Giải bài 6 vật lí 12: Thực hành khảo sát thực nghiệm các định luật

Nội dung khóa học gồm 3 phần:

• Chuẩn bị bài tập và thí nghiệm
• Viết báo cáo thực hành
• Trả lời câu hỏi và bài tập trang 32

A. Chuẩn bị bài thực hành, thí nghiệm

Tôi. Mục đích

Nghiên cứu thực nghiệm phát hiện ảnh hưởng của biên độ, khối lượng và chiều dài của con lắc đến chu kỳ dao động t, từ đó tìm ra công thức chu kỳ $t=2\pi sqrt{\frac{l}{ g }}$, và lực hấp dẫn Ứng dụng của gia tốc g trong trường thực nghiệm.

Bạn Đang Xem: Giải bài 6 vật lí 12: Thực hành khảo sát thực nghiệm các định luật

Hai. Thiết bị thí nghiệm

Công cụ chuẩn bị bao gồm:

• Trọng lượng gấp ba lần với móc treo 50g
• Một sợi dây mảnh dài khoảng 1 mét
• Bàn thí nghiệm để treo con lắc có cơ cấu điều chỉnh độ dài của con lắc.
• Đồng hồ bấm giờ (sai số ±0,2 giây) hoặc đồng hồ kỹ thuật số có cổng quang điện.
• Chiều dài khoảng 500 mm.
• Một mảnh giấy có các vạch milimet.

Ba. kinh nghiệm

1. Chu kỳ t của con lắc đơn phụ thuộc vào biên độ của con lắc như thế nào?

Kiểm tra:

• Kéo một quả nặng m = 50g vào đầu tự do của một sợi dây không co giãn để điều chỉnh chiều dài của con lắc đúng bằng 50 cm;
• Kéo con lắc ra khỏi vị trí cân bằng, biên độ a = 3cm, góc nghiêng $\alpha $;
• Đo thời gian để con lắc thực hiện 10 dao động hoàn toàn (mỗi lần đo ta đo thêm 5 lần nữa và lấy giá trị trung bình).
• Các phép đo trên được thực hiện với các giá trị a biên độ khác nhau (a=3, 6, 9, 18cm).
• Ghi kết quả vào bảng 6.1

Xem Thêm: Hố đen vũ trụ thực ra không phải là một cái hố, bên trong nó có gì?

Kết quả:

Bảng 6.1 m = 50g, l = 50,0cm

a1 =3,0

a2 = 6,0

Luật phái sinh:

• Con lắc đơn dao động với biên độ nhỏ (α < 10$^{0}$) được coi là dao động điều hòa, chu kì của con lắc không phụ thuộc vào biên độ dao động.

2. Chu kỳ t của con lắc đơn phụ thuộc như thế nào vào khối lượng m của con lắc?

Kiểm tra:

• Con lắc có chiều dài cố định là 50cm, các khối lượng thay đổi của con lắc lần lượt là: 50; 100; 150 gam
• Đo thời gian của 10 dao động toàn phần để xác định chu kì t
• Ghi kết quả vào bảng 6.2

Xem Thêm: Hố đen vũ trụ thực ra không phải là một cái hố, bên trong nó có gì?

Kết quả:

Bảng 6.2 l = 50,0cm; a = 3 cm

Luật phái sinh:

• Chu kỳ dao động nhỏ của con lắc đơn (α < 10$^{0}$) không phụ thuộc vào khối lượng của con lắc.

3. Chu kỳ t của con lắc đơn phụ thuộc như thế nào vào chiều dài của con lắc?

Kiểm tra:

• Dùng con lắc đơn có khối lượng m=50g, chiều dài l=50cm, đo thời gian dao động của 10 lần và tìm được chu kỳ t1
• Thay đổi chiều dài con lắc, giữ nguyên khối lượng, đo thời gian con lắc dao động 10 lần và tính chu kỳ t2, t3
• Bình phương các khoảng $t_{1}^{2}, t_{2}^{2}, t_{3}^{2}$ và tỷ số $\frac{t_{1}^{2} {l_{1}}, \frac{t_{2}^{2}}{l_{2}}, \frac{t_{3}^{2}}{l_{3} }$.
• Ghi kết quả vào bảng 6.3

Xem Thêm: Hố đen vũ trụ thực ra không phải là một cái hố, bên trong nó có gì?

