Bài giảng Động học chất điểm - Bài: Khảo sát chuyển động rơi tự do. Xác định gia tốc rơi tự do

HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM
VÀ THỰC HÀNH:
Khảo sát chuyển động rơi tự do
và đo gia tốc rơi tự do


BÀI THỰC HÀNH:

Khảo sát chuyển động rơi tự do.
Xác định gia tốc rơi tự do

I. Mục đích:
Đo được thời gian rơi t của một vật
trên những quãng đường s khác nhau,
vẽ và khảo sát đồ thị s ~ t2 , để rút ra
kết luận về tính chất của chuyển động
rơi tự do và xác định được gia tốc rơi
tự do.


II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
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 khơng khí khơng 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, thỡ quãng đường đi được s sau khoảng thời
gian t ( tính từ lúc vật bắt đầu chuyển động ) được xác định bởi
công thức :
1

s = at 2
2

Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa s và t2 có dạng một đường thẳng đi
qua gốc toạ độ và có hệ số góc tg = a/2.


III. Dụng cụ cần thiết .
1.Giá đỡ thẳng đứng có dây dọi và ba
chân vít điều chỉnh thăng bằng.
2.Trụ bằng sắt non (bi) làm vật rơi tự do.
3.Nam châm điện có hộp công tắc đóng
ngắt điện để giữ và thả rơi vật.
4.Cổng quang điện E.
5.Đồng hồ thời gian hiện số , độ chia
nhỏ nhất 0.001s.
6.Thớc thẳng 800mm gắn chặt vào giá
đỡ.
7.Ke ba chiều để xác định vị trí đầu của
vật rơi.
8. Khăn vải bông để đỡ vật rơi.


IV. Lắp ráp thí nghiệm
1.Nam châm điện N lắp trên đỉnh giá đỡ, đ
ợc nối qua công tắc vào ổ A cđa ®ång hå ®o
thêi gian. ỉ A võa cÊp điện cho nam châm,
vừa nhận tín hiệu từ công tắc chuyển về.
Cổng E lắp ở dới, đợc nối với ổ B. Sư dơng

MODE ®o A  B, chän thang ®o 9,999s.
2.Quan sát quả dọi, phối hợp điều chỉnh các
vít ở chân giá đỡ sao cho quả dọi nằm đúng
tâm lỗ tròn T. Khi vật rơi qua lỗ tròn của
cổng quang điện E, chúng cùng nằm trên
một trục thẳng đứng. Khăn vải bông đợc đặt
nằm dới để đỡ vật rơi .
3.Cho nam châm hút giữ vật rơi. Dùng
miếng ke áp sát đáy vật rơi để xác định vị
trí đầu s0 của vật. Ghi giá trị s0 vào bảng 1.


V. Tiến hành thí nghiệm
Khảo sát chuyển động rơi tự do:
1.Nới lỏng vít và dịch cổng quang điện E về
phía dới cách s0 một khoảng s = 50 mm .
Nhấn nút RESET trên mặt đồng hồ để đa chỉ
thị số về giá trị 0000.
2.ấn nút trên hộp công tắc để thả vật rơi, rồi
nhả nhanh nút trớc khi vật rơi ®Õn cỉng
quang ®iƯn E (*) . Ghi thêi gian r¬i của vật
vào bảng 1. Lặp lại phép đo trên 3 lần ghi
vào bảng 1.
3.Nới lỏng vít hÃm và dịch cổng quang điện
E về phía dới, cách vị trí s0 một khoảng s lần
lợt bằng 200mm; 450 mm; 800 mm. ứng với
mỗi giá trị của s, thả vật rơi và ghi thời gian t
tơng ứng vào bảng 1. Lặp lại 3 lần phép đo.

Chú ý : *

Cổng E chỉ
hoạt động đ
ợc khi nút
nhấn trên hộp
công tắc nhả.
Các thao tác
không chuẩn
xác cho kết
quả đo sai
cần loại bỏ
và thực hiện
đo lại theo
các bớc a, b


V. Tiến hành thí nghiệm
2.Đo gia tốc rơi tự do :
1)Nới lỏng vít và dịch cổng quang điện E về phía dới cách s0 một
khoảng s = 0,200 m . ấn nút RESET trên mặt đồng hồ để đa chỉ
thị số về giá trị 0000.
2)ấn nút trên hộp công tắc để thả vật rơi, rồi nhả nhanh nút trớc
khi vật rơi đến cổng quang điện E . Ghi thời gian rơi của vật vào
bảng 1. Lặp lại phép đo trên 5 lần ghi vào bảng 1.
3) Nới lỏng vít và dịch cổng quang điện E về phía dới, cách vị trÝ
s0 mét kho¶ng s = 0,300 ; 0,400 ; 0,500 ; 0,600; 0,700 ; 0,800 m.
ứng với mỗi khoảng cách s , thả vật rơi và ghi thời gian tơng ứng
vào bảng 1, lặp lại 5 lần .
Kết thúc thí nghiệm : Nhấn khoá K , tắt điện đồng hồ ®o thêi
gian hiÖn sè.

