động lực
Sử dụng bộ thí nghiệm xe động lực gồm: - Thanh ray dài 1,2 m trên có hai rảnh song song để tạo chuyển động thẳng, một đầu thanh gắn vật chắn cố định, đầu kia là thanh chắn có thể dịch chuyển bằng cách nới và vặn ốc xiết. Trên thanh ray có dán cố định thước để xác định vị trí.
- Hai xe động lực, mỗi xe có khối lượng m = 500 g - Các vật nặng có khối lượng 500 g
- Ròng rọc và các cuộn chỉ để tạo gia tốc cho xe động lực. - Thước đo góc cho mặt phẳng nghiêng.
Hình 2.6. Xe động lực và vật nặng
Thí nghiệm 1: Thí nghiệm về chuyển động thẳng đều a) Mục tiêu thí nghiệm
- Hình thành khái niệm chuyển động thẳng đều thông qua quan sát, đo đạc các đại lượng vận tốc, tọa độ của xe động lực khi chuyển động trên thanh ray.
- Hình thành khái niệm vận tốc của chuyển động thẳng đều; xác định được dạng đồ thị tọa độ, vận tốc của vật chuyển động thẳng đều theo thời gian.
b) Bố trí thí nghiệm
Bố trí thí nghiệm theo hình
c) Tiến hành thí nghiệm và kết quả thí nghiệm
Trước khi tiến hành các TN với thanh ray nằm ngang cần phải lưu ý điều chỉnh cho thanh ray thực sự nằm ngang trên bàn bằng cách: Đặt dụng cụ kiểm tra thăng bằng lên mặt thanh ray, vặn nút điều chỉnh ở phía dưới thanh ray cho đến khi vị trí bọt khí trong ống nằm ở chính giữa.
Bật lò xo đẩy của xe động lực để khi va chạm vào thanh chắn cố định, nó bật ngược trở lại. Giúp kéo dài thời gian chuyển động của xe động lực để cảm biến thu thập được nhiều dữ liệu hơn.
* Tiến hành thí nghiệm để hình thành khái niệm chuyển động thẳng đều
- Kết nối cảm biến Go! Motion với máy vi tính bằng cáp USB và khởi động phần mềm Logger pro. Hai hệ trục: tọa độ theo thời gian và vận tốc theo thời gian xuất hiện ở giao diện của Logger pro. Chọn thời gian thu thập dữ liệu cho là Logger pro 5 giây.
- Đặt cảm biến Go! Motion ở một đầu của thanh ray.
- Đẩy nút gạt của cảm biến sang chế độ TN phù hợp như hình. - Đặt xe động lực lên thanh ray, cách cảm biến tối thiểu 15 cm.
- Nhấp chuột vào biểu tượng “Collect”, trên cửa sổ phần mềm, đồng thời dùng tay đẩy nhẹ xe động lực để bắt đầu thu thập dữ liệu.
* Kết quả thí nghiệm
* Lưu ý để phân tích các kết quả thí nghiệm :
Phần mềm Logger pro cung cấp rất nhiều công cụ để phân tích các kết quả TN, một trong các công cụ đó là:
- Khi ta muốn biết các số liệu TN ở một thời điểm bất kì trên đồ thị ta nhấp chuột vào biểu tượng “Examine”, và rê chuột đến vị trí trên đồ thị mà ta muốn lấy dữ liệu.
- Để xác định các giá trí lớn nhất, nhỏ nhất, trung bình của các số liệu trên đồ thị trong một khoảng thời gian nào đó ta nhấp chuột vào biểu tượng “Statistics”,
.
- Nếu đồ thị ta có dạng y = ax +b, thì để xác định các thông số a và b nhanh chóng ta nhấp chuột vào biểu tượng “Linear Fit”, .
- Để xác định dạng hàm số của đồ thị ta dùng công cụ “Curve Fit”, nhấp chuột vào biểu tượng . Cửa sổ Curve Fit hiện ra: Chọn hàm số phù hợp với đồ thị, và thử lại bằng cách nhấp chuột vào biểu tượng “Try it”. Trong trường hợp, trong danh sách không có dạng hàm số phù hợp với đồ thị ta có nhấp chuột vào “Define Fuction” để khai báo dạng hàm số mà mình mong muốn. Khi quá trình xác định dạng hàm số hoàn tất, nhấp chuột vào biểu tượng “Ok”, thì trên giao diện chương trình sẽ hiện lên dạng hàm số của đồ thị.
Hình 2.10. Cửa sổ Cruve Fit
Thí nghiệm 2: Thí nghiệm về chuyển động thẳng biển đổi đều
Phương án 1: Xe động lực trượt trên mặt phẳng nghiêng a) Mục tiêu thí nghiệm
- Xác định được quy luật biến đổi của vận tốc theo thời gian trong chuyển động thẳng biến đổi đều. Từ đó hình thành khái niệm chuyền động thẳng biến đổi đều và khái niệm gia tốc trong chuyển động thẳng biến đổi đều.
