Mời các em cùng nhau tìm hiểu nội dung của Bài 6: Thực hành Khảo sát thực nghiệm các định luật dao động của con lắc đơn
Nội dung bài học sẽ giúp các em ôn tập lại các công thức lí thuyết về chu kì dao động của con lắc đơn . Đồng thời, giúp cho các em nhận biết các phương pháp dùng để phát hiện ra một định luật vật lí, biết cách ứng dụng kết quả đo gia tốc để xác định gia tốc trọng trường tại nơi làm thí nghiệm.
Qua đó, các em có thể rèn luyện kĩ năng thực hành, luyện tập thao tác khéo léo , trung thực , tự tin, say mê tìm hiểu khoa học.
Khảo sát thực nghiệm nhằm tìm mối quan hệ giữa biên độ, khối lượng, chiều dài và chu kỳ của con lắc đơn.
Từ đó suy ra công thức tính chu kỳ của con lắc đơn
\(T = 2\pi \sqrt {\frac{l}{g}} \) ⇒ gia tốc trọng trường : \(g = 4{\pi ^2}\frac{l}{{{T^2}}}\)
Nhận biết có 2 phương pháp dùng để phát hiện ra một định luật vật lí.
Phương pháp suy diễn toán học: Dựa vào một thuyết hay một định luật đã biết để suy ra định luật mới rồi dùng thí nghiệm để kiểm tra sự đúng đắn của nó.
Các quả nặng : 50g, 100g, 150g.
Một sợi dây mảnh dài 1m.
Một giá thí nghiệm dùng để treo con lắc đơn và có cơ cấu để điều chỉnh chiều dài của con lắc ( bằng ròng trọc).
Một đồng hồ đo thời gian hiện số.
Một cổng quang điện.
Một thước 500mm.
Giấy kẻ ô milimét
Đế ba chân.
Một thước đo góc
Lắp ráp thí nghiệm như hình vẽ
Lưu ý :
Cổng quang nối với ổ cắm A, Máy đo thời gian : chọn Mode T, độ chính xác 1/1000s.
Sau mỗi thao tác thu thập số liệu cần phải đưa đồng hồ về trạng thái chỉ số 0 ( nhấn nút Reset).
Thao tác thả con lắc cần dứt khoát.
Cần kéo con lắc ra với một góc nhỏ và ghi giá trị của góc này
Cứ mỗi lần đếm là 1/2T.
Sau khi lắp ráp thí nghiệm :
Chọn quả nặng 50g treo vào giá
Điều chỉnh chiều dài con lắc khoảng 50 cm.
Kéo ra khỏi phương thẳng đứng một biên độ khoảng 3 cm
Quan sát đồng hồ và đếm khoảng 10 dao động toàn phần. Sau đó, ghi T vào bảng.
Lặp lại thí nghiệm 2 – 3 lần với các biên độ khác nhau ( giữ nguyên m, l)
Tương tự như trên, nhưng trong thí nghiệm này ta giữ nguyên A, l thay đổi khối lượng m ( 50g; 100g; 150g).
Giống thí nghiệm 2, lần này ta thay đổi chiều dài của con lắc và giữ nguyên m, biên độ dao động A.
Bảng 9.1:
Khối lượng m = …………g; chiều dài con lắc l = ………..cm | ||||
A (cm) | \(\sin \alpha = \frac{A}{l}\) | Góc lệch \({\bf{\alpha }}\left( {^{\bf{0}}} \right)\) | Thời gian 10 dao động (s) | Chu kỳ T (s) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Nhận xét :………………………………………………………………………………
Bảng 9.2 :
Chiều dài l = ………….cm; biên độ A = ………….cm. | ||
m (g) | Thời gian 10 dao động (s) | Chu kỳ (s) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Nhận xét :………………………………………………………………………………
Bảng 9.3:
Chiều dài l (cm) | Thời gian: t = 10T (s) | Chu kỳ T (s) | \({{\bf{T}}^{\bf{2}}}\left( {{{\bf{s}}^{\bf{2}}}} \right)\) | \({a^2} = \frac{{{T^2}}}{l}({s^2}/cm)\) |
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
Nhận xét :………………………………………………………………………………
4. Kết luận :
Từ kết quả thí nghiệm rút ra kết luận gì về \(T = a\sqrt l \) với giá trị của a trong bảng 9.3.
