Toptailieu biên soạn và sưu tầm lời giải bài tập Vật Lí 10 Bài 11: Thực hành: Đo gia tốc rơi tự do sách Kết nối tri thức hay, chi tiết sẽ giúp học sinh dễ dàng trả lời câu hỏi Vật Lí 10 Bài 11 từ đó học tốt môn Lí 10.

Vật Lí 10 Kết nối tri thức Bài 11: Thực hành: Đo gia tốc rơi tự do

Khởi động trang 47 Vật lí 10: Các vật rơi tự do chuyển động rất nhanh, làm thế nào đo được gia tốc rơi tự do của vật?

Lời giải:

Ta sẽ đo gia tốc rơi tự do qua phương pháp đo gián tiếp:

- Đo thời gian rơi tự do của vật.

- Đo quãng đường từ lúc vật bắt đầu rơi cho đến khi dừng chuyển động rơi đó.

Sử dụng công thức tính: g = $\frac{2s}{t^2}$ để tìm gia tốc rơi tự do.

I. Dụng cụ thí nghiệm

II. Thiết kế phương án thí nghiệm

Hoạt động trang 47 Vật lí 10: Thảo luận về phương án thí nghiệm dựa trên hoạt động sau: Thả trụ thép rơi qua cổng quang điện trên mảng đứng và trả lời câu hỏi.

Hoạt động 1 trang 47 Vật lí 10: Xác định gia tốc rơi tự do của trụ thép theo công thức nào?

Lời giải:

Xác định gia tốc rơi tự do của trụ thép theo công thức:

$g=a=\frac{2s}{t^2} (m/s^2)$

Hoạt động 2 trang 47 Vật lí 10: Để xác định gia tốc rơi tự do của trụ thép cần đo đại lượng nào?

Lời giải:

Để xác định gia tốc rơi tự do của trụ thép cần đo đại lượng: quãng đường rơi của trụ thép và thời gian rơi.

Hoạt động 3 trang 47 Vật lí 10: Làm thế nào để trụ thép rơi qua cổng quang điện?

Lời giải:

Để trụ thép rơi qua cổng quang điện cần chú ý điều chỉnh máng thẳng đứng (quan sát dây rọi) đồng thời điều chỉnh cổng quang điện để trụ thép rơi qua cổng quang điện.

Hoạt động 4 trang 47 Vật lí 10: Cần đặt chế độ đo của đồng hồ ở vị trí nào để đo được đại lượng cần đo?

Lời giải:

Cần đặt đồng hồ đo thời gian hiện số ở chế độ $A\leftrightarrow B$ để đo được đại lượng cần đo.

III. Tiến hành thí nghiệm

IV. Kết quả thí nghiệm

Hoạt động trang 48 Vật lí 10: Nhận xét và đánh giá kết quả thí nghiệm:

Hoạt động 1 trang 48 Vật lí 10: Hãy tính giá trị trung bình và sai số tuyệt đối của phép đo gia tốc rơi tự do.

Lời giải:

Xử lí kết quả với phép đo khi chọn quãng đường s = 0,4 m

Gia tốc trong lần đo 1: $g_1=\frac{2s}{{t_1}^2}=\frac{2.0,4}{0,{285}^2}=9,849 m/s^2$

Gia tốc trong lần đo 2: $g_2=\frac{2s}{{t_2}^2}=\frac{2.0,4}{0,{286}^2}=9,780 m/s^2$

Gia tốc trong lần đo 3: $g_3=\frac{2s}{{t_3}^2}=\frac{2.0,4}{0,{284}^2}=9,919 m/s^2$

Gia tốc trong lần đo 4: $g_4=\frac{2s}{{t_4}^2}=\frac{2.0,4}{0,{285}^2}=9,849 m/s^2$

Gia tốc trong lần đo 5: $g_5=\frac{2s}{{t_5}^2}=\frac{2.0,4}{0,{286}^2}=9,780 m/s^2$

Gia tốc trung bình:

$\overline{g}=\frac{9,849+9,780+9,919+9,849+9,780}{5}=9,835 (m/s^2)$

Sai số tuyệt đối của gia tốc trong các lần đo:

Sai số tuyệt đối trung bình: 

Kết quả: g = 9,835 ± 0,044

Hoạt động 2 trang 48 Vật lí 10: Tại sao lại dùng trụ thép làm vật rơi trong thí nghiệm? Có thể dùng viên bi thép được không? Giải thích tại sao.

