Lý thuyết Vật lý 10 bài 6: Thực hành đo tốc độ của vật chuyển động thẳng CTST

a. Dụng cụ thí nghiệm

* Mục đích: Đo được tốc độ tức thời của vật chuyển động

* Dụng cụ:

(1): Đồng hồ đo thời gian hiện số, có sai số dụng cụ 0,001s (Hình 6.1)

(2): Máng định hướng thẳng dài khoảng 1m có đoạn dốc nghiêng (độ dốc không đổi) và đoạn nằm ngang

(3): Viên bi thép

(4): Thước đo độ có gắn dây dọi

(5): Thước thẳng độ chia nhỏ nhất là 1mm

(6): Nam châm điện

(7): Hai cổng quang điện

(8): Công tắc điện

(9): Giá đỡ

b. Tiến hành làm thí nghiệm

Thiết kế phương án:

- Bước 1: Bố trí thí nghiệm như sau (theo gợi ý SGK).

- Bước 2: Xác định được đường kính d của viên bi.

- Bước 3: Chọn thang đo 9,999 s – 0,001 s.

- Bước 4: Chọn chế độ đo MODE A hoặc MODE B.

- Bước 5: Đưa viên bi lại gần nam châm điện sao cho viên bi hút vào nam châm. Ngắt công tắc điện để viên bi bắt đầu chuyển động xuống đoạn dốc nghiêng và đi qua cổng quang điện cần đo thời gian.

- Bước 6: Xác định được thời gian viên bi chuyển động qua cổng quang điện A hoặc cổng quang điện B.

- Bước 7: Sử dụng công thức v = \(\frac{d}{t}\)ta sẽ xác định được tốc độ tức thời của viên bi.

* Báo cáo thí nghiệm

- Tính tốc độ tức thời của viên bi, ghi kết quả vào Bảng 6.2

- Xử lí số liệu để hoàn thành bảng:

Bảng 6.1. Bảng kết quả đo đường kính viên bi

Đường kính trung bình: \(\bar d = \frac{{{d_1} + {d_2} + {d_3} + {d_4} + {d_5}}}{5} = 2,014\,cm\)

Sai số trong mỗi lần đo:

\(\begin{array}{l} \Delta {d_1} = \left| {2,02 - 2,014} \right| = 0,006\\ \Delta {d_2} = \left| {2,01 - 2,014} \right| = 0,004\\ \Delta {d_3} = \left| {2,01 - 2,014} \right| = 0,004\\ \Delta {d_4} = \left| {2,01 - 2,014} \right| = 0,004\\ \Delta {d_5} = \left| {2,02 - 2,014} \right| = 0,006 \end{array}\)

Sai số tuyệt đối trung bình trong 5 lần đo: \(\overline {\Delta d}  = \frac{{\Delta {d_1} + \Delta {d_2} + \Delta {d_3} + \Delta {d_4} + \Delta {d_5}}}{5} = 0,0048\,cm\)

Do đề bài không nói đến sai số hệ thống nên ta có thể bỏ qua.

Sai số tuyệt đối của phép đo: ∆d = 0,0048 cm

Bảng 6.2. Bảng số liệu thí nghiệm đo tốc độ tức thời

Thời gian trung bình:

\(\bar t = \frac{{{t_1} + {t_2} + {t_3} + {t_4} + {t_5}}}{5} = 0,0444\,s\)

Sai số tuyệt đối trung bình trong 5 lần đo:

\(\overline {\Delta t}  = \frac{{\Delta {t_1} + \Delta {t_2} + \Delta {t_3} + \Delta {t_4} + \Delta {t_5}}}{5} = 0,00048\,cm\)

Sai số dụng cụ đo thời gian là:

\(\Delta {t_{dc}} = \frac{{0,001}}{2} = 0,0005\left( s \right)\)

Sai số tuyệt đối của phép đo thời gian là:

\(\delta v = \delta d + \delta t = \frac{{\Delta d}}{{\bar d}}.100\%  + \frac{{\Delta t}}{{\bar t}}.100\% \Delta t = \Delta \bar t + \Delta {t_{dc}} = 0,00048 + 0,0005 = 0,00098\left( s \right)\)

Sai số tương đối của tốc độ tức thời là:

\(\begin{array}{l} \delta v = \delta d + \delta t = \frac{{\Delta d}}{{\bar d}}.100\%  + \frac{{\Delta t}}{{\bar t}}.100\% \\ = \frac{{0,0048}}{{2,014}}.100\%  + \frac{{0,00098}}{{0,0444}}.100\% \approx 0,024 \end{array}\)

Sai số tuyệt đối của phép đo tốc độ là:

\(\delta v = \frac{{\Delta v}}{{\bar v}}.100\%  \Rightarrow \Delta v = \frac{{\delta v.\bar v}}{{100\% }} = \frac{{0,024\% .45,36}}{{100\% }} = 0,011\)

- Đồng hồ bấm giây kết hợp với thước: thường dùng để đo tốc độ trung bình của vật chuyển động. Được ứng dụng để đo tốc độ chạy trong lớp thể dục, đo tốc độ rơi tự do từ một độ cao xác định

+ Ưu điểm: Nhanh, đơn giản, dễ thực hiện

+ Nhược điểm: Kém chính xác do phụ thuộc vào phản xạ của người bấm đồng hồ.

- Cổng quang điện kết hợp với thước và đồng hồ đo thời gian hiện số: Thường dùng để đo tốc độ tức thời và tốc độ trung bình của vật chuyển động trong phòng thí nghiệm

+ Ưu điểm: Kết quả chính xác hơn do không phụ thuộc vào người thực hiện

+ Nhược điểm: Lắp đặt phức tạp, chỉ đo được các vật có kích thước phù hợp để có thể đi qua được cổng quang điện

- Súng bắn tốc độ: Đo trực tiếp tốc độ tức thời của các phương tiện giao thông. Thường được cảnh sát giao thông sử dụng trong việc kiểm soát tốc độ của các phương tiện giao thông khi di chuyển trên đường

+ Ưu điểm: Đo trực tiếp tốc độ tức thời với độ chính xác cao

+ Nhược điểm: Giá thành cao