a) Mục tiêu TN:
Qua TN, HS xác định được gia tốc của hai vật thu được ngay sau khi tương tác từ đó hình thành định luật III Niutơn
b) Dụng cụ TN:
Đệm không khí, 2 xe trượt (có gắn tấm cản quang và phim phản chiếu) khối lượng 100g, các gia trọng 50g, 100g, 1g, Camera quan sát chuyển động, máy vi tính và phần mềm VideoCom
c) Tiến hành TN và kết quả TN
- Bố trí TN: Như hình 2.16
Hình 2.16: Sơ đồ bố trí TN Định luật III Niutơn
- Kết nối thiết bị với camera và máy tính, khởi động chương trình VideoCom. - Xác định toạ độ quét của VideoCom (Như TN 1)
- Hiệu chỉnh quãng đường chuyển động (như TN 1) - Tiến hành đo:
+ Xoá giá trị đo cũ bằng nút hoặc phím F4.
+ Sau khi hai xe va chạm nhấn nút hoặc phím F9 một lần nữa để dừng quá trình đo.
+ Quan sát đồ thị chuyển động của hai xe trên màn hình máy vi tính. Ghi và xử lý các số liệu thu được.
+ Lưu giá trị đo được bởi nút hoặc phím F2.
Kết quả TN:
Phương án 1: Bố trí xe trượt 1 đang chuyển động đến va chạm vào xe trượt 2 đang đứng yên. Sau va chạm hai xe thu gia tốc.
- Trường hợp 1: Hai xe có cùng khối lượng m1 = m2 = 100g. Qua TN, chúng tôi thu được kết quả như hình 2.17 và bảng 2.6
Hình 2.17: Gia tốc của hai xe thu được trong quá trình va chạm
(m/s2) của 2 xe lượng của 2 xe
1 -1,270 1,300 1,020 1
2 -1,200 1,210 1,008 1
3 -0,848 0,848 1,000 1
4 -0,501 0,501 1,000 1
Bảng 2.6: Kết quả gia tốc của hai xe khi cùng khối lượng
Kết quả TN cho thấy gia tốc thu được của hai xe tại những thời điểm bất kỳ trong thời gian tương tác là gần bằng nhau về độ lớn nhưng ngược chiều nhau. Suy ra hai lực F1 và F2 bằng nhau về độ lớn nhưng ngược chiều.
- Trường hợp 2: Khối lượng hai xe là m1 = 200g, m2 = 100g
Hình 2.18: Gia tốc của hai xe thu được trong thời gian tương tác với m1 = 200g, m2 = 100g
Lần đo Gia tốc xe 1 (m/s2) Gia tốc xe 2 (m/s2) Tỉ số gia tốc của 2 xe Tỷ số khối lượng của 2 xe 1 -0,887 1,800 2,02 2 2 -0,598 1,190 1,99 2 3 -0,665 1,332 2,00 2
Bảng 2.7: Kết quả gia tốc của hai xe khi m1 = 200g, m2 = 100g
Kết quả TN cho thấy hai lực F1và F2 bằng nhau về độ lớn nhưng ngược chiều.
Phương án 2: Hai xe đứng yên sau đó tương tác với nhau
Cho hai xe cố định với nhau bằng một lò xo nén, giữ chúng đứng yên sau đó đốt dây nối cho hai xe chuyển động. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Trường hợp 1: m1 = m2 = 100g
Hình 2.19: Gia tốc của hai xe thu được trong thời gian tương tác với m1 = 100g, m2 = 100g
Lần đo Gia tốc xe 1 (m/s2) Gia tốc xe 2 (m/s2) Tỉ số gia tốc của 2 xe Tỷ số khối lượng của 2 xe 1 -1,35 1,35 1 1 2 -1,75 1,73 1 1 3 -1,17 1,15 1 1
Bảng 2.8: Kết quả gia tốc của hai xe khi m1 = 100g, m2 = 100g
- Trường hợp 2: m1 = 100g; m2 = 150g
Lần đo Gia tốc xe 1 (m/s2) Gia tốc xe 2 (m/s2) Tỉ số gia tốc của 2 xe(a1/a2) Tỷ số khối lượng của 2 xe (m2 /m1) 1 -1,68 1,15 1,46 1,5 2 -1,39 0,93 1,49 1,5 3 -0,86 0,57 1,51 1,5
Hình 2.20: Gia tốc của hai xe thu được trong thời gian tương tác với m1 = 100g, m2 = 150g Phương án 3: Hai xe chuyển động ngược chiều đến tương tác với nhau
- Trường hợp 1: Hai xe có khối lượng m1 = m2 = 100g chuyển động ngược chiều nhau đến va chạm với nhau.
Hình 2.21: Gia tốc của hai xe thu được trong tương tác với m1 = 100g, m2 = 100g
(m/s2) của 2 xe lượng của 2 xe
1 -0,416 0,441 0,943 1
2 -0,827 0,834 0,992 1
3 -0,444 0,460 0,965 1
4 -0,631 0,665 0,949 1
Bảng 2.10: Kết quả gia tốc của hai xe khi m1 = 100g, m2 = 100g
- Trường hợp 2: m1 = 150g; m2 = 100g
Chúng tôi sử dụng hai xe có khối lượng khác nhau cho chúng chuyển động rồi va chạm với nhau. Chúng tôi thu được bảng số liệu và đồ thị gia tốc theo thời gian như bảng 2.11 và hình 2.22.
Hình 2.22: Gia tốc của hai xe thu được trong thời gian tương tác với m1 = 150g, m2 = 100g
Lần đo Gia tốc xe 1 (m/s2) Gia tốc xe 2 (m/s2) Tỉ số gia tốc của 2 xe(a2/a1) Tỷ số khối lượng của 2 xe(m1 /m2) 1 -0,386 0,600 1,554 1,5 2 -0,522 0,804 1,540 1,5 3 -0,308 0,467 1,516 1,5 4 -0,170 0,260 1,529 1,5
Bảng 2.11: Kết quả gia tốc của hai xe khi m1 = 150g, m2 = 100g
Ở tất cả các phương án ta đều thu được kết luận lực tương tác giữa các xe là ngược chiều và cùng độ lớn.
d) Đánh giá hiệu quả của TN:
Các TN trước đây thường gặp khó khăn khi xác định lực và gia tốc sau khi tương tác, và không thể xác định được gia tốc của các vật trong thời gian tương tác.TN trên đệm khí với sự hỗ trợ của camera và máy vi tính đã góp phần khắc phục
được những khó khăn trên. Cụ thể, với bộ TN này ta có thể đo được các giá trị của gia tốc trong thời gian rất ngắn do đó có thể đo được gia tốc của hai vật ngay cả trong thời gian tương tác. Kết quả cho thấy rằng trong thời gian tương tác, gia tốc của hai vật là thay đổi (tức lực tương tác giữa chúng là thay đổi), tuy nhiên nếu ta xét tại những thời điểm bất kì thì thấy rằng lực tương tác giữa chúng luôn có độ lớn như nhau và ngược chiều nhau. Có thể sử dụng TN này để làm TN khảo sát hoặc TN kiểm chứng khi dạy học định luật III Niutơn.