MasterSchool

Vật lý lớp 10 · KNTT · Chương 2

Lý thuyết Vật lí 10 Bài 6: Thực hành: Đo tốc độ của vật chuyển động

Chương 2: Động học · Kết nối tri thức với cuộc sống

Tóm tắt lý thuyết bài thực hành Vật lí 10 Bài 6: Đo tốc độ của vật chuyển động. Hướng dẫn chi tiết nguyên tắc đo tốc độ gián tiếp, cấu tạo và cách sử dụng đồng hồ đo thời gian hiện số kết nối cổng quang điện hồng ngoại, lập bảng số liệu và xử lý sai số chuẩn khoa học.

Lớp

I. Nguyên lí đo tốc độ trong phòng thí nghiệm

Trong phòng thí nghiệm trường phổ thông, ta không thể dùng súng bắn tốc độ hay GPS vệ tinh, mà đo tốc độ chuyển động bằng phương pháp gián tiếp thông qua hệ thức:

v=stv = \frac{s}{t}
  • Đo quãng đường (ss): Dùng thước thẳng hoặc thước cuộn có độ chia nhỏ nhất (ĐCNN) là 1 mm1 \, mm gắn trên máng đệm khí hoặc máng trượt nghiêng.
  • Đo thời gian (tt): Có thể dùng đồng hồ bấm giây thủ công hoặc bộ cổng quang điện thông minh.
Phương pháp đo Nguyên lí bố trí Ưu nhược điểm
Đồng hồ bấm giây thủ công Người làm thí nghiệm dùng mắt quan sát mốc vạch và bấm Start/Stop trên đồng hồ bằng tay. - Ưu điểm: Thiết bị đơn giản, dễ thao tác ở mọi địa hình.
- Nhược điểm: Sai số ngẫu nhiên lớn do thời gian phản xạ của người đo (khoảng 0,1−0,2 s0,1 - 0,2 \, s).
Cổng quang điện & Đồng hồ hiện số Khi xe đi qua, tấm chắn sáng trên xe sẽ ngắt chùm tia hồng ngoại, kích hoạt đồng hồ tự động đếm thời gian. - Ưu điểm: Độ chính xác cực cao (0,001 s0,001 \, s), loại bỏ hoàn toàn sai số do phản xạ tay người.
- Nhược điểm: Cần nguồn điện và dây cáp đấu nối đúng kỹ thuật.

II. Cấu tạo thiết bị đo và Quy trình thực hành

1. Đồng hồ hiện số MC-964 và Cổng quang điện

Hệ thống đo thời gian quang điện tử bao gồm:

  • Cổng quang điện (Photogate): Phát ra một chùm tia sáng hồng ngoại chiếu vuông góc sang bộ thu quang. Khi vật cản chùm tia, tín hiệu điện áp thay đổi kích hoạt mạch đếm.
  • Đồng hồ hiện số: Có các chế độ đo Mode A (đo thời gian chắn sáng của 1 cổng), Mode A+B (đo thời gian chuyển động giữa hai cổng quang A và B).

2. Quy trình đo tốc độ tức thời và tốc độ trung bình

1

Đo tốc độ tức thời tại điểm A: Gắn tấm chắn sáng có bề rộng nhỏ (d=10 mmd = 10 \, mm hoặc 20 mm20 \, mm) trên xe. Chọn Mode A trên đồng hồ. Cho xe chạy qua cổng quang A. Đồng hồ đo được thời gian chắn sáng Δt\Delta t. Tốc độ tức thời: vA=dΔtv_A = \frac{d}{\Delta t}

2

Đo tốc độ trung bình trên đoạn AB: Bố trí 2 cổng quang A và B cách nhau một khoảng ss. Chọn Mode A+B. Cho xe chạy qua từ A đến B. Đồng hồ đo thời gian xe di chuyển từ A đến B (tABt_{AB}). Tốc độ trung bình: vtb=stABv_{tb} = \frac{s}{t_{AB}}

