạm Vật Lý 53 SVTH: Nguyễn Hiển Vinh Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS Lê Văn Nhạn TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] http://www.crystalinks.com/galileo.html [2] http://vi.wikipedia.org/wiki/Galileo_Galilei [3] http://shopdiy.vn/bo-den-led-thap-nghieng-pisa [4] http://vi.wikipedia.org/wiki/Isaac_Newton [5] ThS Lê Văn Nhạn, giảng: Cơ Học Đại Cương 1, Đại Học Cần Thơ [6] ThS Lê Văn Nhạn (2010), Giáo trình thực tập nhiệt, NXB Đại Học Cần Thơ, Cần Thơ [7].http://thuvienvatly.com/tai-lieu/neohacker/sgk-vat-ly10/Lien%20ket%20ngoai%20bai%20hoc/Thi%20nghiem-Video-FlashJava/Thi%20nghiem/Bai8.TH%20do%20g.htm [8] http://vi.wikipedia.org/wiki/M%E1%BA%A1ch_ch%E1%BB%89nh_l%C6%B0u [9] http://webdien.com/d/showthread.php?t=49319 [...]... TRỌNG TRƯỜNG 1 Mục đích Thí nghiệm khảo sát thời gian rơi t của một vật trên những quãng đường s khác nhau, vẽ và khảo sát đồ thị s ~ t2 để rút ra kết luận về tính chất của chuyển động rơi tự do và xác định được gia tốc trong rơi tự do Kiến thức - Nắm được tính năng và nguyên tắc hoạt động của máy đếm Universal Counter và hiểu các chức năng và cấu tạo của từng dụng cụ trong bài thí nghiệm - Vẽ được đồ... thuộc vào kích thước, hình dạng và khối lượng, khối lượng riêng của vật - Chuyển động rơi tự do là chuyển động thẳng nhanh dần đều theo phương thẳng đứng và có chiều từ trên xuống - Công thức tính vận tốc của sự rơi tự do: v  ds(t )  gt dt - Hay công thức tính quãng đường đi được của sự rơi tự do: s(t )  1 2 gt 2 - Tại một nơi nhất định trên Trái Đất và ở gần mặt đất, các vật đều rơi tự do với cùng... tốc rơi của vật theo thời gian t, và quãng đường đi s theo t2 Từ đó rút ra kết luận về tính chất của chuyển động rơi tự do là chuyển động thẳng nhanh dần đều Kĩ năng - Rèn luyện kỹ năng thực hành: Thao tác khéo léo để đo được chính xác quãng đường s và thời gian rơi tự do của vật trên những quãng đường s khác nhau - Tính g và sai số của phép đo g trong cả hai bộ thí nghiệm cũ và mới 2 Phương án thí nghiệm. .. nghĩa sự rơi tự do Sự rơi tự do là sự rơi của một vật mà vật đó chỉ chịu tác dụng của trọng lực BMVL – Sư phạm Vật Lý 5 SVTH: Nguyễn Hiển Vinh Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS Lê Văn Nhạn 3 Khái niệm về gia tốc trọng trường và phương trình chuyển động của chất điểm trong rơi tự do 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... bằng và lớn hơn độ BMVL – Sư phạm Vật Lý 23 SVTH: Nguyễn Hiển Vinh Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS Lê Văn Nhạn chính xác của dụng cụ đó Nói cách khác, độ ngờ của phép đo không thể nhỏ hơn độ chính xác của dụng cụ Tuy nhiên cũng vì một lý do nào đó, phép đo chỉ được tiến hành một lần hoặc độ nhạy của dụng cụ đo không cao, kết quả của các lần đo riêng lẻ trùng nhau Trong trường hợp đó, ta phải dựa vào... cách áp dụng trong hệ trục tọa độ để biểu diễn chiều của chuyển động và giải phương trình một chiều trong chuyển động Phương trình biểu diễn trạng thái chuyển động của vật được xác định: m d 2 s(t )  mg dt 2 Điều kiện ban đầu: s(0)=0, v0=0 Tọa độ của chất điểm là hàm theo thời gian là: s(t )  1 2 gt 2 3.3 Những đặc điểm của chuyển động với gia tốc rơi tự do g - Trong chuyển động rơi tự do của một... trên mặt chia độ, và chỉ cần chọn vị trí của mắt sao cho ảnh của kim bị khuất sau chính kim đó Sai số do thao tác trong thí nghiệm Là nguyên nhân do người thực hiện các thao tác chủ quan không khéo léo, dẫn đến kết quả thu được kém chính xác 2.2 Nguyên nhân khách quan Sai số do dụng cụ đo kỹ thuật số Cũng là loại sai số tương tự sai số đọc, nhưng không phải do mắt, mà do sự hiển thị của các thiết bị... Sai số do điều chỉnh máy Trong thực hành thí nghiệm các sai số hệ thống xảy ra thường do sự điều chỉnh khiếm khuyết, do điều chỉnh máy không đúng Một số sai số hệ thống cũng có thể xảy ra từ sự chế tạo máy hay sự điều chỉnh ban đầu của người chế tạo Các dụng cụ thường chỉ đạt tới mức chính xác nào đó Ví dụ như du xích của thước và thước đo lệch nhau Bằng sự kiểm tra chính xác dụng cụ và sử dụng những... có thể bằng độ chính xác của dụng cụ Nếu ∆a tính được nhỏ hơn độ chính xác của dụng cụ, ta lấy độ chính xác của dụng cụ làm giá trị của ∆a Ta đã biết sai số tương đối BMVL – Sư phạm Vật Lý 14 da nói lên mức độ a SVTH: Nguyễn Hiển Vinh Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS Lê Văn Nhạn chính xác của phép đo Ta không biết giá trị a nên cũng không biết da và bằng tỉ số da , ta thay a a và gọi nó là độ ngờ tương... cao, kết quả của các lần đo riêng lẻ trùng nhau Trong trường hợp đó, ta phải dựa vào độ chính xác của dụng cụ để xác định độ ngờ Độ ngờ ∆A thường được lấy bằng nửa giá trị của độ chia nhỏ nhất của dụng cụ Khi đo các đại lượng điện bằng các dụng cụ chỉ thị kim, độ ngờ được xác định theo cấp chính xác của dụng cụ Ví dụ: Vôn kế có cấp chính xác là 2 Nếu dùng thang đo 200V để đo hiệu điện thế thì độ ngờ mắc ... kết thí nghiệm không xác Để khắc phục nhược điểm tiến hành đề tài:” Khảo sát thí nghiệm rơi tự cải tiến dụng cụ thí nghiệm rơi tự với thí nghiệm hãng Phywe Qua đề tài tiếp xúc với thực nghiệm. .. thầy LÊ VĂN NHẠN tiến hành thí nghiệm với dụng cụ hãng Phywe kết hợp với dụng cụ cải tiến III Mục đích đề tài: Xác định độ lớn gia tốc trọng trường rơi tự cải tiến dụng cụ thí nghiệm IV Giới hạn... dụng cụ thí nghiệm hãng Phywe dùng để đo số gia tốc trọng trường rơi tự dụng cụ số hạn chế định nên tiến hành cải tiến dụng cụ thí nghiệm so sánh kết với dụng cụ hãng Phywe xem kết Với hướng dẫn