Thiết kế và thực hiện phương án thí nghiệm như câu trả lời thảo luận 2, lấy kết quả thí nghiệm và áp dụng vào công thức tính tốc độ trung bình của viên bi: \(v_{TB}=\dfrac{s}{t}\)

- Thiết kế phương án thí nghiệm đo tốc độ.

Bước 1: Bố trí thí nghiệm như hình 6.2. Điều chỉnh đoạn nằm ngang của máng sao cho thước đo độ chỉ 0⁰ . Cố định nam châm điện và cổng quang điện A (đặt cách đoạn chân dốc nghiêng của máng một khoảng 20 cm).

Bước 2: Chọn MODE ở vị trí A (hoặc B) để đo thời gian viên bi chắn cổng quang điện mà ta muốn đo tốc độ tức thời của viên bi ở vị trí tương ứng.

Bước 3: Sử dụng thước kẹp để đo đường kính của viên bi. Thực hiện đo đường kính viên bi khoảng 5 lần và ghi kết quả.

Bước 4: Đưa viên bi lại gần nam châm điện sao cho viên bi hút vào nam châm. Ngắt công tắc điện để viên bi bắt đầu chuyển động xuống đoạn dốc nghiêng và đi qua cổng quang điện cần đo thời gian.

Bước 5: Ghi nhận giá trị thời gian hiển thị trên đồng hồ đo.

- Thực hiện phương án thí nghiệm

Học sinh tự thực hành.

- Thiết kế phương án thí nghiệm đo tốc độ.

Bước 1: Bố trí thí nghiệm như hình 6.2. Điều chỉnh đoạn nằm ngang của máng sao cho thước đo độ chỉ 0⁰ . Cố định nam châm điện và cổng quang điện A (đặt cách đoạn chân dốc nghiêng của máng một khoảng 20 cm).

Bước 2: Chọn MODE ở vị trí A (hoặc B) để đo thời gian viên bi chắn cổng quang điện mà ta muốn đo tốc độ tức thời của viên bi ở vị trí tương ứng.

Bước 3: Sử dụng thước kẹp để đo đường kính của viên bi. Thực hiện đo đường kính viên bi khoảng 5 lần và ghi kết quả.

Bước 4: Đưa viên bi lại gần nam châm điện sao cho viên bi hút vào nam châm. Ngắt công tắc điện để viên bi bắt đầu chuyển động xuống đoạn dốc nghiêng và đi qua cổng quang điện cần đo thời gian.

Bước 5: Ghi nhận giá trị thời gian hiển thị trên đồng hồ đo.

- Thực hiện phương án thí nghiệm

Học sinh tự thực hành.

Cách đo tốc độ dùng cổng quang điện và đồng hồ thời gian hiện số

Bước 1: Điều chỉnh đồng hồ đo thời gian về 0 s

Bước 2: Tính quãng đường từ cổng quang điện (3) đến cổng quang điện (4)

Bước 3: Bấm nút ở nam châm điện để viên bi bắt đầu chuyển động

Bước 4: Quan sát thời gian hiện số trên đồng hồ, từ đó tính được tốc độ chuyển động của viên bi

1. Để xác định được tốc độ trung bình của viên bi khi đi từ cổng quang điện E đến cổng quang điện F ta cần:

- Xác định độ dài quãng đường s (chính là khoảng cách giữa 2 cổng quang điện E và F).

- Chỉnh đồng hồ đo về chế độ đo thời gian vật đi qua hai cổng quang chọn MODE   (tức là vật bắt đầu đi vào cổng quang E thì đồng hồ bắt đầu chạy, khi vật đi qua cổng quang F thì đồng hồ dừng lại).

- Đo thời gian viên bi chuyển động từ cổng quang điện E đến cổng quang điện F.

- Sử dụng công thức \(v=\dfrac{s}{t}\)  ta sẽ xác định được tốc độ trung bình của viên bi.

