BÀI 6: TỪ TRỪỜNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ
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, công 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
đến một giá trị o thì vật bắt đầu trượt. Khi đó, hệ số ma sát nghỉ cực đại
Thí nghiệm Vật Lí phổ thơng 2017
41 - Khi >o thì vật trượt nhanh dần đều và ma sát tác dụng lên vật là ma sát trượt.
Theo phương pháp động lực học: hệ số ma sát trượt được tính theo cơng thức: a
= g(sin-tcos). Gia tốc a được tính theo cơng thức a = 2s/t2, trong đó s là quãng đường vật trượt không vận tốc đầu sau thời gian t (được xác định nhờ đồng hồ hiện số). Tính được a và đo được sẽ tính được t theo công thức:
t = tg-a/gcos
Theo phương pháp bảo tồn năng lượng thì hệ số ma sát trượt được tính theo
công thức:
g.s.sin = v2/2+ t g.s.cos
Vận tốc tức thời v của vật ở chân mặt phẳng nghiêng được xác định nhờ đồng hồ hiện số cho biết thời gian đường kính của khối trụ đi qua cổng quang. Đo quãng đường s và góc nghiêng sẽ tính được t.
3) Dụng cụ
Đế 3 chân, giá đỡ có gắn sẵn cổng quang và nam châm điện phía trên, cơng tắc nam châm, thước đo góc có gắn quả dọi, khối trụ thép (đường kính và chiều cao cùng bằng 3 cm), khớp nối, đồng hồ đo hiện số.
4) Lắp ráp thí nghiệm
Nam châm điện lắp trên đỉnh của giá đỡ, được nối qua công tắc vào ổ cắm A của đồng hồ hiện số. Cổng quang điện 1 lắp ở một vị trí nhất định trên mặt phẳng ngang, cách nam châm một đoạn s. Cổng quang này được cắm vào ổ B của đồng hồ. Đồng hồ được sử dụng ở chế độ AB, với thang đo 9,999 s.
Thí nghiệm Vật Lí phổ thơng 2017
42 5) Tiến hành thí nghiệm
Đo hệ số ma sát nghỉ cực đại
- Đặt khối trụ thép lên giá đỡ nghiêng. Lấy tay nâng từ từ đầu mặt phẳng nghiêng để tăng dần góc nghiêng . Khi khối trụ bắt đầu trượt thì dừng lại và đọc góc nghiêng o trên thước đo góc gắn trên mặt phẳng nghiêng.
- Lặp lại thí nghiệm 5 lần và ghi kết quả vào bảng 1.
Đo hệ số ma sát trượt bằng phương pháp động lực
- Đặt giá đỡ nghiêng với góc >o. Mở cơng tắc đồng hồ, nhấn nút RESET cho đồng hồ về giá trị 0000. Đặt đồng hồ ở MODE AB. Cho nam châm hút giữ trụ thép. Dịch chuyển cổng quang đến vị trí cách trụ thép một khoảng s = 40 cm.
- Nhấn nút công tắc cho nam châm nhả trụ thép trượt, đồng hồ bắt đầu đếm. Khi trụ thép tới cổng quang thì đồng hồ ngừng đếm. Thời gian t hiện trên đồng hồ là thời gian trụ thép trượt trên quãng đường s.
- Lặp lại như vậy 5 lần và ghi kết quả vào bảng 2.
Đo hệ số ma sát trượt bằng phương pháp bảo toàn:
- Đặt giá đỡ nghiêng với góc >0. Mở cơng tắc đồng hồ, nhấn nút RESET cho đồng hồ về giá trị 0000. Đặt đồng hồ ở MODE B. Cho nam châm hút giữ trụ thép. Dịch chuyển cổng quang đến vị trí cách trụ thép một khoảng s = 40 cm. - Nhấn nút công tắc cho nam châm nhả trụ thép trượt. Khi trụ thép đi qua cổng
quang thì đồng hồ đếm. Thời gian t hiện trên đồng hồ là thời gian trụ thép chắn cổng quang. Đo đường kính d của khối trụ sẽ tính được vận tốc tức thời của nó ở nơi đặt cổng quang theo công thức v = d/t.
- Lặp lại như vậy 5 lần và ghi kết quả vào bảng 3.
Chú ý: Lau chùi sạch giá đỡ để giảm sai số. Đo quãng đường s chính xác.
Câu hỏi IV.
1. Sử dụng các thí nghiệm sử dụng xe động lực vào giảng dạy các kiến thức tương ứng như thế nào là hiệu quả và có sức thuyết phục?
2. Với các dụng cụ: khối gỗ chữ nhật, tấm ván phẳng và lực kế, hãy thiết kế phương án thí nghiệm để xác định hệ số ma sát nghỉ và hệ số ma sát trượt giữa gỗ và tấm ván.