Kết quả:

Bảng 6.3

– Vẽ đồ thị sự phụ thuộc của t vào l. Rút ra nhận xét

– Vẽ biểu đồ sự phụ thuộc của $t^{2}$ vào l. Rút ra nhận xét

– Phát biểu định luật về độ dài của con lắc đơn.

4. Kết luận

Xem Thêm : Vợ chồng A Phủ của Tô Hoài và Vợ nhặt của Kim Lân là hai truyện ngắn đều viết về số phận và vẻ đẹp tâm hồn của người lao động. Em hãy phân tích hai truyện ngắn trên trong mối quan hệ đối sánh để nêu bật đặc sắc riêng của từng tác phẩm.

a) Từ kết quả thu được ở trên ta biết được chu kì của con lắc đơn có biên độ nhỏ dao động điều hòa tại cùng một nơi không phụ thuộc vào khối lượng và biên độ của con lắc mà tỉ lệ thuận với tỉ số của biên độ con lắc đến căn bậc hai của chiều dài con lắc. Công thức là: $ t=a\sqrt{l}$

Kết quả thử nghiệm cho ta giá trị a = 2,032

Theo công thức lí thuyết về chu kì dao động của con lắc đơn có biên độ nhỏ:

$t=2\pi \sqrt{\frac{l}{g}}$ (*)

trong đó $\frac{2\pi }{\sqrt{g}}\approx 2$ (trong đó g bằng 9,8 triệu/$s^{2}$)

So với kết quả đo a, có thể thấy công thức (*) đúng.

c) Tính gia tốc trọng trường g của điểm thí nghiệm dựa vào giá trị a thu được từ thí nghiệm.

$g\frac{4\pi ^{2}}{a^{2}}=\frac{4\pi ^{2}}{2.0,032^{2}}=9,561 $(m/$s^{2}$)

b. Viết báo cáo thực hành

Tôi. Mục đích thực hành

• Phát hiện ảnh hưởng của biên độ, khối lượng và chiều dài con lắc đến chu kỳ t.
• Từ đó tìm ra công thức $t=2\pi \sqrt{\frac{l}{g}}$ và ứng dụng của nó để tính gia tốc trọng trường g tại địa điểm thí nghiệm.

Hai. Cơ sở lý luận

1.Nêu cấu tạo của con lắc đơn? Chiều dài l của con lắc được đo như thế nào?

Xem Thêm: Vì Sao Cá Có Mùi Tanh ?? Cách Khử Mùi Tanh Chỉ 5 Phút

Mô tả:

• Một con lắc đơn gồm một vật nhỏ khối lượng m được treo vào đầu một sợi dây không dãn tầm thường có chiều dài l. Chiều dài 1 rất lớn so với kích thước của quả cầu. Chiều dài của con lắc được xác định bằng cách đo khoảng cách từ điểm cố định dây treo đến trọng tâm của vật nặng.
• Chiều dài l của con lắc được đo bằng thước đo được sử dụng trên giá thử nghiệm để treo con lắc và có cơ cấu điều chỉnh chiều dài của con lắc.

2.Làm thế nào để phát hiện mối tương quan giữa chu kỳ dao động t và biên độ dao động của con lắc có biên độ nhỏ?

Xem Thêm: Vì Sao Cá Có Mùi Tanh ?? Cách Khử Mùi Tanh Chỉ 5 Phút

Mô tả:

• Để khảo sát sự phụ thuộc của chu kì t của một con lắc dao động với biên độ nhỏ vào biên độ dao động, ta xác định được con lắc đó có chiều dài bằng 1 có chu kì dao động không đổi nhưng biên độ thay đổi a. Đo các biên độ khác nhau Thời gian dao động của a.

3. Làm thế nào để phát hiện mối tương quan giữa chu kỳ t của một con lắc dao động điều hòa với biên độ nhỏ và chiều dài con lắc l?

