So sánh gia tốc trọng trường bằng ba phương pháp thực nghiệm

UBND TỈNH BÌNH DƯƠNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT Độc lập – Tự do – Hạnh phúcTHÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 1.. Đóng góp về mặt kinh tế - xã hội

Trang 1

KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Trang 2

Thuộc nhóm ngành khoa học: Khoa học Tự nhiênSinh viên thực hiện: Võ Quốc Đạt Nam, Nữ: Nam.

Trang 4

UBND TỈNH BÌNH DƯƠNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

1 Thông tin chung:

- Tên đề tài: SO SÁNH GIA TỐC TRỌNG TRƯỜNG BẰNG BA PHƯƠNG

PHÁP THỰC NGHIỆM

- Sinh viên thực hiện: Võ Quốc Đạt

- Lớp: C12VL01 Khoa: Tự nhiên Năm thứ: 2 Số năm đào tạo: 3

- Người hướng dẫn: Thạc sĩ Nguyễn Đức Hảo

2 Mục tiêu đề tài:

So sánh gia tốc trọng trường bằng ba phương pháp thực nghiệm

3 Tính mới và sáng tạo:

- Cải tiền các thí nghiệm để có độ chính xác cao nhất có thể

- Tạo tính thực dụng cho ba phương pháp trong từng cấp học

4 Kết quả nghiên cứu:

- Bảng so sánh ba phương pháp thực nghiệm

- Kết quả và các mô hình thí nghiệm được cải tiến

5 Đóng góp về mặt kinh tế - xã hội, giáo dục và đào tạo, an ninh, quốc phòng và khả năng áp dụng của đề tài:

- Khẳng định tính thực dụng của ba phương pháp

- Bổ xung thêm tài liệu cho giáo viên

- Nâng cao kiến thức cho học sinh có hứng thú với chuyên ngành vật lý

6 Công bố khoa học của sinh viên từ kết quả nghiên cứu của đề tài (ghi rõ họ tên

tác giả, nhan đề và các yếu tố về xuất bản nếu có) hoặc nhận xét, đánh giá của cơ sở

đã áp dụng các kết quả nghiên cứu (nếu có):

Ngày 4 tháng 4 năm 2014

Sinh viên chịu trách nhiệm chính

thực hiện đề tài

Trang 5

Nhận xét của người hướng dẫn về những đóng góp khoa học của sinh viên

thực hiện đề tài (phần này do người hướng dẫn ghi):

Ngày 4 tháng 4 năm 2014

Xác nhận của lãnh đạo khoa

(ký, họ và tên)

Người hướng dẫn

Trang 6

UBND TỈNH BÌNH DƯƠNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

THÔNG TIN VỀ SINH VIÊN CHỊU TRÁCH NHIỆM CHÍNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

I SƠ LƯỢC VỀ SINH VIÊN:

Họ và tên: Võ Quốc Đạt

Sinh ngày: 24 tháng 5 năm 1994

Nơi sinh: Bình Dương

Lớp: C12VL01 Khóa: 2012-2015

Khoa: Khoa học tự nhiên

Địa chỉ liên hệ: 155 Đoàn Trần Ngiệp, Phường Phú Cường, TP.TDM, Tỉnh BD

Điện thoại: 0928.065.968 Email: voquocdat24051994@gmail.com

II QUÁ TRÌNH HỌC TẬP (kê khai thành tích của sinh viên từ năm thứ 1 đến năm

đang học):

* Năm thứ 1:

Ngành học: sư phạm vật lý Khoa: Khoa học tự nhiên

Kết quả xếp loại học tập: giỏi

Trang 7

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc Bình Dương , ngày 4 tháng 4 năm 2014

Kính gửi: Ban tổ chức Giải thưởng “Tài năng khoa học

trẻ Đại học Thủ Dầu Một”

Tên chúng tôi là: Võ Quốc Đạt Sinh ngày 24 tháng 5 năm 1994

Nguyễn Phúc Thiện Sinh ngày 15 tháng 11 năm 1994Sinh viên năm thứ: 2 Tổng số năm đào tạo: 3

Lớp, khoa : C12VL01 Khoa khoa học tự nhiên

Ngành học: Sư phạm vật lý

Thông tin cá nhân của sinh viên chịu trách nhiệm chính:

Địa chỉ liên hệ: 155 Đoàn Trần Nghiệp, Phường Phú Cường , TP TDM, Tỉnh Bình Dương

Tên đề tài: SO SÁNH GIA TỐC TRỌNG TRƯỜNG BẰNG BA PHƯƠNG

PHÁP THỰC NGHIỆM

Chúng tôi xin cam đoan đây là đề tài do chúng tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của

Thạc sĩ Nguyễn Đức Hảo ; đề tài này chưa được trao bất kỳ một giải thưởng nào khác tại thời điểm nộp hồ sơ và không phải là luận văn, đồ án tốt nghiệp.

