Xem toàn bộ tài liệu Lớp 10: tại đây

Xem thêm các sách tham khảo liên quan:

• Giải Vật Lí Lớp 10
• Sách Giáo Khoa Vật Lý 10
• Giải Sách Bài Tập Vật Lí Lớp 10
• Sách Giáo Viên Vật Lí Lớp 10
• Sách giáo khoa vật lý 10 nâng cao
• Sách Giáo Viên Vật Lí Lớp 10 Nâng Cao
• Sách Bài Tập Vật Lí Lớp 10
• Sách Bài Tập Vật Lí Lớp 10 Nâng Cao

Giải Bài Tập Vật Lí 10 – Bài 25: Thực hành: Xác định hệ số ma sát (Nâng Cao) giúp HS giải bài tập, nâng cao khả năng tư duy trừu tượng, khái quát, cũng như định lượng trong việc hình thành các khái niệm và định luật vật lí:

Báo cáo thí nghiệm: Thực hành xác định hệ số ma sát

Họ và tên……………………………. Lớp………………… Tổ…………

Tên bài thực hành: Xác định hệ số ma sát trượt.

I. Mục đích thí nghiệm:

+ Xác định bằng thực nghiệm hệ số ma sát trượt và hệ số ma sát nghỉ giữa hai vật.

+ Rèn luyện kỹ năng sử dụng lực kế, mặt phẳng nghiêng, thước đo góc, máy đo thời gian hiện số… qua đó củng cố các thao tác cơ bản về thí nghiệm và xử lý kết quả.

+ Củng cố kiến thức về lực ma sát, cân bằng lực, động học, động lực học và tĩnh học.

II. Cơ sở lý thuyết

+ Hệ số ma sát:

+ Lực ma sát nghỉ xuất hiện khi một vật có xu hướng trượt (chưa trượt) trên bề mặt một vật khác do có ngoại lực tác dụng và có tác dụng cản trở xu hướng trượt của vật.

    – Đặc điểm của lực ma sát nghỉ:

    Gốc: trên vật có xu hướng trượt (chỗ tiếp xúc).

    Phương: song song (tiếp tuyến) với mặt tiếp xúc.

    Chiều: ngược chiều với ngoại lực tác dụng.

Độ lớn: luôn cân bằng với thành phần tiếp tuyến của ngoại lực, có giá trị cực đại tỉ lệ với áp lực ở mặt tiếp xúc: F_msn(max) = μ_n.N với μ_n là hệ số ma sát nghỉ, không có đơn vị.

+ Lực ma sát trượt có độ lớn: tỉ lệ với áp lực ở mặt tiếp xúc: F_mst = μ_t.N với μ_t là hệ số ma sát trượt (phụ thuộc vào vật liệu và tình trạng của hai mặt tiếp xúc, nó không có đơn vị và dùng để tính độ lớn lực ma sát).

+ Gia tốc của vật chuyển động trên mặt phẳng nghiêng: a = g.(sinα – μ.cosα) với α là góc nghiêng.

III. Phương án thí nghiệm

* Cách xác định hệ số ma sát trượt dùng mặt phẳng nghiêng là:

    + Cho một vật nằm trên mặt phẳng nghiêng P, với góc nghiêng α so với mặt nằm ngang. Khi α nhỏ, vật vẫn nằm yên trên P, không chuyển động. Khi ta tăng dần độ nghiêng α ≥ α₀, vật chuyển động trượt xuống dưới với gia tốc a. Độ lớn của a chỉ phụ thuộc góc nghiêng α và hệ số μ_t – gọi là hệ số ma sát trượt:

a = g.(sinα – μ_t.cosα)

    + Bằng cách đo a và α ta xác định được hệ số ma sát trượt μ_t:

* Tiến trình thí nghiệm:

    – Chuẩn bị dụng cụ: Mặt phẳng nghiêng có thước đo góc, vật trụ kim loại, máy đo thời gian hiện số, thước thẳng có GHĐ 800mm.

    – Thao tác thực nghiệm.

       + Đặt hai cổng quang điện E, F cách nhau s = 600 mm.

       + Điều chỉnh góc nghiêng α để có α₁ khoảng 20^o – 30^o sao cho vật trượt trên máng.

