Giải bài tập Vật lí lớp 10 Bài 11: Thực hành: Đo gia tốc rơi tự do

Khởi động trang 44 Vật Lí 10: Các vật rơi tự do chuyển động rất nhanh, làm thế nào đo được gia tốc rơi tự do của vật?

Lời giải:

Để đo được gia tốc rơi tự do của vật ta đo quãng đường s vật đi được trong khoảng thời gian t rồi tính gia tốc theo biểu thức: $g=a=\frac{2s}{t^2}.$

I. Dụng cụ thí nghiệm

II. Thiết kế phương án thí nghiệm

Hoạt động trang 47 Vật Lí 10: 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?

Lời giải:

1. Xác định gia tốc rơi tự do của trụ thép theo công thức: $g=a=\frac{2s}{t^2}.$

2. Để xác định gia tốc rơi tự do của trụ thép cần đo quãng đường s và thời gian t rơi.

3. Để trụ thép rơi qua cổng quang điện cần đặt trụ thép tại vị trí tiếp xúc với nam châm 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. Cần đặt chế độ MODE của đồng hồ đo thời gian hiện số ở vị trí thích hợp để đo được đại lượng cần đo.

III. Tiến hành thí nghiệm

IV. Kết quả thí nghiệm

Hoạt động trang 48 Vật Lí 10: 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.

Lời giải:

1. Tham khảo bảng kết quả dưới đây:

Xử lí kết quả với phép đo khi chọn quãng đường s = 0,3 m

Gia tốc trong lần đo 1: $g_1=\frac{2s}{t_1^2}=\frac{2.0,3}{0,{247}^2}=9,835m/s^2$

Gia tốc trong lần đo 2: $g_2=\frac{2s}{t_2^2}=\frac{2.0,3}{0,{248}^2}=9,756m/s^2$

Gia tốc trong lần đo 3: $g_3=\frac{2s}{t_3^2}=\frac{2.0,3}{0,{246}^2}=9,915m/s^2$

Gia tốc trong lần đo 4: $g_4=\frac{2s}{t_4^2}=\frac{2.0,3}{0,{245}^2}=9,996m/s^2$

Gia tốc trong lần đo 5: $g_5=\frac{2s}{t_5^2}=\frac{2.0,3}{0,{249}^2}=9,677m/s^2$

Gia tốc trung bình:

$\overline{g}=\frac{9,835+9,756+9,915+9,996+9,677}{5}=9,8358m/s^2$

Sai số tuyệt đối của gia tốc trong các lần đo:

$\Delta g_1=\left|\overline{g}-g_1\right|=\left|9,8358-9,835\right|=0,0008$

$\Delta g_2=\left|\overline{g}-g_2\right|=\left|9,8358-9,756\right|=0,0798$

$\Delta g_3=\left|\overline{g}-g_3\right|=\left|9,8358-9,915\right|=0,0792$

$\Delta g_4=\left|\overline{g}-g_4\right|=\left|9,8358-9,996\right|=0,1602$

$\Delta g_5=\left|\overline{g}-g_5\right|=\left|9,8358-9,677\right|=0,1588$

Sai số tuyệt đối trung bình: $\overline{\Delta g}=\frac{\Delta g_1+\Delta g_2+\Delta g_3+\Delta g_4+\Delta g_5}{5}=0,096$

Kết quả: $g=9,836\pm 0,096$ (m/s²)

Ứng với các quãng đường khác thực hiện phép tính tương tự.

2. Dùng trụ thép làm vật rơi trong thí nghiệm vì trong quá trình rơi trụ thép chịu tác dụng của lực cản nhỏ hơn rất nhiều so với trọng lượng nên có thể coi chuyển động là rơi tự do. Ta hoàn toàn có thể thay trụ thép bằng viên bi thép được vì lực cản lên bi thép cũng rất nhỏ so với trọng lượng bi nên có thể bỏ qua lực cản này để coi chuyển động là rơi tự do.

3. Xử lí số liệu để vẽ đồ thị mô tả mối quan hệ s và t².

Đồ thị mô tả mối quan hệ s và t²

4. Đồ thị s-t² có dạng đoạn thẳng nên quãng đường s tỉ lệ với bình phương thời gian, suy ra chuyển động rơi tự do là chuyển động nhanh dần đều.

5. Phương án thí nghiệm khác: Thả rơi 1 vật rồi sử dụng máy quay ghi lại quá trình rơi đó, sau đó sử dụng phần mềm phân tích video để xác định được gia tốc rơi của vật.

Em có thể trang 48 Vật Lí 10: 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)

Lời giải:

HS tự thực hiện thí nghiệm ở nhà.