- Xác định quy luật về tọa độ và đường đi theo thời gian trong chuyển động thẳng biến đổi đều.
b) Bố trí thí nghiệm
Bố trí thí nghiệm theo hình
c) Tiến hành thí nghiệm và kết quả thí nghiệm
Trước khi tiến hành các TN với thanh ray nằm nghiêng, để có thể điều chỉnh độ nghiêng của thanh ray một cách dễ dàng ta có thể đặt một đầu thanh ray trên một giá đỡ. Bằng cách điều chỉnh độ cao của giã đỡ ta có thể điều chỉnh độ nghiêng của thanh ray theo ý muốn.
Lưu ý là bật pittông của xe động lực ra, để khi trượt xuống xe va chạm với đầu cố định của thanh ray và sau đó chuyển động lên dốc, rồ lại đi xuống va chạm với đầu cố định của thanh ray… Quá trình diễn ra nhiều lần, giúp ta thu thập được nhiều dữ liệu hơn.
-
* Tiến hành thí nghiệm để hình thành khái niệm chuyển động thẳng biến đổi đều
- Kết nối cảm biến Go! Motion với máy vi tính bằng cáp USB và khởi động phần mềm Logger pro. Ba hệ trục: tọa độ theo thời gian, vận tốc theo thời gian và gia tốc theo thời gian xuất hiện ở giao diện của Logger pro. Chọn thời gian thu thập dữ liệu cho là Logger pro 5 giây.
- Đặt cảm biến Go! Motion ở một đầu của thanh ray.
- Đẩy nút gạt của cảm biến sang chế độ TN phù hợp như hình.
- Đặt xe động lực lên thanh ray, cách cảm biến tối thiểu 15 cm.
- Nhấp chuột vào biểu tượng “Collect”, trên cửa sổ phần mềm, đồng thời dùng tay thả nhẹ để xe động lực trượt xuống mặt phẳng nghiêng và bắt đầu quá trình cảm biến thu thập dữ liệu.
* Kết quả thí nghiệm
Hình 2. 13. Đồ thị tọa đô, vận tốc, gia tốc của vật chuyển động thẳng biến đổi đều theo thời gian
Phương án 2: Xe động lực thu gia tốc trên mặt phẳng ngang nhờ hệ thống ròng rọc và gia trọng.
a) Mục tiêu thí nghiệm
- Xác định được quy luật biến đổi của vận tốc theo thời gian trong chuyển động thẳng biến đổi đều. Từ đó hình thành khái niệm chuyền động thẳng biến đổi đều và khái niệm gia tốc trong chuyển động thẳng biến đổi đều.
- Xác định quy luật về tọa độ và đường đi theo thời gian trong chuyển động thẳng biến đổi đều.
b) Bố trí thí nghiệm
Bố trí thí nghiệm theo hình. Lưu ý là bật lò xo nén của xe động lực ra, để khi bị gia trọng kéo xuống, thì nó va chạm với thanh chắn động của thanh ray và sau đó chuyển động bật ngược lại , rồ lại bị gia trọng kéo xuống… Quá trình diễn ra nhiều lần, giúp ta thu thập được nhiều dữ liệu hơn.
c) Tiến hành thí nghiệm và kết quả thí nghiệm
-
* Tiến hành thí nghiệm để hình thành khái niệm chuyển động thẳng biến đổi
đều
- Kết nối cảm biến Go! Motion với máy vi tính bằng cáp USB và khởi động phần mềm Logger pro. Ba hệ trục: tọa độ theo thời gian, vận tốc theo thời gian và gia tốc theo thời gian xuất hiện ở giao diện của Logger pro. Chọn thời gian thu thập dữ liệu cho là Logger pro 5 giây.
- Đặt cảm biến Go! Motion ở một đầu của thanh ray.
- Đẩy nút gạt của cảm biến sang chế độ TN phù hợp như hình. - Đặt xe động lực lên thanh ray, cách cảm biến tối thiểu 15 cm.
Hình 2.14. Bố trí TN của vật chuyển động
- Nhấp chuột vào biểu tượng “Collect”, trên cửa sổ phần mềm, đồng thời dùng tay thả nhẹ để gia trọng kéo xe làm xe chuyển động và bắt đầu quá trình cảm biến thu thập dữ liệu.
* Kết quả thí nghiệm
Hình 2. 15. Đồ thị tọa đô, vận tốc, gia tốc của vật chuyển động thẳng biến đổi đều theo thời gian
Thí nghiệm 3: Thí nghiệm kiểm chứng định luật bảo toàn động lượng a) Mục tiêu thí nghiệm
- Qua thí nghiệm, HS quan sát quá trình va chạm giữa các vật chuyển động, xác định được vận tốc của hai xe từ đó xây dựng nội dung của định luật bảo toàn động lượng.
b) Tiến hành thí nghiệm và kết quả thí nghiệm
Trước khi tiến hành các TN với thanh ray nằm ngang cần phải lưu ý điều chỉnh cho thanh ray thực sự nằm ngang trên bàn bằng cách: Đặt dụng cụ kiểm tra thăng bằng lên mặt thanh ray, vặn nút điều chỉnh ở phía dưới thanh ray cho đến khi vị trí bọt khí trong ống nằm ở chính giữa.
