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...

BÀI 13 THỰC HÀNH : XÁC ĐỊNH CHU KÌ DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC ĐƠN VÀ CON LẮC LÒ XO VÀ GIA TỐC TRỌNG TRƯỜNG

1 Mục đích

• Hiểu được phương án thí nghiệm để xác định chu kì của con lắc

đơn và con lắc lò xo thẳng đứng.

• Khảo sát để phát hiện ảnh hưởng của biên độ, khối lượng, chiều

dài của con lắc đơn với chu kì dao động.

• Thực hiện hai phương án thí nghiệm

• Tính được gia tốc trọng trường từ kết quả thí nghiệm

• Củng cố kiến thức về dao động cơ, kĩ năng sử dụng thước đo độ dài

và đồng hồ đo thời gian.

2 Cơ sở lí thuyết

• Khái niệm về con lắc đơn, con lắc lò xo, điều kiện dao động nhỏ

• Các công thức về dao động của con lắc:

•Con lắc đơn: s=scosωt

• Con lắc lò xo: x=xcosωt

• Chú ý Tác dụng của gia tốc trọng trường đối với dao đông của con

lắc đơn và con lắc lò xo thẳng đứng.

3 Phương án thí nghiệm

• Dụng cụ thí nghiệm

•Một giá đỡ cao 1m, có tấm chỉ thị nằm ngang với các vạch chia đối xứng.

•Một cuộn chỉ.

•Một đồng hồ bấm giây.

•Một thước đo độ dài có độ chia tới minimét.

•Các quả nặng : 5g,50g,100g,150g.

Bước 1 : Tạo một con lắc đơn với độ dài dây treo 30 cm và quả nặng cỡ 5 g, treo lên giá đỡ sao cho dây treo gần sát với tấm chỉ thị

a) Phương án 1: thí nghiệm với con lắc đơn

•Tiến trình thí nghiệm

Bứơc 2 : cho con lắc dao động với góc lệch ban đầu α0

cỡ 600,và điều chỉnh sao cho mặt phẳng dao động của

con lắc song song với tấm chỉ thị Sau đó đo thời gian t

để con lắc thực hiện được 10 dao động.Lặp lại 2 lần để

có các giá trị t1, t2

Bước 3 : đổi góc lệch ban đầu α0 cỡ 100,50,300 và làm lại thí nghiệm với con lắc ở bước 2,đo các giá tri t tương ứng, ghi

số liệu vào bảng 13.1

• Quan sát thí nghiệm ta thấy với góc lệch bằng 600

và 300 thì biên độ dao động của con lắc luôn thay

đổi(giảm dần) Suy ra dao động của con lắc đơn

không phải là dao động điều hòa

• Đối với góc lệch bằng 100 và 50 biên độ dao động của con lắc gần như không đổi Suy ra dao động của con lắc đơn là dao động điều hòa

Kết luận

Góc lệch

Thời gian(s) thực hiện

10 dao động Chu kì T(s)

t 1 t 2 t tb T 1 T 2 T tb

10 0 12.94 12.62 12.78 ± 0.06 1.294 1.262 T A = 1.278

± 0.006

5 0 12.96 12.82 12.89 ± 0.07 1.296 1.282

T B =1.289

± 0.007

m= 5g, l = 40 cm

GA =4π2l/T2=9.67m/s2

GB =4π2l/T2=9.51 m/s2

G=9.59 ± 0.08 m/s2

• Nhận xét :kết quả thí nghiệm cho sai số còn lớn là do: -Dụng cụ thí nghiệm không chuẩn xác

- Do tác động của môi trường, ma sát với không khí

- Do kĩ năng thực hành chưa tốt







3 Chu kì dao động của con lắc đơn phụ thuộc chiều

dài con lắc.

 Dùng con lắc đơn có m = 5 g, chiều dài l1=30 cm

và đo thời gian 10 dao động toàn phần để xác định chu kì T1 ghi vào bảng.

 Thay con lắc đơn có chiều dài l2= 40 cm để đo thời gian 10 dao động toàn phần và xác định chu kì T2.

 Tính bình phương các chu kì T12

,T22 lập các tỉ số

T12/ l1, T22/ l2

•Bảng số liệu

Chiều dài l

(cm) Thời gian t= 10T (s) Chu kì T (s) T 2 (s 2 ) T

2 / l (s 2 / cm)

l 1 = 30 t 1 =11.44 T 2 =1.144 T 1 2 = 1.309 T 1 2 /l 1 =4.36

l 2 = 40 t 2 =12.94 T 2 =1.294 T 2 2 =1.674 T 2 2 /l 2 =4.19

Kết luận: Bình phương chu kì con lắc tỉ lệ

thuận với chiều dài con lắc

m=5g , α=10 0

b) Con lắc lò xo:

Tiến trình thí nghiệm:

Bước 1: Tạo một con lắc lò xo có chiều dài tự nhiên là

9 cm và treo quả nặng 50g treo trên giá đỡ

Bước 2: Kéo quả nặng khỏi vị trí cân bằng 2 cm theo phươnhg thẳng đưng

Đo thời gian T để con lằc thực hiện 10 dao động, lặp lại hai lần để có các giá trị t 1 , t 2

Bước 3: Thay thế quả nặng của con lắc lần lượt bằng quả nặng 100 g và 150 g Làm thí nghiệm tương tự như bước 2, đo các giá trị t tương ứng, ghi số liệu vào

bảng.

4 Kết luận:

a) Từ các kết quả nhận được ở trên suy ra :

• Chu kì dao động cuà con lắc đơn dao động với

biên độ nhỏ tại cùng một nơi, không phụ thuộc vào khối lượng của quả nặng mà tỉ lệ với chiều dài của con lắc theo công thức : T=2π

• Theo công thức lí thuyết về chu kì dao động

của con lắc đơn dao động với biên độ(góc lệch nhỏ) : T=2π

• Tính gia tốc trọng trường g tại nơi làm thí

nghiệm theo giá trị thu được từ thực nghiệm.

G=4π 2 l/T 2 (m/s 2 )

Khối

lượng (g)

Thời gian(s) thực hiện

10 dao động Chu kì T(s)

t 1 t 2 t tb T 1 T 2 T tb

50 4.72 4.62 4.67 ± 0.05 0.472 0.462 0.467 ±

0.005

100 6.25 6.25 6.25 0.625 0.625 0.625

150 8.00 7.99 7.995 ± 0.005 0.8 0.799 0.7995 ± 0.0005

l = 9 cm, A=2 cm

Chu kì dao động của con lắc lò xo tỉ lệ với khối lượng của con lắc theo công thức

T=2π

KL:

1.Nguyễn Thị Phương

2.Trương Ngọc Hải Nam 3.Lê Thuần Nguyên

4.Nguyễn Thị Mai

5.Nguyễn Thị Thùy

6.Nguyễn Huỳnh Như

7.Nguyễn Thị Thuyết Mai

8.Vương Thị Thanh Nhã

9.Lê Thị Dịu