Thí nghiệm Vật Lí phổ thơng 2017
43
Báo cáo thực hành theo mẫu sau
BÀI 3: KIỂM CHỨNG CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN
ĐO HỆ SỐ MA SÁT NGHỈ CỰC ĐẠI VÀ HỆ SỐ MA SÁT TRƯỢT
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: - Các định luật Newton.
- Định luật bảo toàn động lượng: nội dung, điều kiện áp dụng.
- Định luật bảo toàn cơ năng, định lý biến thiên động năng, định lý biến thiên cơ năng.
- Đặc điểm của các loại lực ma sát: ma sát nghỉ, ma sát trượt, ma sát lăn. Kết quả
III.
1) Thí nghiệm 1 - Kiểm chứng các định luật bảo toàn
Lần m1 (kg) m2 (kg) s1 (m) s2 (m) Âm thanh 1
2 …
Các kết quả của thí nghiệm có phù hợp với lý thuyết khơng? Giải thích. 2) Thí nghiệm 2 - Khảo sát chuyển động thẳng đều
Khảo sát vận tốc tức thời Lần d (cm) t1 (s) t2 (s) v1 (cm/s) v2 (cm/s) 1 2 3 TB
Thí nghiệm Vật Lí phổ thơng 2017
44
So sánh các kết quả t1 và t2 để rút ra nhận xét về chuyển động của bi trên mặt phẳng ngang.
Đo đường kính viên bi d bằng thước kẹp 3 lần. Tính giá trị trung bình của d. Từ đó tính vận tốc tức thời trung bình v1 và v2 của viên bi khi qua hai cổng quang.
Khảo sát vận tốc trung bình Lần s (cm) t(s) v = s/t (cm/s) ∆v (cm/s) 1 2 3 4 TB
Viết kết quả vận tốc trung bình của xe.
So sánh giá trị vận tốc trung bình với vận tốc tức thời trong thí nghiệm 1. Nhận xét.
3) Thí nghiệm đo hệ số ma sát nghỉ cực đại và hệ số ma sát trượt
Bảng 1: Đo hệ số ma sát nghỉ cực đại Lần o o = tgo ∆o 1 2 3 4 5 TB
Viết kết quả: o = ……
Bảng 2: Đo hệ số ma sát trượt bằng phương pháp động lực Quãng đường: s = … (m). Góc nghiêng: = …
n t(s) a= 2s/t 2 (m/s2) t = tan-a/gcos ∆t 1 2 3 4
Thí nghiệm Vật Lí phổ thơng 2017
45 5
TB
Viết kết quả: t = ……
Bảng 3: Đo hệ số ma sát trượt bằng phương pháp bảo toàn
Quãng đường: s = … (m); Góc nghiêng: = … (độ); Đường kính khối trụ: d = …(m) n t(s) v = d/t (m/s) t = tan-v 2 /2g.s.cos t ∆t 1 2 3 4 5 TB Viết kết quả: t = ……
So sánh giá trị t tính theo 2 cách và nhận xét. Nêu ưu – khuyết điểm của từng phương án.
So sánh giá trị o và t, nhận xét và rút ra kết luận. Trả lời câu hỏi
IV.
Thí nghiệm Vật Lí phổ thơng 2017
46
BÀI 4: SỰ NỞ DÀI CỦA THANH KIM LOẠI. HIỆN TƯỢNG CĂNG MẶT NGỒI CĂNG MẶT NGỒI
Mục đích I.
- Xác định hệ số nở dài của thanh kim loại.
- Khảo sát hiện tượng căng mặt ngồi, hiện tượng dính ướt, khơng dính ướt. - Khảo sát hình dạng của giọt chất lỏng trong dung dịch rượu etylic.
- Xác định giá trị suất căng mặt ngoài của chất lỏng (nước). Chuẩn bị
II.
Nghiên cứu phần lí thuyết liên quan đến nội dung các thí nghiệm (ở SGK vật lí lớp 11 và sách “Vật lí phân tử và nhiệt học”).
Thí nghiệm: III.
1) Thí nghiệm 1- Xác định hệ số nở dài của thanh kim loại
a) Dụng cụ
- Thanh sắt có chiều dài ở nhiệt độ 00C là l0 = 60 cm được bọc bên ngoài bởi một ống kim loại rỗng và kín.
- Bình thủy tinh để đun nước.
- Thước đo chiều dài có gắn cầu kế (mỗi vạch ứng với 0,01 mm)
- Bếp điện 220 V-AC. - Nhiệt kế bách phân. - Nguồn 6 V-DC.
- Bóng điện 6 V-3 W, dây nối.
b) Tiến hành thí nghiệm
- Lắp ráp thí nghiệm theo sơ đồ.
- Đổ nước vào bình thủy tinh (tới 2/3 thể tích bình).
Thí nghiệm Vật Lí phổ thơng 2017
47
- Vặn cầu kế cho tới khi đèn bắt đầu sáng (sao cho mũi nhọn vừa chạm nhẹ thanh kim loại, không siết chặt).