Vẽ đồ thị \(T = {\rm{ }}f\left( l \right)\) và nhận xét.
Vẽ đồ thị \({T^2} = f(l)\) và nhận xét.
Tính gia tốc trọng trường tại nơi làm thí nghiệm với các số liệu nhận từ thí nghiệm.
Dự đoán xem chu kì dao động T của một con lắc đơn phụ thuộc vào những đại lượng đặc trưng \(l,m,\alpha \) của nó như thế nào? Làm cách nào để kiểm tra từng dự đoán đó bằng thí nghiệm?
Dự đoán chu kì T của con lắc đơn phụ thuộc vào những đại lượng đặc trưng chiều dài \(l\), khối lượng vật nặng \(m\), biên độ góc \({\alpha _0}\) .
Để kiểm tra từng dự đoán đó, ta cần tiến hành thí nghiệm thay đổi một đại lượng và giữ không đổi hai đại lượng còn lại.
Chu kì dao động của con lắc đơn có phụ thuộc vào nơi làm thí nghiệm hay không? Làm cách nào để phát hiện điều đó bằng thí nghiệm?
Dự đoán chu kì dao động của con lắc đơn phụ thuộc vào nơi làm thí nghiệm
Để kiểm chứng dự đoán đó, ta cần tiến hành thí nghiệm với con lắc có chiều dài không đổi tại những nơi khác nhau.
Có thể đo chu kì con lắc đơn có chiều dài l < 10cm hay không? Vì sao?
Không thể đo chu kì con lắc đơn có chiều dài nhỏ hơn 10cm vì khi đó kích thước của quả nặng là đáng kể so với chiều dài dây
Do đó khó tạo ra dao động với biên độ nhỏ dẫn đến khó đo được chu kì T.
Dùng con lắc dài hay ngắn sẽ cho kết quả chính xác hơn khi xác định gia tốc rơi tự do g tại nơi làm thí nghiệm?
Dùng con lắc dài để xác định gia tốc trọng trường g cho kết quả chính xác hơn khi dùng con lắc ngắn vì sai số tỉ đối
\(\frac{{\Delta g}}{g} = \frac{{2\Delta T}}{T} + \frac{{\Delta l}}{l}\)
có giá trị nhỏ.
Qua bài giảng Thực hành Khảo sát thực nghiệm các định luật dao động của con lắc đơn này, các em cần hoàn thành 1 số mục tiêu mà bài đưa ra như :
Củng cố kiến thức về dao động cơ học.
Hiểu phương án thí nghiệm xác định chu kì của con lắc đơn và con lắc lò xo thẳng đứng.
Tìm được gia tốc trong trường từ kết quả thí nghiệm với con lắc đơn
Các em có thể hệ thống lại nội dung kiến thức đã học được thông qua bài kiểm tra Trắc nghiệm Vật lý 12 Bài 6 cực hay có đáp án và lời giải chi tiết.
Tại một nơi xác định, chu kỳ của con lắc đơn tỉ lệ thuận với
Khi đưa một con lắc đơn lên cao theo phương thẳng đứng (coi chiều dài của con lắc không đổi) thì tần số dao động điều hoà của nó sẽ
Một con lắc đơn đang dao động điều hòa. Trong khi vật di chuyển từ biên này sang biên kia thì
Câu 4-10: Mời các em đăng nhập xem tiếp nội dung và thi thử Online để củng cố kiến thức về bài học này nhé!
Trong quá trình học tập nếu có thắc mắc hay cần trợ giúp gì thì các em hãy comment ở mục Hỏi đáp, Cộng đồng Vật lý DapAnHay sẽ hỗ trợ cho các em một cách nhanh chóng!
Chúc các em học tập tốt và luôn đạt thành tích cao trong học tập!
