Xem toàn bộ tài liệu Lớp 10 – Kết Nối Tri Thức: tại đây

Lời giải:

Để đo được tốc độ chuyển động của vật bằng dụng cụ thí nghiệm thực hành ta cần đo thời gian và quãng đường chuyển động của vật đó.

I. Cách đo tốc độ trong phòng thí nghiệm

1. Dùng dụng cụ gì để đo quãng đường và thời gian chuyển động của vật?

2. Làm thế nào đo được quãng đường đi được của vật trong một khoảng thời gian và ngược lại?

3. Thiết kế các phương án đo tốc độ và so sánh ưu, nhược điểm của các phương án đó.

Lời giải:

1.

– Để đo quãng đường: dùng các loại thước: thước thẳng, thước dây, thước cuộn, …

– Để đo thời gian: dùng đồng hồ bấm giờ, đồng hồ đo thời gian hiện số,..

2.

– Để đo được quãng đường đi được của vật chuyển động trong một khoảng thời gian, ta cho xe chuyển động trên một máng thẳng có sẵn vạch chia, sau đó đo khoảng cách từ vị trí vật xuất phát cho đến vị trí vật dừng lại.

– Để đo thời gian di chuyển của vật trên một quãng đường, ta sử dụng đồng hồ bấm giây để đo từ thời điểm vật xuất phát đến thời điểm vật dừng lại.

3.

a) Hai phương án để đo tốc độ:

Phương án 1: Dùng đồng hồ bấm giây.

– Dùng thước đo độ dài của quãng đường s. Xác định vạch xuất phát và vạch đích.

– Dùng đồng hồ bấm giây đo thời gian t từ khi vật bắt đầu chuyển động từ vạch xuất phát tới khi vượt qua vạch đích.

– Dùng công thức v = 

s


t

để tính tốc độ.

Phương án 2: Dùng cổng quang điện và đồng hồ đo thời gian hiện số.

– Đo khoảng cách giữa 2 cổng quang điện (đọc trên thước đo gắn với giá đỡ). Khoảng cách này chính là quãng đường s mà vật chuyển động.

– Bấm công tắc để vật bắt đầu chuyển động.

– Khi vật đi qua cổng quang điện thứ 1 thì đồng hồ bắt đầu đo.

– Khi vật đi qua cổng quang điện thứ 2 thì đồng hồ ngừng đo.

– Đọc số chỉ thời gian hiển thị trên đồng hồ đo thời gian hiện số chính là thời gian của vật chuyển động trên quãng đường.

– Dùng công thức v = 

s


t

để tính tốc độ.

b) So sánh ưu, nhược điểm của hai phương án:

	Ưu điểm	Nhược điểm
Phương án 1	Dễ thiết kế, dễ thực hiện.	Sai số lớn do liên quan đến các yếu tố khách quan như thao tác bấm đồng hồ chưa khớp với thời điểm xuất phát hoặc kết thúc, sai số do dụng cụ…
Phương án 2	Kết quả đo chính xác, sai số nhỏ.	Chi phí đắt, thiết bị cồng kềnh.

II. Giới thiệu dụng cụ đo thời gian

1. Đồng hồ đo thời gian hiện số và cổng quang điện

Lời giải:

Sử dụng đồng hồ đo thời gian hiện số và cổng quang điện để đo tốc độ chuyển động có:

– Ưu điểm: Kết quả đo có độ chính xác cao, có thể đo thời gian chính xác tới phần nghìn giây.

– Nhược điểm: Chi phí mua thiết bị đắt, thiết bị đo cồng kềnh.

2. Thiết bị đo thời gian bằng cần rung (đồng hồ cần rung)

III. Thực hành đo tốc độ chuyển động

1. Dụng cụ thí nghiệm

2. Thiết kế phương án thí nghiệm

1. Làm thế nào xác định được tốc độ trung bình của viên bi khi đi từ cổng quang điện E đến cổng quang điện F?

2. Làm thế nào xác định được tốc độ tức thời của viên bi khi đi qua cổng quang điện E hoặc cổng quang điện F?

3. Xác định các yếu tố có thể gây sai số trong thí nghiệm và tìm cách để giảm sai số.

Lời giải:

1. Để xác định được tốc độ trung bình của viên bi khi đi từ cổng quang điện E đến cổng quang điện F ta cần:

– Xác định độ dài quãng đường s (chính là khoảng cách giữa 2 cổng quang điện E và F).

– Chỉnh đồng hồ đo về chế độ đo thời gian vật đi qua hai cổng quang chọn MODE

A

↔

B

 (tức là vật bắt đầu đi vào cổng quang E thì đồng hồ bắt đầu chạy, khi vật đi qua cổng quang F thì đồng hồ dừng lại).

– Đo thời gian viên bi chuyển động từ cổng quang điện E đến cổng quang điện F.

– Sử dụng công thức v = 

s


t

ta sẽ xác định được tốc độ trung bình của viên bi.

2. Để xác định được tốc độ tức thời của viên bi khi đi qua cổng quang điện E hoặc cổng quang điện F ta cần:

– Xác định được đường kính d của viên bi.

– Chỉnh chế độ đo thời gian của đồng hồ, chuyển về chế độ đo thời gian vật đi qua một cổng quang điện chọn MODE A hoặc MODE B (tức là vật bắt đầu đi vào cổng quang thì đồng hồ chạy số, sau khi vật đi qua cổng quang đó thì đồng hồ dừng lại).

