Báo cáo thực hành

Giải Vật lí 12 Bài 6: Thực hành: Khảo sát thực nghiệm các định luật dao động của con lắc đơn

Báo cáo thực hành

Khảo sát thực nghiệm các định luật dao động của con lắc đơn

I. MỤC ĐÍCH THỰC HÀNH

+ Phát hiện ảnh hưởng của biên độ, khối lượng, chiều dài con lắc đơn đối với chu kỳ dao động T.

+ Từ đó tìm ra công thức $\mathrm{T}=2\mathrm{\pi }\sqrt{\frac{\mathrm{l}}{\mathrm{g}}}$ và ứng dụng tính gia tốc trọng trường g tại nơi làm thí nghiệm.

II. CƠ SỞ LÍ THUYẾT

Trả lời các câu hỏi sgk

1. Con lắc đơn có cấu tạo như thế nào? Chiều dài l của con lắc đơn được đo như thế nào?

Lời giải:

Con lắc đơn có cấu tạo gồm 1 vật nhỏ có khối lượng m được treo ở đầu của một sợi dây không dãn, khối lượng không đáng kể, chiều dài l. Chiều dài 1 rất lớn so với kích thước quả cầu, đo bằng thước đo của giá thí nghiệm dùng treo con lắc đơn có cơ cấu điều chỉnh chiều dài con lắc đơn và được xác định bằng cách đo khoảng cách từ điểm treo cố định đến trọng tâm của quả nặng.

2. Cần làm thế nào để phát hiện ra sự phụ thuộc của chu kì dao động T của con lắc đơn dao động với biên độ nhỏ vào biên độ dao động?

Lời giải:

Để phát hiện sự phụ thuộc của chu kì dao động T của con lắc đơn dao động với biên độ nhỏ vào biên độ dao động, ta xác định các chu kì dao động của cùng một con lắc với chiều dài 1 không đổi, nhưng có biên độ A thay đổi. Đo thời gian dao động có biên độ A khác nhau.

3. Cần làm thế nào để phát hiện ra sự phụ thuộc của chu kì dao động T của con lắc đơn dao động với biên độ nhỏ vào chiều dài l của con lắc đơn?

Lời giải:

Để phát hiện sự phụ thuộc chu kỳ dao động T của con lắc đơn dao động với biên độ nhỏ vào chiều dài con lắc đơn ta khảo sát chu kỳ dao động T của con lắc đơn với chiều dài tăng dần, có 3 trường hợp có thể xảy ra:

   + l tăng thì T giảm

   + l tăng thì T không đổi hay l không phụ thuộc T

   + l tăng thì T tăng

4. Làm cách nào để xác định chu kì T với sai số ΔT = 0,02s khi dùng đồng hồ có kim giây? Cho biết sai số khi dùng đồng hồ này là  (gồm sai số chủ quan khi bấm và sai số dụng cụ).

Lời giải:

Để xác định chu kì T với sai số ΔT = 0,02s khi dùng đồng hồ có kim giây. Ta cần đo thời gian t của N dao động toàn phần.

Trong quá trình đo t của đồng hồ kim giây có sai số là 0,2s bao gồm sai số chủ quan khi bấm và sai số dụng cụ nên Δt = n.ΔT = 0,2 + 0,02 = 0,22s, do đó cần đo số dao động toàn phần N > 11 dao động.

1. Khảo sát ảnh hưởng của biên độ dao động đối với chu kỳ T của con lắc đơn.

- Chu kỳ $T_1=\frac{t_1}{10}=1,432s$; $T_2=\frac{t_2}{10}=1,412s$; $T_3=\frac{t_3}{10}=1,454s$

- Phát biểu định luật về chu kỳ của con lắc đơn dao động với biên độ nhỏ:

Con lắc đơn dao động với biên độ nhỏ (α > 10^o) thì coi là dao động điều hòa, chu kỳ của con lắc khi đó không phụ thuộc vào biên độ dao động.

2. Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng của con lắc m đối với chu kỳ dao động T.

   + Con lắc khối lượng m_A có chu kỳ T_A = 1,416 ± 0,026 (s)

   + Con lắc khối lượng m_B có chu kỳ T_B = 1,422 ± 0,020 (s)

   + Con lắc khối lượng m_C có chu kỳ T_C = 1,436 ± 0,028 (s)

Phát biểu định luật về khối lượng của con lắc đơn:

Chu kỳ của con lắc đơn dao động nhỏ (α > 10^o) không phụ thuộc vào khối lượng của con lắc.

3. Khảo sát ảnh hưởng của chiều dài con lắc đơn l đối với chu kỳ dao động T

Căn cứ các kết quả đo và tính được theo bảng 6.3, vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của T vào l và đồ thị của T₂ vào l:

Nhận xét:

a) Đường biểu diễn T = f(l) có dạng cong lên cho thấy rằng: Chu kỳ dao động T phụ thuộc đồng biến với độ dài con lắc đơn.

Đường biểu diễn T² = F(l) có dạng đường thẳng qua gốc tọa độ cho thấy rằng: Bình phương chu kỳ dao động T² tỷ lệ với độ dài con lắc đơn. T² = k.l,

suy ra $T=a\sqrt{l}$

- Phát biểu định luật về chiều dài của con lắc đơn:

“Chu kỳ dao động của con lắc đơn với biên độ nhỏ, tại cùng một nơi, không phụ thuộc vào khối lượng và biên độ dao động của con lắc mà tỉ lệ với căn bậc hai chiều dài của con lắc theo công thức: $T=a\sqrt{l}$ với $a=\sqrt{k}$ trong đó a là hệ số góc của đường biểu diễn T² = F(l).

b) Công thức lí thuyết về chu kỳ dao động của con lắc đơn dao động với biên độ nhỏ:

$T=2\pi \sqrt{\frac{l}{g}}(*)$

Đã được nghiệm đúng, với tỉ số $\frac{2\pi }{\sqrt{g}}=a=\underset{¯}{2,032}$

Từ đó tính được gia tốc trọng trường g tại nơi làm thí nghiệm: $g=\frac{4{\mathrm{\pi }}^2}{2,{032}^2}=9,561 m/s^2$

4. Xác định công thức về chu kỳ dao động của con lắc đơn:

Từ các kết quả thực nghiệm suy ra: Chu kỳ dao động của con lắc đơn dao động điều hòa với biên độ nhỏ không phụ thuộc vào khối lượng và biên độ dao động của con lắc mà tỉ lệ với căn bậc hai chiều dài l của con lắc đơn và tỉ lệ nghịch với căn bậc hai của gia tốc rơi tự do tại nơi làm thí nghiệm, hệ số tỉ lệ bằng $\frac{2\pi }{\sqrt{g}}$. Vậy $T=2\pi \sqrt{\frac{l}{g}}$

Xem thêm lời giải bài tập Vật lí lớp 12 hay, chi tiết khác:

Lý thuyết thực hành: Khảo sát thực nghiệm các định luật dao động của con lắc đơn...

Bài 1 trang 32 Vật lí 12: Dự đoán xem chu kì dao động T của một con lắc đơn phụ thuộc vào...

Bài 2 trang 32 Vật lí 12: Chu kì dao động của con lắc đơn có phụ thuộc vào nơi làm thí nghiệm hay không...

Bài 3 trang 32 Vật lí 12: Có thể đo chu kì con lắc đơn có chiều dài l < 10cm hay không...

Bài 4 trang 32 Vật lí 12: Dùng con lắc dài hay ngắn sẽ cho kết quả chính xác hơn khi xác định gia tốc rơi tự do...