Bài 1 : XÁC ĐỊNH GIA TỐC CỦA CHUYỂN ĐỘNG THẲNG NHANH DẦN ĐỀU
3)Thí nghiệm 3 Kiểm chứng qui tắc hợp lực song song cùng chiều
a) Lắp đặt dụng cụ
Gắn hai đế nam châm lên bảng sắt, móc hai lị xo vào chốt trên nam châm rồi treo vào đầu dưới của chúng một thước nhơm.
b) Tiến hành thí nghiệm
- Treo vào hai điểm A, B của thước nhôm mỗi bên một số quả cân (không bằng nhau) sao cho thước nhơm dịch chuyển xuống một vị trí nhất định. Đánh dấu vị trí cân bằng này nhờ thước đánh dấu (dùng ê- ke 3 chiều để xác định vị trí chính xác). Ghi trọng lượng P1, P2 của các quả cân mỗi bên.
- Sau đó gộp các quả cân hai bên làm một rồi treo chúng vào một điểm O trên thước sao cho thước trở lại đúng vị trí đã đánh dấu lúc đầu. Đo các giá trị AO và BO trên thước. Lặp lại thí nghiệm một số lần như trên.
c) Kết quả thí nghiệm 1 2 ... n AO AO AO AO n 1 2 ... n BO BO BO BO n Nghiệm lại tỷ số 1 2 P BO
Thí nghiệm Vật Lí phổ thơng 2017
31 4) Thí nghiệm 4 - Kiểm chứng qui tắc mơmen với vật có trục quay cố định
a) Lắp đặt dụng cụ
Gắn một đế nam châm có trục cố định lên bảng sắt. Lồng vào trục cố định một đĩa mômen trên có các lỗ nhỏ.
b) Tiến hành thí nghiệm
Dùng chỉ treo vào 3 hoặc 4 lỗ nhỏ bất kì trên đĩa, một sợi chỉ vắt qua rịng rọc cố định, treo vào đầu còn lại một số quả cân nhất định sao cho đĩa cân bằng. Ghi các giá trị P1, P2,... của các quả cân và các cánh tay đòn d1,d2,... tương ứng của chúng (đọc trên thước kèm theo đĩa mơmen hoặc bán kính của các vịng trịn trên đĩa). Lặp lại thí nghiệm một số lần với các vị trí treo khác nhau, ghi số liệu vào bảng.
c) Kết quả thí nghiệm
- Tổng mômen của các lực làm quay đĩa theo chiều kim đồng hồ M = P1d1 + P2d2 +...
- Tổng mômen lực làm đĩa quay ngược chiều kim đồng hồ M’= P’1d’1+ P’2d’2+...
- So sánh M và M’, nhận xét và rút ra kết luận.
5) Thí nghiệm 5 - Kiểm chứng qui tắc mơmen với vật khơng có trục quay trục cố định cố định
a) Lắp đặt dụng cụ
- Đặt bản phiến bằng nhôm lên 1 tờ giấy, vẽ chu vi của bản phiến lên tờ giấy, dùng kéo cắt theo đường vẽ rồi dán lên bản phiến. - Dùng 4 lực kế móc vào 4 lổ trên bản phiến
rồi gắn vào bảng sắt thẳng đứng đã treo cố định trên tường.
b) Tiến hành thí nghiệm
- Trên bản phiến đánh dấu vị trí A tùy ý mà
ta sẽ xác định mômen lực với điểm này (Điểm A được chọn sao cho nó khơng nằm trên giá của tất cả các lực)
Thí nghiệm Vật Lí phổ thơng 2017
32 - Phiến chịu tất cả 5 lực tác dụng: 4 lực kéo bằng lực kế và trọng lượng của phiến
đặt tại tâm O.
- Đo các cánh tay đòn của các lực di (khoảng cách từ A đến các đường không liền nét là các đoạn kéo dài các giá của các lực).
