Bài giảng Môn Vật lý lớp 10 - Bài 1: Khảo sát chuyển động rơi tự do. Xác định gia tốc rơi tự do (tiếp)

BÀI 1: KHẢO SÁT CHUYỂN ĐỘNG RƠI TỰ DO.
XÁC ĐỊNH GIA TỐC RƠI TỰ DO
I - MỤC ĐÍCH
 Đo thời gian rơi t trên những đoạn đường s khác nhau để vẽ đồ thị s ~ t2, rồi từ đó suy ra tính chất của chuyển động. Ngoài ra, với số liệu đó ta xác định được gia tốc rơi tự do.
II - CƠ SỞ LÍ THUYẾT
1. Mối quan hệ giữa quãng đường rơi tự do và thời gian rơi
Thả một vật ( trụ thép, viên bi…) từ độ cao s trên mặt đất, vật sẽ rơi rất nhanh theo phơng thẳng đứng (phương song song với dây dọi). Trong trường hợp này ảnh hưởng của không khí không đáng kể, vật chỉ chuyển động dưới tác dụng của trọng lực, nên có thể coi là vật rơi tự do.
Khi một vật có vận tốc ban đầu bằng 0, chuyển động thẳng nhanh dần đều với gia tốc a, thì quãng đường đi được s sau khoảng thời gian t (tính từ lúc vật bắt đầu chuyển động) được xác định bởi công thức: s = 
2. Vẽ đồ thị f (s, t2) 
Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa s và t2 có dạng một đường thẳng đi qua gốc toạ độ và có hệ số góc: tgα = a/2
III - DỤNG CỤ CẦN THIẾT (Hình 8.1) 
 1. Đồng hồ đo thời gian hiện số (Hình 8.2).
 2. Hộp công tắc đóng ngắt điện một chiều cấp cho nam châm điện và bộ đếm thời gian.
 3. Nam châm điện N (Hình 8.3).
 4. Cổng quang điện E (Hình 8.4).
 5. Trụ hoặc viên bi (bằng thép) làm vật rơi tự do.
 6. Quả dọi.
 7. Giá đỡ thẳng đứng có vít điều chỉnh thăng bằng.
 8. Hộp đựng cát khô.
 9. Giấy kẻ ô li để vẽ đồ thị. Kẻ sẵn bảng ghi số liệu theo mẫu trong SGK.
IV - GIỚI THIỆU DỤNG CỤ ĐO (sgk)
Hình 8.1. Ảnh chụp bộ thí nghiệm đo gia tốc rơi tự do
V - LẮP RÁP THÍ NGHIỆM 
 1. Nam châm điện N lắp trên đỉnh giá đỡ, được nối qua công tắc vào ổ A của đồng hồ đo thời gian. Ổ A vừa cấp điện cho nam châm, vừa nhận tín hiệu từ công tắc chuyển về. Cổng E lắp ở dưới, được nối với ổ B. Sử dụng MODE đo  AB, chọn thang đo 9,999 s.
 2. Quan sát quả dọi, phối hợp điều chỉnh các vít ở chân giá để sao cho quả dọi nằm  đúng tâm lỗ tròn T.  Khi vật rơi qua lỗ tròn của cổng quang điện E, chúng cùng nằm trên một trục thẳng đứng. Khăn vải bông được đặt  nằm dưới  để để vật rơi . 
 3. Cho nam châm hút giữ vật rơi. Dùng miếng ke áp sát đáy vật rơi để xác định vị trí đầu s0 của vật. Ghi giá trị số vào Bảng 8.1 (có ở mẫu báo cáo).
VI - TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM
 Đo thời gian rơi ứng với các khoảng cách s khác nhau
 1. Nới lỏng vít và dịch cổng quang điện E về phía dưới cách s0 một khoảng  s = 0,050 m. Nhấn nút RESET trên mặt đồng hồ để đưa chỉ thị số về giá trị  0. 000.
 Ấn nút trên hộp công tắc để thả vật rơi, rồi  nhả nhanh nút trước khi vật rơi đến cổng quang điện E. Ghi thời gian rơi  của vật vào Bảng 8.1. Lặp lại phép đo thêm 4 lần,  ghi vào Bảng 8.1.