Nếu sai, chúng tôi xin chịu trách nhiệm trước khoa và Nhà trường

Xác nhận của lãnh đạo khoa Người làm đơn

(ký, họ và tên)

Võ Quốc Đạt

Trang 8

DANH SÁCH NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

1 Nguyễn Phúc Thiện 1210920101 C12Vl01 Khoa học tự nhiên

Trang 9

MỤC LỤC

Mục lục 6

Danh mục bảng biểu 7

Danh mục hình 8

MỞ ĐẦU 9

1 Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài 9

2 Lý do lựa chọn đề tài 9

3 Mục tiêu đề tài 9

4 Phương pháp nghiên cứu 9

5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 9

6 Bố cục của đề tài 10

Chương 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 10

Phương pháp và cách thức tiến hành thí nghiệm 10

1.1.Thí nghiệm về con lắc thuận nghịch 10

1.2.Thí nghiệm về thả viên bi rơi tự do 11

1.3.Thí nghiệm về hệ vật được mắc với nhau bởi ròng rọc 11

Chương 2: QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM 13

2.1 Thí nghiệm về con lắc thuận nghịch 13

2.1.1.Tiến hành thí nghiệm 13

2.1.2.Tính toán và thống kê kết quả 14

2.1.3.Kiểm tra độ chính xác của kết quả 24

2.2 Thí nghiệm về thả viên bi rơi tự do 24

2.3 Thí nghiệm về hệ vật được mắc với nhau bởi ròng rọc 29

Chương 3: TÍNH THỰC DỤNG CỦA BA PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH GIA TỐC TRỌNG TRƯỜNG 36

3.1 Bảng so sánh kết quả của ba phương pháp thực nghiệm 36

3.2.Kết luận 36

Chương 4: KIẾN NGHỊ VÀ KẾT LUẬN 37

4.1.Kết luận 37

4.2.Kiến nghị 37

TÀI LIỆU THAM KHẢO 38

Trang 10

PHỤ LỤC 38

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1 : Kết quả thí nghiệm của những lần đo

Bảng 2 : Số liệu sai số của chu kỳ con lắc theo từng khoảng cách

Bảng 3 : Chu kỳ trung bình của cực thuận và cực nghịch

Bảng 4 : Kết quả thí nghiệm cải tiến lần 1 của những lần đo

Bảng 7 : Kết quả thí nghiệm cải tiến lần 2 của những lần đo

Bảng 10 : Bảng kết quả gia tốc rơi tự do theo những độ cao khác nhau

Bảng 11 : Số liệu sai số lần đo theo độ cao

Bảng 12 : Kết quả thí nghiệm thực hiện

Bảng 13 : Thông số thí nghiệm

Bảng 14 : Kết quả cải tiến thí nghiệm lần 1

Bảng 15 : Thông số cải tiến thí nghiệm lần 1

Bảng 17 : Thông số tiến thí nghiệm lần 2

Bảng 19 : Thông số cải tiến thí nghiệm lần 3

Bảng 20 : Bảng so sánh giữa ba phương pháp

1517171820202123232527333334343435353536

Trang 11

Hình 10a Thí nghiệm thực hiện

Hình 10b Cải tiến thí nghiệm lần 1

Hình 10c Cải tiến thí nghiệm lần 2

Hình 10d Cải tiến thí nghiệm lần 3

1011121317202324262729303132

Trang 12

MỞ ĐẦU

1 Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài:

Hiện nay các trường THCS, THPT cũng như một số trường CĐ – ĐH chưa cóđiều kiện để cho học sinh, sinh viên kiểm tra độ chính xác của hằng số gia tốc trọngtrường g

Có nhiều phương pháp để kiểm chứng hằng số gia tốc trọng trường, nhưng cácphương pháp đó hầu như khó thực hiện

Theo chỉ định của bộ GD và ĐT đã đưa ra ba phương pháp chính trong các cấphọc THCS, THPT và CĐ – ĐH để xác định hằng số g

Nhưng ba phương pháp này chưa thực sự tối ưu cho từng cấp học vì vậy cầnphải tìm ra những biện pháp tối ưu nhất

2 Lý do lựa chọn đề tài:

Cơ học là một mảng kiến thức lớn của ngành vật lý.Như vậy nếu ví cơ học làmột chiếc tủ, thì gia tốc trọng trường được xem là chiếc chìa khóa quan trọng để mởchiếc tủ ấy!