- Trọng lượng của các phiến là P= F5= 0,5N. Các lực F1, F2, F3 và F4 xác định trên lực kế (chú ý kim của lực kế không chạm vào vỏ của lực kế).
c) Kết quả thí nghiệm
- Xác định các lực làm phiến quay theo chiều kim đồng hồ Fi, các cách tay đòn tương ứng di và các lực làm nó quay theo chiều ngược lại Fj, các cánh tay đòn tương ứng dj.
- Ghi các giá trị vào bảng số liệu. - Nhận xét và rút ra kết luận. Câu hỏi
V.
Trình bày cách sử dụng một trong các thí nghiệm trong bài thực hành (định tính hoặc định lượng) vào một phân đoạn hay một hoạt động cụ thể khi dạy bài học tương ứng cho học sinh phổ thơng.
Thí nghiệm Vật Lí phổ thơng 2017
33
Báo cáo thực hành theo mẫu sau
BÀI 2: TĨNH HỌC
Họ và tên: ................................................................................................................... Lớp: ....................... Nhóm: ......................................
Ngày thực hành: ....................................................... Ngày nộp báo cáo: ....................................................
Mục đích I.
.................................................................................................................................... Cơ sở lí thuyết
II.
Trình bày tóm tắt các nội dung sau: - Định luật Húc (Hooke).
- Qui tắc hợp lực của hai lực đồng qui và hai lực song song cùng chiều và ngược chiều.
- Điều kiện cân bằng của một vật rắn (quy tắc moment lực). Kết quả III. 1) Thí nghiệm 1 - Đo độ cứng lị xo Lần TN m (kg) l0 (m) l (m) x = l - l0 (m) m g. k x (N/m) ∆k 1 2 3 … Trung bình Kết quả: k k k
2) Thí nghiệm 2 - Kiểm chứng qui tắc hợp lực đồng qui
Lần 1
F1 (N) F2 (N) α (độ) F’ (N) (từ thí nghiệm) F(N) (từ
hình vẽ) Sai số (%) F’1 F’2 F’3 '
Thí nghiệm Vật Lí phổ thơng 2017 34 Hình vẽ (tỉ lệ…………..) Lần 2 F1 (N) F2 (N) α (độ) F (N) (từ thí nghiệm) F(N) (từ hình vẽ) Sai số (%) F’1 F’2 F’3 ' F Hình vẽ (tỉ lệ…………..)
Nghiệm lại xem độ lớn của lực F
so với F'
, phương của F
với phương của
'
F
? Nhận xét và kết luận.
3) Thí nghiệm 3 - Kiểm chứng qui tắc hợp lực song song cùng chiều
Lần 1 Chọn P1 = … N, P2 = … N. Xác định vị trí tổng hợp lực. Lần OA (m) OB (m) BO AO 1 2 P P So sánh 1 2 Trung bình Lần 2 Chọn P1 = … N, P2 = … N. Xác định vị trí tổng hợp lực. Lần OA (m) OB (m) BO AO 1 2 P P So sánh 1 2 Trung bình
Thí nghiệm Vật Lí phổ thơng 2017
35 Nhận xét kết quả
.................................................................................................................................. 4) Thí nghiệm 4 - Kiểm chứng qui tắc mơmen với vật có trục quay cố định Lần P1d1 P2d2 M (N.m) P’1d’1 P’2d’2 M’(N.m)
1 2 3
So sánh M và M’ và rút ra kết luận.
5) Thí nghiệm 5 - Kiểm chứng qui tắc mơmen với vật khơng có trục quay trục cố định Fi di Mi (N.m) Fj dj Mj (N.m) ... i M Mj ... So sánhMi ... với Mj ... và rút ra kết luận. Trả lời câu hỏi
IV.