 2. Nới lỏng vít và dịch cổng quang điện E về phía dưới cách s0 một khoảng  s =  lần lượt bằng 0,200; 0,450; 0,800 m. Ứng với mỗi giá trị của s, thả vật rơi và ghi thời gian t tương ứng vào bảng Bảng 8.1. Lặp lại phép đo thêm 4 lần,  ghi vào Bảng 8.1.
 3. Kết thúc thí nghiệm:  Nhấn khoá K , tắt  điện đồng hồ đo thời gian hiện số.
Hình Minh họa
BÀI BÁO CÁO
KHẢO SÁT CHUYỂN ĐỘNG RƠI TỰ DO. XÁC ĐỊNH GIA TỐC RƠI TỰ DO
Họ và tên :……………………………………; Lớp:………., ngày thực hành:………………
1. Trả lời câu hỏi : Sự rơi tự do là gì? Nêu đặc điểm của sự rơi tự do và công thức tính gia tốc rơi tự do. 	
2. Kết quả thực hành:
Bảng 1: Đo thời gian ứng với các khoảng cách s khác nhau. Vị trí ban đầu : s0 =……(mm)
 Lần đo
s(m)
Thời gian rơi
gi = 
Vi = 
1
2
3
4
5
0,05
0,20
0,45
0,80
3. Vẽ đồ thị :
Từ các kết quả của bảng 1, hãy tiến hành vẽ đồ thị của s = s(t2) và v = v(t) 
{ có thể lấy thêm một vài số liệu nửa để kết quả chính xác hơn }
4. Nhận xét – kết luận : 
a. Đồ thị của s = s(t2) có dạng gì? Và em có kết luận như thế nào về chuyển động rơi tự do ?
b. Đồ thị v = v(t) có dạng gì? Em có kết luận gì cho trường hợp này ?
Hãy tính các giá trị , , g và viết kết quả của phép đo gia tốc rơi tự do.
	….	
Với ………………	
Kết quả phép đo: 
5. Câu hỏi :
Câu 1: Khi tính g theo cách nêu trên, ta đã chú ý đến loại sai số nào? Vì sao ?
Câu 2 : Hãy đề xuất một phương án thí nghiệm khác, với các dụng cụ như trên .
BÀI 2 : ĐO HỆ SỐ MA SÁT TRƯỢT
I - MỤC ĐÍCH
- Vận dụng phương pháp động lực học để nghiên cứu lực ma sát trượt tác dụng vào vật chuyển động.
- Đo hệ số ma sát trượt, so sánh giá trị thu được với số liệu đã cho trong Bảng 13.1 
II - CƠ SỞ LÍ THUYẾT
- Căn cứ vào sự chuyển động của vật trên mặt phẳng nghiêng khiα ≥ α0 (α0 là góc nghiêng của máng so với mặt phẳng nằm ngang). Vật chuyển động trượt xuống với gia tốc a, ta có:    (16.1)
- Độ lớn của a phụ thuộc vào α và μt(hệ số ma sát trượt)
- Ta có công thức hệ số ma sát trượt μt:
- Xác định được α và a ta xác định được μt.
+ Xác định α bằng thước đo. 
+ Đo a nhờ công thức: . 
- Đo s bằng thước thẳng, đo t bằng đồng hồ hiện số.
 III - DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM
1. Mặt phẳng nghiêng có gắn nam châm điện, thước đo góc và quả dọi.
Hình 16.1. Ảnh chụp bộ thí nghiệm
Hình 16.2. Ảnh chụp bộ thí nghiệm (loại khác)
2. Hộp công tắc để đóng ngắt dòng điện vào nam châm điện.
3. Giá đỡ mặt phẳng có khớp nối, thay đổi độ cao ủa mặt phẳng nghiêng.
4. Trục kim loại bằng thép: d = 3cm, h = 3cm.
5. Máy đo thời gian hiện số có cổng quang điện E.
Hình 16.3. Ảnh chụp đồng hồ đo thời gian hiện số
6. Thước thẳng chia đến milimet.
7. Ke vuông để xác định vị trí của vật.
IV - LẮP RÁP THÍ NGHIỆM
1. Vệ sinh mặt phẳng nghiêng, trụ thép bằng khăn sạch, khô, kiểm tra lỗ hở cổng quang.
2. Lắp đầu mặt phẳng nghiêng có nam châm điện lên giá đỡ, cắm phích của nam châm vào hộp công tắc và cắm phích của hộp công tắc vào ổ A của đồng hồ, cám phích của cổng quang E vào ổ B của đồng hồ.
