Bài 6. Thực hành: đo tốc độ của vật chuyển động

Làm thế nào đo được tốc độ chuyển động của vật bằng dụng cụ thí nghiệm thực hành?

Để đo tốc độ chuyển động của một vật có thể đo thời gian và quãng đường chuyển động của vật đó.

Dụng cụ đo độ dài đã được học ở Trung học cơ sở, phần này chỉ giới thiệu các dụng cụ đo thời gian chưa được học một cách đầy đủ.

Đồng hồ đo thời gian hiện số (Hình 6.2) có thể đo thời gian chính xác đến phần nghìn giây, được điều khiển bằng cổng quang điện (Hình 6.1).

Đồng hồ cần rung (Hình 6.3) sử dụng một cần rung đều đặn khoảng 50 lần trong một giây và đánh dấu các chấm trên băng giấy gắn vào xe chuyển động. Đo khoảng cách giữa các dấu chấm xác định được quãng đường đi được của xe trong 0,02 s (Hình 6.5).

Đồng hồ đo thời gian hiện số MC964 (1).Cổng quang điện có vai trò như công tắc điều khiển mở/đóng đồng hồ đo (2).Nam châm điện và công tắc sử dụng để giữ/thả viên bi (3).Máng có giá đỡ bằng hợp kim nhôm, có gắn thước đo góc và dây dọi (4).Viên bi thép (5).Giá đỡ có để ba chân, có vít chỉnh cân bằng và trụ thép (6).Thước cặp để đo đường kính viên bi thép (7).

1. Bố trí thí nghiệm như Hình 6.6.2. Nới vít hãm và đặt cổng quang điện E cách chân phần dốc của máng nghiêng.3. Nối hai cổng quang điện E, F với hai ổ cắm A, B ở mặt sau của đồng hồ đo thời gian.4. Cắm nguồn điện của đồng hồ và bật công tắc nguồn đồng hồ đo thời gian hiện số, đặt MODE ở $A\leftrightarrow B$.5. Nới vít cổng quang điện, dịch chuyển đến vị trí thích hợp và vặn chặt để định vị. Đo quãng đường EF và ghi số liệu vào Bảng 6.1.6. Đặt viên bi thép lên máng nghiêng tại vị trí tiếp xúc với nam châm điện N và bị giữ lại ở đó.7. Nhấn nút RESET của đồng hồ đo thời gian hiện số để chuyển các số hiển thị về giá trị ban đầu 0.000.

1. Nới vít cổng quang điện, dịch chuyển đến vị trí thích hợp và vặn chặt để định vị.2. Sử dụng thước cặp đo đường kính viên bi.

3. Bật công tắc nguồn đồng hồ đo thời gian hiện số, đặt MODE ở A hoặc B.4. Đặt viên bi thép lên máng nghiêng tại vị trí tiếp xúc với nam châm điện N và bị giữ lại ở đó.5. Nhấn nút RESET của đồng hồ đo thời gian hiện số để chuyển các số hiển thị về giá trị ban đầu 0.000.6. Nhấn nút của hộp công tắc kép để ngắt điện vào nam châm N: viên bi lăn xuống và chuyển động đi qua cổng quang điện trên máng nghiêng.7. Ghi lại các giá trị thời gian hiển thị trên đồng hồ.8. Thực hiện lại các thao tác 4, 5, 6, 7 ba lần và ghi các giá trị thời gian t vào Bảng 6.2 trong báo cáo thực hành.

Thời gian\nt(s)\nLần đo\nLần 1\nLần 2\nLần 3\nGiá trị\ntrung\nbình\nSai\nsố\n$\bar{v}=\frac{\bar{s}}{\bar{t}}=\mathrm{.}\mathrm{.}\mathrm{.}$

8. Nhấn nút của hộp công tắc kép để ngắt điện vào nam châm N: viên bi lăn xuống và chuyển động đi qua hai cổng quang điện E, F trên máng nghiêng.9. Ghi lại các giá trị thời gian hiển thị trên đồng hồ.10. Thực hiện lại các thao tác 6, 7, 8, 9 ba lần và ghi các giá trị thời gian t tương ứng với quãng đường s vào Bảng 6.1 trong báo cáo thực hành.