Hằng số gia tốc trọng trường không được nhiều người quan tâm đến Nhưngnhững thí nghiệm về gia tốc trọng trường sẽ thúc đẩy sự hứng thú của các em học sinhđối với môn học vật lý này Vì vậy các thí nghiệm này cần phổ biến rộng rãi hơn trongtrường học

Giáo dục luôn là vấn đề cấp thiết mà nhà nước quan tâm Cũng vì thế mà trangthiết bị dạy học cũng được đầu tư theo Nhưng điều kiện mà nhà nước đầu tư cho mỗitrường là mỗi khác nhau Nên việc chọn phương pháp phù hợp và tối ưu nhất là vấn đềcần được quan tâm

Vì vậy đây chính là tính cấp thiết để chọn đề tài này

3 Mục tiêu đề tài:

Xác định gia tốc trọng trường bằng ba phương pháp thực nghiệm

4 Phương pháp nghiên cứu:

Phân tích, đánh giá ưu nhược của các phương pháp xác định gia tốc trọngtrường

Phân tích, tổng quan tài liệu

Quan sát, ghi nhận từ thực tế

Xây dựng hệ thống thí nghiệm

Thu thập tư liệu từ internet, sách báo, thực tế

Khảo sát, đánh giá kết quả nghiên cứu

5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

Đối tượng: Dựa trên các phương pháp thực nghiệm để xác định gia tốc trọngtrường

Phạm vi nghiên cứu: Phần cơ học ở môn vật lý

Trang 13

6 Bố cục của đề tài:

Chương 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Phương pháp và cách thức tiến hành thí nghiệm:

1.1 Thí nghiệm về con lắc thuận nghịch:

Con lắc vật lí được định nghĩa là một vật rắn bất kì chịu tác dụng của trọng lực

và thực hiện các dao động quanh một trục nằm ngang không đi qua khối tâm

Ở chương trình trung học phổ thông, người ta xem con lắc vật lí là một vật rắndao động được xung quanh một trục nằm ngang cố định không đi qua trọng tâm củavật

Chu kỳ T của con lắc vật lí được cho bởi

phải dùng con lắc thuận nghịch Kater Đó là con lắc gồm một

thanh có hai mũi dao O1 và O2 đối diện nhau qua khối tâm C,

nhưng không cách đều khối tâm Hai mũi dao này dùng như

những trục mà con lắc dao động do tác dụng của trọng lực Trên

thanh có hai vật M1 và M2 có hình dạng và kích thước giống

nhau nhưng có khối lượng rất khác nhau, hình 1

Gọi I là momen quán tính đối với trục đi qua khối

tâm C, áp dụng công thức (1), dao động của con lắc quanh

trục O 1 , O 2 có chu kì lần lượt là:

1

2 1 0

1 2

mga

ma I

2

2 2 0

2 2

mga

ma I

Thay đổi khoảng cách a1 và a2 từ các dao đến khối tâm C bằng cách giữ nguyên

vị trí các dao, thay đổi vị trí khối tâm nhờ di chuyển các quả nặng M1 và M2 Theocông thức (2) và (3) các chu kỳ T1 và T2 cũng thay đổi Tới một lúc nào đó, ta có:

2

2 2 0 1

2 1 0 2

mga

ma I mga

ma I T

M1

M2C

Trang 14

g

a a a

a mg

ma I ma I mga

ma I mga

ma I

2 1

2 2 0

2 1 0 2

2 2 0 1

2 1 0 2

2

) (

2

2 4

1.2.Thí nghiệm về thả viên bi rơi tự do:

Theo định nghĩa, sự rơi tự do là sự rơi

chỉ dưới tác dụng của trọng lực Các vật khác

nhau khi rơi tự do sẽ rơi nhanh như nhau Thực

tế, các thí nghiệm về sự rơi đều được tiến hành

trong không khí nên chỉ gần đúng là rơi tự do

Thả một vật (trụ thép, viên bi…) từ độ cao s

trên mặt đất, vật sẽ rơi rất nhanh theo phương

thẳng đứng (phương song song với dây dọi)

