Hãy dựa vào Hình 9.3 để mô tả sơ lược cách đo tốc độ dùng cổng quang điện và đồng hồ đo thời gian hiện số khi viên bi chuyển động từ cổng quang điện (3) đến cổng quan điện (4).
Sử dụng đồng hồ đo thời gian hiện số và cổng quang điện để đo tốc độ chuyển động có ưu điểm, nhược điểm gì?
Sử dụng đồng hồ đo thời gian hiện số và cổng quang điện để đo tốc độ chuyển động có:
- Ưu điểm: Kết quả đo có độ chính xác cao, có thể đo thời gian chính xác tới phần nghìn giây.
- Nhược điểm: Chi phí mua thiết bị đắt, thiết bị đo cồng kềnh.
Dựa vào bộ dụng cụ thí nghiệm được gợi ý, thảo luận để thiết kế (và thực hiện) phương án tốt nhất để xác định tốc độ trung bình của viên bi khi viên bi di chuyển từ cổng quang điện A đến cổng quang điện B.
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: \(v_{TB}=\dfrac{s}{t}\)
Dựa vào bộ dụng cụ thí nghiệm được gợi ý, thảo luận để thiết kế (và thực hiện) phương án tốt nhất để xác định tốc độ trung bình của viên bi khi viên bi di chuyển từ cổng quang điện A đến cổng quang điện B.
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: \({v_{tb}} = \frac{S}{t}\)
Dựa vào bảng số liệu, hãy xác định giá trị trung bình và sai số của phép đo thời gian viên bi chuyển động từ A đến B và thời gian chắn cổng quang điện B. Từ đó xác định giá trị trung bình và sai số của vận tốc tức thời tại B ứng với từng giá trị độ dịch chuyển. Vẽ đồ thị vận tốc tức thời tại B theo thời gian chuyển động tAB vào giấy kẻ ô.
- 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:
3. Dựa vào bảng số liệu, hãy xác định giá trị trung bình và sai số của phép đo thời gian viên bi chuyển động từ A đến B và thời gian chắn cổng quang điện B. Từ đó xác định giá trị trung bình và sai số của vận tốc tức thời tại B ứng với từng giá trị độ dịch chuyển. Vẽ đồ thị vận tốc tức thời tại B theo thời gian chuyển động tAB vào giấy kẻ ô.
Khi làm thí nghiệm đo chu kì dao động nhỏ của con lắc đơn với đồng hồ đo thời gian hiện số và cổng quang. Khi cắm cổng quang vào cổng A của đồng hồ, thì ở mặt trước của đồng hồ ( hình vẽ) để đo chu kì ta phải vặn núm xoay vào vị trí
A. T.
B. A↔B
C. A + B
D. A
Đáp án A
Để đo chu kì đặt núm xoay vào T
Theo em, cách đo tốc độ của vật chuyển động bằng cổng quang điện có ưuu điểm gì so với cách đo bằng đồng hồ bấm giây?
Cách đo tốc độ chuyển động của vật bằng cổng quang điện có ưu điểm so với đồng hồ bấm giây là kết quả đo thời gian hiện trên máy đo chính xác, sai số ít.
Thả cho viên bi chuyển động đi qua cổng quang điện trên máng nhôm. Thảo luận nhóm để lập phương án đo tốc độ của viên bi theo các gợi ý sau:
1. Làm thế nào xác định được tốc độ trung bình của viên bi khi đi từ cổng quang điện E đến cổng quang điện F?
2. Làm thế nào xác định được tốc độ tức thời của viên bi khi đi qua cổng quang điện E hoặc cổng quang điện F?
3. Xác định các yếu tố có thể gây sai số trong thí nghiệm và tìm cách để giảm sai số.
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 A↔B (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.