Kết quả thí nghiệm và xử lý

6. Tổng quan vấn đề nghiên cứu

2.6.5. Kết quả thí nghiệm và xử lý

2.6.5.1. Bảng số liệu

Khoảng cách tại vị trí cân bằng: d0 = 0,23 (m) Lực cảm biến đo đƣợc tại vị trí cân bằng: F0 = 2,06 (N) Phác họa đồ thị

Bảng 2.11. Khảo sát dao động con lắc lò xo thẳng đứng

Điểm đánh dấu t (s) d (m) F (N) d0 – d (m) F – F0 (N) a (m/s2) Điểm 1: Đỉnh đồ thị 1,520 0,250 1,480 -0,02 -0,590 -2,810 Điểm 2: Giữa đỉnh và đáy liền kề. 1,650 0,229 2,086 0,001 0,016 0,075

Điểm 3: Giữa điểm 1 và 2

1,599 0,240 1,747 -0,01 -0,323 -1,538

Điểm 4: Giữa điểm 2 và đáy

60 Điểm 5: Đáy kế tiếp

đỉnh 1

1,785 0,206 2,652 0,024 0,582 2,771

- Xử lí số liệu

Tính giá trị d0 – d và F – F0 .

Tính giá trị gia tốc a của vật nặng tại các thời điểm theo công thức: F F0

a

m

 

Vẽ đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa a và d0 – d.

Đồ thị 2.3. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa giá trị gia tốc a và d0 – d

- Nhận xét: Đồ thị li độ - thời gian và lực – thời gian thu đƣợc trên MGA có dạng gần nhƣ là các đƣờng hình sin.

Từ đồ thị vẽ đƣợc, ta có nhận xét dạng đồ thị là một đƣờng thẳng gần nhƣ đi qua gốc tọa độ, nhƣ vậy ta có thể xem gần đúng a = C. (d0 – d) với C là hệ số góc của đồ thị.Gia tốc a tỉ lệ thuận với d0 – d, mà d0 – d là giá trị âm của li độ. Tức a = C.(d0 – d) = - C.( d – d0) = -Cx . Điều này hoàn toàn đúng với công thức (6.3).

Nhƣ vậy, dao động của con lắc lò xo có thể xem nhƣ là một dao động điều hòa. * Câu hỏi kiểm tra

1. Giá trị d – d0 thể hiện điều gì?

Giá trị d – d0 cho ta biết li độ của vật nặng so với vị trí cân bằng 0. 2. Lực F0 thể hiện điều gì? Giải thích công thức tính gia tốc.

Lực F0 là lực đàn hồi của lò xo tại vị trí cân bằng. Lực này cân bằng với trọng lực của vật nặng nên : F0 = P Ta áp dụng định luật II Newton: Fđh P ma -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 -0.03 -0.02 -0.01 0 0.01 0.02 0.03 a ( m /s 2) d0 – d (m)

61

Chọn chiều dƣơng hƣớng lên: F F0

F P ma a

m



   

3. Xác định biên độ, chu kì của dao động và độ cứng của lò xo. + Biên độ bằng một nửa khoảng cách giữa

đỉnh và đáy của đồ thị li độ - thời gian. Từ đồ thị thì ta thấy giá trị “Độ lệch biên độ” sẽ là 2A.

Vậy 0,045

0,0225 2

A  (m)

+ Ta đo khoảng thời gian giữa 4 đỉnh liên tiếp của đồ thị li độ – thời gian hoặc lực – thời gian. Ta có:  t Độ lệch thời gian = 1,63s

Chu kì: 1, 63 0,543 3 T   (s) + Ta có: T 2 m k   2 2 2 2 0, 21 4 4.3,1416 . 28,118( / ) 0,543 m k N m T     2.6.5.2. Nhận xét a) Nhận xét bài thí nghiệm

Bài thí nghiệm “Khảo sát dao động điều hòa của con lắc lò xo thẳng đứng” sử dụng bộ thí nghiệm của Addestation giúp HS thu đƣợc đồ thi li độ – thời gian và lực – thời gian của vật nặng khi dao động. Từ đồ thị, HS dễ dàng xác định đƣợc giá trị của lực đàn hồi, xác định đƣợc khoảng cách từ vật đến mặt cảm biến tại bất cứ thời điểm nào để thông qua đó khảo sát đƣợc sự phụ thuộc giữa gia tốc của vật nặng và li độ. Từ đó các em kết luận đƣợc dao động con lắc lò xo thẳng đứng là dao động điều hòa.