Thí nghiệm Vật Lí phổ thơng 2017
36
Bài 3: KIỂM CHỨNG CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN
ĐO HỆ SỐ MA SÁT NGHỈ CỰC ĐẠI VÀ HỆ SỐ MA SÁT TRƯỢT
Thí nghiệm 1 - Kiểm chứng các định luật bảo toàn I.
1) Mục đích
- Nghiên cứu sự phụ thuộc của gia tốc vào lực tác dụng và khối lượng của vật. - Kiểm chứng định luật III Newton.
- Kiểm chứng định luật bảo toàn động lượng. - Kiếm chứng định luật bảo toàn cơ năng.
(Kiểm chứng các định luật trong trường hợp đơn giản là tương tác chỉ gây ra sự biến đổi chuyển động của các vật)
2) Cơ sở lí thuyết
Trong biểu thức của định luật III Newton và các định luật bảo tồn có mặt các đại lượng vận tốc, gia tốc của các vật tham gia tương tác ở các thời điểm ngay trước và ngay sau khi tương tác xảy ra, đồng thời trong biểu thức của định luật này ln có mặt khoảng thời gian xảy ra tương tác (rất ngắn). Để kiểm chứng các định luật này ngoài việc tạo ra các thí nghiệm thỏa mãn các điều kiện khác nhau của từng định luật thì ta cần phải xác định được bằng thực nghiệm các đại lượng tức thời này. Trong các thí nghiệm các đại lượng trên đều không thể xác định trực tiếp mà đều phải thông qua việc xác định quãng đường và khoảng thời gian tương ứng.
Để xác định được các đại lượng tức thời này bằng thực nghiệm thì cần phải tạo ra
được chuyển động thẳng đều của các vật sau khi tương tác. Khi đó thay vì phải so sánh
các tỷ số: 12 21 F F và 2 1 a
a để nghiên cứu mối tương quan giữa lực và phản lực, ta sẽ quy về
so sánh các tỷ số: 1 2 m m và 2 1 s s .
Kiểm chứng định luật bảo toàn động lượng trong trường hợp hệ hai vật tương
tác trên một đường thẳng nằm ngang là kiểm chứng biểu thức:
' ' 1 1 2 2 1 1 2 2
m v m v m v m v
Sẽ quy về kiểm chứng biểu thức:
, , 1 1 2 2 1 1 2 2
Thí nghiệm Vật Lí phổ thơng 2017
37
Kiểm chứng định luật bảo toàn cơ năng trong trường hợp tương tác giữa hai
vật trên đường thẳng nằm ngang là kiểm chứng biểu thức:
2 2 '2 '2
1 1 2 2 1 1 2 2
2 2 2 2
m v m v m v m v
Quy về kiểm chứng biểu thức:
2 2 ,2 ,2 1 1 2 2 1 1 2 2 2 2 2 2 m s m s m s m s 3) Dụng cụ thí nghiệm
Sử dụng bộ thí nghiệm với xe động lực ME-9435 và ME-9429 gồm:
- Thanh ray 1,2 m trên có hai rãnh song song để tạo chuyển động thẳng, một đầu thanh gắn với vật chắn cố định, đầu kia là thanh chắn có thể dịch chuyển bằng cách nới và vặn ốc xiết.
- Xe động lực có nút phóng hai đầu có gắn bộ nén từ ME9430, khối lượng của xe: m= 5.10-1 Kg.
- Xe bị va chạm khơng có nút phóng ME9454, khối lượng của xe: m= 5.10-1 Kg. - Hai xe động lực tương tác có nam châm (bộ Pasco).
- Các vật nặng có khối lượng 5.10-1 Kg. 4) Tiến hành thí nghiệm
Kiểm chứng định luật III Newton, định luật bảo toàn động lượng
Hai xe trước khi tương tác đứng yên, sau tương tác chúng chuyển động gần như đều trên một máng ma sát không đáng kể.