3

Xử lý số liệu và ghi kết quả đo: Tiến hành lặp lại mỗi phép đo 3 lần. Tính trung bình sˉ,tˉ⇒vˉ=sˉtˉ\bar{s}, \bar{t} \Rightarrow \bar{v} = \frac{\bar{s}}{\bar{t}}. Sai số tỉ đối δv=δs+δt=Δssˉ+Δttˉ\delta v = \delta s + \delta t = \frac{\Delta s}{\bar{s}} + \frac{\Delta t}{\bar{t}}. Sai số tuyệt đối Δv=δv×vˉ\Delta v = \delta v \times \bar{v}. Kết quả ghi dạng: v=vˉ±Δvv = \bar{v} \pm \Delta v

🌟 Em đã học (Ghi nhớ kiến thức trọng tâm)

  • Nguyên lí đo tốc độ: Đo gián tiếp thông qua công thức v=stv = \frac{s}{t} bằng cách đo quãng đường ss và thời gian tt.
  • Dụng cụ đo thời gian gồm: Đồng hồ bấm giây (độ chính xác cỡ 0,01 s0,01 \, s, sai số do phản xạ tay người) và Cổng quang điện hồng ngoại kết nối đồng hồ hiện số MC-964 (độ chính xác đến 0,001 s0,001 \, s, triệt tiêu sai số phản xạ).
  • Đo tốc độ trung bình dùng 2 cổng quang điện đặt cách nhau một khoảng ss; Đo tốc độ tức thời dùng 1 cổng quang điện kết hợp tấm chắn sáng hẹp có bề rộng dd gắn trên xe.
  • Xử lý kết quả đo: Tính giá trị trung bình vˉ\bar{v}, sai số tỉ đối δv=δs+δt\delta v = \delta s + \delta t, sai số tuyệt đối Δv=δv×vˉ\Delta v = \delta v \times \bar{v} và ghi kết quả v=vˉ±Δvv = \bar{v} \pm \Delta v.

Câu hỏi ôn tập & củng cố bài học

Câu 1: Tại sao khi đo tốc độ tức thời của xe, người ta lại sử dụng tấm chắn sáng có bề rộng thật hẹp?
Bởi vì tốc độ tức thời là tốc độ tại một thời điểm rất ngắn. Khi bề rộng tấm chắn dd càng hẹp thì khoảng thời gian chắn sáng Δt\Delta t càng nhỏ, thương số d/Δtd / \Delta t càng phản ánh chính xác giá trị tốc độ tức thời ngay tại vị trí cổng quang điện.
Câu 2: So sánh độ chính xác giữa đồng hồ bấm giây bằng tay và đồng hồ đo thời gian hiện số kết nối cổng quang điện.
Đồng hồ bấm giây tay có sai số phụ thuộc vào phản xạ người đo (chậm từ 0,1s đến 0,2s). Cổng quang điện kích hoạt hoàn toàn tự động bằng cảm biến quang - điện tử với sai số cực nhỏ (khoảng 0,001s), giúp số liệu đo đạt độ chuẩn xác khoa học vượt trội.
Câu 3: Trong thí nghiệm đo tốc độ trung bình, nếu đặt thước đo quãng đường bị lệch chéo so với máng trượt thì kết quả tốc độ đo được sẽ lớn hơn hay nhỏ hơn giá trị thực?
Khi thước bị lệch chéo, độ dài quãng đường đọc trên thước sẽ lớn hơn chiều dài chuyển động thẳng thực tế của xe (sđo>sthựcs_{đo} > s_{thực}), dẫn đến tốc độ tính được v=s/tv = s / t sẽ lớn hơn giá trị thực tế.
Câu 4: Công thức tính sai số tỉ đối của tốc độ v=s/tv = s/t theo sai số của quãng đường và thời gian là gì?
Vì tốc độ là thương số của hai đại lượng đo trực tiếp ss và tt, sai số tỉ đối của tốc độ bằng tổng sai số tỉ đối của quãng đường và thời gian: δv=δs+δt=Δssˉ+Δttˉ\delta v = \delta s + \delta t = \frac{\Delta s}{\bar{s}} + \frac{\Delta t}{\bar{t}}.

Đề luyện tập theo bài