3. Điều chỉnh để góc α nhỏ sao cho đặt trụ thép lên không tự trượt được. Điều chỉnh thăng bằng của máng nghiêng nhờ vít ở chân đế sao cho dây dọi song song với băng đo góc.
V - TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM
1. Xác định góc nghiêng giới hạn α0 để vật bắt đầu trượt
- Đặt trụ thép đứng trên mặt phẳng nghiêng rồi tăng dần α bằng cách nới lỏng hãm.
- Khi vật bắt đầu trượt thì dừng lại rồi đọc và ghi góc α0 vào báo cáo.
2. Đo hệ số ma sát trượt
- Đưa đầu mặt phẳng nghiêng lên cao thêm một chút để cho α > α0. Đọc và ghi lại giá trị của α vào báo cáo.
- Chỉnh lại thăng bằng của máng nghiêng.
- Kiểm tra phích cắm rồi cắm phích đồng hồ vào nguồn điện.
- Chuyển đồng hồ đo thời gian làm việc ở MODE AnB thang đo 9,999 rồi ấn khóa K, tiếp đó đặt trụ thép lên mặt phẳng nghiêng sát vào nam châm điện.
- Dùng ke xác định vị trí ban đầu trụ thép So ( đáy trụ thép tiếp xác với MPN). Ghi lại giá trị So.
- Dịch chuyển cổng quang E đến vị trí cách So một khoảng S = 400 mm rồi cố định lại.
- Nhấn RESET trên đồng hồ để đưa về chỉ thị 0000.
- Ấn nút trên hộp công tắc để thả vật trượt trên máng rồi thả nhanh tay khi trụ chưa đến E.
- Đọc và ghi thời gian vào bản báo cáo.
- Tiến hành làm 5 lần để xác định thời gian t1, t2…t5 ghi vào báo cáo.
* Kết thúc thí nghiệm
- Tắt nguồn điện vào đồng hồ, rút phích cắm điện ra khỏi nguồn điện.
- Thu dọn dụng cụ gọn gàng ngăn nắp.
 - Tính toán theo yêu cầu của bản báo cáo.
BÀI BÁO CÁO
ĐO HỆ SỐ MA SÁT TRƯỢT
Họ và tên :……………………………………; Lớp:………., ngày thực hành:………………
1. Trả lời câu hỏi : Lực ma sát xuất hiện khi nào ? Các loại lực ma sát, công thức tính lực ma sát, hệ số ma sát trượt? Trình bày ngắn gọn phương pháp các định hệ số ma sát trượt bằng mặt phẳng nghiêng ?
2. Kết quả thực hành : Hoàn thành bảng sau đây 
α0 = …………. α =………±……….
s0 = …………. s =………±……….
n
t
Δμt
1
2
3
4
5
Giá trị trung bình
Viết lại kết quả của phép đo :
 	……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
4. Câu hỏi 
1. So sánh giá trị hệ số ma sát trượt đo được bằng thực nghiệm với hệ số ma sát trượt cho trong Bảng 13.1 (SGK Vật lí 10)?
.…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
2. Trong phép đo này, khi tính sai số phép đo ta đã bỏ qua những loại sai số nào? ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
BÀI 3 : ĐO HỆ SỐ CĂNG BỀ MẶT
CỦA CHẤT LỎNG
I -  MỤC ĐÍCH
 - Khảo sát hiện tượng căng bề mặt của chất lỏng.
 - Xác định hệ số căng bề mặt của nước.
…………………………………………………….