Kiểm chứng định luật III Newton và định luật bảo toàn động lượng trong trường hợp này quy về kiểm chứng biểu thức:
1 2 2 1
m s
m s (*)
Hai xe có khối lượng bằng nhau tương tác với nhau
Trong trường hợp này theo định luật III hai xe chuyển động với gia tốc có độ lớn bằng nhau nhưng ngược chiều. Thí nghiệm kiểm chứng biểu thức S1= S2.
Đặt thước có bọt nước nằm trên thanh ray, cân chỉnh để bọt nước nằm chính giữa, chứng tỏ thanh ray đã nằm ngang.
- Ép lò xo nén ở đầu một xe động lực.
Thí nghiệm Vật Lí phổ thơng 2017
38 - Đặt cho xe động lực tiếp xúc với xe bị tác dụng ở vị trí chính giữa quãng
đường.
- Nhấn dứt khốt nút phóng cho lị xo bung ra.
- Quan sát chuyển động của hai xe và lắng nghe âm thanh ở thời điểm hai xe va chạm vào các thanh chắn ở hai đầu quãng đường.
- Nếu va chạm là đồng thời thì biểu thức đã được xác nhận.
Hai xe có khối lượng khác nhau
- Lần lượt đặt thêm các thỏi sắt có khối lượng bằng khối lượng của xe lên thùng của một trong hai xe.
- Chọn vị trí đặt hai xe tiếp xúc sao cho thỏa mãn biểu thức (*), nếu định luật là đúng thì sau khi tương tác với nhau hai xe sẽ va chạm vào các thanh chắn ở hai đầu quãng đường cùng một lúc.
Khảo sát va chạm đàn hồi – định luật bảo toàn cơ năng Một trong hai xe trước khi va chạm đang ở trạng thái chuyển động.
- Sử dụng xe động lực của Pasco.
- Đặt đầu xe động lực có nút phóng (lị xo đã bị nén) tiếp xúc với thanh chắn động.
- Đặt một xe bị va chạm ở một vị trí trong khoảng giữa quãng đường giữa hai thanh chắn.
- Nhấn dứt khốt nút phóng để xe động lực chuyển động và va chạm vào xe đứng yên có cùng khối lượng.
- Nếu định luật là đúng thì sau khi va chạm xe động lực dừng lại còn xe kia sẽ chuyển động, nếu thí nghiệm khơng thành cơng, hãy tìm hiểu ngun nhân và cách khắc phục.
Kiểm chứng định luật bảo tồn động lượng
Các thí nghiệm đã làm trong mục 4 đều có thể lập luận để trở thành thí nghiệm kiểm chứng định luật bảo toàn động lượng trong trường hợp hệ có hai vật tương tác với nhau trên một đường thẳng nằm ngang.
Kiểm chứng định luật bảo tồn cơ năng
Các thí nghiệm đã làm trong mục 4.a đều có thể lập luận để trở thành thí nghiệm kiểm chứng định luật bảo toàn cơ năng trong trường hợp hệ có hai vật tương tác với nhau trên một đường thẳng nằm ngang.
Thí nghiệm Vật Lí phổ thơng 2017
39 Thí nghiệm 2 - Khảo sát chuyển động thẳng đều
II.
1) Mục đích
- Xác định vận tốc tức thời của viên bi tại các điểm trên mặt phẳng ngang có ma sát rất nhỏ.
- So sánh vận tốc tức thời với vận tốc trung bình trên một đoạn đường bất kì. Từ đó nghiệm lại định luật I Niutơn.
2) Cơ sở lý thuyết
Thả viên bi từ một điểm trên một máng nghiêng cho lăn xuống mặt phẳng ngang với ma sát rất nhỏ. Trên mặt phẳng ngang với ma sát không đáng kể, do phản lực cân bằng với trọng lực nên theo định luật I Niutơn, viên bi sẽ chuyển động thẳng đều. Vận tốc tức thời tại mọi điểm bằng nhau và bằng vận tốc trung bình trên một đoạn đường bất kì.
