Câu hỏi 2
Thí nghiệm 2
Chơi với dao động đàn hồi
Giới thiệu
Nhiều vật có thể dao động. Dao động là cơ sở của chuyển động sóng. Mọi chuyển động sóng đều có dao động, nhưng không phải mọi dao động đều là chuyển động sóng. Lò xo có thể dao động theo phương ngang hoặc thẳng đứng. Thí nghiệm này quan sát dao động thẳng đứng để tránh ma sát với sàn, bỏ qua lực cản không khí.
Một quả cầu nối vào lò xo nhẹ treo thẳng đứng như Hình 1. Kéo quả cầu xuống khỏi vị trí cân bằng rồi thả, nó dao động lên xuống. Tần số phụ thuộc khối lượng quả cầu và độ cứng lò xo:
$$f=\frac{1}{2\pi}\sqrt{\frac{k}{m}}\quad\text{or}\quad T^2=4\pi^2\frac{m}{k}\qquad(1)$$
Trong đó f là tần số, T là chu kỳ ($T=1/f$), k là hằng số lò xo, m là khối lượng tải. k đo độ cứng: lò xo cứng có k lớn, lò xo mềm có k nhỏ. Độ cứng cũng liên quan số vòng.
Bài thực hành vật lý gồm hai phần. Dùng các lò xo được cấp để quan sát dao động và đo các thông số nhằm xác định khối lượng chưa biết và hằng số lò xo k.
Vật liệu và thiết bị
1\. Lò xo có N = 30, 40, 50 và 80 vòng.
2\. Giá đỡ và kẹp.
3\. Đồng hồ bấm giờ.
4\. Giá treo tải (nguồn viết nhầm “hunger”).
5\. Ba miếng tải nhựa, mỗi miếng 2 g.
6\. Thước 30 cm.
Phần 1: Xác định khối lượng vật
Dùng bốn lò xo khác nhau và chỉ khối lượng của giá treo, không thêm tải nhựa. Thay đổi số vòng lò xo để thay đổi chu kỳ dao động.
Bố trí: xem Hình 2, với kẹp, lò xo, giá đỡ, tải, giá treo tải, thước và đồng hồ bấm giờ.
Quy trình
1\. Treo lò xo thẳng đứng trên giá và kẹp như Hình 2.
2\. Treo giá tải chưa biết khối lượng M vào đầu lò xo.
3\. Kéo giá tải khỏi vị trí cân bằng rồi thả từ trạng thái nghỉ. Quan sát dao động.
4\. Đo thời gian 20 dao động bằng đồng hồ bấm giờ. Tính chu kỳ.
5\. Lặp lại bước 1–4 với lò xo khác.
6\. Vẽ bốn điểm dữ liệu trên giấy ô milimét: bình phương chu kỳ $T^2$ theo số vòng N.
7\. Kẻ đường thẳng.
Câu hỏi
1\. Nếu $N=100/k$, từ công thức (1) và đồ thị, tính khối lượng giá treo chưa biết! (6 điểm)
2\. Theo thí nghiệm, độ cứng lò xo liên hệ thế nào với số vòng? (2 điểm)
3\. Trong hệ gồm quả cầu, lò xo và Trái Đất, có những dạng năng lượng nào khi chuyển động? (2 điểm)
Phần 2: Xác định hằng số lò xo k
Bố trí thiết bị tương tự phần 1.
Quy trình
1\. Chỉ dùng lò xo N = 80 vòng.
2\. Dùng kết quả khối lượng giá treo ở Thí nghiệm 1 để xác định hằng số lò xo 80 vòng.
3\. Không dùng định luật Hoke để xác định hằng số lò xo!
4\. Treo lò xo 80 vòng thẳng đứng trên giá và kẹp như Hình 2.
8\. Treo giá có khối lượng M đã tính vào đầu lò xo.
9\. Kéo giá khỏi vị trí cân bằng, thả từ nghỉ và quan sát.
10\. Đo thời gian 20 dao động, tính chu kỳ.
11\. Thêm một miếng nhựa 2 g vào giá. Khối lượng tải lúc này là m.
12\. Lặp lại bước 9–11 với hai miếng nhựa còn lại.
13\. Vẽ dữ liệu lên giấy ô milimét: bình phương chu kỳ $T^2$ theo khối lượng tải m.
14\. Kẻ đường thẳng.
Câu hỏi
4\. Theo công thức (1) và đồ thị thẳng, tính hằng số lò xo 80 vòng! (6 điểm)
5\. Trong hệ gồm quả cầu và lò xo, có những dạng năng lượng nào khi chuyển động? (2 điểm)
6\. Theo thí nghiệm, độ cứng lò xo liên hệ thế nào với khối lượng tải? (2 điểm)
Lưu ý dịch: giữ nguyên bước 4 nhảy đến 8 và cách gọi “Thí nghiệm 1” của nguồn. “Hoke” trong nguồn có ý là Hooke; “Thí nghiệm 1” ở đây có ý phần 1 của thí nghiệm lò xo, không phải phép thử vitamin C.
Chú thích Hình 2: Clamp = kẹp; Spring = lò xo; Retort Stand = giá đỡ; Mass = tải; Hunger of Load = giá treo tải (nguồn viết nhầm); Ruler = thước; Stopwatch = đồng hồ bấm giờ.
Chơi với dao động đàn hồi
Giới thiệu
Nhiều vật có thể dao động. Dao động là cơ sở của chuyển động sóng. Mọi chuyển động sóng đều có dao động, nhưng không phải mọi dao động đều là chuyển động sóng. Lò xo có thể dao động theo phương ngang hoặc thