Bài tập Thực hành đo tốc độ của vật chuyển động thẳng có đáp án

- Trong thực tiễn, có những phương pháp đo tốc độ tức thời thông dụng là:

+ Sử dụng đồng hồ đo thời gian hiện số và cổng quang điện.

+ Sử dụng đồng hồ bấm giây và thước đo.

+ Sử dụng súng bắn tốc độ

- Ưu và nhược điểm

- Thang đo: Bên nút thang đo có ghi giới hạn đo (GHĐ) và độ chia nhỏ nhất (ĐCNN) của đồng hồ là: 9,999 s – 0,001 s và 99,99 s – 0,01 s.

- MODE: Núm này dùng để chọn chế độ làm việc của đồng hồ.

+ Chế độ A: chỉ đo thời gian đồng hồ đi qua cổng quang điện A (chế độ 1 cổng).

+ Chế độ B: chỉ đo thời gian đồng hồ đi qua cổng quang điện B (chế độ 1 cổng).

+ Chế độ A + B: đo tổng thời gian vật đi qua cổng quang điện A và thời gian vật đi qua cổng quang điện B.

+ Chế độ làm việc A ↔ B để đo khoảng thời gian giữa hai cổng quang điện A và B. Khi vật qua cổng quang điện A thì đồng hồ bắt đầu chạy, sau khi đi ra khỏi cổng quang điện B thì đồng hồ dừng đo.

Để xác định tốc độ tức thời của viên bi tại vị trí cổng quang điện A (hoặc B) ta làm như sau:

Bước 1: Bố trí thí nghiệm như hình trên.

Bước 2: Xác định được đường kính d của viên bi.

Bước 3: Chọn thang đo 9,999 s – 0,001 s.

Bước 4: Chọn chế độ đo MODE A hoặc MODE B.

Bước 5: Đưa viên bi lại gần nam châm điện sao cho viên bi hút vào nam châm. Ngắt công tắc điện để viên bi bắt đầu chuyển động xuống đoạn dốc nghiêng và đi qua cổng quang điện cần đo thời gian.

Bước 6: Xác định được thời gian viên bi chuyển động qua cổng quang điện A hoặc cổng quang điện B.

Bước 7: Sử dụng công thức $v=\frac{d}{t}$  ta sẽ xác định được tốc độ tức thời của viên bi.

Bảng 6.1. Bảng kết quả đo đường kính viên bi

Đường kính trung bình: $\overline{d}=\frac{d_1+d_2+d_3+d_4+d_5}{5}=\mathrm{2,014}cm$

Sai số tuyệt đối trung bình trong 5 lần đo: $\overline{\Delta d}=\frac{\Delta d_1+\Delta d_2+\Delta d_3+\Delta d_4+\Delta d_5}{5}=\mathrm{0,0048}cm$

Do đề bài không nói đến sai số hệ thống nên ta có thể bỏ qua.

Sai số tuyệt đối của phép đo: $\Delta d=\mathrm{0,0048}cm$

Bảng 6.2. Bảng số liệu thí nghiệm đo tốc độ tức thời

Thời gian trung bình: $\overline{t}=\frac{t_1+t_2+t_3+t_4+t_5}{5}=\mathrm{0,0444}s$

Sai số tuyệt đối trung bình trong 5 lần đo: $\overline{\Delta t}=\frac{\Delta t_1+\Delta t_2+\Delta t_3+\Delta t_4+\Delta t_5}{5}=\mathrm{0,00048}cm$

Sai số dụng cụ đo thời gian là: $\Delta t_{dc}=\frac{\mathrm{0,001}}{2}=\mathrm{0,0005}\left(s\right)$

Sai số tuyệt đối của phép đo thời gian là: $\Delta t=\Delta \overline{t}+\Delta t_{dc}=\mathrm{0,00048}+\mathrm{0,0005}=\mathrm{0,00098}\left(s\right)$

Sai số tương đối của tốc độ tức thời là: 

 $\delta v=\delta d+\delta t=\frac{\Delta d}{\overline{d}}.100\%+\frac{\Delta t}{\overline{t}}.100\%=\frac{\mathrm{0,0048}}{\mathrm{2,014}}.100\%+\frac{\mathrm{0,00098}}{\mathrm{0,0444}}.100\%\approx \mathrm{0,024}$%

Sai số tuyệt đối của phép đo tốc độ là: $\delta v=\frac{\Delta v}{\overline{v}}.100\%\Rightarrow \Delta v=\frac{\delta v.\overline{v}}{100\%}=\frac{\mathrm{0,024}\%\mathrm{.45,36}}{100\%}=\mathrm{0,011}$

Để xác định tốc độ trung bình của viên bi khi viên bi di chuyển từ cổng quang điện A đến cổng quang điện B, ta làm như sau:

Bước 1: Bố trí thí nghiệm như hình trên

Bước 2: Xác định được đường kính d của viên bi.

Bước 3: Chọn thang đo 9,999s – 0,001 s.

Bước 4: Chọn chế độ MODE $A\leftrightarrow B$ .

Bước 4: Đưa viên bi lại gần nam châm điện sao cho viên bi hút vào nam châm. Ngắt công tắc điện để viên bi bắt đầu chuyển động xuống đoạn dốc nghiêng và đi qua cổng quang điện. Xác định quãng đường chính là khoảng cách từ cổng quang điện A tới cổng quang điện B.

Bước 5: Xác định được thời gian viên bi chuyển động qua từ cổng quang điện A tới cổng quang điện B trên màn hình hiển thị.

Bước 6: Sử dụng công thức $v_{tb}=\frac{s}{t}$  ta sẽ xác định được tốc độ trung bình của viên bi.

Thực hiện thí nghiệm nhiều lần để có kết quả chính xác hơn.

Phương pháp đo của các thiết bị trên

- Đồng hồ bấm giây:

+ Dùng thước đo độ dài của quãng đường s. Xác định vạch xuất phát và vạch đích.

+ Dùng đồng hồ bấm giây đo thời gian t từ khi vật bắt đầu chuyển động từ vạch xuất phát tới vạch đích.

+ Dùng công thức $v_{tb}=\frac{s}{t}$  để tính tốc độ trung bình và $v=\frac{d}{t}$  để tính tốc độ tức thời.

- Cổng quang điện

+ Đo quãng đường mà vật di chuyển theo mục đích đo (dùng 1 cổng quang điện hay dùng 2 cổng quang điện).

+ Khởi động thiết bị và cho vật đi qua cổng quang điện

+ Đọc kết quả thời gian hiên trên thiết bị và sử dụng công thức để tính tốc độ trung bình và tốc độ tức thời.

- Súng bắn tốc độ

+ Khởi động súng

+ Đưa súng hướng về phía vật chuyển động và thực hiện thao tác bấm

+ Thực hiện, trên máy sẽ hiện lên tốc độ

Ưu và nhược điểm của các thiết bị