Giải Vật Lí lớp 10 Bài 8: Thực hành đo gia tốc rơi tự do
Mở đầu trang 48 Vật Lí 10: Vào năm 2014, Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Hoa Kỳ (NASA - National Aeronautics and Space Administration) đã thực hiện thí nghiệm thả rơi một quả bóng bowling và những sợi lông vũ trong phòng chân không từ cùng một độ cao. Kết quả cho thấy quả bóng bowling và những sợi lông vũ luôn chạm đất đồng thời như Hình 8.1. Tại sao lại như vậy?
Lời giải:
Do quả bóng và những sợi lông vũ rơi trong phòng chân không sẽ hầu như không chịu lực cản của không khí nên chúng được coi là sự rơi tự do.
Thí nghiệm đo gia tốc rơi tự do
Câu hỏi 1 trang 48 Vật Lí 10: Thực hiện thí nghiệm thả đồng thời một viên bi và một tờ giấy từ cùng một độ cao.
a) Nhận xét về thời gian di chuyển từ khi bắt đầu thả đến khi chạm đất của hai vật.
b) Hãy dự đoán trong điều kiện nào thì hai vật sẽ chạm đất đồng thời.
Lời giải:
a) Thời gian di chuyển từ khi bắt đầu thả đến khi chạm đất của tờ giấy lớn hơn thời gian của viên bi.
b) Để hai vật chạm đất đồng thời thì phải coi sự chuyển động của hai vật là sự rơi tự do tức là sự rơi sẽ không chịu tác dụng của lực cản không khí. Ta sẽ thả hai vật trong môi trường chân không.
Câu hỏi 2 trang 48 Vật Lí 10: Dựa vào các kiến thức đã học và bộ dụng cụ gợi ý, các em hãy đề xuất một phương án đo gia tốc rơi tự do khác. Phân tích ưu, nhược điểm của phương án do em đề xuất so với phương án gợi ý.
Lời giải:
Ta có thể sử dụng hai cổng quang điện để đo thời gian rơi tự do. Khi trụ thép bắt đầu đi vào cổng quang điện thứ nhất thì đồng hồ bắt đầu đo, khi trụ thép đi qua cổng quang điện thứ hai thì đồng hồ kết thúc đo.
- Dụng cụ
Bộ dụng cụ đo gia tốc rơi tự do gồm:
(1) Nam châm điện (2) Trụ thép
(3) Hai cổng quang điện (4) Công tắc điều khiển (5) Đồng hồ đo thời gian (6) Giá
- Tiến hành
Bước 1: Lắp các dụng cụ.
+ Lắp hai cổng quang điện cách nhau một đoạn s.
+ Đặt trụ thép dính vào phía dưới nam châm.
+ Nhấn công tắc cho trụ thép rơi.
+ Đọc số chỉ thời gian rơi trên đồng hồ.
+ Thay đổi vị trí của các cổng quang điện để khoảng cách giữa chúng khác nhau.
Bước 2: Hãy so sánh kết quả tính bằng số liệu đo được trong thí nghiệm mà em đã tiến hành với kết quả tính bằng số liệu ở bảng dưới.
Bảng 2.2. Khoảng cách và thời gian rơi của vật.
Lần đo s (m)
Thời gian rơi (s)
1 2 3
0,400 ? ? ?
0,600 ? ? ?
0,800 ? ? ?
Bước 3: Tính gia tốc trung bình của vật rơi tự do và sai số của phép đo.
Viết kết quả: g=g¯±Δg Phân tích ưu và nhược điểm - Ưu điểm: Độ chính xác cao hơn - Nhược điểm: Thiết kế cồng kềnh hơn
Câu hỏi 3 trang 49 Vật Lí 10: Dựa vào bảng số liệu, lập luận để trình bày phương án và tiến hành xử lí số liệu để xác định gia tốc rơi tự do và sai số của phép đo.
