Bài 13. Thực hành: Xác định chu kì dao động của con lắc đơn hoặc con lắc lò xo và gia tốc trọng trường

Bài 13. Thực hành: Xác định chu kì dao động của con lắc đơn hoặc con lắc lò xo và gia tốc trọng trường tài liệu, giáo án...

Bµi 13 - ThÝ nghiÖm thùc hµnh – Bµi sè 1 Bµi sè 1 XÁC ĐỊNH CHU KÌ DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC ĐƠN HOẶC CON LẮC LÒ XO

VÀ GIA TỐC TRỌNG TRƯỜNG

Giáo viên: Trần Viết Thắng

Trường THPT Chu Văn An

2

4

T

l

g  

k

m

T 2

II Mục đích thí nghiệm

1 Khảo sát ảnh h ởng của biên độ , khối l ợng m của quả nặng và độ dài l của dây treo đối với chu kỡ dao động T của con lắc đơn

2 Xác định gia tốc trọng tr ờng g bằng con lắc đơn theo công thức :

3 Khảo sát ảnh h ởng của khối l ợng m của quả nặng và độ cứng k của

lò xo đối với chu kỡ dao động T của con lắc lò xo

4 Kiểm chứng bằng thực nghiệm đối với công thức tính chu kỡ T của

con lắc lò xo :

(1)

(2)

Ghi chỳ: HS làm thực hành, bỏo cỏo kết quả thực hành và trả lời nhanh cỏc cõu hỏi trắc nghiệm theo mẫu bỏo cỏo TH bài số 1-Lớp

12 NC ( kốm theo Giỏo ỏn này)

Bµi 13 - ThÝ nghiÖm thùc hµnh – Bµi sè 1 Bµi sè 1

H×nh 1 Bé thiÕt bÞ thÝ nghiÖm

1 2

3 4

5

11

6

7

10

Dụng cụ thí nghiệm:

1 Giá đỡ bằng nhôm, cao 60cm, có thanh ngang treo con lắc

2 Đế ba chân bằng sắt, có hệ vít chỉnh cân bằng

3 Th ớc thẳng dài 600 mm gắn trên giá đỡ

4 Dây sợi tổng hợp, mảnh, không dãn, dài 50 cm Bộ 2 viên bi thép khối l ợng khác nhau, có móc treo

6 Thanh ke nhôm, dài 10 cm

7 Bộ 2 lò xo xoắn có độ cứng khác nhau

8 Bộ 2 quả nặng loại 50 g, lồng trên thanh trụ có lỗ treo ở một đầu

treo cú trục quay

10 Đồng hồ đo thời gian hiện số, có hai thang đo 9,999 s và 99,99 s

11 Cổng quang điện hồng ngoại, có trụ thép dài 10 cm, dây nối và giắc cắm 5 chân

Phần I Khảo sát dao động của con lắc đơn

Hình 2 Bộ thiết bị thí nghiệm

Khảo sát dao động của con lắc đơn

Xác định gia tốc trọng tr ờng.

Hình 3 Đồng hồ đo thời

gian hiện số

a) mặt tr ớc

b) mặt sau

I Tiến hành thí nghiệm

1 Khảo sát ảnh h ởng của biên độ  đối với chu kì dao động T của con lắc đơn

a) Nối cổng quang điện với ổ cắm A ở mặt sau đồng hồ đo thời gian hiện số (Hình 3) Gạt núm chọn thang đo sang vi trí 9,999s Vặn núm chuyển mạch MODE sang vị trí T để đo từng chu kì dao động của con lắc Cắm phích lấy điện của đồng hồ đo thời gian vào nguồn điện ~ 220V Bấm công-tắc K ở mặt sau của nó để các chữ số hiển thị trên cửa sổ Thời gian

dài và không dãn Vặn các vít của đế ba chân, điều chỉnh cho giá đỡ cân bằng thẳng đứng Đặt thanh ke áp sát cạnh của giá đỡ tại vị trí