Lời giải:

- Trong thí nghiệm, người ta dùng trụ thép làm vật rơi nhằm mục đích khi thả vật rơi thì xác suất phương rơi của vật chắn tia hồng ngoại ở cổng quang điện cao, giúp ta thực hiện thí nghiệm dễ dàng hơn.

- Có thể dùng vật thả rơi là viên bi thép, nhưng xác suất khi thả rơi viên bi có phương rơi không chắn được tia hồng ngoại cao hơn khi dùng trụ thép, nên khi làm thí nghiệm với viên bi ta cần căn chỉnh và thả theo đúng phương của dây rọi.

Hoạt động 3 trang 48 Vật lí 10: Vẽ đồ thị mô tả mối quan hệ s và t2 trên hệ tọa độ (s – t2).

Đồ thị mô tả mối quan hệ s và $t^2$

Hoạt động 4 trang 48 Vật lí 10: Nhận xét chung về dạng của đồ thị mô tả mối quan hệ s và t2 rồi rút ra kết luận về tính chất của chuyển động rơi tự do.

Lời giải:

Nhận xét về dạng đồ thị trên: có dạng một đường thẳng hướng lên chứng tỏ s và t2 có mối quan hệ tỉ lệ thuận với nhau.

Hoạt động 5 trang 48 Vật lí 10: Hãy đề xuất một phương án thí nghiệm khác để đo gia tốc rơi tự do của trụ thép.

Lời giải: 

Đề xuất một phương án thí nghiệm khác để đo gia tốc rơi tự do của trụ thép.

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

Bước 3: Tính gia tốc trung bình của vật rơi tự do và sai số của phép đo.

Viết kết quả: $g=\overline{g}\pm ∆g$

Em có thể trang 48 Vật lí 10: Sử dụng camera của điện thoại thông minh và phần mềm phân tích video để xác định được gia tốc rơi tự do của vật (Hình 11.2)

Lời giải:

Học sinh có thể tự thực hiện bằng điện thoại đã cài sẵn phần mềm.

Lý thuyết Bài 11: Thực hành: Do gia tốc rơi tự do

I. Dụng cụ thí nghiệm

- Bộ dụng cụ thí nghiệm đo gia tốc rơi tự do:

+ Máng đứng có gắn dây dọi (1)

+ Vật bằng thép hình trụ (2)

+ Nam châm điện N, dùng giữ và thả trụ thép (3)

+ Cổng quang điện E (4)

+ Giá đỡ có đế ba chân, có vít chỉnh cân bằng và trụ thép (5)

+ Đồng hồ đo thời gian hiện số (6)

+ Công tắc kép (7)

II. Thiết kế phương án thí nghiệm

Thiết kế phương án thí nghiệm như bộ dụng cụ thí nghiệm đo gia tốc rơi tự do

III. Tiến hành thí nghiệm

Các bước thực hiện thí nghiệm:

+ Bước 1: Cắm nam châm điện vào ổ A và cổng quang điện vào ổ B ở mặt sau của đồng hồ đo thời gian hiện số.

+ Bước 2: Đặt MODE đồng hồ đo thời gian hiện số ở chế độ thích hợp

+ Bước 3: Đặt trụ thép tại vị trí tiếp xúc với nam châm điện N và bị giữ lại ở đó

+ Bước 4: Nhấn nút RESET của đồng hồ MC964 để chuyển các số hiển thị về giá trị ban đầu 0.000.

+ Bước 5: Nhấn nút của hộp công tắc kép để ngắt điện vào nam châm điện. Trụ thép rơi xuống và chuyển động đi qua cổng quang điện

+ Bước 6: Ghi lại các giá trị thời gian hiển thị trên đồng hồ

+ Bước 7: Dịch chuyển cổng quang điện ra xa dần nam châm điện, thực hiện lại các thao tác 3, 4, 5, 6 bốn lần nữa. Ghi lại thời gian t tương ứng với quãng đường s.

IV. Kết quả thí nghiệm

Các em tự thực hành và ghi kết quả thí nghiệm vào bảng 11.1