Bài giảng Vật lí Lớp 10 - Bài thực hành: Khảo sát chuyển động rơi tự do. xác định gia tốc rơi tự do - Trần Viết Thắng

HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM VÀ THỰC HÀNH: Khảo sỏt chuyển động rơi tự do và đo gia tốc rơi tự do 
Chương trỡnh lớp 10 ban KHTN và ban CƠ BẢN 
GV thực hiện : Trần Viết Thắng 
Trường THPT Chu Văn An 
Khảo sỏt chuyển động rơi tự do. Xỏc định gia tốc rơi tự do 
BÀI THỰC HÀNH: 
I. Mục đ ích : 
Đo đư ợc thời gian rơi t của một vật trên những quãng đư ờng s khác nhau , vẽ và khảo sát đ ồ thị s ~ t 2 , để rút ra kết luận về tính chất của chuyển đ ộng rơi tự do và xác đ ịnh đư ợc gia tốc rơi tự do. 
II. cơ sở lý thuyết 
Thả một vật ( trụ thép , viên bi) từ độ cao s trên mặt đ ất , vật sẽ rơi rất nhanh theo phương thẳng đ ứng ( phương song song với dây dọi ). Trong trường hợp này ảnh hưởng của không khí không đá ng kể , vật chỉ chuyển đ ộng dưới tác dụng của trọng lực , nên có thể coi là vật rơi tự do. 
Khi một vật có vận tốc ban đ ầu bằng 0, chuyển đ ộng thẳng nhanh dần đ ều với gia tốc a, th ỡ quãng đư ờng đi đư ợc s sau khoảng thời gian t ( tính từ lúc vật bắt đ ầu chuyển đ ộng ) đư ợc xác đ ịnh bởi công thức : 
Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa s và t 2 có dạng một đư ờng thẳng đi qua gốc toạ độ và có hệ số góc tg  = a/2. 
III. Dụng cụ cần thiết . 
1.Giá đ ỡ thẳng đ ứng có dây dọi và ba chân vít đ iều chỉnh thăng bằng . 
2.Trụ bằng sắt non (bi) làm vật rơi tự do. 
3.Nam châm điện có hộp công tắc đóng ngắt điện để giữ và thả rơi vật. 
4.Cổng quang đ iện E. 
5.Đồng hồ thời gian hiện số , độ chia nhỏ nhất 0.001s. 
6.Thước thẳng 800mm gắn chặt vào gi á đ ỡ . 
 7.Ke ba chiều để xác đ ịnh vị trí đ ầu của vật rơi . 
8. Khăn vải bông để đỡ vật rơi. 
IV. 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 A  B, chọn thang đo 9,999s. 
2.Quan sát quả dọi, phối hợp điều chỉnh các vít ở chân giá đỡ 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 đỡ vật rơi . 
3.Cho nam châm hút giữ vật rơi. Dùng miếng ke áp sát đáy vật rơi để xác định vị trí đầu s 0 của vật. Ghi gi á trị s 0 vào bảng 1. 
V. Tiến hành thí nghiệm 
Khảo sát chuyển động rơi tự do: 
1.Nới lỏng vít và dịch cổng quang điện E về phía dưới cách s 0 một khoảng s = 50 mm . Nhấn nút RESET trên mặt đồng hồ để đưa chỉ thị số về giá trị 0000. 
2. ấ n 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 1. Lặp lại phép đo trên 3 lần ghi vào bảng 1. 
3.Nới lỏng vít hãm và dịch cổng quang điện E về phía dưới, cách vị trí s 0 một khoảng s lần lượt bằng 200mm; 450 mm; 800 mm. ứng với mỗi giá trị của s, thả vật rơi và ghi thời gian t tương ứng vào bảng 1. Lặp lại 3 lần phép đo. 
Chú ý : * Cổng E chỉ hoạt động được khi nút nhấn trên hộp công tắc nhả. 
 Các thao tác không chuẩn xác cho kết quả đo sai cần loại bỏ và thực hiện đo lại theo các bước a, b 
V. Tiến hành thí nghiệm 
2.Đo gia tốc rơi tự do : 
1)Nới lỏng vít và dịch cổng quang điện E về phía dưới cách s 0 một khoảng s = 0,200 m . ấn nút RESET trên mặt đồng hồ để đưa chỉ thị số về giá trị 0000. 
2) ấ n 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 1. Lặp lại phép đo trên 5 lần ghi vào bảng 1. 
3) Nới lỏng vít và dịch cổng quang điện E về phía dưới, cách vị trí s 0 một khoảng s = 0,300 ; 0,400 ; 0,500 ; 0,600; 0,700 ; 0,800 m. ứ ng với mỗi khoảng cách s , thả vật rơi và ghi thời gian tương ứng vào bảng 1, lặp lại 5 lần . 
Kết thúc thí nghiệm : Nhấn khoá K , tắt điện đồng hồ đo thời gian hiện số. 
Kết luận : C huyển đ ộng rơi tự do là một chuyển đ ộng nhanh dần đều 
s 2 = 4s 1  t 2 = 2t 1 . 
 s 3 = 9s 1  t 3 = 3t 1 . 
 Kết qu ả cho thấy : s ~ t 2 . 
Nhận xét : 
VI. Kết quả thí nghiệm 
s(mm ) 
Thời gian rơi t (s) 
1 
2 
3 
TB 
50 
0.098 
0.097 
0.098 
0.098 
200 
0.201 
0.200 
0.200 
0.200 
450 
0.301 
0.302 
0.301 
0.301 
500 
0.319 
0.319 
0.319 
0.319 
600 
0.349 
0.349 
0.350 
0.349 
800 
0.403 
0.402 
0.403 
0.403 
Lần đo 
Kết luận : C huyển đ ộng rơi tự do là một chuyển đ ộng nhanh dần dều 
s 2 = 4s 1  t 2 = 2t 1 . 
 s 3 = 9s 1  t 3 = 3t 1 . 
 Kết qu ả cho thấy : s ~ t 2 . 
Nhận xét : 
Kết quả TN và đồ thị s = s(t ) 
Kết quả TN và đồ thị s = s(t 2 ) 
Kết quả TN và đồ thị v = v(t )