Lý thuyết Vật lí 10 Bài 11: Thực hành: Đo gia tốc rơi tự do

1. Mục đích thí nghiệm

Thực hành đo thời gian rơi của một vật trên các quãng đường khác nhau để:

• Kiểm chứng quy luật rơi tự do: Quãng đường $s$ tỉ lệ thuận với bình phương thời gian $t^2$.
• Xác định chính xác giá trị thực nghiệm của gia tốc rơi tự do $g$ tại phòng thí nghiệm.

2. Nguyên lí đo gián tiếp

Một vật rơi tự do không vận tốc đầu ($v_0 = 0$), sau khoảng thời gian $t$ vật đi được quãng đường $s$:

Để xác định $g$, ta cần đo trực tiếp quãng đường rơi $s$ (bằng thước milimet trên giá) và thời gian rơi $t$ tương ứng (bằng cổng quang điện và đồng hồ hiện số).

1. Dụng cụ thí nghiệm

• Giá đỡ thẳng đứng: Có gắn thước chia độ dài milimet và quả dọi để chỉnh trục giá rơi thẳng đứng tuyệt đối.
• Nam châm điện: Dùng để giữ và thả bi thép rơi tức thời khi ngắt điện, đảm bảo $v_0 = 0$.
• Cổng quang điện A và B: Đặt cách nhau một khoảng $s$. Cổng A mở mạch đếm thời gian, cổng B dừng mạch đếm.
• Đồng hồ hiện số MC-964: Chọn chế độ đo Mode A $\leftrightarrow$ B (đo thời gian chuyển động từ A đến B).
• Hộp đỡ vật rơi: Đặt dưới đáy để hứng bi thép không bị nảy văng ra ngoài.

2. Quy trình thực hành 4 bước

1. Tính toán giá trị trung bình và sai số

Với mỗi quãng đường $s$, tính giá trị thời gian trung bình $\bar{t} = \frac{t_1 + t_2 + ... + t_5}{5}$.

Tính gia tốc trung bình: $$\bar{g} = \frac{2\bar{s}}{\bar{t}^2}$$

Sai số tỉ đối của phép đo gián tiếp: $$\delta g = \delta s + 2\delta t = \frac{\Delta s}{\bar{s}} + 2 \frac{\Delta t}{\bar{t}}$$

Sai số tuyệt đối: $\Delta g = \delta g \times \bar{g}$. Kết quả ghi dạng: $$g = \bar{g} \pm \Delta g \quad (m/s^2)$$

2. Xác định $g$ bằng phương pháp đồ thị $s - t^2$

Vì $s = \frac{1}{2} g t^2$, nếu đặt biến phụ $X = t^2$ thì hàm số có dạng đường thẳng qua gốc tọa độ: $s = k \cdot X$, với hệ số góc $k = \frac{1}{2}g$.

Từ độ dốc $k$ của đường thẳng khớp dữ liệu trên đồ thị thực nghiệm, ta suy ra: $$g = 2k$$