Giải Vật Lí lớp 10 Bài 8: Thực hành đo gia tốc rơi tự do

Mở đầu trang 48 Vật Lí 10: Vào năm 2014, Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Hoa Kỳ (NASA - National Aeronautics and Space Administration) 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 bóng bowling và những sợi lông vũ luôn chạm đất đồng thời như Hình 8.1. Tại sao lại như vậy?

Lời giải:

Dự đoán: Thí nghiệm được thực hiện trong môi trường chân không, từ đó các vật trên không chịu tác dụng của lực cản không khí và rơi đồng thời.

Thí nghiệm đo gia tốc rơi tự do

Câu hỏi 1 trang 48 Vật Lí 10: 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) Trong điều kiện ở mặt đất, tờ giấy luôn rơi chậm hơn viên bi nếu thả ở cùng một độ cao.

b) Dự đoán điều kiện để hai vật chạm đất đồng thời.

- Khi diện tích tiếp xúc với không khí của hai vật là như nhau (chẳng hạn như vo tờ giấy lại cho kích thước bằng viên bi).

Hoặc:

- Loại bỏ hết không khí xung quanh hai vật làm thí nghiệm.

Câu hỏi 2 trang 48 Vật Lí 10: 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.

Lời giải:

Có thể xác định gia tốc rơi tự do thông qua việc vẽ đồ thị vận tốc – thời gian như ở thí nghiệm bài số 7.

Cách tiến hành: Sử dụng MODE B ở đồng hồ hiện số để xác định vận tốc tức thời ở cổng B, sau đó tiến hành vẽ đồ thị vận tốc – thời gian, cuối cùng xác định được gia tốc của vật rơi tự do.

Ưu điểm: Ngoài việc xác định gia tốc rơi tự do còn có thể khảo sát được tính chất chuyển động của vật (thẳng nhanh dần đều)

Nhược điểm: Kém chính xác hơn phương án SGK vì trong xác định vận tốc luôn có sai số.

Câu hỏi 3 trang 49 Vật Lí 10: 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 của phép đo.

Lời giải:

Phương án tiến hành đo và xử lí số liệu

Bước 1: Tiến hành đo thời gian rơi tương ứng với các khoảng cách d khác nhau. Ghi kết quả vào bảng số liệu.

Bước 2: Tính giá trị trung bình của thời gian (5 lần đo)

$\overline{\Delta t}=$$\frac{\left|\overline{t}-t_1\right|+\left|\overline{t}-t_2\right|+\left|\overline{t}-t_3\right|+\left|\overline{t}-t_4\right|+\left|\overline{t}-t_5\right|}{5}$

Bước 3: Sai số của thời gian $\Delta t=\overline{\Delta t}+\Delta t_{dc}$

Bước 4: Sai số của độ dịch chuyển $\Delta d=\Delta d_{dc}$

Bước 5: Tính giá trị gia tốc trung bình (gián tiếp): $\overline{g}=\frac{2d}{{\displaystyle {\overline{t}}^2}}$

Bước 5: Tính sai số của gia tốc g (tính sai số gián tiếp dưới dạng tỉ đối) $\frac{\Delta g}{\overline{g}}=\frac{\Delta d}{\overline{d}}+2\frac{\Delta t}{\overline{t}}$

Bước 6: Viết kết quả gia tốc rơi tự do $g=\overline{g}\pm \Delta g$

Câu hỏi 4 trang 49 Vật Lí 10: Nêu ra các nguyên nhân gây ra sai số trong phương án thí nghiệm lựa chọn.

Lời giải:

Sai số của phép đo có thể gây ra do:

- Sai số dụng cụ: Thước đo, đồng hồ đo.

- Sau số ngẫu nhiên: Thước không hoàn toàn thẳng đứng, các rung động nhẹ khi vật rơi, tín hiệu công tắc điện bị sai lệch, do điều khiển, do yếu tố người quan sát dẫn tới sai số.....

Luyện tập trang 49 Vật Lí 10: Dựa vào kết quả thí nghiệm, nhận xét về các tính chất của chuyển động rơi tự do.

Lời giải:

Chuyển động rơi tự do:

- là chuyển động có phương thẳng đứng, chiều từ trên xuống dưới.

- là chuyển động nhanh dần đều với gia tốc rơi tự do g.

Vận dụng trang 49 Vật Lí 10: Hãy tiến hành thí nghiệm đo gia tốc rơi tự do bằng cách sử dụng đồng hồ bấm giây hoặc thiết bị khác như điện thoại thông minh. So sánh với kết quả được thực hiện tại phòng thí nghiệm và giá trị chính xác của gia tốc rơi tự do, nêu nhận xét và giải thích kết quả này.

Lời giải:

Người học tự tiến hành tại nhà: Một số yếu tố khi thực hiện tại nhà có thể gây ảnh hưởng tới độ chính xác của gia tốc rơi tự do như sau:

 - Các thiết bị đo như đồng hồ bấm giây và điện thoại có độ chính xác không cao và do người điều khiển nên có thể sai lệch nhiều hơn.

- Có thể không đầy đủ dụng cụ đo hay độ chia của dụng cụ đo không đủ nhỏ dẫn tới độ chính xác thấp hơn trong điều kiện phòng thí nghiệm.