       + Đặt máy đo thời gian ở chế độ MODE A ↔ B với ĐCNN 0,001 s.

       + Đặt trụ kim loại lên đầu A, đáy tiếp xúc mặt phẳng nghiêng, mặt đứng gần sát E nhưng chưa che khuất tia hồng ngoại.

       + Nhấn nút RESET, thả cho vật trượt, lặp lại thí nghiệm 3 lần.

       + Thực hiện lại thao tác với các góc α₂ ≠ α₁.

* Ghi số liệu:

    + Đọc số đo thời gian t ứng với α₁ rồi lập bảng số liệu với các giá trị của t, a và μ_t.

    + Lập bảng số liệu tương tự với α₂.

    + Xử lí số liệu.

IV. Kết quả thí nghiệm

Xác định góc nghiêng giới hạn: α₀ = 18^o và s₀ = 0,6 m

Bảng 25.1: Xác định hệ số ma sát trượt

Câu 1 (trang 113 sgk Vật Lý 10 nâng cao): Phân biệt các khái niệm: lực ma sát nghỉ, lực ma sát nghỉ cực đại, lực ma sát trượt. Hãy dùng các dụng cụ thí nghiệm trên để minh họa về lực ma sát nghỉ cực đại.

Lời giải:

* Ma sát nghỉ (hay còn được gọi là ma sát tĩnh) là lực xuất hiện giữa hai vật tiếp xúc mà vật này có xu hướng chuyển động so với vật còn lại nhưng vị trí tương đối của chúng chưa thay đổi. Hệ số của ma sát nghỉ, thường được ký hiệu là μ_n, thường lớn hơn so với hệ số của ma sát động. Lực ban đầu làm cho vật chuyển động thường bị cản trở bởi ma sát nghỉ.

Giá trị lớn nhất của lực ma sát nghỉ, khi vật bắt đầu chuyển động, hay ma sát nghỉ cực đại, được tính bằng công thức:

F_msn(max) = μ_n.N với μ_n là hệ số ma sát nghỉ, không có đơn vị.

* Lực ma sát trượt là lực cản trở chuyển động của vật này so với vật khác. Lực ma sát trượt xuất hiện giữa bề mặt tiếp xúc của hai vật và phụ thuộc vào bề mặt tiếp xúc, độ lớn của áp lực, không phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc và tốc độ của vật.

Biểu thức: F_mst = μ.N

Trong đó:

F_mst : độ lớn của lực ma sát trượt (N)

μ: hệ số ma sát trượt

N: Độ lớn áp lực (phản lực) (N)

Câu 2 (trang 113 sgk Vật Lý 10 nâng cao): Có thể dùng thiết bị của phương án xác định hệ số ma sát nghỉ để đo hệ số ma sát trượt được không? Giải thích.

Lời giải:

Ta không thể dùng thiết bị của phương án xác định hệ số ma sát nghỉ để đo hệ số ma sát trượt được vì: trong thí nghiệm đơn giản xác định hệ số ma sát nghỉ ta chỉ cần tấm ván phẳng, vật là khối gỗ và thước đo có ĐCNN 1mm. Nhưng để xác định hệ số ma sát trượt ta cần phải xác định được lực kéo sao cho vật chuyển từ trạng thái nghỉ sang trạng thái trượt trên ván. Do đó ta cần thêm lực kế.

Câu 3 (trang 113 sgk Vật Lý 10 nâng cao): So sánh kết quả ứng với góc α₁ và α₂ ở phương án 1 và giải thích.

Lời giải:

Kết quả đo hệ số ma sát trượt ứng với góc α₁ và α₂ ở phương án 1 là gần như nhau nếu bỏ qua sai số trong quá trình làm thực nghiệm. Tuy nhiên trường hợp góc α lớn hơn thì giá trị đo được của hệ số ma sát trượt nhỏ hơn so với giá trị đo được trong trường hợp góc nhỏ hơn nhưng sai lệch không quá lớn.

Điều này có thể giải thích do chính bản chất của hệ số ma sát trượt chỉ phụ thuộc chủ yếu vào bản chất bề mặt tiếp xúc của vật và mặt sàn mà không phụ thuộc vào góc nghiêng α.