Lời giải:
Tham khảo bảng số liệu dưới:
Độ dịch chuyển d (m)
Thời gian rơi t (s) Thời gian
rơi trung bình t¯ (s)
Sai số thời gian rơi ∆t (s)
Gia tốc rơi tự do g (m/s2) Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 4 Lần 5
0,4 0,285 0,286 0,284 0,285 0,286 0,285 0,6 0,349 0,351 0,348 0,349 0,350 0,349
0,8 0,404 0,405 0,403 0,404 0,403 0,404 Thời gian rơi trung bình:
- Độ dịch chuyển 0,4 (m):
t¯=t1+t2+t3+t4+t55≈0,285 s - Độ dịch chuyển 0,6 (m):
t¯=t1+t2+t3+t4+t55≈0,349 s - Độ dịch chuyển 0,8 (m):
t¯=t1+t2+t3+t4+t55≈0,404 s
Sai số tuyệt đối trung bình:
- Độ dịch chuyển 0,4 (m):
Δt¯=Δt1+Δt2+Δt3+Δt4+Δt55≈6.10−4 s - Độ dịch chuyển 0,6 (m):
Δt¯=Δt1+Δt2+Δt3+Δt4+Δt55≈8.10−4 s - Độ dịch chuyển 0,8 (m):
Δt¯=Δt1+Δt2+Δt3+Δt4+Δt55≈6.10−4 s
Ta chọn thang đo 9,999 s – 0,001 s thì ta có sai số dụng cụ ∆tdc = 0,0005s Sai số tuyệt đối của phép đo ở mỗi độ dịch chuyển được tính theo công thức:
∆t = ∆t¯ + ∆tdc
- Độ dịch chuyển 0,4 (m): ∆t = 1,1.10-3s - Độ dịch chuyển 0,6 (m): ∆t = 1,3.10-3s - Độ dịch chuyển 0,8 (m): ∆t = 1,1.10-3s Gia tốc rơi tự do trung bình:
- Độ dịch chuyển 0,4 (m): g¯=2dt¯2≈9,85 m/s2 - Độ dịch chuyển 0,6 (m): g¯=2dt¯2≈9,85 m/s2 - Độ dịch chuyển 0,8 (m): g¯=2dt¯2≈9,80 m/s2
Sai số tương đối của gia tốc ở mỗi độ dịch chuyển được tính theo công thức:
δg=2Δtt¯.100%
- Độ dịch chuyển 0,4 (m):
δg=2.1,1.10−30,285.100%≈0,008%
- Độ dịch chuyển 0,6 (m):
δg=2.1,3.10−30,349.100%≈0,0074%
- Độ dịch chuyển 0,8 (m):
δg=2.1,1.10−30,404.100%≈0,0054%
Kết quả gia tốc được viết ở mỗi độ dịch chuyển là:
- Độ dịch chuyển 0,4 (m):
g=9,85 m/s2±0,008%
- Độ dịch chuyển 0,6 (m):
g=9,85 m/s2±0,0074%
- Độ dịch chuyển 0,8 (m):
g=9,80 m/s2±0,0054%
Câu hỏi 4 trang 49 Vật Lí 10: Nêu ra các nguyên nhân gây ra sai số trong phương án thí nghiệm lựa chọn.
Lời giải:
Nguyên nhân gây ra sai số:
- Sai số do dụng cụ đo.
- Do thao tác bấm chưa đúng với thời điểm chuyển động.
- Do điều kiện khách quan (nơi thực hiện thí nghiệm).
Luyện tập trang 49 Vật Lí 10: Dựa vào kết quả thí nghiệm, nhận xét về các tính chất của chuyển động rơi tự do.
Lời giải:
Tính chất của chuyển động rơi tự do:
- Chuyển động thẳng, nhanh dần đều.
- Luôn có phương thẳng đứng, chiều từ trên xuống.
- Có gia tốc rơi tự do bằng với gia tốc trọng trường nơi thực hiện thí nghiệm.
Vận dụng trang 49 Vật Lí 10: Hãy tiến hành thí nghiệm đo gia tốc rơi tự do bằng cách sử dụng đồng hồ bấm giây hoặc thiết bị khác như điện thoại thông minh. So sánh với kết quả được thực hiện tại phòng thí nghiệm và giá trị chính xác của gia tốc rơi tự do, nêu nhận xét và giải thích kết quả này.
Lời giải:
Học sinh tự tải phần mềm về điện thoại của mình và làm thí nghiệm.