-- Mod Vật Lý 12 DapAnHay
Tại một nơi xác định, chu kỳ của con lắc đơn tỉ lệ thuận với
Khi đưa một con lắc đơn lên cao theo phương thẳng đứng (coi chiều dài của con lắc không đổi) thì tần số dao động điều hoà của nó sẽ
Một con lắc đơn đang dao động điều hòa. Trong khi vật di chuyển từ biên này sang biên kia thì
Trong thí nghiệm khảo sát về con lắc đơn nhận xét nào đưới đây là đúng:
Người ta kéo quả cầu của con lắc đơn để dây treo hợp với phương thẳng đứng một góc 600 rồi thả không vận tốc ban đầu. Bỏ qua mọi lực cản. Điều nào sau đây đúng.
Phát biểu nào sau đây là sai khi nói về dao động của con lắc đơn (bỏ qua lực cản của môi trường)?
Khi đưa một con lắc đơn lên cao theo phương thẳng đứng (coi chiều dài của con lắc không đổi) thì tần số dao động điều hoà của nó sẽ
Đối với con lắc đơn, đồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa chiều dài của con lắc và chu kì dao động T của nó là
Một con lắc đơn gồm vật nặng có khối lượng m gắn với dây treo có chiều dài l. Từ vị trí cân bằng kéo lệch sợi dây sao cho góc lệch của sợi dây với phương thẳng đứng là α0 = 60° rồi thả nhẹ. Lấy g = 10 m/s2. Bỏ qua mọi ma sát. Độ lớn của gia tốc khi lực căng dây có độ lớn bằng trọng lực
Một con lắc đơn chiều dài l, vật nặng mang điện q>0 được treo tại nơi có gia tốc trọng trường g thì chu kì dao động nhỏ của nó là T0. Nếu tại nơi treo con lắc xuất hiện một điện trường đều với cường độ E hướng thẳng đứng từ trên xuống thì chu kì dao động nhỏ T của con lắc sẽ là
Họ và tên
Tiêu đề câu hỏi
Nội dung câu hỏi
Câu trả lời của bạn
\(V=\frac{m{{v}_{0}}}{m+M}=1,5\left( m/s \right)\Rightarrow A=\frac{V}{\omega }=\frac{V}{\sqrt{\frac{k}{m+M}}}=0,15\left( m \right)\Rightarrow \)
Câu trả lời của bạn
\(V=\frac{2m{{v}_{0}}}{m+M}=0,4\left( m/s \right)\Rightarrow A=\frac{V}{\omega }=\frac{V}{\sqrt{\frac{k}{M}}}=0,04\left( m \right)\Rightarrow \)
Câu trả lời của bạn
\(V=\frac{2m{{v}_{0}}}{m+M}\Rightarrow A=\frac{V}{\omega }=\frac{\frac{2m{{v}_{0}}}{m+M}}{\sqrt{\frac{k}{M}}}\approx 0,088\left( m \right)\)
Thời gian: \(t=\frac{3}{4}T=\frac{3}{4}.2\pi \sqrt{\frac{M}{k}}=\frac{3}{4}.2\pi \sqrt{\frac{0,3}{100}}\approx 0,26\left( s \right)\Rightarrow \)
Câu trả lời của bạn
\(\begin{align} & \omega =\sqrt{\frac{k}{m+M}}=10\left( rad/s \right);T=\frac{2\pi }{\omega }=\frac{\pi }{5}\left( s \right) \\ & V=\frac{m{{v}_{0}}}{m+M}=1\left( m/s \right)\Rightarrow A=\frac{V}{\omega }=0,1\left( m \right) \\ \end{align}\)
Bốn thời điểm đầu tiên mà
\(\left| {\Delta \ell } \right| = 3cm:\left\{ \begin{array}{l} {t_1} = \frac{1}{\omega }\arccos \frac{3}{{10}} \approx 0,03\left( s \right)\\ {t_2} = \frac{T}{4} + \frac{1}{\omega }\arccos \frac{3}{{10}} \approx 0,28\left( s \right)\\ {t_3} = \frac{T}{2} + \frac{1}{\omega }\arcsin \frac{3}{{10}} \approx 0,34\left( s \right)\\ {t_4} = \frac{{3T}}{4} + \frac{1}{\omega }\arccos \frac{3}{{10}} \approx 0,60\left( s \right) \end{array} \right.\)
Nhận thấy:
\(\left\{ \begin{array}{l} \frac{{2013}}{4} = 503{\mkern 1mu} du{\mkern 1mu} 1 \Rightarrow {t_{2013}} = 503T + {t_1} = 316,07\left( s \right)\\ \frac{{2015}}{4} = 503{\mkern 1mu} du{\mkern 1mu} 3 \Rightarrow {t_{2015}} = 503T + {t_3} = 316,38\left( s \right) \end{array} \right.\)
Câu trả lời của bạn
Nếu \(A<\Delta {{\ell }_{0}}\) thì trong quá trình dao động lò xo luôn kéo M nên sợi dây luôn được kéo căng.
