Các vật rơi tự do chuyển động rất nhanh, làm thế nào đo được gia tốc rơi tự do của vật?

Câu hỏi:

Các vật rơi tự do chuyển động rất nhanh, làm thế nào đo được gia tốc rơi tự do của vật?

Trả lời:

Ta sẽ đo gia tốc rơi tự do qua phương pháp đo gián tiếp:
– Đo thời gian rơi tự do của vật.
– Đo quãng đường từ lúc vật bắt đầu rơi cho đến khi dừng chuyển động rơi đó.
Sử dụng công thức tính: $g=\frac{2s}{t^2}$  để tìm gia tốc rơi tự do.

====== QUIZ MÔN LÝ LỚP 10 =====

1. Thảo luận về phương án thí nghiệm dựa trên hoạt động sau: Thả trụ thép rơi qua cổng quang điện trên máng đứng và trả lời câu hỏi. 1. Xác định gia tốc rơi tự do của trụ thép theo công thức nào? 2. Để xác định gia tốc rơi tự do của trụ thép cần đo lại các đại lượng nào? 3. Làm thế nào để trụ thép rơi qua cổng quang điện? 4. Cần đặt chế độ đo của đồng hồ ở vị trí nào để đo được đại lượng cần đo?
   
   

   Câu hỏi:
   

   Thảo luận về phương án thí nghiệm dựa trên hoạt động sau: Thả trụ thép rơi qua cổng quang điện trên máng đứng và trả lời câu hỏi.
   1. Xác định gia tốc rơi tự do của trụ thép theo công thức nào?
   2. Để xác định gia tốc rơi tự do của trụ thép cần đo lại các đại lượng nào?
   3. Làm thế nào để trụ thép rơi qua cổng quang điện?
   4. Cần đặt chế độ đo của đồng hồ ở vị trí nào để đo được đại lượng cần đo?

   Trả lời:

   1. Xác định gia tốc rơi tự do của trụ thép theo công thức: $g=\frac{2s}{t^2}$  (m/s²)
   2. Để xác định gia tốc rơi tự do của trụ thép cần đo đại lượng: 
   – Quãng đường rơi của trụ thép.
   – Thời gian rơi.
   3. Để trụ thép rơi qua cổng quang điện cần đặt trụ thép tại vị trí tiếp xúc với nam châm điện điện và bị giữ lại ở đó. Nhấn nút của hộp công tắc kép để ngắt điện vào nam châm điện, khi đó trụ thép rơi xuống và chuyển động đi qua cổng quang điện.
   4. Chọn chế độ đo MODE A ở đồng hồ đo thời gian hiện số để đo được đại lượng cần đo.

   ====== QUIZ MÔN LÝ LỚP 10 =====
   
2. Nhận xét và đánh giá kết quả thí nghiệm 1. Hãy tính giá trị trung bình và sai số tuyệt đối của phép đo gia tốc rơi tự do. 2. Tại sao lại dùng trụ thép làm vật rơi trong thí nghiệm? Có thể dùng viên bi thép được không? Giải thích tại sao. 3. Vẽ đồ thị mô tả mối quan hệ s và t2 trên hệ tọa độ (s – t2). 4. Nhận xét chung về dạng của đồ thị mô tả mối quan hệ s và t2 rồi rút ra kết luận về tính chất của chuyển động rơi tự do. 5. Hãy đề xuất một phương án thí nghiệm khác để đo gia tốc rơi tự do của trụ thép.
   
   

   Câu hỏi:
   

   Nhận xét và đánh giá kết quả thí nghiệm
   1. Hãy tính giá trị trung bình và sai số tuyệt đối của phép đo gia tốc rơi tự do.
   2. Tại sao lại dùng trụ thép làm vật rơi trong thí nghiệm? Có thể dùng viên bi thép được không? Giải thích tại sao.
   3. Vẽ đồ thị mô tả mối quan hệ s và t² trên hệ tọa độ (s – t²).
   4. Nhận xét chung về dạng của đồ thị mô tả mối quan hệ s và t² rồi rút ra kết luận về tính chất của chuyển động rơi tự do.
   5. Hãy đề xuất một phương án thí nghiệm khác để đo gia tốc rơi tự do của trụ thép.

   Trả lời:

   Tham khảo bảng kết quả dưới đây:

   Quãng đường (m)

   Lần đo thời gian (s)

   Lần 1

   Lần 2

   Lần 3

   Lần 4

   Lần 5

   0,4

   0,285

   0,286

   0,284

   0,285

   0,286

   0,6

   0,349

   0,351

   0,348

   0,349

   0,350

   0,8

   0,404

   0,405

   0,403

   0,404

   0,403

   1,0

   0,451

   0,452

   0,452

   0,451

   0,450

   1,2

   0,494

   0,495

   0,494

   0,494

   0,493

   Xử lí kết quả với phép đo khi chọn quãng đường s = 0,4 m

   Quãng đường (m)

   Lần đo thời gian (s)

