BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO HỘI VẬT LÍ VIỆT NAM Olympic Vật lý sinh viên Toàn quốc lần thứ XVI Đề thi THỰC NGHIỆM (Thời gian làm 180 phút) XÁC ĐỊNH GIA TỐC TRỌNG TRƯỜNG BẰNG CON LẮC ĐƠN VÀ CON LẮC VẬT LÝ I Cơ sở lý thuyết Con lắc đơn Con lắc đơn gồm vật nặng có kích thước nhỏ, khối lượng m, treo đầu sợi dây mềm khơng dãn có độ dài có khối lượng khơng đáng kể Với dao động nhỏ lắc đơn dao động với chu kỳ T 2 g Con lắc vật lý Con lắc vật lí định nghĩa vật rắn chịu tác dụng trọng lực thực dao động nhỏ quanh trục nằm ngang không qua khối tâm Chu kỳ T lắc vật lí cho T 2 I Mgd Trong đó: M khối lượng vật rắn; d khoảng cách từ trục nằm ngang tới khối tâm I momen quán tính vật rắn trục xét II Dụng cụ thí nghiệm Đế ba chân sắt Hai inox cứng, dài ngắn Thanh ngắn có gắn trục nhỏ đầu Giá đỡ kẹp trục thép Thước đo Dây làm sợi tổng hợp, mảnh, không dãn đầu buộc viên bi thép Cổng quang điện hồng ngoại, dây nối giắc cắm nối sẵn với đồng hồ đo thời gian số Đồng hồ đo thời gian số, có hai thang đo giây (s) mili giây (ms) Đặt chế độ cho lần đo sau: - Để thang đo giây (s) - Ấn nút reset, đợi chút cho chu kỳ dao động ổn định - Chọn mode đo (1 chu kỳ; 10 chu kỳ; 20 chu kỳ) Sau chọn mode, máy tự đếm số chu kỳ thời gian cho tổng số chu kỳ Kết thúc hiển thị tổng thời gian Một hình trụ rỗng đồng (khối M m lượng M) có gắn viên bi kim loại (khối lượng m) Hình trụ khoan lỗ nhỏ để cắm trục vng góc qua trục hình trụ, cho hình trụ treo trục dao động mặt phẳng thẳng đứng Khoảng cách lỗ 1,5 cm Đế chân Đồng hồ đo thời gian Cổng quang Trục đỡ, giá đỡ Bi thép Hình trụ chứa viên bi III Yêu cầu thí nghiệm Khảo sát dao động nhỏ lắc đơn (10 điểm) Khảo sát ảnh hưởng độ dài lên chu kì dao động lắc đơn Điều chỉnh dây treo để lắc dao động với độ dài dây khác nhau, xác định thời gian n dao động tồn phần để xác định chu kì T - Bố trí thí nghiệm tiến hành đo đạc thu thập số liệu (bảng số liệu); - Từ bảng số liệu, vẽ đồ thị biểu diễn phụ thuộc T vào chiều dài lắc Rút nhận xét Xác định gia tốc trọng trường Dựa vào bảng số liệu đo trên, trình bày cách xử lý số liệu để đưa giá trị gia tốc trọng trường g nơi làm thí nghiệm Khảo sát dao động nhỏ lắc vật lý (20 điểm) Sử dụng hình trụ rỗng có gắn viên bi để khảo sát lắc vật lý XG z Trình bày phương pháp xác định vị trí khối tâm hệ hình trụ có gắn viên bi Xác định giá trị XG G Để xác định giá trị gia tốc trọng trường g, ta khảo sát chu kỳ dao động T lắc vật lý theo khoảng cách d từ trục dao động đến khối tâm G Hãy: - Xây dựng công thức cần thiết nói cách xác định g; - Bố trí thí nghiệm tiến hành đo đạc thu thập số liệu (bảng số liệu); - Xử lý số liệu để nhận giá trị g Xác định giá trị z (vị trí viên bi so với đầu hình trụ) tỉ số khối lượng M/m Bỏ qua ảnh hưởng lỗ nhỏ đến tính đồng hình trụ rỗng Cho biết momen qn tính hình trụ rỗng đồng chất, chiều dài , khối lượng M trục quay qua khối tâm vng góc với trục hình trụ I thể coi chất điểm có khối lượng m M Viên bi có 12 ... động T lắc vật lý theo khoảng cách d từ trục dao động đến khối tâm G Hãy: - Xây dựng công thức cần thi t nói cách xác định g; - Bố trí thí nghiệm tiến hành đo đạc thu thập số liệu (bảng số liệu);