II -  DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM
 1. Lực kế 0,1N có độ chia nhỏ nhất 0,001N.
 2. Vòng nhôm có dây treo.
 3. Thước kẹp có độ chia nhỏ nhất: 0,02mm(Hình 40.1).
 4. Giá treo có cơ cấu nâng hạ cốc đựng chất lỏng.
 5. Hai cốc nhựa A, B đựng nước, nối thông nhau bằng một ống cao su Silicon(Hình 40.2).
  6. Giấy lau (mềm). 
III - CƠ SỞ LÍ THUYẾT
 Mặt thoáng của chất lỏng luôn có các lực căng, theo phương tiếp tuyến với mặt thoáng. Những lực căng này làm cho mặt thoáng của chất lỏng có khuynh hướng co lại đến diện tích nhỏ nhất. Chúng được gọi là những lực căng bề mặt (hay còn gọi là lực căng mặt ngoài) của chất lỏng.
  Có nhiều phương pháp đo lực căng bề mặt. Trong bài này ta dùng một lực kế nhạy (loại 0,1N), treo một chiếc vòng bằng nhôm có tính dính ướt hoàn toàn đối với chất lỏng cần đo.
  Nhúng đáy vòng chạm vào mặt chất lỏng, rồi kéo lên mặt thoáng. Khi đáy vòng vừa được nâng lên trên mặt thoáng, nó không bị bứt ngay ra khỏi chất lỏng: một màng chất lỏng xuất hiện, bám quanh chu vi ngoài và chu vi trong của vòng, có khuynh hướng kéo vòng vào chất lỏng (Hình 40.3). Lực Fc do màng chất lỏng tác dụng vào vòng đúng bằng tổng lực căng bề mặt của chất lỏng tác dụng lên  chu vi ngoài và chu vi trong của vòng (Hình 40.4).
  Do vòng bị chất lỏng dính ướt hoàn toàn, nên khi kéo vòng lên khỏi mặt thoáng và có một màng chất lỏng căng giữa đáy vòng và mặt thoáng, thì lực căng  Fc có  cùng phương chiều với trọng lực P của vòng. Giá trị lực F đo được trên lực kế  bằng tổng của hai lực này:  F = Fc + P
  Đo P và F ta xác định được lực căng bề mặt Fc tác dụng lên vòng.
  Gọi L1 là chu vi ngoài và L2 là chu vi trong của chiếc vòng, ta tính được hệ số căng bề mặt  σ của chất lỏng ở nhiệt độ nghiên cứu theo công thức:
  ở đây D và d là đường kính ngoài và đường kính trong của vòng.
IV - GIỚI THIỆU DỤNG CỤ ĐO (sgk)
V - TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM
  1. Đo lực căng Fc
  a) Lau sạch chiếc vòng bằng giấy mềm. Móc dây treo vòng vào lực kế 0,1N, rồi treo lực kế vào thanh ngang của giá đỡ để đo trọng lượng P của chiếc vòng. Lặp lại phép đo P thêm 4 lần và ghi các giá trị đo được vào Bảng 40.1.
  b) Đặt hai cốc A, B có ống cao su nối thông nhau lên mặt bàn. Đổ chất lỏng cần đo hệ số căng mặt ngoài (nước cất, hoặc nước sạch) vào hai cốc, sao cho lượng nước chiếm khoảng 50% dung tích mỗi cốc (Hình 40.2). Đặt cốc A ngay dưới vòng nhôm đang treo trên lực kế. Đặt cốc B lên mặt tấm đế của giá đỡ (mặt tấm đế cao hơn mặt bàn khoảng 30mm). Sau khi mực nước trong hai cốc ngang bằng nhau, nới vít hãm khớp đa năng để hạ lực kế xuống thấp dần sao cho mặt đáy của chiếc vòng nằm cách mặt nước khoảng 0,5cm. Điều chỉnh dây treo vòng sao cho mặt đáy của vòng song song với mặt nước.