Trong trường hợp này ảnh hưởng của không

khí không đáng kể, vật chỉ chuyển động dưới

tác dụng của trọng lực, nên có thể coi là vật rơi

tự do

Khi một vật có vận tốc ban đầu bằng 0,

chuyển động thẳng nhanh dần đều với gia tốc

a, thì quãng đường s đi được sau khoảng thời

gian t (tính từ lúc vật bắt đầu chuyển động)

được xác định bằng công thức:

1.3.Thí nghiệm về hệ vật được mắc với nhau bởi ròng rọc:

Gia tốc của chất điểm tỉ lệ thuận với lực tác dụng lên chất điểm và tỉ lệ nghịch với khối lượng của nó

Định luật này được biểu diễn dưới dạng toán học bằng biểu thức vectơ

Trang 15

Từ định luật này , ta có thể thấy ngay khối lượng là đại lượng đo mức quán tính của chất điểm, vì dưới tác dụng của cùng một lực , hai chất điểm khác nhau chỉ có cùng gia tốc khi khối lượng của chúng bằng nhau Nếu khối lượng của chúng khác nhau, thì chất điểm có khối lượng lớn hơn( tức là mức quán tính lớn hơn )sẽ có gia tốc

bé hơn và ngược lại

Nếu có nhiều lực tác dụng đồng thời lên vật thì chúng sẽ tương đương với một hợp lực bằng tổng hình học của các lực đó Phương trình biểu diễn định luật thứ hai của Newtơn trong trường hợp này có dạng

Cho hệ vật được mắc với nhau bởi một ròng rọc, vật 1 có khối lượng M vật 2 cókhối lượng m

Từ hệ vật trên ta có thể xác định gia tốc trọng trường như sau :

Theo ĐL II Newton:

F a

Trang 16

Chương 2: QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM 2.1 Thí nghiệm về con lắc thuận nghịch:

2.1.1.Tiến hành thí nghiệm :

B1 :Dụng cụ thí nghiệm:

1.Con lắc vật lý

2.Đồng hồ đo thời gian hiện số

3.Cổng quang điện hồng ngoại

4.Giá treo con lắc

5.Thước đo 1000mm

B2: Lắp đặt thí nghiệm:

Cố định giá đỡ cho con lắc vật lý Lắp 1 cổng quang hồng ngoại phía dưới con lắc

Nối cổng quang hồng ngoại với đồng hồ đo thời gian hiện số

Điều chỉnh cho con lắc cân bằng và luôn ở vị trí thẳng đứng

Hình 4 Con lắc thuận nghịch

Trang 17

Mỗi lần sẽ tăng khoảng cách M1 với O1 thêm 5cm cho đến khi đạt đến giá trị 60

cm

Thí nghiệm cải tiến lần 1:

Cố định O1 và O2 với khoảng cách 67 cm,M2 cách O2 là 4 cm

Ta cũng làm tương tự như thí nghiệm 1

Cố định O1 và O2 với khoảng cách 67 cm,M2 cách O2 là 6 cm

Ta cũng làm tương tự như thí nghiệm 1

B4: Tính toán và thống kê kết quả:

Thí nghiệm:

Cố định O1 và O2 với khoảng cách 67 cm, M2 cách O2 là 2cm

Thay đổi M1 ở cực thuận cách O1 là 5cm và tăng dần cho đến khi đạt mức67cm, xác định chu kỳ dao động của con lắc với t=5T, đảo cực lại của con lắc với cựcnghịch rồi xác định chu kỳ với t=5T Ta được bảng kết quả như sau:

Cố định O1 và O2 với khoảng cách 67 cm, M2 cách O2 là 4 cm

Thay đổi M1 ở cực thuận cách O1 là 5 cm và tăng dần cho đến khi đạt mức67cm, xác định chu kỳ dao động của con lắc với t = 5T, đảo cực lại của con lắc với cựcnghịch rồi xác định chu kỳ với t = 5T

Cố định O1 và O2 với khoảng cách 67 cm, M2 cách O2 là 6 cm

Thay đổi M1 ở cực thuận cách O1 là 5cm và tăng dần cho đến khi đạt mức 67

cm, xác định chu kỳ dao động của con lắc với t = 5T, đảo cực lại của con lắc với cựcnghịch rồi xác định chu kỳ với t = 5T

2.1.2.Tính toán và thống kê kết quả :

Thực hiện thí nghiệm đúng theo chương trình dạy học

Ta thấy rằng vẫn còn sai số ở những lần đo Nhóm nghiên cứu đã tiến hànhthêm hai lần cải tiến mong muốn giảm bớt độ sai số và đạt được độ tin cậy cao

Sau đây là kết quả của lần thí nghiệm chính thức và hai lần cải tiến

Trang 18

Thực hiện thí nghiệm ta được : Bảng 1 Kết quả thí nghiệm của những lần đo.

