Bài giảng Môn Vật lý lớp 10 - Thí nghiệm biểu diễn khảo sát chuyển động thẳng biến đổi đều của viên bi trên máng nghiêng – đo vận tốc, gia tốc

Thí nghiệm biểu diễn
KHẢO SÁT CHUYỂN ĐỘNG THẲNG BIẾN ĐỔI ĐỀU CỦA VIÊN BI TRÊN MÁNG NGHIÊNG – ĐO VẬN TỐC, GIA TỐC
1. Mục đích thí nghiệm
- Quan sát chuyển động của viên bi trên máng nghiêng để thấy tính chất chuyển động thẳng biến đổi đều (nhanh dần đều hoặc chậm dần đều của nó).
- Nghiên cứu sự thay đổi vận tốc v theo thời gian t, mối quan hệ đường đi – thời gian, vẽ đồ thị s ~t2, để từ đó nêu nhận xét, kết luận về tính chất chuyển động.
- Xác định vận tốc tức thời và gia tốc của viên bi.
2. Dụng cụ thí nghiệm
- Mặt phẳng nghiêng P có máng lăn, gắn thước 1000mm.
- Thước đo góc G có quả dọi.
- Giá đỡ ba chân hình sao có 3 chân vít điều chỉnh thăng bằng.
- Một hộp bi thép ф10, ф8 và một khớp chữ thập đa năng.
- Đồng hồ đo thời gian hiện số.
- Hai cổng quang điện E, F.
- Chân chống T có vít điều chỉnh.
- Nam châm điện, hộp công tắc nhấn kép để giữ và thả bi.
3. Lắp ráp thí nghiệm
- Đặt máng nghiêng lê giá đỡ, phối hợp điều chỉnh các chân vít và dịch chuyển khớp nối đa năng đến vị trí thích hợp để mặt phẳng P nằm nghiêng, sao cho dây dọi song song với mặt phẳng thước đo và góc nghiêng khoảng 5 đến 100.
- Nam châm điện N để giữ và thả bi được đặt cố định tại một vị trí trên mặt phẳng nghiêng, nối qua hộp công tắc đến ổ C của đồng hồ đo thời gian.
- Đặt cổng quang điện F cách E một đoạn s (ban đầu s = 10cm) và nối chúng với hai cổng A, B của đồng hồ đo thời gian.
- Đồng hồ đo thời gia hiện số đặt làm việc ở MODE A B, thang đo 9,999s. Khi viên bi lăn tới cổng E, đồng hồ bắt đầu đếm, đến cổng F đồng hồ dừng đếm. Khoảng thời gian t của chuyển động của viên bi giữa hai cổng E, F hiển thị trên đồng hồ.
- Để đo vận tốc tức thời của viên bi khi nó đi qua cổng F, ta chỉ việc vặn chuyển mạch MODE của đồng hồ đo thời gian về vị trí B. Khi đó đồng hồ sẽ chỉ khoảng thời gian ∆t, là khoảng thời gian viên bi chắn tia hồng ngoại khi nó đi qua cổng F. Biết đường kính viên bi (d=2,1cm, dùng thước kẹp để đo), ta tính vận tốc tức thời:
V= d/∆t = 2,1/∆t (cm/s)
4. Trình tự thí nghiệm
Khảo sát chuyển động nhanh dần đều:
- Chuyển mạch MODE ở vị trí A B.
- Bước 1: Nhấn nút RESET để chỉ số trên đồng hồ trở về 0.000.
- Bước 2: Đặt khoảng cách ban đầu giữa viên bi và cổng E bằng S0=5cm, cổng E cách cổng F bằng S1=15cm.
- Bước 3: Nhấn công tắc ngắt điện chon am châm để thả cho viên bi lăn, qua hai cổng E, F. Ghi các giá trị s, t vào bảng 1.
- Dịch chuyển cổng E đến vị trí đặt cổng F, và dịch cổng F đến vị trí cách E một khoảng 25cm. Lặp lại bước 3, ghi tiếp s, t vào bảng 1.
- Dịch chuyển cổng E đến vị trí đặt cổng F, và dịch cổng F đến vị trí cách E một khoảng 35cm. Lặp lại bước 3, ghi tiếp s, t vào bảng 1.
5. Phân tích kết quả
Bảng 1
S (cm)
t
sj-si
s0=5cm
15
10
25
10
35
10
Nhận xét:…….
Kết luận:…….
Ghi chú: Có nhiều phương pháp khảo sát chuyển động nhanh dần đều của viên bi trên máng nghiêng, ví dụ:
- Khảo sát sự phụ thuộc s = s(t2), sử dụng MODE AB của đồng hồ đo thời gian, cổng quang điện E nối với ổ B, nam châm điện nối qua công tắc kép đến ổ A, với các giá trị s =5cm, 20cm, 80cm.
- Khảo sát sự phụ thuộc s = s(t2), sử dụng MODE AB của đồng hồ đo thời gian, cổng quang điện E nối với ổ B, nam châm điện nối qua công tắc kép đến ổ A, với các giá trị của s như bảng 2, vẽ đồ thị s=s(t2), v=v(t), rút ra nhận xét, kết luận.
Bảng 2
s (cm)
t (s)
t2
a = 2s/t2
V = 2s/t
0
10
20
30
40
50
60
70
*Một số lưu ý: 
- Điều chỉnh đế 3 chân thật thăng bằng.
- Hiệu chỉnh điểm 0 ở nam châm điện.
- Thao tác bấm công tắc điện phải nhanh.