Trong quá trình thí nghiệm, có thể xảy ra sai số do một số nguyên nhân chủ quan sau:

- Khoảng cách giữa vật nặng và cảm biến nhỏ hơn 0,15m: Cảm biến chỉ đo khoảng cách từ 0,15 – 1,6m. Do đó, nếu lò xo giãn làm vật nặng gần cảm biến quá thì sẽ làm cho số liệu thu đƣợc bị sai lệch.

62

- Vật nặng đặt không thẳng với cảm biến chuyển động: Nếu vật đặt không thẳng với cảm biến thì tín hiệu sóng siêu âm phản xạ trở lại mặt cảm biến sẽ không còn đúng với khoảng cách giữa vật nặng và cảm biến. Vật không dao động theo phƣơng thẳng đứng.

- Sóng phản xạ về cảm biến bị nhiễu :

+ Giữa cảm biến và vật nặng còn có vật khác ( chẳng hạn sách vở, dây nối của cảm biến, …) nằm trong phạm vi hình nón của sóng siêu âm phát ra làm cho sóng phản xạ trở về cảm biến bị nhiễu nên đồ thị thu đƣợc không chính xác.

+ Phòng thí nghiệm có một nguồn khác phát ra sóng siêu âm cùng dải tần số với sóng siêu âm do cảm biến phát ra, làm cho cảm biến đo đạc không chính xác nữa.

Để hạn chế sai số do nguyên nhân chủ quan, cần chú ý:

- Điều chỉnh vị trí của cảm biến lực sao cho khoảng cách giữa vật nặng và lò xo luôn đảm bảo lớn hơn 15cm.

- Chú ý đặt cảm biến chuyển động sao cho trục lò xo đi qua mặt cảm biến và đảm bảo nó không bị xê dịch trong suốt quá trình thí nghiệm. Khi thực hiện dao động, chú ý kéo vật thep phƣơng thẳng đứng và thả nhẹ nhàng cho vật dao động ổn định theo một phƣơng.

- Thực hiện thí nghiệm trong phòng kín, tắt quạt để tránh ảnh hƣởng đến quá trình thí nghiệm.

- Đảm bảo không có vật nào khác trong vùng giữa vật và cảm biến; trong quá trình thí nghiệm, lƣu ý không đƣợc để tay vào vùng giữa cảm biến và bóng; tắt tất cả các thiết bị có thể gây nhiễu nhƣ động cơ, máy quạt, máy lạnh.

b) Nhận xét về bộ dụng cụ đo

Ƣu điểm:

- Đây là bộ dụng cụ thí nghiệm hiện đại của Addestation , cho kết quả với độ chính xác cao, thiết bị nhỏ gọn, dễ sử dụng và an toàn với học sinh.

- Ngoài việc khảo sát dao động điều hòa của con lắc lò xo thẳng đứng, ta có thể sử dụng bộ dụng cụ này để khảo sát định luật Hooke, tính gia tốc trọng trƣờng. Giáo viên có thể dùng bộ dụng cụ để thực hiện thí nghiệm biểu diễn khi dạy các phần lí thuyết của dao động điều hòa. Nhƣ vậy sẽ giúp cho học sinh dễ hình dung về các khái niệm, kiến thức trở nên thực tế sinh động hơn rất nhiều.

63

Nhƣợc điểm: Dễ bị nhiễu, do đó, trong quá trình thí nghiệm phải đảm bảo không có thiết bị phát sóng siêu âm khác có cùng dải tần số với sóng siêu âm của cảm biến, không có vật cản khác giữa vật đang xét và mặt cảm biến; điều chỉnh vật dao động theo đúng phƣơng thẳng đứng rất khó.