SỬ DỤNG TRONG DẠY HỌC
2.4.3.3. Bài tập thí nghiệm
Bài 7. Hãy xác định tốc độ dài, tốc độ góc, gia tốc hướng tâm, tần số của một điểm trên vành xe đạp của em khi em đi học từ nhà đến trường (các vận tốc được tính trung bình). Thiết bị: tự lựa chọn thiết bị cần thiết, dễ có.
Định hướng tư duy
- Nêu công thức tính vận tốc trung bình?
- Nêu biểu thức liên hệ giữa tốc độ góc, tần số với tốc độ dài? - Cần phải đo đại lượng nào và cách đo?
Hướng dẫn giải
- Đếm số cột điện thoại từ nhà đến trường và đo quãng đường s hoặc đếm hàng cây bên đường.
- Dùng đồng hồ xác định thời gian từ nhà đến trường. Vận tốc trung bình: v s
t
= .
- Dùng thước kẻ xác định khoảng cách từ một điểm trên vành bánh xe đến trục bánh xe (bán kính r). Ta có: v .r v r ω ω = ⇒ = và 2 2 f f ω ω π π = ⇒ = và aht v2 2.r r ω = =
Bài 8. Trên đường về quê, lúc ô tô của em đi song song với đường sắt thì đuổi kịp đoàn tàu. Làm thế nào để xác định được vận tốc đoàn tàu với chiếc đồng hồ có kim giây của em.
Định hướng tư duy
- Ô tô và đoàn tàu có chuyển động tương đối với nhau không?
- Hãy viết biểu thức vận tốc của ô tô đối với đoàn tàu? Từ đó đưa ra biểu thức tính vận tốc của đoàn tàu?
- Nêu cách đo các đại lượng trong biểu thức của đoàn tàu?
Hướng dẫn giải
Vận tốc của ô tô đối với đoàn tàu: vrOT =vrO−vrT hay vT =vO−vOT vo l t
= −
Đo vo (vận tốc ô tô) : đếm số cột điện thoại, bấm thời gian từ khi đếm t1:
1( 1)50 ( 1)50 o n v t −
= (50 m – khoảng cách giữa hai cột điện thoại). Đo l: đếm số toa, nhân 15 m.
Đo t bấm đồng hồ từ lúc ô tô gặp tàu đến lúc vượt tàu.
Bài 9. Để đo chiều cao của một ngôi nhà, người ta yêu cầu bạn chỉ dùng một vỏ đồ hộp rỗng và một chiếc đồng hồ bấm giây. Bạn có thể thực hiện được nhiệm vụ đó không? Nếu có thì phải làm như thế nào?
Định hướng tư duy
- Nêu biểu thức liên hệ giữa thời gian rơi và quãng đường rơi? Thời gian truyền âm và quãng đường rơi?
- Tiến hành thí nghiệm như thế nào và cần đo những đại lượng nào, cách đo?
Hướng dẫn giải
Cần thả cho hộp rơi từ nóc nhà đồng thời bấm đồng hồ bấm giây và ngay khi nghe thấy tiếng hộp chạm đất phải bấm cho đồng hồ dừng lại. Thời gian t chỉ bởi đồng hồ bấm giây gồm thời gian rơi t1 của hộp và thời gian t2 để tiếng động từ đất truyền đến tai người quan sát ở nóc nhà.
Vậy: 2 1 2 1 2 1 à h = t ( 340 / ) 2 2 a a a h gt v v v m s h h t t t g v = ≈ ⇒ = + = +
Từ đây dễ dàng tìm chiều cao của nóc nhà.
Để tính gần đúng (đặc biệt nếu nóc nhà không cao lắm) số hạng thứ hai ở vế phải phương trình trên có thể xem là rất nhỏ và có thể bỏ qua ta được:
22 1 2 1 à h = 2 h t v gt g ≈
Bài 10. Hãy tìm cách xác định khối lượng của con thuyền đậu trên mặt nước đứng yên với dụng cụ là chiếc thước mét của em. Thực hành trong điều kiện có thể.
Định hướng tư duy
- Một người đứng trên thuyền và đi về phía đuôi thuyền thì thuyền có dịch chuyển không? Nếu có thì được xác định như thế nào?
- Định luật bảo toàn nào áp dụng trong trường hợp này?
