báo cáo thí nghiệm kiểm nghiệm định luật ii newton, định lí động năng và định luật bảo toàn cơ năng sử dụng đệm không khí

TRẢ LỜI CÂU HƠICâu hỏi 4: Nêu nội dung và biểu thức của định lí động năng và định luật bảo toàn cơ năng.+ Định lí động năng: độ biến thiên động năng của một vật thì bằng công của ngoại

Trang 2

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM

BÀI 2: KIỂM NGHIỆM ĐỊNH LUẬT II NEWTON, ĐỊNH LÍ ĐỘNG NĂNG VÀ

ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN CƠ NĂNG SỬ DỤNG ĐỆM KHÔNG KHÍ

Học phần: Thí nghiệm cơ và điện

GVHD: Lê Vũ Trường Sơn

Nhóm: 4

Các thành viên :

1 Phan Thị Thanh Tuyền

2 Nguyễn Thị Thùy Trang

3 Hồ Thị Thu

4 Nguyễn Ngọc Tú

Trang 3

NỘI DUNG

I Mục tiêu thí nghiệm

II Trả lời câu hỏi

III Cơ sở lý thuyết

IV Dụng cụ thí nghiệm

V Các bước tiến hành thí

nghiệm

Trang 4

I MỤC TIÊU BÀI THÍ NGHIỆM

- Sử dụng thành thạo máy đo thời gian

- Biết cách kiểm nghiệm định luật II Newton

- Trình bày được kết quả thí nghiệm thông qua bài báo cáo viết và thuyết trình

Trang 5

II TRẢ LỜI CÂU HỎI

Câu hỏi 1: Mục đích của bài thí nghiệm này là gì? Để đạt được

mục đích đó, bài thí nghiệm này sử dụng phương pháp đo nào?

Trang 6

Câu hỏi 2: Nêu ngắn gọn cơ sở lí thuyết của phương pháp đo gia tốc của vật chuyển động thẳng biến đổi đều bằng đệm không khí.

- Để xác định gia tốc của vật, ta cần xác định tốc độ của nó ngay tại các thời 𝑎 của vật, ta cần xác định tốc độ của nó ngay tại các thời điểm đầu và cuối của chuyển động có quãng đường là 𝑠

- Tốc độ chuyển động của vật tại từng thời điểm được xác định bằng cổng quang điện với công thức:

Trang 7

⊹ Câu hỏi 3: Cho sơ đồ thí nghiệm như hình 2.1 Bỏ qua

ma sát và khối lượng của ròng rọc, thiết lập công thức

tính gia tốc của hệ.

+ Vật và được nối bởi một dây không co giãn và có khối

lượng không đáng kể trượt không ma sát trên mặt phẳng nằm

ngang Bỏ qua khối lượng của ròng rọc, áp dụng định luật II

Trang 8

II, TRẢ LỜI CÂU HƠICâu hỏi 4: Nêu nội dung và biểu thức của định lí động năng và định luật bảo toàn cơ năng.

+ Định lí động năng: độ biến thiên động năng của một vật thì bằng công của

ngoại lực tác động

+ Biểu thức:

(J) + Định luật bảo toàn cơ năng: Nếu một vật hoặc hệ vật chỉ chịu những lực

bảo toàn, thì cơ năng của vật hoặc hệ vật ấy không đổi

+ Biểu thức:

Trang 9

Câu hỏi 5: Nêu rõ vai trò, chức năng

của từng dụng cụ được sử dụng trong

thí nghiệm.

1 Xe trượt với cản quang: Giữa xe trượt và đệm không khí hình thành 1 lớp không khí mỏng Trong quá trình chuyển động xe chỉ trượt trên lớp không khí mà

không chạm trực tiếp lên đệm

Trang 10

2 Thanh trượt: Dùng để kiểm tra gia tốc được thực hiện

với cơ chế con trượt chuyển động tịnh tiến (định hướng

cho vật chuyển động)

3 Cổng quang: có thể được sử dụng trong các thí nghiệm

vật lý như thí nghiệm đo gia tốc rơi tự do của một vật lăn

thí nghiệm đo thời gian của vật chuyển động tròn Cổng

quang điện có khả năng đo thời gian,xác định vận tốc và

gia tốc

II TRẢ LỜI CÂU HỎICâu hỏi 5: Nêu rõ vai trò, chức năng của từng dụng cụ được sử

dụng trong thí nghiệm.

