Giáo án Vật lý 12 bài 6: Thực hành: Khảo sát thực nghiệm các định luật dao động của con lắc đơn

THỰC HÀNH
KHẢO SÁT THỰC NGHIỆM CÁC ĐỊNH LUẬT DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC
ĐƠN
I. MỤC TIÊU
1. Kiến thức
- Nhận biết có 2 phương pháp dùng để phát hiện ra một định luật vật lí.
Phương pháp suy diễn toán học: Dựa vào một thuyết hay một định luật để
biết để suy ra định luật mới rồi dùng thí nghiệm để kiểm tra sự đúng đắn của nó.
Phương pháp thực nghiệm: Dùng một hệ thống thí nghiệm để làm bộc lộ
mối quan hệ hàm số giữa các đại lượng có liên quan nhằm tìm ra định luật mới.
Biết dùng phương pháp thực nghiệm để xác định:
- Chu kì dao động T của con lắc đơn không phụ thuộc vào biên độ khi biên độ
dao động nhỏ, không phụ thuộc khối lượng, chỉ phụ thuộc vào chiều dài l và gia
tốc rơi tự do của nơi làm thí nghiệm.
- Tìm ra bằng thí nghiệm T = a l , với hệ số a ≈ 2, kết hợp với nhận xét tỉ số
2π
≈ 2 với g = 9,8 m/s 2, từ đó nghiệm lại công thức lí thuyết về chu kì dao động
g

của con lắc đơn. Ứng dụng kết quả đo a để xác định gia tốc trọng trường g tại nơi
làm thí nghiệm.
2. Kĩ năng
- Lựa chọn được các độ dài l của con lắc và cách đo đúng để xác định l với sai số
nhỏ nhất cho phép.
- Lựa chọn được các loại đồng hồ đo thời gian và dự tính hợp lí số lần dao động
toàn phần cần thực hiện để xác định chu kì của con lắc đơn với sai số tỉ đối từ 2%
đến 4%.
- Kĩ năng thu thập và xử lí kết quả thí nghiệm: Lập bảng ghi kết quả đo kèm sai
số. Xử lí số liệu bằng cách lập các tỉ số cần thiết và bằng cách vẽ đồ thị để xác định

giá trị của a, từ đó suy ra công thức thực nghiệm về chu kì dao động của con lắc
đơn, kiểm chứng công thức lí thuyết về chu kì dao động của con lắc đơn, và vận
dụng tính gia tốc g tại nơi làm thí nghiệm.
II. CHUẨN BỊ
1. Giáo viên
- Nhắc HS chuẩn bị bài theo các nội dung ở phần báo cáo thực hành trong Sgk.
- Chọn bộ 3 quả cân có móc treo 50 g.
- Chọn đồng hồ bấm giây hiện số có độ chia nhỏ nhất 0,01 s, cộng thêm sai số
chủ quan của người đo là 0,2 s thì sai số của phép đo sẽ là ∆t = 0,01 s + 0,2 s =
0,21 s. Thí nghiệm với con lắc đơn có chu kì T ≈ 1,0 s, nếu đo thời gian của n = 10
dao động là t ≈ 10 s, thì sai số phạm phải là:
∆t ∆T 0,21
2
=
≈
≈ 2%. Thí nghiệm cho ∆T ≈ 1.
≈ 0,02s. Kết quả này đủ chính xác,
t
T
10
100

có thể chấp nhận được. Trong trường hợp dùng đồng hồ đo thời gian hiện số với
cổng quang điện, có thể đo T với sai số ≤ 0,001 s.
2. Học sinh
- Đọc kĩ bài thực hành để định ra mục đích và quy trình thực hành.
- Trả lời các câu hỏi cuối bài để định hướng việc thực hành.
- Chuẩn bị một tờ giấy kẻ ô milimét để vẽ đồ thị và lập sẵn các bảng để ghi kết
quả theo mẫu ở phần báo cáo thực hành trong Sgk.
3. Dụng cụ:

Mỗi lớp 6 bộ dụng cụ, mỗi bộ gồm: 3 quả nặng 50 g, 100 g, 150 g. Một số sợi dy
mảnh. Một giá thí nghiệm chắc chắn. Một đồng hồ bấm giây. Một thước 300 mm.
Giấy vẽ đồ thị hoặc giấy kẻ ô. Mẫu báo cáo thực hành.
III. TIẾN TRÌNH DẠY – HỌC
Tiết 1
Hoạt động 1 (15 phút): Tìm hiểu cơ sở lý thuyết liên quan đến bài thực hành.


Hoạt động của giáo viên
Yêu cầu học sinh trả lời các câu hỏi
trong sgk.

Hoạt động của học sinh
Nêu cấu tạo của con lắc đơn.
Cho biết cách đo chiều dài của con lắc
đơn.
Nêu cách làm thí nghiệm để phát hiện
ra sự phụ thuộc của chu kì dao động của
con lắc đơn với biên độ nhỏ vào biên độ
dao động.
Nêu cách làm thí nghiệm để phát hiện
ra sự phụ thuộc của chu kì dao động của
con lắc đơn với biên độ nhỏ vào chiều
dài con lắc.
Nêu cách làm thí nghiệm để xác định
chu kì T với sai số ∆t = 0,02 s khi dùng
đồng hồ bấm dây có sai số là ± 0,2 s.


Hoạt động 2 (15 phút): Thí nghiệm tìm hiểu sự phụ thuộc của chu kỳ dao động của

con lắc đơn vào biên độ.
Hoạt động của giáo viên

Hoạt động của học sinh

Yêu cầu học sinh chọn con lắc với m
Chọn, lắp ráp con lắc đơn theo yêu
= 50 g, l = 50 cm.
cầu.
Hướng dẫn học sinh làm thí nghiệm đo
Với mỗi trường hợp cho con lắc đơn
chu kì dao động của con lắc đơn với các thực hiện 10 lần dao động, đo thời gian,
biên độ khác nhau: A1 = 3 cm, A2 = 6 tính toán và ghi kết quả vào bảng 6.1.
cm, A3 = 9 cm, A4 = 18 cm.
Rút ra định luật về mối liên hệ giữa
Yêu cầu học sinh rút ra định luật về chu kì và biên độ dao động của con lắc
mối liên hệ giữa chu kì và biên độ dao đơn dao động với biên độ nhỏ.
động của con lắc đơn dao động với biên
độ nhỏ.
Hoạt động 3 (15 phút): Thí nghiệm tìm hiểu sự phụ thuộc của chu kỳ dao động của
con lắc đơn vào khối lượng.
Hoạt động của giáo viên

Hoạt động của học sinh

Yêu cầu học sinh chọn con lắc với l =
Chọn, lắp ráp từng con lắc đơn theo
50 cm và khối lượng lần lượt là 50 g, yêu cầu.
100 g và 150 g.
Hướng dẫn học sinh làm thí nghiệm đo

Với mỗi trường hợp cho con lắc đơn
chu kì dao động của các con lắc đơn có
thực hiện 10 lần dao động, đo thời gian,
khối lượng khác nhau.
tính toán và ghi kết quả vào bảng 6.2.
Rút ra định luật về mối liên hệ giữa
Yêu cầu học sinh rút ra định luật về chu kì và khối lượng của vật nặng của
mối liên hệ giữa chu kì và khối lượng con lắc đơn dao động với biên độ nhỏ.
của vật nặng của con lắc đơn dao động
với biên độ nhỏ.
Tiết 2
Ngày giảng: lớp

Tiết

thứ

ngày:..................... Sĩ số.... ./.............


Ngày giảng: lớp

Tiết

thứ

ngày:..................... Sĩ số.... ./.............

Ngày giảng: lớp

Tiết

thứ

ngày:..................... Sĩ số.... ./.............

Ngày giảng: lớp

Tiết

thứ

ngày:..................... Sĩ số.... ./.............

Ngày giảng: lớp

Tiết

thứ

ngày:..................... Sĩ số.... ./.............

Hoạt động 3 (20 phút): Thí nghiệm tìm hiểu sự phụ thuộc của chu kỳ dao động vào
chiều dài con lắc.
Hoạt động của giáo viên

Hoạt động của học sinh

Yêu cầu học sinh chọn con lắc với m
Chọn, lắp ráp từng con lắc đơn theo

= 50 g, và chiều dài lần lượt là 40 cm, yêu cầu.
50 cm và 60 cm.
Với mỗi trường hợp cho con lắc đơn
Hướng dẫn học sinh làm thí nghiệm đo thực hiện 10 lần dao động, đo thời gian,
chu kì dao động của các con lắc đơn có tính toán và ghi kết quả vào bảng 6.1.
chiều dài khác nhau.
Vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của T2
Yêu cầu học sinh vẽ đồ thị biểu diễn vào l và rút ra nhận xét.
sự phụ thuộc của T2 vào l và rút ra nhận
Rút ra định luật về mối liên hệ giữa
xét.
chu kì và chiều dài của con lắc đơn khi
Yêu cầu học sinh rút ra định luật về con lắc đơn dao động với biên độ nhỏ.
mối liên hệ giữa chu kì và chiều của con
lắc đơn khi con lắc đơn dao động với
biên độ nhỏ.
Hoạt động 4 (25 phút) : Rút ra các kết luận, làm báo cáo thực hành.
Hoạt động của giáo viên

Hoạt động của học sinh

Yêu cầu học sinh rút ra định luật về Rút ra định luật về mối liên hệ giữa T
mối liên hệ giữa T với A (S 0, α0), m, l với A (S0, α0), m, l trong dao động của
trong dao động của con lắc đơn với biên con lắc đơn với biên độ nhỏ.
độ nhỏ.


Yêu cầu học sinh so sánh kết quả đo a
trong công thức T = a l và giá trị

2π
g

So sánh kết quả đo a trong công thức T
= a l và giá trị

2π
g

với g = 9,8 m/s2.

với g = 9,8 m/s2 và rút ra kết luận về Rút ra kết luận về công thức tính chu kì
công thức tính chu kì dao động của con dao động của con lắc đơn.
lắc đơn.
Dựa vào kết quả thí nghiệm, tính gia
Yêu cầu học sinh dựa vào kết quả thí tốc trọng trường nơi làm thí nghiệm.
nghiệm, tính gia tốc trọng trường nơi
Làm báo cáo thí nghiệm theo mẫu như
làm thí nghiệm.
sgk.
Yêu cầu học sinh làm báo cáo thí
nghiệm theo mẫu như sgk.
IV. RÚT KINH NGHIỆM TIẾT DẠY