- Từ công thức tính độ dịch chuyển suy ra khối lượng M của thuyền như thế nào? - Đo các đại lượng trong biểu thức của khối lượng M của thuyền tìm được như thế nào?
Hướng dẫn giải
Xét hệ gồm người và thuyền.
Chọn chiều dương là chiều chuyển động của thuyền. Áp dụng định luật bảo toàn động lượng:
( ) 0 ( ) Mv m v u M m v mu m v u M m + − = ⇒ + = ⇒ = +
Nhân hai vế cho t: x m l M m l x( )
M m x
−
= ⇒ =
+
Vậy đo chiều dài của thuyền l, quãng đường mà nó dịch chuyển x ta có thể tính được khối lượng của thuyền vì khối lượng của người đã biết.
Bài 11. Bằng thí nghiệm xác định hệ số ma sát của gỗ trượt trên gỗ. Cho các thiết bị: mẫu gỗ hình hộp, bảng gỗ và thước thẳng.
Định hướng tư duy
- Vì sao một vật có thể nằm yên trên mặt phẳng nghiêng? - Khi nào thì vật bắt đầu trượt?
- Hãy đưa ra biểu thức của hệ số ma sát ứng với trường hợp giới hạn khi mẫu gỗ bắt đầu trượt?
- Tiến hành thí nghiệm, trình bày cách làm, ghi chép số liệu đo được.
Hướng dẫn giải
Đặt mẫu gỗ trên tấm ván rồi nâng một đầu ván lên cho tới khi thanh bắt đầu chuyển động.
Lực có xu hướng làm cho thanh chuyển động theo hướng song song với mặt ván (bảng gỗ) bằng Psinα .
Lực ma sát của ván tác dụng lên thanh có dạng: Fms =µPcosα với P là trọng lượng mẫu gỗ, µ là hệ số ma sát cần tìm.
Khi mẫu gỗ chuyển động thẳng đều: Psin Pcos tg h l
α µ= α ⇒ =µ α =
Bài 12. Làm thế nào để xác định được độ sâu của một cái hang chỉ với một viên đá và một chiếc đồng hồ bấm giây? Lấy gia tốc trọng trường g = 10m/s2 và vận tốc truyền âm trong không khí là vâm = 340m/s.
Định hướng tư duy
- Viên đá và đồng hồ bấm giây được nêu ra trong bài với mục đích gì?
- Chuyển động rơi của viên đá từ miệng hang xuống đáy hang là chuyển động gì?
- Độ sâu của hang có bằng quãng đường rơi của viên đá không? Biểu thức xác định độ sâu của hang?
- Quãng đường rơi của viên đá và quãng đường truyền âm từ đáy hang đến tai có bằng nhau không và được xác định như thế nào?
Hướng dẫn giải
- Dùng viên đá để thả xuống hang, khi viên đá chạm đáy hang sẽ phát ra âm thanh vọng lại tai. Dùng đồng hồ bấm giây để đo khoảng thời gian từ lúc thả viên đá đến khi tai nghe âm thanh vọng lên từ đáy hang.
- Chuyển động của viên đá là chuyển động rơi tự do.
- Độ sâu của hang chính là quãng đường rơi của viên đá. Được xác định: sđá = 1
2gt2 đá
- Quãng đường đi của âm từ đáy hang đến tai: sâm = vâmtâm
- Quãng đường rơi của viên đá chính bằng quãng đường truyền âm từ đáy hang đến tai: sđá = 1
2gt2
đá = vâmtâm (1)
Với: tđá + tâm = t (2); (t: khoảng thời gian được đo bởi đồng hồ bấm giây). Từ (1) và (2), HS sẽ tìm được kết quả theo yêu cầu của bài toán.
Bài 13. Hãy chế tạo một lực kế với những dụng cụ mà em có. Mang sản phẩm đến lớp kèm theo bản thuyết minh.
Định hướng tư duy
- Cần những vật liệu nào để chế tạo lực kế? Có thể tự tìm các vật liệu ấy được không?
- Khối lượng lò xo, thanh treo vật và kim chỉ có ảnh hưởng như thế nào đến sai số của dụng cụ?
- Các vật mẫu phải có đặc điểm gì?
- Chia thang đo của lực kế bằng cách nào?
- Cần trình bày những gì trong phần báo cáo kết quả của nhóm?