   Lần 1

   Lần 2

   Lần 3

   Lần 4

   Lần 5

   0,4

   0,285

   0,286

   0,284

   0,285

   0,286

   Gia tốc trong lần đo 1: $g_1=\frac{2s}{t_1^2}=\frac{2.0,4}{0,{285}^2}=9,849m/s^2$
   Gia tốc trong lần đo 2: $g_2=\frac{2s}{t_2^2}=\frac{2.0,4}{0,{286}^2}=9,780m/s^2$
   Gia tốc trong lần đo 3: $g_3=\frac{2s}{t_3^2}=\frac{2.0,4}{0,{284}^2}=9,919m/s^2$
   Gia tốc trong lần đo 4: $g_4=\frac{2s}{t_4^2}=\frac{2.0,4}{0,{285}^2}=9,849m/s^2$
   Gia tốc trong lần đo 5:$g_5=\frac{2s}{t_5^2}=\frac{2.0,4}{0,{286}^2}=9,780m/s^2$
   Gia tốc trung bình: $\overline{g}=\frac{9,849+9,780+9,919+9,849+9,780}{5}=9,835m/s^2$

   Sai số tuyệt đối của gia tốc trong các lần đo:
   $\Delta g_1=\left|\overline{g}-g_1\right|=\left|9,835-9,849\right|=0,014\Delta g_2=\left|\overline{g}-g_2\right|=\left|9,835-9,780\right|=0,055\Delta g_3=\left|\overline{g}-g_3\right|=\left|9,835-9,919\right|=0,084\Delta g_4=\left|\overline{g}-g_4\right|=\left|9,835-9,849\right|=0,014\Delta g_5=\left|\overline{g}-g_5\right|=\left|9,835-9,780\right|=0,055$

   Sai số tuyệt đối trung bình: $\overline{\Delta g}=\frac{\Delta g_1+\Delta g_2+\Delta g_3+\Delta g_4+\Delta g_5}{5}=0,044$
   Kết quả: $g=9,835\pm 0,044$
   Ứng với các quãng đường khác thực hiện phép tính tương tự.
   2.
   – Trong thí nghiệm, người ta dùng trụ thép làm vật rơi nhằm mục đích khi thả vật rơi thì xác suất phương rơi của vật chắn tia hồng ngoại ở cổng quang điện cao, giúp ta thực hiện thí nghiệm dễ dàng hơn.
   – Có thể dùng vật thả rơi là viên bi thép, nhưng xác suất khi thả rơi viên bi có phương rơi không chắn được tia hồng ngoại cao hơn khi dùng trụ thép, nên khi làm thí nghiệm với viên bi ta cần căn chỉnh và thả theo đúng phương của dây rọi.
   3. Xử lí số liệu để vẽ đồ thị mô tả mối quan hệ s và t².

   Quãng đường (m)

   Lần đo thời gian (s)

   t² (s²)

   Lần 1

   0,4

   0,285

   0,081

   0,6

   0,349

   0,122

   0,8

   0,404

   0,163

   1,0

   0,451

   0,203

   1,2

   0,494

   0,244

   Đồ thị mô tả mối quan hệ s và t²
   

   4. Nhận xét về dạng đồ thị trên: có dạng một đường thẳng hướng lên chứng tỏ s và t² có mối quan hệ tỉ lệ thuận với nhau.
   5. Đề xuất một phương án thí nghiệm khác để đo gia tốc rơi tự do của trụ thép.
   Ta có thể sử dụng hai cổng quang điện để đo thời gian rơi tự do. Khi trụ thép bắt đầu đi vào cổng quang điện thứ nhất thì đồng hồ bắt đầu đo, khi trụ thép đi qua cổng quang điện thứ hai thì đồng hồ kết thúc đo.
   – Dụng cụ
   Bộ dụng cụ đo gia tốc rơi tự do gồm:
   (1) Nam châm điện                    (2) Trụ thép
   (3) Hai cổng quang điện             (4) Công tắc điều khiển
   (5) Đồng hồ đo thời gian            (6) Giá
   – Tiến hành
   Bước 1: Lắp các dụng cụ.
   + Lắp hai cổng quang điện cách nhau một đoạn s.
   + Đặt trụ thép dính vào phía dưới nam châm.
   + Nhấn công tắc cho trụ thép rơi.
   + Đọc số chỉ thời gian rơi trên đồng hồ.
   + Thay đổi vị trí của các cổng quang điện để khoảng cách giữa chúng khác nhau.
   Bước 2: Hãy so sánh kết quả tính bằng số liệu đo được trong thí nghiệm mà em đã tiến hành với kết quả tính bằng số liệu ở bảng dưới
   Bảng 2.2. Khoảng cách và thời gian rơi của vật

   Lần đo
   s (m)

   Thời gian rơi (s)

   1

   2

   3

   0,400

   ?

   ?

   ?

   0,600

   ?

   ?

   ?

   0,800

   ?

   ?

   ?

   Bước 3: Tính gia tốc trung bình của vật rơi tự do và sai số của phép đo.
   Viết kết quả: $g=\overline{g}\pm \Delta g$

   ====== QUIZ MÔN LÝ LỚP 10 =====
   
3. Sử dụng camera của điện thoại thông minh và phần mềm phân tích video để xác định được gia tốc rơi tự do của vật (Hình 11.2)
   
   

   Câu hỏi:
   

   Sử dụng camera của điện thoại thông minh và phần mềm phân tích video để xác định được gia tốc rơi tự do của vật (Hình 11.2)
   

   Trả lời:

   Học sinh có thể tự thực hiện bằng điện thoại đã cài sẵn phần mềm.

   ====== QUIZ MÔN LÝ LỚP 10 =====