(thấp hơn đáy viên bi) ứng với độ dài L trên th ớc milimét Quay ròng rọc để thả dần sợi dây cho tới khi đáy của viên bi vừa tiếp xúc với

cạnh ngang của thanh ke Nếu gọi r là bán kính viên bi, thì độ dài l

Bài 13 - Thí nghiệm thực hành – Bài số 1 Bài số 1

06 ,

0 500

30 tan

1

1

l

a

0

2 5,7



Dịch chuyển cổng quang điện sao cho cửa sổ nằm ngang vị trí tâm bi,

quang điện, rồi th? cho con lắc đơn dao động không vận tốc đầu Khi

Sau 23 dao động, bấm nút RESET trên mặt đồng hồ đo thời gian

hiện số để tiến hành đo từng chu kì đao động T của con lắc đơn Thực hiện 3 lần phép đo này Ghi giá trị của T trong mỗi lần đo vào bảng 1.

Dịch chuyển cổng quang điện đến vị trí sao cho cửa sổ của nó nằm

Thực hiện 3 lần phép đo từng chu kì dao động T của con lắc đơn Ghi giá trị của T trong mỗi lần đo vào bảng 1.

2 Khảo sát ảnh h ởng của khối l ợng m đối với chu kì dao động T

của con lắc đơn.

Ghi giá trị của T trong mỗi lần đo vào bảng 1

3 Khảo sát ảnh h ởng của độ dài l đối với chu kì dao động T

của con lắc đơn.

Giữ nguyên viên bi khối l ợng m 2 và biên độ 2 Điều chỉnh dây iều chỉnh dây

chu kì T Ghi giá trị của T trong mỗi lần đo vào bảng 1.

Bài 13 - Thí nghiệm thực hành – Bài số 1 Bài số 1

T

2

4

2

3

2

2

1

1

T 3

T 2

T 1

Chu kỡ dao động T

ộ dài

(mm)

B độ



K.l ợng

m

Con lắc

đơn

Bảng 1

3

3 2

T

III Kết qu thí nghiệm ả thí nghiệm

1 Tính giá trị trung bỡnh của chu kỡ dao động :

2 C n cứ giá trị của T v (ăn cứ giá trị của T và ( à m T)max tìm đ ợc trong Bảng 1, hãy cho biết :

a) Biên độ  có ảnh h ởng đến chu kỳ dao động T của con lắc đơn

không ?

không ?

không ?

So sánh hai tỉ số trên, từ đó rút ra nhận xét về sự phụ thuộc của chu kỡ

dao động T của con lắc đơn vào độ dài l của nó

3

2





















l

T

4

2





















l T

Bài 13 - Thí nghiệm thực hành – Bài số 1 Bài số 1

2

2

4

T

l

g  

4 Xác định gia tốc trọng tr ờng g bằng con lắc đơn số 3 theo

công thức (1) :



















T

T l

l g

g ( ) max

2

- Sai số tuyệt đối :

Bộ thiết bị thí nghiệm

Khảo sát dao động của

con lắc lò xo.

Phần II Khảo sát dao động của con lắc lò xo

1 Xác định độ cứng của lò xo (dùng

tạo ra con lắc lò xo)

a) Treo lò xo A vào thanh ngang của

giá đỡ Vặn các vít của đế ba chân để

điều chỉnh cho giá đỡ cân bằng thẳng

đứng Móc thanh treo mang quả nặng

thanh ke áp sát cạnh của giá đỡ và dịch

chuyển thanh ke cho tới khi cạnh

ngang của nó tiếp xúc với đáy quả nặng

trên th ớc milimét trong mỗi lần đo vào

Bảng 2

Bài 13 - Thí nghiệm thực hành – Bài số 1 Bài số 1

Bộ thiết bị thí nghiệm

Khảo sát dao động của

con lắc lò xo.

Phần II Khảo sát dao động của con lắc lò xo

thanh treo, rồi móc nó với đầu d ới của lò

xo A để tổng khối l ợng của các quả nặng

này là m = 150 g Thực hiện 3 lần phép đo

này Ghi vị trí t ơng ứng l của đáy quả

nặng m trong mỗi lần đo vào Bảng 2

c) Làm lại thí nghiệm này với lò xo B

l của đáy quả nặng m trong mỗi lần đo

vào Bảng 2

d) ộ cứng của hai lò Độ dài

0

l

l 

k

B ng 2 ả thÝ nghiÖm

k B = ……… (N/m)

k A = ……… (N/m)

é cøng

Đé dµi

Trung bình

3 2 1

l

l 0

l

l 0

Lß xo B

Lß xo A LÇn ®o

(víi m = 150 g)

.