Xem Thêm: Vì Sao Cá Có Mùi Tanh ?? Cách Khử Mùi Tanh Chỉ 5 Phút

Mô tả:

• Để khảo sát sự phụ thuộc của chu kỳ t của con lắc dao động điều hòa với biên độ nhỏ vào chiều dài của con lắc, ta khảo sát chu kỳ t của con lắc theo phương khi chiều dài tăng thì chiều dài của con lắc tăng dần. có 3 tình huống có thể xảy ra:

  4.Làm thế nào để sử dụng đồng hồ kim giây để xác định khoảng thời gian t với sai số Δt = 0,02s? Nghĩa là sai số khi sử dụng chiếc đồng hồ này là $\pm $0.2s (bao gồm cả lỗi bấm do chủ quan và lỗi do máy).

  Xem Thêm: Vì Sao Cá Có Mùi Tanh ?? Cách Khử Mùi Tanh Chỉ 5 Phút

  Mô tả:

  • Xác định chu kỳ t với sai số Δt = 0,02s khi sử dụng đồng hồ có kim giây. Ta cần đo thời gian t để thực hiện n dao động toàn phần.
  • Trong quá trình đo kim giây t có sai số 0,2s bao gồm sai số chủ quan và sai số dụng cụ nên Δt = n.Δt = 0,2 + 0,02 = 0,22s nên tổng số dao động cần được đo n > 11 lần dao động.

  Ba. Kết quả

  1. Khảo sát ảnh hưởng của biên độ dao động đến chu kỳ t của con lắc đơn.

  Xem Thêm: Vì Sao Cá Có Mùi Tanh ?? Cách Khử Mùi Tanh Chỉ 5 Phút

  Mô tả:

  • Chu kỳ t1 = $\frac{t_{1}}{10}$ = 1,432 giây; t2 = $\frac{t_{2}}{10}$ = 1,412 giây; t3 = $ \frac{t_{3}}{10}$ = 1,454 giây.
  • Phát biểu định luật dao động tuần hoàn của con lắc đơn:

  Con lắc đơn dao động với biên độ nhỏ (α < 10$^{0}$) được coi là dao động điều hòa, chu kì của con lắc không liên quan gì đến biên độ của dao động.

  p>

  2. Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng m đến chu kỳ t của con lắc.

  Xem Thêm: Vì Sao Cá Có Mùi Tanh ?? Cách Khử Mùi Tanh Chỉ 5 Phút

  Mô tả:

  • con lắc khối lượng ma có chu kỳ ta = 1,416 ± 0,026
  • Chu kì của con lắc khối lượng mb là tb = 1,422 ± 0,020
  • Chu kỳ tc = 1,436 ± 0,028 đối với con lắc có khối lượng mc
  • Phát biểu định luật khối lượng của con lắc đơn:

  Xem Thêm : Hướng dẫn Giải bài 1 2 3 4 5 trang 21 sgk Hóa học 9

  Chu kì dao động nhỏ của con lắc đơn (α < 10$^{0}$) không phụ thuộc vào khối lượng của con lắc.

  3. Khảo sát ảnh hưởng của chiều dài con lắc l đến chu kì dao động t

  Xem Thêm: Vì Sao Cá Có Mùi Tanh ?? Cách Khử Mùi Tanh Chỉ 5 Phút

  Mô tả:

  • Dựa vào kết quả đo và tính toán ở bảng 6.3, hãy vẽ giản đồ phụ thuộc của t vào l và giản đồ quan hệ của t2 vào l:

  

  • Nhận xét:

  a) Đường cong t = f(l) có dạng đường cong cho thấy chu kỳ dao động t đồng biến phụ thuộc vào chiều dài của con lắc.

  Đường cong t2 = f(l) có dạng đường thẳng đi qua gốc tọa độ, cho thấy bình phương của chu kỳ dao động t$^{2}$ tỷ lệ có chiều dài bằng con lắc . t$^{2}$ = k.l, suy ra $t=a\sqrt{l}$.