2. Để xác định được tốc độ tức thời của viên bi khi đi qua cổng quang điện E hoặc cổng quang điện F ta cần:

- Xác định được đường kính d của viên bi.

- Chỉnh chế độ đo thời gian của đồng hồ, chuyển về chế độ đo thời gian vật đi qua một cổng quang điện chọn MODE A hoặc MODE B (tức là vật bắt đầu đi vào cổng quang thì đồng hồ chạy số, sau khi vật đi qua cổng quang đó thì đồng hồ dừng lại).

- Xác định được thời gian viên bi chuyển động qua cổng quang điện E hoặc cổng quang điện F.

- Sử dụng công thức \(v=\dfrac{d}{t}\)  ta sẽ xác định được tốc độ tức thời của viên bi.

3. Các yếu tố có thể gây sai số:

- Sai số của các dụng cụ đo.

- Thao tác bấm công tắc của người không dứt khoát.

- Cách đo, đọc giá trị quãng đường, đường kính viên bi của người làm thực hành chưa chính xác.

- Các yếu tố khách quan như gió, …

Cách để làm giảm sai số

- Tiến hành đo nhiều lần và lấy giá trị trung bình của các lần đo.

- Tắt hết quạt, điều hòa khi tiến hành thí nghiệm.

- Giá trị trung bình thời gian của viên bi chuyển động từ A đến B là:

+ AB = 10 cm: \(\overline t  = \frac{{0,292 + 0,293 + 0,292}}{3} \approx 0,292(s)\)

+ AB = 20 cm: \(\overline t  = \frac{{0,422 + 0,423 + 0,423}}{3} \approx 0,423(s)\)

+ AB = 30 cm: \(\overline t  = \frac{{0,525 + 0,525 + 0,525}}{3} = 0,525(s)\)

+ AB = 40 cm: \(\overline t  = \frac{{0,609 + 0,608 + 0,609}}{3} \approx 0,609(s)\)

+ AB = 50 cm: \(\overline t  = \frac{{0,609 + 0,608 + 0,609}}{3} \approx 0,609(s)\)

- Sai số của phép đo thời gian viên bi chuyển động từ A đến B:

+ AB = 10 cm:

\(\begin{array}{l}\Delta {t_1} = \left| {0,292 - 0,292} \right| = 0\\\Delta {t_2} = \left| {0,293 - 0,292} \right| = 0,001\\\Delta {t_3} = \left| {0,292 - 0,292} \right| = 0\\ \Rightarrow \overline {\Delta t}  = \frac{{0,001}}{3} \approx 3,{33.10^{ - 4}}(s)\end{array}\)

Tương tự cho các đoạn còn lại, ta có:

+ AB = 20 cm: \(\overline {\Delta t}  = 3,{33.10^{ - 4}}(s)\)

+ AB = 30 cm: \(\overline {\Delta t}  = 0\)

+ AB = 40 cm: \(\overline {\Delta t}  = 3,{33.10^{ - 4}}(s)\)

+ AB = 50 cm: \(\overline {\Delta t}  = 0\)

- Giá trị trung bình và sai số của thời gian chắn cổng quang điện tại B:

+ AB = 10 cm: \(\overline t  = 0,031;\overline {\Delta t}  = 0\)

+ AB = 20 cm: \(\overline t  = 0,022;\overline {\Delta t}  = 3,{33.10^{ - 4}}\)

+ AB = 30 cm: \(\overline t  = 0,018;\overline {\Delta t}  = 0\)

+ AB = 40 cm: \(\overline t  = 0,016;\overline {\Delta t}  = 3,{33.10^{ - 4}}\)

+ AB = 50 cm: \(\overline t  = 0,014;\overline {\Delta t}  = 3,{33.10^{ - 4}}\)

- Tốc độ tức thời tại B:

+ AB = 10 cm: \(\overline {{v_B}}  = \frac{d}{{\overline {{t_B}} }} = \frac{{10}}{{0,031}} \approx 322,58(cm/s)\)