0 

Bài 13 - Thí nghiệm thực hành – Bài số 1 Bài số 1

2 Khảo sát ảnh h ởng của độ cứng k của lò xo đối với chu kì dao

động T

a) Treo lò xo A mang quả nặng m = 150 g vào giá đỡ Dịch chuyển

cổng quang điện đến vị trí sao cho cửa sổ của nó nằm sát ngay chính

giữa đáy quả nặng m dọc theo ph ơng đứng Kéo quả nặng m thẳng

đứng xuống phía d ới để lò xo A dãn dài thêm khoảng 10 mm, rồi

buông tay thả cho con lắc lò xo dao động không vận tốc đầu Khi đó

Sau 23 dao động, bấm nút RESET trên mặt đồng hồ đo thời gian

hiện số để tiến hành đo từng chu kì đao động T của con lắc lò xo

Thực hiện 3 lần phép đo này Ghi giá trị của T trong mỗi lần đo vào

Bảng 3

c) Làm lại thí nghiệm này với lò xo B mang quả nặng có cùng khối l

ợng m = 150 g Thực hiện 3 lần phép đo từng chu kì T của con lắc

3 Khảo sát ảnh h ởng của khối l ợng m của quả nặng đối với chu kì dao động T

Treo lò xo A mang quả nặng có khối l ợng m = 100 g vào giá đỡ Thực hiện 3 lần phép đo từng chu kì đao động T của con lắc lò xo này Ghi giá trị của T trong mỗi lần đo vào bảng 3.

T

m = 100

kB = ….

3

m = 150

kB = …

2

m = 150

kA = …

1

T3

T2

T1

Chu kỡ dao động T Khối l ợng

m (g)

ộ cứng

Độ dài

k (N/m)

Con lắc

lò xo

B ng 3 ả thí nghiệm

Bài 13 - Thí nghiệm thực hành – Bài số 1 Bài số 1

3

3 2

T

T   

1 Tính giá trị trung bỡnh của chu kỡ dao động :

đối với mỗi con lắc lò xo trong bảng 3

2 Tính các tỉ số sau đây đối với các con lắc lò xo số 1, 2, 3 trong

b ng 3 :ảng 3 :

III Kết qu thí nghiệm ảng 3 :

T 2k A1  

T 2k B 2  

2 2           m T

3 2           m T

III Kết qu thí nghiệm ảng 3 :

3 So sánh các cặp tỉ số sau đây :

 1

2

A

k

2

B

k T

2

2

















m

T

3

2

















m

T

và

………

………

………

Từ đó rút ra nhận xét về sự phụ thuộc của chu kỡ dao động T của con lắc lò xo vào độ cứng k của lò xo và khối l ợng m của qu ảng 3 : nặng tạo thành con lắc đó

T

k m

4 Kết luận :

Chu kỡ dao động T của con lắc lò xo tỉ lệ nghịch

thành con lắc đó

Bài 13 - Thí nghiệm thực hành – Bài số 1 Bài số 1

5 Kiểm chứng bằng thực nghiệm đối với công thức tính chu kỡ T

của con lắc lò xo :

a) C n cứ vào giá trị của độ cứng ăn cứ giá trị của T và ( k và khối l ợng m ghi trong b ng ảng 3 :

3 đối với một con lắc lò xo nào đó tuỳ ý chọn, ví dụ chọn con lắc lò

xo số 1 chẳng hạn, tính chu kỡ dao động T theo công thức lí thuyết (2)

max

)

( T

T

k

m

T  2 

b) So sánh giá trị chu kỡ dao động T con lắc lò xo tính theo công

thức lí thuyết (2) với giá trị trung bỡnh của chu kì dao động đối

với con lắc lò xo này đo đ ợc bằng thí nghiệm trong giới hạn sai số

ghi trong bảng 3

Từ đó nhận xét xem công thức lí thuyết (2) tính chu kì dao động

của con lắc lò xo có phù hợp với kết quả đo bằng thực nghiệm