Vì vậy ta xét trường hợp A > Δl0 khi đó khi vật ở vị trí cao nhất lò xo đẩy M một lực \({{F}_{d}}=k\left( A-\Delta {{\ell }_{\max }} \right)-kA-mg\).
Một sợi đây luôn căng thì Fdmax (không lớn hơn) trọng lượng của M tức là: \(kA-mg\le Mg\Rightarrow A\le \frac{\left( m+M \right)g}{k}\Rightarrow \)
Câu trả lời của bạn
* B rơi tự do với gia tốc hướng xuống dưới có độ cứng bằng g
* A dao động điều hòa xung quanh với vị trí cân bằng mới Om với biên độ \(A=\frac{{{m}_{B}}g}{k}\) có gia tốc hướng lên trên và có độ lớn \({{a}_{A}}={{\omega }^{2}}A=\frac{k}{{{m}_{A}}}.A=\frac{{{m}_{B}}g}{{{m}_{A}}}\)
Vật A: \(T=2\pi \sqrt{\frac{m}{k}}=\frac{\pi }{5}s;A=\frac{mg}{k}=0,1\left( m \right)\)
Khi O vị trí cao nhất
\(\left\{ \begin{array}{l}
t = \frac{T}{2} = 0,1\pi \left( s \right)\\
{S_A} = 2A = 0,2\left( m \right)
\end{array} \right.\)
Vật B: \({{S}_{B}}=\frac{1}{2}g{{t}^{2}}=\frac{10.{{\left( 0,1\pi \right)}^{2}}}{2}=0,5\left( m \right)\)
\(\Rightarrow \) Khoảng cách 2 vật: \({{S}_{A}}+{{S}_{B}}+\ell =0,1m\Rightarrow \)
Câu trả lời của bạn
\(T=2\pi \sqrt{\frac{m}{k}}=\frac{\pi }{5}s\Rightarrow t=10s=15,915T\Rightarrow \) 16 lần
Câu trả lời của bạn
\(\omega =\sqrt{\frac{k}{m}}=5\left( rad/s \right)\Rightarrow {{x}_{\left( 0,4\pi \right)}}=6\cos \left( 5.0,4\pi +\frac{\pi }{3} \right)=3\left( cm \right)=0,03\left( m \right)\)
\({{F}_{d}}={{F}_{hp}}=k\left| x \right|=50.0,03=1,5\left( N \right)\Rightarrow \)
Câu trả lời của bạn
\({{F}_{d}}={{F}_{hp}}=k\left| x \right|=m{{\omega }^{2}}\left| x \right|\Rightarrow \left| x \right|=\frac{{{F}_{d}}}{m{{\omega }^{2}}}=0,08\left( m \right)=8\left( cm \right)\)
\(\Rightarrow A=\sqrt{{{x}^{2}}+\frac{{{v}^{2}}}{{{\omega }^{2}}}}=10\left( cm \right)\Rightarrow \)
Câu trả lời của bạn
\(\frac{{{x}_{1}}}{A}=\frac{{{F}_{1}}}{{{F}_{\max }}}=\frac{1}{2}\Rightarrow {{x}_{1}}=\frac{A}{2}\Rightarrow {{t}_{2}}=\frac{T}{6}\)
Trong 1 chu kì thời gian lực kéo lớn hon 1 N là \(2{{t}_{2}}=\frac{T}{3}=0,1\left( s \right)\Rightarrow T=0,3\left( s \right)\)
\(\left\{ \begin{array}{l} {\rm{W}} = \frac{{k{A^2}}}{2} = 0,1\\ {F_{\max }} = kA = 2 \end{array} \right. \Rightarrow A = 0,1\left( m \right) = 10\left( {cm} \right) \Rightarrow {v_{\max }} = \omega A = \frac{{2\pi }}{T}A \approx 209,44\left( {cm/s} \right)\)
Câu trả lời của bạn
Độ lớn lực đàn hồi lớn hơn F1 = kx1 thì vật phải ở ngoài đoạn (−x1; x1).