– Xác định được thời gian viên bi chuyển động qua cổng quang điện E hoặc cổng quang điện F.

– Sử dụng công thức v = 

d


t

ta sẽ xác định được tốc độ tức thời của viên bi.

3. Các yếu tố có thể gây sai số:

– Sai số của các dụng cụ đo.

– Thao tác bấm công tắc của người không dứt khoát.

– Cách đo, đọc giá trị quãng đường, đường kính viên bi của người làm thực hành chưa chính xác.

– Các yếu tố khách quan như gió, …

Cách để làm giảm sai số

– Tiến hành đo nhiều lần và lấy giá trị trung bình của các lần đo.

– Tắt hết quạt, điều hòa khi tiến hành thí nghiệm.

3. Tiến hành thí nghiệm

Lời giải:

Học sinh tiến hành thí nghiệm dưới sự hướng dẫn của giáo viên.

4. Kết quả thí nghiệm

1. Tính tốc độ trung bình và tốc độ tức thời của viên bi thép và điền kết quả vào Bảng 6.1 và Bảng 6.2

2. Tính sai số của phép đo s, t và phép đo tốc độ rồi điền vào Bảng 6.1 và Bảng 6.2. Trong đó

+ ∆s bằng nửa ĐCNN của thước đo.

+ ∆t theo công thức (3.1), (3.2) trang 18.

+ ∆v tính theo ví dụ trang 18.

3. Đề xuất một phương án thí nghiệm có thể đo tốc độ tức thời của viên bi tại hai vị trí: cổng quang điện E và cổng quang điện F.

Lời giải:

1. Số liệu tham khảo:

Thước đo có ĐCNN là 1 mm.

Bảng 6.1. Quãng đường s = 0,5 m;

	Lần đo			Giá trị trung bình	Sai số
	Lần 1	Lần 2	Lần 3
Thời gian t (s)	0,777	0,780	0,776	0,778

v


¯


=


s



t


¯



=



0


,


5




0


,


778



≈

0

,

643

 

m

/

s

Bảng 6.2. Đường kính viên bi d = 0,02 m; 0,00002 m

	Lần đo			Giá trị trung bình	Sai số
	Lần 1	Lần 2	Lần 3
Thời gian t (s)	0,033	0,032	0,031	0,032

v


¯



t


=


d



t


¯



=



0


,


02




0


,


032



=

0

,

625

 

m

/

s

2. Phép đo tốc độ trung bình

Sai số của tốc độ trung bình:

Phép đo tốc độ tức thời

Sai số của tốc độ tức thời:

3. Để đo tốc độ tức thời của viên bi ở cả hai cổng quang điện E và F thì ta phải sử dụng hai đồng hồ đo hiện số.

– Xác định được đường kính d của viên bi.

– Kết nối đồng hồ đo hiện số thứ nhất với cổng quang điện E, đồng hồ thứ hai với cổng quang điện F. Chỉnh chế độ các đồng hồ về chế độ đo thời gian vật qua một cổng quang chọn MODE A hoặc MODE B.

– Khi viên bi bắt đầu đi vào cổng quang điện E thì đồng hồ thứ nhất chạy số, sau khi vật đi qua cổng quang E thì đồng hồ đó dừng lại; viên bi tiếp tục đi qua cổng quang điện F thì đồng hồ đo số hai sẽ thực hiện đo thời gian.

– Xác định được thời gian viên bi chuyển động qua cổng quang điện E và cổng quang điện F.

– Sử dụng công thức v = 

d


t

ta sẽ xác định được tốc độ tức thời của viên bi tại hai cổng quang điện E và F.

Lời giải:

Phương án 1: Dùng đồng hồ bấm giây.

– Dùng thước đo độ dài của quãng đường s. Xác định vạch xuất phát và vạch đích.

– Dùng đồng hồ bấm giây đo thời gian t từ khi vật bắt đầu chuyển động từ vạch xuất phát tới khi vượt qua vạch đích.

– Dùng công thức v = 

s


t

để tính tốc độ.

Phương án 2: Dùng cổng quang điện và đồng hồ đo thời gian hiện số.

– Đo khoảng cách giữa 2 cổng quang điện (đọc trên thước đo gắn với giá đỡ). Khoảng cách này chính là quãng đường s mà vật chuyển động.

– Bấm công tắc để vật bắt đầu chuyển động.

– Khi vật đi qua cổng quang điện thứ 1 thì đồng hồ bắt đầu đo.

– Khi vật đi qua cổng quang điện thứ 2 thì đồng hồ ngừng đo.

– Đọc số chỉ thời gian hiển thị trên đồng hồ đo thời gian hiện số chính là thời gian của vật chuyển động trên quãng đường.

– Dùng công thức v = 

s


t

để tính tốc độ.

b) So sánh ưu, nhược điểm của hai phương án:

	Ưu điểm	Nhược điểm
Phương án 1	Dễ thiết kế, dễ thực hiện.	Sai số lớn do liên quan đến các yếu tố khách quan như thao tác bấm đồng hồ chưa khớp với thời điểm xuất phát hoặc kết thúc, sai số do dụng cụ…
Phương án 2	Kết quả đo chính xác, sai số nhỏ.	Chi phí đắt, thiết bị cồng kềnh.

Lời giải:

Học sinh tự thực hiện.