Bài 13. Thực hành: Xác định chu kì dao động của con lắc đơn hoặc con lắc lò xo và gia tốc trọng trường

Bµi 13 - ThÝ nghiÖm thùc hµnh –
Bµi sè 1
XÁC ĐỊNH CHU KÌ DAO ĐỘNG CỦA
CON LẮC ĐƠN HOẶC CON LẮC LÒ XO
VÀ GIA TỐC TRỌNG TRƯỜNG

Giáo viên: Trần Viết Thắng
Trường THPT Chu Văn An


Bài 13 - Thí nghiệm thực hành
Bài số 1
II. Mục đích thí nghiệm

1. Kho sát nh hởng của biên độ , khối lợng m của
qu nặng và độ dài l của dây treo đối với chu kỡ dao
động T của con lắc đơn.
2. Xác định gia tốc trọng trờng g bằng con lắc đơn
theo công thức :
4 2 l
(1)
g= 2
T
3. Kho sát nh hởng của khối lợng m của qu nặng và
độ cứng k của lò xo đối với chu kỡ dao động T của con
lắc lò xo.
4. Kiểm chứng bằng thực nghiệm đối với công thức
m
tính chu kỡ T củaTcon
(2) :
= 2lắc lò xo

k
Ghi chỳ: HS lm thc hnh, bỏo cỏo kt qu thc hnh v tr li
nhanh cỏc cõu hi trc nghim theo mu bỏo cỏo TH bi s 1-Lp
12 NC ( kốm theo Giỏo ỏn ny)


Bài 13 - Thí nghiệm thực hành
Bài số 1
5

7
9

8
4
11

3
1

10

2

6

Hình 1. Bộ thiết bị thí nghiệm
Khảo sát dao động của con lắc đơn và

Bài cụ
13 thí
- Thí
nghiệm thực hành
Dụng
nghiệm:
số 1 có thanh ngang treo
1. Giá đỡ bằng nhôm, Bài
cao 60cm,
con lắc.
2. Đế ba chân bằng sắt, có hệ vít chỉnh cân bằng.
3. Thớc thẳng dài 600 mm gắn trên giá đỡ.
4. Dây sợi tổng hợp, mảnh, không dãn, dài 50 cm. Bộ
2 viên bi thép khối lợng khác nhau, có móc treo.
5. Ròng rọc bằng nha, đờng kính D 5 cm, có khung
đỡ trục quay.
6. Thanh ke nhôm, dài 10 cm.
7. Bộ 2 lò xo xoắn có độ cứng khác nhau.
8. Bộ 2 quả nặng loại 50 g, lồng trên thanh trụ có lỗ
treo ở một đầu.
9. B cng hng c gm 3 con lc n v mt con lc
ch, thanh treo cú trc quay.
10. Đng hồ đo thời gian hiện số, có hai thang đo
9,999 s và 99,99 s.
11. Cổng quang điện hồng ngoại, có trụ thép dài 10


Phần I . Khảo sát dao động của con lắc đơ

a) mặt trớc

b) mặt sau
Hình 2.. Bộ thiết bị thí
nghiệm
Khảo sát dao động của con
lắc đơn.

Hình 3. Đồng hồ
đo thời gian hiện
số


Bài 13
- Thí
I. Tiến
hành
thí nghiệm
nghiệm thực hành
1. Khảo sát ảnh hởngBài
của số
biên1độ đối với chu kì

dao động T của con lắc đơn.
a) Nối cổng quang điện với ổ cắm A ở mặt sau
đồng hồ đo thời gian hiện số (Hình 3). Gạt núm chọn
thang đo sang vi trí 9,999s. Vặn núm chuyển mạch
MODE sang vị trí T để đo từng chu kì dao động của
con lắc. Cắm phích lấy điện của đồng hồ đo thời
gian vào nguồn điện ~ 220V. Bấm công-tắc K ở mặt
sau của nó để các chữ số hiển thị trên cửa sổ Thời

gian.
b) Treo viên bi có khối lợng m1 vào đầu dới của một sợi
dây mảnh, dài và không dãn. Vặn các vít của đế ba
chân, điều chỉnh cho giá đỡ cân bằng thẳng đứng.
Đặt thanh ke áp sát cạnh của giá đỡ tại vị trí (thấp hơn
đáy viên bi) ứng với độ dài L trên thớc milimét. Quay
ròng rọc để thả dần sợi dây cho tới khi đáy của viên bi
vừa tiếp xúc với cạnh ngang của thanh ke. Nếu gọi r là


Bàichỉnh
13 - dây
Thítreo
nghiệm
hành
c) iều
con lắc thực
đơn khối
lợngm1 dài
Bài
số
1
l1 =500 mm. Dịch chuyển cổng quang điện sao cho
cửa sổ nằm ngang vị trí tâm bi, cách tâm a1 30
mm. Kéo viên bi đến vị trí đối diện cửa sổ của
cổng quang điện, rồi th? cho con lắc đơn dao động
a1
30
0

3
,
5
tan

=
=
=
0
,
06
không vận tốc đầu. Khi đó
biên
độ
gúc
bằng

với
1
1
1
l1

500

Sau 2ữ 3 dao động, bấm nút RESET trên mặt đồng hồ
đo thời gian hiện số để tiến hành đo từng chu kì
đao
T khối

của con
đơn.
3 lần
d)
Giđộng
nguyên
lợng lắc
m1 và
độ Thực
dài l1hiện
= 500
mmphép
của
đolắc
này.đơn.
Ghi giá
trị chuyển
của T trong
mỗi
lần đo
vàođến
bảngvị
1.
con
Dịch
cổng
quang
điện
trí sao cho cửa sổ của nó nằm ngang với vị trí của
tâm viên bi, cách tâm này một kho?ng a2 50 mm ứng

0
với biên độ 2 với 2 5 , 7
Thực hiện 3 lần phép đo từng chu kì dao động T
của con lắc đơn. Ghi giá trị của T trong mỗi lần đo
vào bảng 1.


Bài 13 - Thí nghiệm thực hành
Bài số 1
2. Khảo sát ảnh hởng của khối lợng m đối với
chu kì dao động T của con lắc đơn.
Giữ nguyên độ dài l1 = 500 mm và biên độ 2 . Thay
viên bi khối lợng m1 bằng viên bi khối lợng m2. Thực
hiện 3 lần phép đo chu kì T. Ghi giá trị của T
trong mỗi lần đo vào bảng 1.
3. Khảo sát ảnh hởng của độ dài l đối với chu
kì dao động T của con lắc đơn.
Giữ nguyên viên bi khối lợng m2 và biên độ 2 .
Điều chỉnh dây treo để con lắc có độ dài l2 =
400 mm. Thực hiện 3 lần phép đo chu kì T. Ghi
giá trị của T trong mỗi lần đo vào bảng 1.


Bài 13 - Thí nghiệm thực hành
Bài số 1

Bảng 1
Con
B.
K.lợng

lắc
độ
m
đơn

1
m1
1
2
3

m1
m2

2
2

4

m2

2

Chu kỡ dao động T
ộ dài l
(mm) T1 T2 T3 T (T)max
l1 =
500
l1 =
500

l1 =
500
l2 =

400
III. Kết qu thí nghiệm
T1 + T 2 + T 3
1. Tính giá trị trung bỡnh của chu kỡ dao
:
T = động
3
và xác định sai số tuyệt đối cực đại (T)max của chu
kì dao động đối với mỗi con lắc đơn trong bảng 1 .


Bài 13 - Thí nghiệm thực hành
Bài số 1
2. Cn cứ giá trị của T v (T)max tìm đợc trong Bảng 1,
hãy
cho độ
biết: có nh hởng đến chu kỳ dao động T của
a) Biên
con lắc đơn không ? .............................
b) Khối lợng m có nh hởng đến chu kỳ dao động T của
con lắc đơn không ? .......................
c) ộ dài l có nh hởng đến chu kỳ dao động T của
con lắc đơn không ? ...............................
d) Tính các tỉ số sau đây đối với con lắc đơn số 3
và số 4 trong Bng 1
T 2

l



= ...................... = ....................

3

T 2

l



= ...................... = ....................

4

So sánh hai tỉ số trên, từ đó rút ra nhận xét về sự phụ
thuộc của chu kỡ dao động T của con lắc đơn vào độ
dài l của nó.


Bài 13 - Thí nghiệm thực hành
Bài số 1
4. Xác định gia tốc trọng trờng g bằng con lắc
đơn số 3 theo công thức
:
4 2 l (1)

=

g =: 2
- Giá trị trung bỡnh
(m/s2)
T

- Sai số tuyệt
đối :

(T ) max
l
g g . + 2

T
l


= (m/s2)

= ............
g=g
- Kết quả phép đo
: g(m/s2).


Bài 13 - Thí nghiệm thực hành
1. Xác định độ cứng
Bàicủa
số 1

ần lò
II .Khảo
sát
động
của con lắc lò xo
xo (dùng
tạodao
ra con
lắc lò
xo)
a) Treo lò xo A vào thanh
ngang của giá đỡ. Vặn các vít
của đế ba chân để điều
chỉnh cho giá đỡ cân bằng
thẳng đứng. Móc thanh treo
mang quả nặng m0 = 50g vào
đầu dới của lò xo A. Đặt thanh
ke áp sát cạnh của giá đỡ và
dịch chuyển thanh ke cho tới
khi cạnh ngang của nó tiếp xúc
với đáy quả nặng m0 . Thực
hiện 3 lần phép đo này. Đọc
và ghi vị trí l0 của đáy quả
nặng m0 trên thớc milimét

Bộ thiết bị thí
nghiệm
Khảo sát dao động
của
con lắc lò

Bài 13 - Thí nghiệm thực hành
b) Lồng thêm 2 quả nặng
Bài m
số0 1
ầnvào
II .Khảo
sát dao
của
cùng thanh
treo,động
rồi móc
nó con lắc lò xo
với đầu dới của lò xo A để tổng
khối lợng của các quả nặng này là
m = 150 g. Thực hiện 3 lần phép
đo này. Ghi vị trí tơng ứng l
của đáy quả nặng m trong mỗi
lần đo vào Bảng 2.
c) Làm lại thí nghiệm này với lò
xo B. Ghi vị trí l0 của đáy quả
nặng m0 và vị trí l của đáy
quả nặng m trong mỗi lần đo
vào Bảng 2.
d)
Bộ thiết bị thí
mg
k = lò xo A và B đợc
ộ cứng của hai

nghiệm
l l0
tính theo công thức :
Khảo sát dao động
của
con lắc lò


Bµi 13 - ThÝ nghiÖm thùc hµnh –
Bµi sè 1
Bảng 2
LÇn ®o
(víi m = 150 g)

Lß xo A
l0

Lß xo B
l

l0

l

1
2
3
Trung bình
Đé cøng

l 0 = ........... l = .......... l 0 = ...........

kA=……… (N/m)

l = ..........

kB=……… (N/m)


Bài sát
13 ảnh
- Thí
nghiệm
2. Khảo
hởng
của độ thực
cứng khành
của lò xo
Bài số
đối với chu kì dao động
T. 1
a) Treo lò xo A mang quả nặng m = 150 g vào giá đỡ.
Dịch chuyển cổng quang điện đến vị trí sao cho
cửa sổ của nó nằm sát ngay chính giữa đáy quả
nặng m dọc theo phơng đứng. Kéo quả nặng m
thẳng đứng xuống phía dới để lò xo A dãn dài thêm
khoảng 10 mm, rồi buông tay thả cho con lắc lò xo
dao động không vận tốc đầu. Khi đó biên độ dao
động của con lắc lò xo bằng a1 10 mm.
Sau 2ữ 3 dao động, bấm nút RESET trên mặt đồng

hồ đo thời gian hiện số để tiến hành đo từng chu kì
đao động T của con lắc lò xo. Thực hiện 3 lần phép
đo này. Ghi giá trị của T trong mỗi lần đo vào Bảng 3.
c) Làm lại thí nghiệm này với lò xo B mang quả nặng
có cùng khối lợng m = 150 g. Thực hiện 3 lần phép đo
từng chu kì T của con lắc. Ghi giá trị của T trong mỗi


Bài 13 - Thí nghiệm thực hành
Bài số 1

3. Khảo sát ảnh hởng của khối lợng m của quả
nặng đối với chu kì dao động T.
Treo lò xo A mang quả nặng có khối lợng m = 100 g
vào giá đỡ. Thực hiện 3 lần phép đo từng chu kì
đao động T của con lắc lò xo này. Ghi giá trị của T
trong mỗi lần đo vào bảng 3.
Bng 3
Con
lắc
lò xo

ộ
Khối lợng
cứng
m (g)
k (N/m)

1

kA = .. m = 150

2

kB = .. m = 150

3

kB = .

m = 100

Chu kỡ dao động T
T1

T2

T3

T

(T)max


Bài 13 - Thí nghiệm thực hành
Bài số 1
III. Kết qu thí nghiệm
T1 + T2 + T3
1. Tính giá trị trung bỡnh của chu kỡ dao
T = động :

3 của
và xác định sai số tuyệt đối cực đại (T)max
chu kì dao động đối với mỗi con lắc lò xo trong
bảng 3.
2. Tính các tỉ số sau đây đối với các con lắc lò xo
số 1, 2, 3 trong bng 3 :

(T k )
2

A 1

(T k )
2

B

2

= ..................................... = ................................
= ..................................... = ................................

T 2

m



= ....................................... = ..............................

2

T 2

m



= .......... .................... ......... = .......... ....................

3


Bài 13 - Thí nghiệm thực hành
Bài số 1
III. Kết qu thí nghiệm
3. So sánh các cặp tỉ số sau đây :

( )

( )

2
T


T
2
2

.
và
và
T kA 1
T kB 2 ; m
m



3
2


2



Từ đó rút ra nhận xét về sự phụ thuộc của chu kỡ
dao động T của con lắc lò xo vào độ cứng k của lò
xo và khối lợng m của qu nặng tạo thành con lắc
4.
Kết luận :
đó.
Chu kỡ dao động T của con lắc lò xo tỉ lệ nghịch
với .. của lò xo và tỉ lệ
thuận với của qu
nặng tạo thành con lắc đó.
T~ m

Kết qu này phù hợp với lí thuyết : k


Bài 13 - Thí nghiệm thực hành
Bài số 1

5. Kiểm chứng bằng thực nghiệm đối với công
thức tính chu kỡ T của con lắc lò xo :
a) Cn cứ vào giá trị của độ cứng k và khối lợng m
ghi trong bng 3 đối với một con lắc lò xo nào đó tuỳ
ý chọn, ví dụ chọn con lắc lò xo số 1 chẳng hạn, tính
chu kỡ dao=
động
T theo công thức lí thuyết
(2)
...=
..
m
T
=
2

.
(s)
k
b) So sánh giá trị chu kỡ dao động T con lắc lò xo
tính theo công thức lí thuyết (2)
T với giá trị trung
bỡnh
của chu kì dao động đối với con lắc lò xo

(T ) max
này
đo đợc bằng thí nghiệm trong giới hạn sai số
Từ đó nhận
xét
xem
ghi trong
bng
3 . công thức lí thuyết (2) tính
chu kì dao động của con lắc lò xo có phù hợp với
kết quả đo bằng thực nghiệm không?
.