Trang 11

4 Bơm đệm không khí: Với đệm không khí ,

gần như loại bỏ được lực ma sát, vật chuyển động trên

đệm khí chỉ chịu tác dụng của hai lực cân bằng, đó là

trọng lực và phản lực của đệm khí

5 Máy đo thời gian: Sử dụng cho các thí

II TRẢ LỜI CÂU HỎICâu hỏi 5: Nêu rõ vai trò, chức năng của từng dụng cụ được

sử dụng trong thí nghiệm.

Trang 12

6 Gia trọng 10 g và bộ giữ: đóng bài trò là vật có

khối lượng trong thí nghiệm

7 Dây nối: Nối với

II TRẢ LỜI CÂU HỎICâu hỏi 5: Nêu rõ vai trò, chức năng của từng dụng cụ được

sử dụng trong thí nghiệm.

Trang 13

Câu hỏi 6: Để thu được các đại lượng cần đo, ta cần tiến hành thí

nghiệm theo trình tự nào?

( Sẽ được đề cập ở mục tiến hành thí nghiệm)

Trang 14

Câu hỏi 7: Đề xuất một vài phương pháp khác để đo gia

tốc của vật.

* Đo gia tốc của vật rơi tự do (gia tốc trọng trường):

+ Đo độ cao nơi thả vật

+ Thời gian vật rơi

tính toán gia tốc trọng trường theo công thức:

Trang 15

III CƠ SỞ LÝ THUYẾT

A Gia tốc (phương pháp động học):

+ Gia tốc là đại lượng vật lý đặc trưng cho sự thay đổi của vận

tốc theo thời gian

+ Là một trong những đại lượng cơ bản dùng để mô tả chuyển

động

+ Trong hệ đơn vị quốc tế SI gia tốc có đơn vị là m/s²

Trang 16

A Gia tốc ( phương pháp động học)

+ Gia tốc trong chuyển động thẳng biến đổi đều được xác định theo công

thức:

lần lượt là tốc độ của chất điểm tại thời điểm

S: quãng đường vật đi được trong khoảng thời gian

+ Tốc độ chuyển động của vật tại từng thời điểm được xác định bằng cổng quang điện và sử dụng công thức:

: chiều rộng của cản quang trên xe trượt

: khoảng thời gian chắn tia hồng ngoại của xe khi đi qua cổng quang

Trang 17

B Định luật II Newton (phương pháp động lực học):

Vector gia tốc của một vật luôn cùng hướng với lực tác dụng lên

vật Độ lớn của vector gia tốc tỉ lệ thuận với độ lớn của vector lực

và tỉ lệ nghịch với khối lượng của vật.

Trang 18

Trang 20

D Định luật bảo toàn cơ năng:

Trường hợp trọng lực:

Trong quá trình chuyển động, nếu vật chỉ chịu tác dụng của trọng lực, có thể và ngược lại, của vật là một đại lượng được bảo toàn

Trường hợp lực đàn hồi:

Trong quá trình chuyển động, khi của vật tăng thì thế năng đàn hồi giảm và ngược lại, của vật là đại lượng luôn được bảo toàn

=> Kết luận tổng quát

Qua những lập luận trên, với một vật chuyển động trong trọng trường

lực thế bất kì, ta có kết luận: Cơ năng của một vật chỉ chịu tác dụng

Trang 21

Ví dụ: Chọn gốc thế năng tại vị trí của tại thời điểm

vừa đến cổng quang E Khi hệ đi được quãng đường h

kể từ gốc thế năng, ta có:

D Định luật bảo toàn cơ năng

Trang 22

1 2 3 4

Xe trượt với

Gia trọng 10 g và

IV DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM

(ĐÃ ĐỀ CẬP Ở TRẢ LỜI CÂU HỎI 5)

Trang 23

V CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

1 Xác định gia tốc của hệ chuyển động thẳng biến đổi đều và kiểm nghiệm định luật II

Newton:

- Bước 1: Nối thanh đệm không khí với bơm Thanh đệm không khí phải

nằm ngang để thành phần song song với thanh của trọng lực tác dụng

lên xe bằng không Ta có thể điều chỉnh thăng bằng của đệm bởi các vít

ở chân đệm Điều chỉnh các cổng quang sao cho vuông góc với đệm

không khí Nối các cổng quang với cổng E và F trên máy đo thời gian

Trang 24

- Bước 3: Cho bơm hoạt động để tạo đệm không khí trên thanh trượt

Kiểm tra cân bằng của xe trượt khi không nối với gia trọng

- Bước 4: Chọn khoảng cách giữa 2 cổng quang là s ~ 50 cm Đo khoảng

cách này 5 lần bằng thước dây gắn trên thanh đỡ của đệm không khí

Ghi các kết quả vào bảng số liệu 2.1

- Bước 5: Cắm điện cho máy đo thời gian, chọn mode đo

- Bước 6: Ấn nút Stop để reset máy đo thời gian

Trang 25

- Bước 7: Xác định khoảng thời gian và khi cản quang trên

xe trượt đi qua các cổng quang E và F Từ đó xác định vận

tốc và của xe trượt khi nó đi qua các cổng quang E và F,

sử dụng công thức:

- Sử dụng công thức để xác định gia tốc của hệ

- Bước 8: Đọc và ghi lại các giá trị và vào bảng

- Bước 9: Làm lại các bước 6→8 thêm hai lần nữa để lấy giá

Trang 26

2 Kiểm nghiệm định lí động năng:

- Bước 11: Xác định độ biến thiên động năng của hệ theo công thức (với m2 = 40 g):

- Bước 12: Xác định công của trọng lực tác dụng vào m2 trong khoảng thời gian Δt khi xe t khi xe

trượt đi từ cổng quang E đến F:

- Bước 13: Làm lại các bước 11 và 12 ứng với m2 = 30 g

Trang 27

3 Kiểm nghiệm định luật bảo toàn cơ năng:

- Bước 14: Xác định cơ năng và của hệ khi xe trượt đi qua các cổng quang E đến F với m2

= 40 g

- Bước 15: Làm lại bước 14 với m2 = 30 g

- Bước 16: Tháo rời tất cả các dụng cụ thí nghiệm đã được lắp ráp Đưa các dụng cụ thí

nghiệm về vị trí ban đầu

Trang 28

VI CÔNG THỨC VÀ XỬ LÍ SỐ LIỆU

1.Bảng số liệu

Trang 29

2 Công thức

-Theo phương pháp động học

+ Giá trị trung bình của gia tốc:

+ Sai số tương của gia tốc:

+ Sai số tuyệt đối:

V CÔNG THỨC VÀ XỬ LÍ SỐ LIỆU

Trang 30

-Theo phương pháp động lực học

+ Giá trị trung bình của gia tốc:

+ Sai số tương đối của gia tốc:

Þ Kết quả:

2 Công thức

Trang 31

Kiểm nghiệm định lí động năng

2 Công thức

+ Giá trị trung bình của độ biến thiên động năng:

+ Sai số tương đối của độ biến thiên động năng:

+ Sai số tuyệt đối trung bình của độ biến thiên động năng:

Trang 32

+ Giá trị trung bình của công do trọng lực sinh ra:

+ Sai số tương đối của công do ngoại lực sinh ra:

+ Sai số tuyệt đối trung bình của công do ngoại lực sinh ra:

+ Công do ngoại lực sinh ra:

Trang 33

Kiểm nghiệm định luật bảo toàn cơ năng -Cơ năng tại E

+ Giá trị trung bình:

+ Sai số tương đối:

+Sai số tuyệt đối:

+Kết quả:

2 Công thức

Trang 34

2 Công thức

Kiểm nghiệm định luật bảo toàn cơ năng

Cơ năng tại F

+ Giá trị trung bình:

+ Sai số tương đối:

+Sai số tuyệt đối:

+Kết quả:

Trang 35

(g) Lần (g) (ms) (ms) s (cm)

40

12345

84

3.8833.6953.5493.5593.854

2.2762.3832.2452.4342.398

50

30

12345

84

4.4694.2944.0224.2204.492

2.5042.8702.5442.6152.691

84

3.8833.6953.5493.5593.854

2.2762.3832.2452.4342.398

50

30

12345

84

4.4694.2944.0224.2204.492

2.5042.8702.5442.6152.691

50Bảng thu thập số liệu:

Trang 36

Xử lí số liệu

Ta có:

Từ bảng số liệu ta thu được các kết quả:

Trang 37

a Xác định gia tốc của hệ:

* Với m=40g

Theo phương pháp động học:

Vận tốc của xe trượt khi nó đi qua cổng quang E:

Sai số tuyệt đối của vận tốc:

Vận tốc của xe trượt khi nó đi qua cổng quang F:

Giá trị trung bình của gia tốc:

⊹

Trang 38

Sai số tương đối của gia tốc:

Sai số tuyệt đối:

Trang 39

• KẾT LUẬN:

Nhận xét:

- Kết quả thu được từ thí nghiệm có sự chênh lệch nhỏ so với kết quả thu

được bằng phương pháp tính toán ( Phương pháp động lực học)

(; )

Nguyên nhân sai số:

- Sai số từ quá trình đo đạc.

- Sai số của dụng cụ đo

- Tác động của ngoại lực ( tay có thể tác động 1 lực nhỏ trong các lần thả

con trượt chạy qua các cổng quang)

Cách khắc phục sai số:

⊹

Trang 40

b) Kiểm nghiệm định lý động năng:

Giá trị trung bình của biến thiên động năng

Sai số tương đối của độ biến thiên động năng:

Trang 41

Sai số tuyệt đối trung bình của độ biến thiên động năng:

Vậy:

Công do trọng lực sinh ra:

Vậy:

Cơ năng tại E:

Cơ năng trung bình:

⊹

Trang 42

Sai số tương đối:

Sai số tuyệt đối trung bình:

Kết quả:

Cơ năng tại F

Cơ năng trung bình:

Sai số tương đối:

Sai số tuyệt đối trung bình

Kết quả:

⊹

Trang 43

* Với m=30 g

Theo phương pháp động học

Vận tốc của xe trượt khi nó đi qua cổng quang F:

⊹

Trang 44

Sai số tuyệt đối của gia tốc:

Vậy:

Theo động lực học:

Vậy:

Trang 45

• KẾT LUẬN:

Nhận xét:

- Kết quả thu được từ thí nghiệm có sự chênh lệch nhỏ so kết quả thu được bằng

phương pháp tính toán ( Phương pháp động lực học)

(; )

- Tác động của ngoại lực ( tay có thể tác động 1 lực nhỏ trong các lần thả con trượt

chạy qua các cổng quang)

Trang 46

b) Giá trị trung bình của biến thiên động năng

Trang 47

Sai số tuyệt đối trung bình của độ biến thiên động năng:

Trang 48

Sai số tương đối:

Sai số tuyệt đối trung bình:

Kết quả:

Cơ năng tại F

Cơ năng trung bình:

Sai số tuyệt đối trung bình

Kết quả:

Trang 49

* Với m=20 g

Theo phương pháp động học:

Sai số tuyệt đối trung bình của vận tốc:

Vận tốc của xe trượt khi nó đi qua cổng quang F:

Sai số tuyệt đối trung bình của vân tốc:

Trang 50

Sai số tuyệt đối trung bình của gia tốc:

Trang 51

• KẾT LUẬN:

Nhận xét:

- Kết quả thu được từ thí nghiệm có sự chênh lệch nhỏ so kết quả thu được bằng

phương pháp tính toán ( Phương pháp động lực học)

(; )

- Tác động của ngoại lực ( tay có thể tác động 1 lực nhỏ trong các lần thả con trượt

chạy qua các cổng quang)

- Thực hiện nhiều lần đo để giảm thiểu sai số

Trang 52

b) Giá trị trung bình của biến thiên động năng

Trang 53

Sai số tuyệt đối trung bình của độ biến thiên động năng:

Vậy:

Công do trọng lực sinh ra:

Vậy:

Cơ năng tại E:

Trang 54

=0,13

Sai số tuyệt đối trung bình:

Kết quả:

Cơ năng tại F

Sai số tuyệt đối trung bình

Kết quả:

Định dạng
Số trang	56
Dung lượng	8,25 MB