Phương án 1: TN với hai xe động lực cùng khối lượng, xe 1 chuyển động đến va chạm mềm vào xe 2 đang đứng yên. Sau va chạm hai xe dính vào nhau và cùng chuyển động.
- Bố trí thí nghiệm như hình:
Trong phương án 1 này ta chỉ cần dùng một cảm biến để xác định vận tốc trước và sau tương tác của các xe động lực.
Để hai xe dính vào nhau sau khi va chạm, ta dùng hai xe động lực có lớp đệm gài đặt đối diện nhau khi va chạm.
* Tiến hành thí nghiệm:
- Kết nối cảm biến Go! Motion với máy vi tính bằng cáp USB và khởi động phần mềm Logger pro. Hệ trục vận tốc theo thời gian xuất hiện ở giao diện của Logger pro. Chọn thời gian thu thập dữ liệu cho là Logger pro 5 giây.
- Đặt cảm biến Go! Motion ở một đầu của thanh ray, cách xe 1 (xe chuyển động) tối thiểu 15 cm.
- Đẩy nút gạt của cảm biến sang chế độ TN phù hợp như hình.
- Nhấp chuột vào biểu tượng “Collect”, trên cửa sổ phần mềm, đồng thời dùng tay đẩy nhẹ xe 1 đến va chạm mềm với xe 2 đứng yên để bắt đầu thu thập dữ liệu.
* Kết quả thí nghiệm
Phương án 2: TN với hai xe động lực cùng khối lượng, xe 1 chuyển động đến va chạm đàn hồi vào xe 2 đang đứng yên.
- Bố trí thí nghiệm như hình:
Trong phương án 2 này ta dùng hai cảm biến để xác định vận tốc trước và sau tương tác của các xe động lực. Cụ thể một cảm biến xác định vận tốc trước và sau tương tác của xe 1, cảm biến còn lại xác định vận tốc trước và sau tương tác của xe 2.
Lưu ý để việc va chạm đàn hồi ít bị mất mát năng lương, ta tiến hành cho hai mặt từ của hai xe đặt đối diện nhau khi tiến hành thí nghiệm.
* Tiến hành thí nghiệm:
- Kết nối cảm biến Go! Motion với máy vi tính bằng cáp USB và khởi động phần mềm Logger pro. Hệ trục vận tốc theo thời gian xuất hiện ở giao diện của Logger pro. Chọn thời gian thu thập dữ liệu cho là Logger pro 5 giây.
- Đặt hai cảm biến Go! Motion ở hai đầu của thanh ray, xe 1 (xe chuyển động) đặt cách cảm biến tối thiểu 15 cm. Xe 2 ( ban đầu đứng yên) đặt ở chính giữa thanh ray.
- Đẩy nút gạt của cảm biến sang chế độ TN phù hợp như hình.
- Nhấp chuột vào biểu tượng “Collect”, trên cửa sổ phần mềm, đồng thời dùng tay đẩy nhẹ xe 1 đến va chạm đàn hồi với xe 2 đứng yên để bắt đầu thu thập dữ liệu.
* Kết quả thí nghiệm
Phương án 3: TN với hai xe động lực cùng khối lượng đứng yên , sau đó tương tác với nhau cùng chuyển động ngược chiều nhau.
- Bố trí thí nghiệm như hình:
Trong phương án 2 này ta dùng hai cảm biến để xác định vận tốc trước và sau tương tác của các xe động lực. Cụ thể một cảm biến xác định vận tốc trước và
Hình 2.19. Đồ thị vận tốc của hệ 2 xe trước và sau tương tác đàn hồi
sau tương tác của xe 1, cảm biến còn lại xác định vận tốc trước và sau tương tác của xe 2.
Ép lò xo nén ở đầu một xe động lực lại, và đặt xe này tiếp xúc nhau với xe còn lại ở vị trí chính giữa của thanh ray.
* Tiến hành thí nghiệm:
- Kết nối cảm biến Go! Motion với máy vi tính bằng cáp USB và khởi động phần mềm Logger pro. Hệ trục vận tốc theo thời gian xuất hiện ở giao diện của Logger pro. Chọn thời gian thu thập dữ liệu cho là Logger pro 5 giây.
- Đặt hai cảm biến Go! Motion ở hai đầu của thanh ray. - Đẩy nút gạt của cảm biến sang chế độ TN phù hợp như hình.
- Nhấp chuột vào biểu tượng “Collect”, trên cửa sổ phần mềm, đồng thời nhấn dứt khoát nút phóng cho lò xo bung ra để hai xe tương tác với nhau và bắt đầu thu thập dữ liệu.
- Lưu ý để nhấn nút phóng một cách dứt khoát, ta dùng một vật nặng (ví dụ
một cây thước gỗ) gõ nhẹ vào nút phóng.
* Kết quả thí nghiệm