BÀI 8: THỰC HÀNH ĐO GIA TỐC RƠI TỰ DO
Ảnh
Trang bìa
Trang bìa
Ảnh
BÀI 8 THỰC HÀNH ĐO GIA TỐC RƠI TỰ DO
Mở đầu
Nội dung bài học
Thiết kế và thực hiện thí nghiệm đo gia tốc rơi tự do.
Khởi động
Ảnh
Vào năm 2014, Cơ quan Hàng Không và Vũ Trụ Hoa Kỳ (NASA) đã thực hiện thí nghiệm thả rơi một quả bóng bowling và những sợi lông vũ trong phòng chân không từ cùng một độ cao. Kết quả cho thấy quả bowling và những sợi lông vũ luôn chạm đất đồng thời như Hình 8.1. Tại sao như vậy?
Thí nghiệm
Mục đích + Cơ sở lý thuyết
* Mục đích: Đo được gia tốc rơi tự do. *Cơ sở lý thuyết: Khi tác động của lực cản môi trường lên vật rơi là không đáng kể, mọi vật có hình dạng và khối lượng khác nhau đều rơi như nhau. Đây chính là rơi tự do. Khi một vật chuyển động thẳng nhanh dần đều không vận tốc đầu với gia tốc a không đổi thì độ dịch chuyển của vật tại thời điểm t được xác định bằng biểu thức latex(d = 1/2at^2)
Thảo luận 1
Hình vẽ
Thực hiện thí nghiệm thả đồng thời một viên bi và một tờ giấy từ cùng một độ cao. a) Nhận xét về thời gian di chuyển từ khi bắt đầu thả đến khi chạm đất của hai vật. b) Hãy dự đoán trong điều kiện nào thì hai vật sẽ chạm đất đồng thời.
Lời giải a) Thời gian di chuyển từ khi bắt đầu thả đến khi chạm đất của viên bi ngắn hơn của tờ giấy (phẳng). Do diện tích tiếp xúc của tờ giấy lớn hơn nên lực cản của không khí tác dụng vào tờ giấy là đáng kể. b) Điều kiện để hai vật chạm đất đồng thời là diện tích tiếp xúc của hai vật như nhau để lực cản tác dụng lên hai vật là như nhau. Ta có thể vo tròn tờ giấy lại để lực cản tác dụng vào tờ giấy không đáng kể.
Thảo luận 2
Hình vẽ
Dựa vào các kiến thức đã học và bộ dụng cụ gợi ý, các em hãy đề xuất một phương án đo gia tốc rơi tự do khác. Phân tích ưu, nhược điểm của phương án do em đề xuất so với phương án gợi ý.
* Phương án thí nghiệm: Sử dụng MODE B ở đồng hồ đo thời gian hiện số để xác định vận tốc tức thời tại B (tương tự thí nghiệm ở Bài 7). Ta xác định gia tốc rơi tự do thông qua đồ thị vận tốc - thời gian. - Ưu điểm: + Có thể sử dụng phương án này để chứng minh sự rơi của viên bi là chuyển động nhanh dần đều. + Vận dụng được đồ thị (v - t) để xác định gia tốc rơi tự do. - Nhược điểm: + Thực hiện nhiều thao tác hơn phương án gợi ý ở SGK. + Do có sai số của vận tốc và thời gian nên việc xác định gia tốc từ đồ thị có thể kém chính xác hơn.
Thảo luận 3
Hình vẽ
Dựa vào bảng số liệu, lập luận để trình bày phương án và tiến hành xử lí số liệu để xác định gia tốc rơi tự do và sai số phép đo.
- Tính giá t rị trung bình của thời gian rơi tương ứng với mỗi độ dịch chuyển. Sai số của phép đo thời gian được tính bằng công thức: latex(bar(∆t) = (|bart - t_1| + |bart - t_2| + |bart - t_3| +|bart - t_4| +|bart - t_5|)/5) - Sai số của thời gian: ∆t = latex(bar(∆t) + ∆t_(dc)). - Sai số của độ dịch chuyển: ∆d = latex(∆d_(dc)). - Sử dụng công thức latex(barg = (2d)/(bart^2)) để xác định latex(barg). - Sai số của g được tính theo công thức: latex((∆g)/barg = (∆d)/d + 2(∆t)/bart) - Kết quả gia tốc rơi tự do được viết dưới dạng: latex(g = barg ± ∆g).
Thảo luận 4
Hình vẽ
Nêu ra các nguyên nhân gây ra sai số trong phương án thí nghiệm lựa chọn.
- Sai số dụng cụ: thước đo, đồng hồ đo thời gian hiện số. - Sai số ngẫu nhiên: do thước đặt không thẳng đứng, bị lệch đi so với phương của trọng lực; do việc xác định vị trí ban đầu của vật bị sai và dùng thước đo độ dịch chuyển d không chính xác; bấm công tắc điện chậm dẫn đến kết quả đo thời gian sai.
Luyện tập
Hình vẽ
Dựa vào kết quả thí nghiệm, nhận xét về các tính chất của chuyển động rơi tự do.
Tính chất của chuyển động rơi tự do: - Chuyển động theo phương thẳng đứng, chiều từ trên xuống dưới. - Chuyển động nhanh dần đều với gia tốc rơi tự do với độ lớn g.