Lần đo\nGiá trị\nSai\nLần 1\nLần 2\nLần 3\ntrung\nbình\nsố\nThời gian\nt (s)\n${\bar{v}}_t=\frac{\bar{d}}{\bar{t}}=\mathrm{.}\mathrm{.}\mathrm{.}$

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+ As bằng nửa ĐCNN của thước đo.+ At theo công thức (3.1), (3.2) trang 18.+ Av tính theo ví dụ trang 18.3. Đề xuất một phương án thí nghiệm để có thể đo tốc độ tức thời của viên bi tại hai vị trí: cổng quang điện E và cổng quang điện F.

2. Để đo tốc độ chuyển động có thể sử dụng ảnh hoạt nghiệm hoặc sử dụng camera quay chuyển động của xe và dùng phần mềm phân tích video trên máy tính để xác định vị trí của xe tương ứng với tỉ lệ khung hình với khoảng cách thực tế và thời gian dịch chuyển qua mỗi khung hình (khoảng 30 khung hình/giây tuỳ theo video), từ đó máy tính vẽ đồ thị quãng đường - thời gian và xác định tốc độ của xe.

Đo tốc độ trung bình và tốc độ tức thời của viên bi thép chuyển động trên máng nghiêng.

1. Bố trí thí nghiệm như Hình 6.6.

2. Nới vít hãm và đặt cổng quang điện E cách chân phần dốc của máng nghiêng.

3. Nối hai cổng quang điện E, F với hai ổ cắm A, B ở mặt sau của đồng hồ đo thời gian.

4. Cắm nguồn điện của đồng hồ và bật công tắc nguồn đồng hồ đo thời gian hiện số, đặt MODE Ở A↔B.

5. Nới vít cổng quang điện, dịch chuyển đến vị trí thích hợp và vặn chặt để định vị. Đo quãng đường EF và ghi số liệu vào Bảng 6.1.

6. Đặt viên bi thép lên máng nghiêng tại vị trí tiếp xúc với nam châm điện N và bị giữ lại ở đó.

7. Nhấn nút RESET của đồng hồ đo thời gian hiện số để chuyển các số hiển thị về giá trị ban đầu 0.000.

9. Ghi lại các giá trị thời gian hiển thị trên đồng hồ.

10. Thực hiện lại các thao tác 6, 7, 8, 9 ba lần và ghi các giá trị thời gian t tương ứng với quãng đường s vào Bảng 6.1 trong báo cáo thực hành.

1. Nới vít cổng quang điện, dịch chuyển đến vị trí thích hợp và vặn chặt để định vị.

2. Sử dụng thước cặp đo đường kính viên bi.

3. Bật công tắc nguồn đồng hồ đo thời gian hiện số, đặt MODE ở A hoặc B.

4. Đặt viên bi thép lên máng nghiêng tại vị trí tiếp xúc với nam châm điện N và bị giữ lại ở đó.

5. Nhấn nút RESET của đồng hồ đo thời gian hiện số để chuyển các số hiển thị về giá trị ban đầu 0.000.

6. Nhấn nút của hộp công tắc kép để ngắt điện vào nam châm N: viên bi lăn xuống và chuyển động đi qua cổng quang điện trên máng nghiêng.

7. Ghi lại các giá trị thời gian hiển thị trên đồng hồ.

8. Thực hiện lại các thao tác 4, 5, 6, 7 ba lần và ghi các giá trị thời gian t vào Bảng 6.2 trong báo cáo thực hành.

Bảng 6.1. Quãng đường: s = ... (m); $\mathrm{\Delta }s=\mathrm{.}\mathrm{.}\mathrm{.}(\mathrm{m})\mathrm{.}$Lần đoGiá trị trung bìnhSai SốLần 1Lần 2Lần 3Thời giant(s)$$\bar{t}=$$

Bảng 6.2. Đường kính viên bi: d = ... (m); $\mathrm{\Delta }d=\mathrm{.}\mathrm{.}\mathrm{.}(\mathrm{m})\mathrm{.}$Lần đoGiá trị trung bìnhSai SốLần 1Lần 2Lần 3Thời giant (s)$$\bar{t}=$$

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

+ $\mathrm{\Delta }s$ bằng nửa ĐCNN của thước đo.

+ $\mathrm{\Delta }t$ theo công thức (3.1), (3.2) trang 18.

+ $\mathrm{\Delta }v$ tính theo ví dụ trang 18.

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

Cảm biến chuyển động (Hình 6.7) là thiết bị truyền các sóng siêu âm đập vào tấm cản gắn trên xe và nhận các sóng phản xạ từ xe tới cảm biến. Máy tính kết nối với cảm biến sẽ xác định được tốc độ của xe (Hình 6.8).