+ AB = 20 cm: \(\overline {{v_B}}  = \frac{d}{{\overline {{t_B}} }} = \frac{{20}}{{0,022}} \approx 909,09(cm/s)\)

+ AB = 30 cm: \(\overline {{v_B}}  = \frac{d}{{\overline {{t_B}} }} = \frac{{30}}{{0,018}} \approx 1666,67(cm/s)\)

+ AB = 40 cm: \(\overline {{v_B}}  = \frac{d}{{\overline {{t_B}} }} = \frac{{40}}{{0,016}} = 2500(cm/s)\)

+ AB = 50 cm: \(\overline {{v_B}}  = \frac{d}{{\overline {{t_B}} }} = \frac{{50}}{{0,014}} \approx 3571,43(cm/s)\)

- Vẽ đồ thị:

1.

Xác định gia tốc rơi tự do của trụ thép theo công thức:
\(g=a=\dfrac{2s}{t^2}\left(m/s^2\right)\)
 

2.

Để xác định gia tốc rơi tự do của trụ thép cần đo đại lượng: quãng đường rơi của trụ thép và thời gian rơi.

3.

Để trụ thép rơi qua cổng quang điện cần chú ý điều chỉnh máng thẳng đứng (quan sát dây rọi) đồng thời điều chỉnh cổng quang điện để trụ thép rơi qua cổng quang điện.

4.
Cần đặt đồng hồ đo thời gian hiện số ở chế độ \(A\leftrightarrow B\) để đo được đại lượng cần đo.

*Mục đích thí nghiệm: Đo được tốc độ truyền âm trong không khí

* Dụng cụ:

– Ống cộng hưởng (1) trong suốt bằng nhựa, dài 70 cm, đường kính 40 mm, có gắn thước thẳng.

– Pit-tông bằng kim loại bọc nhựa (2), đường kính 38 mm, có vạch chuẩn xác định vị trí.

– Dây treo pit-tông (3) dài 1,5 m, một đầu có móc treo, vắt qua ròng rọc có đường kính 40 mm.

– Hệ thống giá đỡ gồm trụ thép đặc (4), dài 75 cm, đường kính 10 mm và để ba chân bằng thép. – Loa điện động (4 Ω – 3 W) (5), lắp trong hộp bảo vệ có cán bằng trụ thép và lỗ cắm điện.

– Máy phát tần số (0,1 Hz – 1 kHz) (6), tín hiệu hình sin, điện áp ra cực đại 14 V.

– Bộ hai dây nối mạch điện (7), dài 50 cm, hai đầu có phích cắm.

* Tiến hành thí nghiệm:

Bước 1: Bố trí thí nghiệm như Hình 10.3. Đặt loa điện động gần sát đầu hở của ống cộng hưởng.

Bước 2: Dùng hai dây dẫn điện cấp điện cho loa từ máy phát tần số.

Bước 3: Điều chỉnh thang do trên máy phát sang vị trí 100 Hz – 1 kHz. Điều chỉnh tần số sóng âm cho phù hợp. Bước 4: Điều chỉnh biên độ để nghe được âm phát ra từ loa vừa đủ to.

Bước 5: Kéo dẫn pit-tông lên và lắng nghe âm phát ra. Xác định vị trí thứ nhất của pit-tông khi âm nghe được to nhất và xác định chiều dài cột khí l₁ tương ứng. Ghi số liệu vào Bảng 10.2.

Bước 6: Tiếp tục kéo pit-tông lên và xác định vị trí thứ hai của pit-tông khi âm nghe được lại to nhất và xác định chiều dài cột khí l₂ tương ứng. Ghi số liệu vào Bảng 10.2.

Bước 7: Cho pit-tông về lại sát miệng ống, lặp lại các bước 5 và 6 thêm 4 lần nữa. Ghi số liệu vào Bảng 10.2.