Trong 1 chu kỳ khoảng thời gian là: \(4{{t}_{2}}=\frac{2T}{3}\Rightarrow {{t}_{2}}=\frac{T}{6}\Rightarrow {{x}_{1}}=\frac{A}{2}=0,02\left( m \right)\)
\(\Rightarrow k=\frac{{{F}_{1}}}{{{x}_{1}}}=100\left( N/m \right)\Rightarrow T=2\pi \sqrt{\frac{m}{k}}=2\pi \sqrt{\frac{0,1}{100}}=0,2\left( s \right)\Rightarrow \)
Câu trả lời của bạn
\(\frac{{{x}_{1}}}{A}=\frac{{{F}_{1}}}{{{F}_{\max }}}\Rightarrow {{x}_{1}}=\frac{A\sqrt{3}}{2}\Rightarrow {{t}_{2}}=\frac{T}{12}\)
Trong 1 chu kỳ thời gian lực kéo lớn hơn 1N là
\(\begin{array}{l} 0,1 = 2{t_2} = \frac{T}{6} \Rightarrow T = 0,6\left( s \right)\\ \left\{ \begin{array}{l} {\rm{W}} = \frac{{k{A^2}}}{2} = 1\\ {F_{\max }} = kA = 10 \end{array} \right. \Rightarrow A = 0,2\left( m \right) = 20\left( {cm} \right) \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l} t = 0,7\left( s \right) = \frac{{4T}}{6} = 2 + \\ {S_{\max }} = 5A = 100\left( {cm} \right) \end{array} \right. \end{array}\)
Câu trả lời của bạn
Để lò xo dãn lớn hơn \(2\sqrt{2}\)cm = A/2 thì vật có li độ nằm trong khoảng x = A/2 đến A:
\(\Delta t=\frac{T}{6}+\frac{T}{6}=\frac{T}{3}\)
\(=\frac{1}{3}2\pi \sqrt{\frac{m}{k}}=\frac{1}{3}2\pi \sqrt{\frac{0,2}{50}}=\frac{2}{15}\left( s \right)\Rightarrow \)
A. Chiều dài tự nhiên của lò xo là 35 cm.
B. Biên độ dao động là 5 cm.
C. Lực mà lò xo tác dụng lên điểm J luôn là lực kéo.
D. Độ biến dạng của lò xo luôn bằng độ lớn của li độ.
Câu trả lời của bạn
Vì khi ở vị trí cân bằng lò xo không biến dạng nên độ biến dạng của lò xo luôn bằng độ lớn của li độ => D đúng.
Chiều dài cực đại và cực tiểu của lò xo lần lượt là:
\(\left\{ \begin{array}{l} {\ell _{\max }} = {\ell _{CB}} + A = {\ell _0} + A\\ {\ell _{\min }} = {\ell _{CB}} - A = {\ell _0} - A \end{array} \right. \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l} {\ell _0} = \frac{{{\ell _{\max }} + {\ell _{\min }}}}{2} = 35\left( {cm} \right)\\ A = \frac{{{\ell _{\max }} - {\ell _{\min }}}}{2} = 5\left( {cm} \right) \end{array} \right. \Rightarrow A,B\) đúng
Trong một chu kì một nửa thời gian lò xo nén (lực lò xo tác dụng lên J là lực đẩy) và một nửa thời gian lò xo dãn (lực lò xo tác dụng lên J là lực kéo) → C sai → Chọn C.