  c) Kéo nhẹ móc treo vật  của lực kế để cho đáy vòng nhôm chạm đều vào mặt nước, rồi buông tay ra. Dưới tác dụng của lực dính ướt và lực căng bề mặt, vòng nhôm bị  màng nước bám quanh đáy vòng giữ lại.
  d) Hạ cốc B xuống mặt bàn để nước trong cốc A lại từ từ chảy sang cốc B. Quan sát vòng và lực kế, ta thấy mặt nước trong cốc A hạ xuống và chiếc vòng bị kéo xuống theo, làm cho số chỉ trên lực kế tăng dần. Cho đến khi bắt đầu xuất hiện một màng chất lỏng bám quanh chu vi đáy vòng ở vị trí cao hơn mặt thoáng, thì số chỉ trên lực kế không tăng nữa, mặc dù mặt chất lỏng tiếp tục hạ xuống và màng chất lỏng bám quanh  vòng tiếp tục bị kéo dài ra, trước khi nó bị dứt đứt. Giá trị lực F chỉ trên lực kế ở thời điểm  ngay trước khi màng lỏng bị đứt, đúng bằng tổng của trọng lượng P của vòng và độ lớn Fc  của lực căng bề mặt chất lỏng tác dụng lên chu vi ngoài và chu vi trong của vòng.  Ghi giá trị  của lực F vào Bảng 40.1.
  e) Đặt lại cốc B lên mặt tấm đế và lặp lại thêm 4 lần các bước c) và d). Ghi  các giá trị lực F đo được vào Bảng 40.1.
2. Đo đường kính ngoài và đường kính trong của vòng
  a) Dùng thước kẹp đo 5 lần đường kính ngoài D và đường kính trong d của vòng,  ghi vào Bảng 40.2.
   Ghi chú: Trong trường hợp đáy vòng được vát mỏng sao cho D ≈ d thì tổng chu vi vòng có thể xác định theo công thức L1+ L2 ≈ 2πD. Như vậy, ta chỉ cần đo đường kính ngoài D của chiếc vòng.
  b) Kết thúc thí nghiệm:  Nhấc vòng ra khỏi lực kế, lau khô và cất trong hộp nhựa sạch.  
BÀI BÁO CÁO
ĐO HỆ SỐ CĂNG BỀ MẶT CỦA CHẤT LỎNG
Họ và tên :……………………………………; Lớp:………., ngày thực hành:………………
1. Trả lời câu hỏi : 
a. Nêu ví dụ về hiện tượng dính ướt và không dính ướt của chất lỏng ?
b. Lực căng bề mặt là gì ? Nêu phương pháp dùng lực kế đo lực căng bề mặt và xác định hệ số căng bề mặt. Viết công thức thực nghiệm xác định hệ số căng bề mặt theo phương pháp này.
2. Kết quả thực hành : Hoàn thành hai bảng sau đây 
BẢNG 40.1
Độ chia nhỏ nhất của lực kế :…………(N)
Lần đo
P (N)
F (N)
FC = F – P (N)
D FC (N)
1
2
3
4
5
Giá trị trung bình
BẢNG 40.2
Độ chia nhỏ nhất của thước kẹp :………(mm)
Lần đo
D (mm)
DD (mm)
d (mm)
D d (mm)
1
2
3
4
5
Giá trị trung bình
Tính giá trị trung bình của hệ số căng mặt ngoài :
Tính sai số tỉ đối của phép đo:
 Trong đó: 	
 ( là sai số dụng cụ của lực kế, lấy bằng một nữa độ chia nhỏ nhất của lực kế)	
 ……………;
( và là sai số dụng cụ của thước kẹp, lấy bằng một độ chia nhỏ nhất của thước kẹp).
Tính sai số tuyệt đối của phép đo :
Viết kết quả của phép đo :
3. Câu hỏi:
1. Trong bài thí nghiệm này, tại sao khi mức nước trong bình A hạ thấp dần thì giá trị trên lực kế lại tăng dần?
2. So sánh giá trị đo được trong thí nghiệm này với giá trị hệ số căng bề mặt của nước cất ở 200C ghi trong Bảng 37.1, SGK? Nếu có sai lệch thì nguyên nhân từ đâu?