- Đọc nhiệt độ t1 và chỉ số của cầu kế. Tiến hành thí nghiệm 3 lần để tính giá trị trung bình của chiều dài thanh sắt.
- Nới cầu kế ra xa (khoảng 3 mm).
- Bật công tắc bếp điện đun nước cho tới sôi tương đối lâu.
- Theo dõi để ống chứa thanh kim loại nóng đều và ổn định. Đọc nhiệt độ t2 và chỉ số của cầu kế tương tự như lần trên.
- Nới và vặn cầu kế, lấy 3 giá trị khi nhiệt độ t2 ổn định để tính giá trị trung bình. - Tính độ gia tăng chiều dài l của thanh sắt và xác định hệ số nở dài theo công
thức: - Hệ số nở dài 0(2 1) l l t t c) Kết quả thí nghiệm
Nhiệt độ và chiều dài ở 00C của thanh sắt: t1= ......0C; t2 = .....0C; l0 = 60 cm Kết quả:
Chiều dài trung bình của thanh sắt ở nhiệt độ t1: l1 = l0.(1+α.t1) = l0 + x Chiều dài trung bình của thanh sắt ở nhiệt độ t2: l2 = l0.(1+α.t2) = l0 + y Với x và y lần lượt là độ tăng chiều dài ở t1 và t2 so với ở 00, đọc từ cầu kế.
Độ gia tăng chiều dài trung bình: l = l2 – l1 = y - x Hệ số nở dài: 0(2 1) 0( 2 1) l y x l t t l t t
Thí nghiệm Vật Lí phổ thơng 2017
48 2) Thí nghiệm 2 - Hình dạng tự nhiên của giọt chất lỏng
a) Dụng cụ
- Một bình thủy tinh hình trụ nhỏ. - Rượu etylic.
- Dầu ăn.
b) Tiến hành
- Nhỏ một giọt dầu ăn vào bình đã đổ sẵn nước đến độ cao khoảng 0,5 cm
- Từ từ nhỏ rượu etylic vào bình (hơi nghiêng bình để rượu chảy theo thành bình xuống dưới)
- Quan sát hình dạng và vị trí giọt dầu từ lúc đầu cho tới khi lơ lửng trong hỗn hợp chất lỏng.
- Giải thích hiện tượng quan sát được.
3) Thí nghiệm 3 - Kiểm nghiệm sự tồn tại của lực căng mặt ngoài
a) Dụng cụ
- Kim khâu, lưỡi lam.
- Một số khung kim loại có buộc các sợi chỉ theo các kiểu khác nhau, - Dung dịch xà phòng, nước, khay.
b) Tiến hành
- Thả nhẹ nhàng lần lượt cây kim và lưỡi lam (đã lau khô và thoa một lớp dầu mỏng) nằm ngang cân bằng trên mặt nước. (Hoặc lót dưới cây kim và lưỡi lam chưa thoa dầu một mẩu giấy thấm nước mỏng, rồi đặt nhẹ nhàng mẩu giấy để chúng nằm ngang trên mặt nước). Đợi giấy thấm nước rã ra quan sát hiện tượng và giải thích.
- Nhúng ngập các khung kim loại vào dung dịch xà phòng rồi nhấc lên nhẹ nhàng theo phương thẳng đứng sao cho chúng tạo thành một màng xà phịng kín.
Thí nghiệm Vật Lí phổ thơng 2017
49 - Lấy mẫu giấy vo tròn rồi nhẹ nhàng chọc thủng màng xà phòng ở một bên hoặc giữa vòng chỉ. Quan sát hiện tượng và chỉ ra phương, chiều của lực căng mặt ngoài trong mỗi trường hợp.
4) Thí nghiệm 4 – Xác định suất căng mặt ngoài của chất lỏng
Đo suất căng mặt ngoài của nước bằng lực kế nhạy
a) Dụng cụ
- Lực kế 0,1 N có độ chính xác 0,001 N. - Vịng kim loại bằng nhơm có dây treo.
- Hai cốc nhựa A, B nối thông nhau bằng một ống cao su Silicon. - Thước kẹp.
- Giá treo lực kế. b) Cơ sở lý thuyết
- Bộ thiết bị thí nghiệm cho phép đo hệ số căng bề mặt của chất lỏng bằng phương pháp bứt vòng kim loại ra khỏi bề mặt chất lỏng.
- Khi treo một vòng kim loại có tính dính ướt hồn tồn đối với chất lỏng (nước) vào một lực kế và nhúng vòng kim loại vào chất lỏng rồi kéo lên mặt thống thì vịng kim loại không bị bứt ngay ra khỏi mặt thoáng của chất lỏng. Lúc này xuất hiện một màng chất lỏng bám quanh chu vi trong và chu vi ngồi của vịng kim loại và có khuynh hướng kéo vịng kim loại trở vào chất lỏng. Lực căng bề