7.36 8.004 1.472 1.6008 0.67 7.367 8.006 1.4734 1.6012 0.67 7.369 8.003 1.4738 1.6006 0.67 7.365 8.009 1.473 1.6018 0.67 7.366 8.007 1.4732 1.6014 0.67

Trung bình chu kỳ T(s) 1.47308 1.60116

7.07 7.873 1.414 1.5746 0.67 7.073 7.876 1.4146 1.5752 0.67 7.076 7.875 1.4152 1.575 0.67 7.075 7.873 1.415 1.5746 0.67 7.079 7.878 1.4158 1.5756 0.67

6.952 7.744 1.3904 1.5488 0.67 6.949 7.747 1.3898 1.5494 0.67 6.95 7.748 1.39 1.5496 0.67 6.951 7.746 1.3902 1.5492 0.67 6.955 7.749 1.391 1.5498 0.67

6.9 7.643 1.38 1.5286 0.67 6.895 7.646 1.379 1.5292 0.67 6.896 7.648 1.3792 1.5296 0.67 6.895 7.647 1.379 1.5294 0.67 6.899 7.645 1.3798 1.529 0.67

6.917 7.561 1.3834 1.5122 0.67 6.918 7.566 1.3836 1.5132 0.67 6.911 7.568 1.3822 1.5136 0.67 6.915 7.562 1.383 1.5124 0.67 6.916 7.564 1.3832 1.5128 0.67

7.001 7.516 1.4002 1.5032 0.67 7.002 7.518 1.4004 1.5036 0.67 7.001 7.517 1.4002 1.5034 0.67 7.005 7.516 1.401 1.5032 0.67 7.004 7.519 1.4008 1.5038 0.67

Trang 19

7.122 7.463 1.4244 1.4926 0.67 7.121 7.465 1.4242 1.493 0.67 7.125 7.463 1.425 1.4926 0.67 7.121 7.468 1.4242 1.4936 0.67 7.124 7.465 1.4248 1.493 0.67

7.273 7.49 1.4546 1.498 0.67 7.275 7.491 1.455 1.4982 0.67 7.278 7.493 1.4556 1.4986 0.67 7.274 7.49 1.4548 1.498 0.67 7.275 7.495 1.455 1.499 0.67

7.446 7.535 1.4892 1.507 0.67 7.445 7.538 1.489 1.5076 0.67 7.448 7.536 1.4896 1.5072 0.67 7.446 7.535 1.4892 1.507 0.67 7.447 7.537 1.4894 1.5074 0.67

7.627 7.627 1.5254 1.5254 0.67 7.628 7.629 1.5256 1.5258 0.67 7.629 7.631 1.5258 1.5262 0.67 7.63 7.627 1.526 1.5254 0.67 7.627 7.628 1.5254 1.5256 0.67

7.827 7.75 1.5654 1.55 0.67 7.828 7.755 1.5656 1.551 0.67 7.827 7.756 1.5654 1.5512 0.67 7.826 7.755 1.5652 1.551 0.67 7.829 7.758 1.5658 1.5516 0.67

8.042 7.989 1.6084 1.5978 0.67 8.043 7.988 1.6086 1.5976 0.67 8.046 7.987 1.6092 1.5974 0.67 8.045 7.988 1.609 1.5976 0.67 8.042 7.986 1.6084 1.5972 0.67

Bảng 2 Số liệu sai số của chu kỳ con lắc theo từng khoảng cách:

Trang 20

Bảng 3: Chu kỳ trung bình của

cực thuận và cực nghịch

Trang 21

2 4

Tiêu đề	So Sánh Gia Tốc Trọng Trường Bằng Ba Phương Pháp Thực Nghiệm
Tác giả	Võ Quốc Đạt
Người hướng dẫn	Thạc Sĩ Nguyễn Đức Hảo
Trường học	Trường Đại Học Thủ Dầu Một
Chuyên ngành	Sư Phạm Vật Lí
Thể loại	báo cáo tổng kết
Năm xuất bản	2014
Thành phố	Bình Dương

Định dạng
Số trang	43
Dung lượng	9,35 MB