Câu trả lời của bạn
\ (W = \ frac {k {{x} ^ {2}}} {2} + \ frac {m {{v} ^ {2}}} {2} \ xrightarrow ({}) {x = \ frac {a} {- {{\ omega} ^ {2}} x} = \ frac {-ma} {k}} W = \ frac {{{\ left (ma \ right)} ^ {2}}} { 2k} + \ frac {m {{v} ^ {2}}} {2} = \ frac {{{\ left (-1. \ Sqrt {3} \ right)} ^ {2}}} {2.50} + \ frac {1.0, {{2} ^ {2}}} {2} = 0,05 \ left (J \ right) \)
Câu trả lời của bạn
\(\omega = \sqrt {\frac{k}{m}} = 10\pi \left( {rad/s} \right);\Delta {\ell _0} = \frac{{mg}}{k} = 1\left( {cm} \right);\left\{ \begin{array}{l} \left| {{x_{\left( 0 \right)}}} \right| = \left| {\Delta \ell - \Delta {\ell _0}} \right| = 2\left( {cm} \right)\\ \left| {{v_{\left( 0 \right)}}} \right| = 20\pi \sqrt 3 \left( {cm/s} \right) \end{array} \right.\)
\(\Rightarrow A=\sqrt{x_{0}^{2}+\frac{v_{0}^{2}}{{{\omega }^{2}}}}=4\left( cm \right)\Rightarrow \)
Câu trả lời của bạn
\(\Delta {{\ell }_{0}}=\frac{mg\sin \alpha }{{{\omega }^{2}}}=\frac{g\sin \alpha }{{{\omega }^{2}}}=0,05\left( m \right)\)
Chiều dài lò xo tại VTCB (\({{\ell }_{0}}\) là chiều dài tự nhiên) \({{\ell }_{CB}}={{\ell }_{0}}+\Delta {{\ell }_{0}}=35\left( cm \right)\)
Chiều dài cực tiểu (khi vật ở vị trí cao nhất): \({{\ell }_{\min }}={{\ell }_{cb}}-A=29\left( cm \right)\Rightarrow \)
Câu trả lời của bạn
Từ bài toán phụ 'interquence đường đi được tối đa trong một phần kỳ kỳ là \ (0,1 \ sqrt {2} m \) để tìm A: \ (\ Delta \ varphi = \ omega \ Delta t = \ \ frac {2 \ pi} {T}. \ frac {T} {4} = \ frac {\ pi} {2} \ Rightarrow = \ Rightarrow A = 0,1 \ left (m \ right) \)
Cơ năng: \ (\ text {W} = \ frac {m {{\ omega} ^ {2}} A} {2} = \ frac {1, {{4} ^ {2}}. 0, {{ 1} ^ {2}}} {2} = 0,08 \ left (J \ right) \ Rightarrow \)
Câu trả lời của bạn
\(\left\{ \begin{array}{l} T = 2\pi \sqrt {\frac{m}{k}} = \frac{\pi }{5}\left( s \right)\\ \left| {\bar v} \right| = \frac{{4A}}{T} \Rightarrow \frac{{160}}{\pi } = \frac{{4A}}{{\pi /5}} \Rightarrow A = 8\left( {cm} \right) \end{array} \right. \Rightarrow W = \frac{{k{A^2}}}{2} = \frac{{20.0,{{08}^2}}}{2} = 0,064\left( J \right) \Rightarrow \)
Câu trả lời của bạn
\ (T = \ frac {\ Delta t} {n} = 2 \ left (s \ right) \); \) {{W} _ {d}} = \ frac {1} {3} {{W} _ {t}} = \ frac {1} {4} W \ Rightarrow W_ {t} ^ {'} = \ frac {3} {4} W \ Rightarrow x = \ pm \ frac {A \ sqrt {3} } {2} \)
Time đi short from \ (x = - \ frac {A \ sqrt {3}} {2} \) to \) x = \ frac {A \ sqrt {3}} {2} \) is \) \ frac {T} {3} = \ frac {2} {3} \ left (s \ right) \ Rightarrow \)
0 Bình luận
Để lại bình luận
Địa chỉ email của hạn sẽ không được công bố. Các trường bắt buộc được đánh dấu *