VI. Kết quả thÝ nghiÖm
s(mm)

t1

t2

t3

t4

t5

tTB

s/s1

(t/t1)2

t/t1

50

0.098

0.098

0.098

0.098

0.097 0.0978

1

1

1

200

0.201

0.199

0.201

0.2

0.201 0.2004

4

2.0491

4.1987

450

0.3

0.3

0.3

0.302

0.3 0.3004

9

3.0716

9.4346

600

0.347

0.347

0.348

0.348

0.348 0.3476

12

3.5542

12.632

700

0.377

0.376

0.377

0.377

0.378

0.377

14

3.8548

14.86

800

0.403

0.402

0.403

0.403

0.402 0.4026

16

4.1166

16.946

s2 = 4s1  t2 = 2t1 .
s3 = 9s1  t3 = 3t1 .
NhËn xÐt :
KÕt qu¶ cho thÊy : s ~ t2 .
Kết luận : Chuyển động rơi tự do là một
chuyển động nhanh dn u


Lần
s(mm)đo

Thời gian rơi t (s)
1

2

3

TB

50

0.098

0.097

0.098

0.098

200

0.201

0.200

0.200

0.200

450

0.301

0.302

0.301

0.301

500

0.319

0.319

0.319

0.319

600

0.349

0.349

0.350

0.349

0.403
0.402
0.403
0.403
s2 = 4s1 t2 = 2t1 .
NhËn xÐt :
s3 = 9s1  t3 = 3t1 .
KÕt qu¶ cho thÊy : s ~ t2 .

KÕt luËn : Chuyển động rơi tự do là một
chuyển động nhanh dần dều
800


Kết quả TN và đồ thị s = s(t)
s
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7

t1
0.198
0.247
0.283
0.318
0.349
0.379

t
0.199
0.247
0.284
0.318
0.349
0.379

s
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7

t2
0.199
0.247
0.284
0.318
0.348
0.379

t3
0.199
0.246
0.285
0.319
0.35
0.38

t4
0.201
0.247
0.285
0.318
0.349

0.378

t
0.199
0.247
0.284
0.318
0.349
0.379

t2
g=2s/t2
0.04
10
0.061 9.836
0.081 9.877
0.101 9.901
0.122 9.836
0.144 9.722
9.862

s=s(t)

S
0.8
0.6

s

0.4

0.2
t

0
0

0.2

0.4

v=2s/t
2.01
2.429
2.817
3.145
3.438
3.694


Kết quả TN và đồ thị s = s(t2)
s
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
t2
0.04
0.061

0.081
0.101
0.122
0.144

t1
0.198
0.247
0.283
0.318
0.349
0.379
s
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7

t2
0.199
0.247
0.284
0.318
0.348
0.379

t3
0.199

0.246
0.285
0.319
0.35
0.38
0.8

t4
0.201
0.247
0.285
0.318
0.349
0.378

t
0.199
0.247
0.284
0.318
0.349
0.379

s

t2

g=2s/t2

0.04

0.061
0.081
0.101
0.122
0.144

10
9.836
9.877
9.901
9.836
9.722
9.862

s=s(t2)

0.6
0.4
s

0.2
t2

0
0

0.1

0.2

v=2s/t
2.01
2.429
2.817
3.145
3.438
3.694


Kết quả TN và đồ thị v = v(t)
s
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
t
0.199
0.247
0.284
0.318
0.349
0.379

t1
0.198
0.247
0.283
0.318

0.349
0.379
v=2s/t
2.01
2.429
2.817
3.145
3.438
3.694

t2
0.199
0.247
0.284
0.318
0.348
0.379

t3
0.199
0.246
0.285
0.319
0.35
0.38

4

t4
0.201

0.247
0.285
0.318
0.349
0.378

t
0.199
0.247
0.284
0.318
0.349
0.379

t2

g=2s/t2

0.04
0.061
0.081
0.101
0.122
0.144

10
9.836
9.877
9.901
9.836

9.722
9.862

v

2

v=v(t)

0

t

0

0.2

0.4

v=2s/t
2.01
2.429
2.817
3.145
3.438
3.694

Dg
0.138
0.026

0.015
0.039
0.026
0.14
0.064