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

1


BÁO CÁO THÍ NGHIỆM
BÀI 2: KIỂM NGHIỆM ĐỊNH LUẬT II NEWTON, ĐỊNH LÍ ĐỘNG NĂNG VÀ
ĐỊNH LUẬT BẢO TỒN CƠ NĂNG SỬ DỤNG ĐỆM KHƠNG 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

2


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
VI. Cơng thức và xử lí số
liệu

3

3

I. MỤC TIÊU BÀI THÍ NGHIỆM
đích

Đo được gia tốc của vật chuyển động thẳng biến đổi đều và kiểm nghiệm được định luật
Newton bằng đệm khơng khí.

Kiểm nghiệm được định lí động năng và định luật bảo tồn cơ năng sử dụng đệm khơng

hí.

cầu

ử dụng thành thạo máy đo thời gian.

Biết cách kiểm nghiệm định luật II Newton

rình bày được kết quả thí nghiệm thơng qua bài báo cáo viết và thuyết trình

4

4


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?
•

Mục đích

- Đo được gia tốc của vật chuyển động thẳng biến đổi đều và kiểm nghiệm được định luật
II Newton bằng đệm khơng khí.
- Kiểm nghiệm được định lí động năng và định luật bảo toàn cơ năng sử dụng đệm khơng
khí.
•

Phương pháp đo được sử dụng

+ Phương pháp động lực học.
+ Phương pháp động học.
+ Dùng định lý động năng.
+ Định luật bảo toàn cơ năng.

5


II. TRẢ LỜI CÂU HỎI
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
điểm đầu và cuối của chuyển động có quãng đường là �.
- Tốc độ chuyển động của vật tại từng thời điểm được xác định bằng cổng
quang điện với công thức:

6


II. TRẢ LỜI CÂU HỎI

⊹

⊹ 

Câu hỏi 3: Cho sơ đồ thí nghiệm như hình 2.1. Bỏ qua
ma sát và khối lượng của rịng rọc, thiết lập cơng thức
tính gia tốc của hệ.

+ Vật và được nối bởi một dây không co giãn và có khối
lượng khơng đáng kể. trượt khơng ma sát trên mặt phẳng nằm

Click
text
ngang. Bỏ qua khối lượng của rịng
rọc,tốpadd
dụng
định luật II
Click
Clickto
toadd
addtext
text

Newton, ta có:
+ Chiếu lên phương chuyển động, ta có:

7

7

II,. TRẢ LỜI CÂU HƠI
Câu hỏi 4: Nêu nội dung và biểu thức của định lí động
năng và định luật bảo tồn cơ năng.
+ Định lí động năng: độ biến thiên động năng của một vật thì bằng cơng 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 tồn, thì cơ năng của vật hoặc hệ vật ấy không đổi.
+ Biểu thức:

8

8


II. TRẢ LỜI CÂU HỎI
Câu hỏi 5: Nêu rõ vai trị, chức năng
của từng dụng cụ được sử dụng trong
thí nghiệm.
1. Xe trượt với cản quang: Giữa xe trượt và đệm khơng
khí hình thành 1 lớp khơng khí mỏng. Trong q trình
chuyển động xe chỉ trượt trên lớp khơng khí mà
không chạm trực tiếp lên đệm.
Lực ma sát tác động lên xe là rất nhỏ và có thể bỏ qua

9

9

II. TRẢ LỜI CÂU HỎI
Câu hỏi 5: Nêu rõ vai trò, chức năng của từng dụng cụ được sử
dụng trong thí nghiệm.
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 trịn. Cổng
quang điện có khả năng đo thời gian,xác định vận tốc và
gia tốc.

10

10


II. TRẢ LỜI CÂU HỎI
Câu hỏi 5: Nêu rõ vai trò, chức năng của từng dụng cụ được
sử dụng trong thí nghiệm.
4. Bơm đệm khơng khí: Với đệm khơng 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 nghiệm
về chuyển động đều, nhanh dần đều, chậm dần đều, va
chạm, con lắc,...

11

11


II. TRẢ LỜI CÂU HỎI
Câu hỏi 5: Nêu rõ vai trò, chức năng của từng dụng cụ được
sử dụng trong thí nghiệm.
6. Gia trọng 10 g và bộ giữ: đóng bài trị là vật có
khối lượng trong thí nghiệm.
7. Dây nối: Nối với

12

12


II. TRẢ LỜI CÂU HỎI
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)

13

13


II. TRẢ LỜI CÂU HỎI

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 tốn gia tốc trọng trường theo cơng thức:

14

14


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.

15

15


III. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

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

16

16


III. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

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.

17

17


III. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

C. Định lí động năng:
•

Động năng của một vật là năng lượng làm vật có
được do chuyển động

•

Độ biến thiên động năng của một vật bằng công của
ngoại lực tác dụng vào vật.

18

18


III. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
C. Định lí động năng
Định lí động năng, ta có:

h = s là quãng đường mà hệ đi được trong khoảng
thời gian

19

19


III. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
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.

=> 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 của
Trường hợp lực đàn hồi:
những lực thế luôn được bảo tồn
Trong q trình chuyển động, khi của vật tăng thì thế năng

20

20


III. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
D. Định luật bảo toàn cơ năng
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:

21

21


IV. DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM
(ĐÃ ĐỀ CẬP Ở TRẢ LỜI CÂU HỎI 5)

1

2

Xe trượt với
cản quang

Thanh trượt

3

4

Cổng quang

Bơm đệm
khơng khí

5

6

7

Máy đo thời
gian

Gia trọng 10 g và
bộ giữ

Dây nối

22

22


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 khơng khí phải
nằm ngang để thành phần song song với thanh của trọng lực tác dụng
lên xe bằng khơng. Ta có thể điều chỉnh thăng bằng của đệm bởi các vít
ở chân đệm. Điều chỉnh các cổng quang sao cho vng góc với đệm
khơng khí. Nối các cổng quang với cổng E và F trên máy đo thời gian.

-

Bước 2: Lắp đặt sơ đồ thí nghiệm như hình. Sử dụng xe trượt có khối
lượng = 84 g và một đầu xe trượt được nối với 4 gia trọng có khối lượng
(mỗi gia trọng có khối lượng 10 g).

23

23


V. CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

-

Bước 3: Cho bơm hoạt động để tạo đệm khơng 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 khơng 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.

24

24


V.
CÁC
BƯỚC
TIẾN
HÀNH
THÍ

NGHIỆM
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
trị trung bình.

-

Bước 10: Lấy bớt 1 gia trọng từ m2, thực hiện các bước 6→9
để xác định gia tốc mới của hệ.

25

25