  Xem Thêm: Khối A02 Gồm Những Môn Nào? Gồm Những Ngành Nào

  “Chu kì dao động của một con lắc đơn có biên độ nhỏ tại cùng một nơi không phụ thuộc vào khối lượng và biên độ dao động mà tỉ lệ thuận với căn bậc hai của chiều dài mạnh> Con lắc theo công thức: $t=a\sqrt{l}$ trong đó $a=\sqrt{k}$ trong đó a là đường thẳng t $^{2}$ = f(l).

  b) Công thức tính chu kì dao động của con lắc đơn có biên độ nhỏ: $t=2\pi \sqrt{\frac{l}{g}}$

  Kiểm tra là chính xác, tỷ lệ là: $\frac{2\pi }{\sqrt{g}}=a=2,032$

  Từ đó tính gia tốc trọng trường g tại nơi làm thí nghiệm:

  $g\frac{4\pi ^{2}}{a^{2}}=\frac{4\pi ^{2}}{2.0,032^{2}}=9,561 $(m/$s^{2}$)

  4. Công thức xác định chu kỳ của con lắc đơn

  Xem Thêm: Vì Sao Cá Có Mùi Tanh ?? Cách Khử Mùi Tanh Chỉ 5 Phút

  Mô tả:

  Từ kết quả thí nghiệm suy ra dao động điều hòa có biên độ nhỏ trong chu kỳ dao động của con lắc không phụ thuộc vào khối lượng và biên độ dao động con lắc, và là tỉ lệ thuận với bình phương chiều dài con lắc l Nghịch đảo của căn và căn bậc hai của gia tốc rơi tự do của vị trí thí nghiệm, hệ số tỉ lệ tỉ lệ bằng $\frac{2\ pi } {\sqrt{g}}$ $ t=2\pi \sqrt{\frac{l}{g }}$.

  c. Trả lời các câu hỏi và bài tập trang 32

  1.Làm thế nào để dự đoán chu kỳ dao động t của con lắc đơn phụ thuộc vào các đại lượng đặc trưng l, m, α của nó? Làm thế nào mỗi dự đoán này có thể được kiểm tra bằng thực nghiệm?

  Xem Thêm: Vì Sao Cá Có Mùi Tanh ?? Cách Khử Mùi Tanh Chỉ 5 Phút

  Mô tả:

  • Chu kỳ dự đoán t của con lắc đơn phụ thuộc vào chiều dài đặc trưng l, khối lượng m và biên độ góc $\alpha _{0}$.
  • Để kiểm tra từng dự đoán này, chúng ta cần tiến hành một thí nghiệm trong đó chúng ta thay đổi một đại lượng và giữ nguyên hai hằng số còn lại.

  2. Chu kỳ dao động của con lắc đơn có phụ thuộc vào vị trí thí nghiệm không? Làm thế nào để kiểm tra thông qua các thí nghiệm?

  Xem Thêm: Vì Sao Cá Có Mùi Tanh ?? Cách Khử Mùi Tanh Chỉ 5 Phút

  Mô tả:

  • Dự đoán chu kì dao động của con lắc dựa vào vị trí thí nghiệm.
  • Để kiểm tra dự đoán này, chúng ta cần tiến hành thí nghiệm với một con lắc có chiều dài không đổi ở những nơi khác nhau.

  3. Có thể đo được chu kỳ của con lắc có chiều dài l <. 10cm hay không? Tại sao?

  Xem Thêm: Vì Sao Cá Có Mùi Tanh ?? Cách Khử Mùi Tanh Chỉ 5 Phút

  Mô tả:

  • Không thể đo chu kỳ của con lắc nhỏ hơn 10cm
  • Vì độ lớn của trọng lượng rất quan trọng so với chiều dài của sợi dây, nên rất khó để tạo ra các dao động có biên độ nhỏ và do đó khó đo được chu kỳ t.

  4. Dùng con lắc dài hay ngắn sẽ cho kết quả chính xác hơn khi xác định gia tốc rơi tự do g tại nơi làm thí nghiệm?

  Xem Thêm: Vì Sao Cá Có Mùi Tanh ?? Cách Khử Mùi Tanh Chỉ 5 Phút

  Mô tả:

  Do sai số tương đối $\frac{\delta g}{g}=\frac{2 \ nên dùng con lắc dài để xác định gia tốc trọng trường g chính xác hơn dùng con lắc ngắn delta t}{t}+ Giá trị của frac{\delta l}{l}$ rất nhỏ.