3) Dụng cụ
Đế 3 chân, giá đỡ có gắn sẵn hai cổng quang và nam châm điện phía trên máng nghiêng nhỏ, cơng tắc nam châm, thước đo góc có gắn quả dọi, bi thép, khớp nối, đồng hồ hiện số.
4) Lắp ráp dụng cụ thí nghiệm
- Nam châm điện lắp trên đỉnh máng nghiêng của giá đỡ, được nối qua công tắc vào ổ cắm C của đồng hồ hiện số.
- Cổng quang điện 1 và 2 lắp ở hai vị trí nhất định trên mặt phẳng ngang, cách nhau một đoạn s. Hai cổng quang này được cắm vào ổ A và B của đồng hồ.
- Đồng hồ được sử dụng ở chế độ A + B hoặc AB, với thang đo 9,999s. - Lưu ý phải điều chỉnh để giá đỡ nằm ngang. Điều này được kiểm tra nhờ quả dọi treo ở thước đo góc.
Thí nghiệm Vật Lí phổ thơng 2017
40 5) Tiến hành thí nghiệm
Đo vận tốc tức thời của bi thép tại các điểm khác nhau trên qũy đạo
- Mở công tắc đồng hồ, nhấn nút RESET cho đồng hồ về giá trị 0.000. Đặt đồng hồ ở MODE A+B. Cho nam châm hút giữ bi thép. Dịch chuyển hai cổng quang đến các vị trí cách nhau một khoảng s = 30cm-50cm.
- Nhấn nút công tắc cho nam châm nhả bi thép. Khi bi đi qua cổng quang 1, đồng hồ chỉ t1 là thời gian viên bi chắn tia hồng ngoại. Tiếp tục chuyển động, bi qua cổng quang 2 trong thời gian t2. Đồng hồ chỉ thời gian t = t1+t2. Nếu t1 = t2 thì chuyển động của bi là thẳng đều. Ghi lại các giá trị t1, t2.
- Dùng thước kẹp đo đường kính d của viên bi, từ đó tính được vận tốc tức thời của bi tại nơi đặt hai cổng quang điện là: v1 = d/t1; v2 = d/t2.
Chú ý: Lau chùi sạch máng nghiêng để giảm ma sát, vì có ma sát nhỏ nên cần
điều chỉnh máng nghiêng góc khoảng 1 độ xem như khử ma sát. Đo đường kính viên bi nhiều lần để có kết quả chính xác.
Đo vận tốc trung bình của viên bi trên các quãng đường khác nhau
- Mở công tắc đồng hồ, nhấn nút RESET cho đồng hồ về giá trị 0.000. Đặt đồng hồ ở MODE AB. Cho nam châm hút giữ bi thép. Dịch chuyển hai cổng quang đến các vị trí cách nhau một khoảng s = 30 cm.
- Nhấn nút công tắc cho nam châm nhả bi thép. Khi bi đi đến cổng quang 1, đồng hồ bắt đầu đếm. Tiếp tục chuyển động, bi đến cổng quang 2 thì đồng hồ ngừng đếm. Đồng hồ chỉ thời gian viên bi đi quãng đường s từ cổng quang 1 đến 2. - Giữ nguyên cổng quang 1, dịch chuyển cổng quang 2 ra xa cổng quang 1 mỗi
lần 5 cm. Lặp lại các động tác đo như trên. Ghi kết quả vào bảng 1. Thí nghiệm 3 - Đo hệ số ma sát nghỉ cực đại và hệ số ma sát trượt III.
1) Mục đích
Xác định hệ số ma sát nghỉ cực đại và ma sát trượt bằng phương pháp động lực học và phương pháp bảo toàn.
2) Cơ sở lý thuyết
- Cho vật nằm yên trên mặt phẳng nghiêng góc với mặt phẳng ngang. Tăng dần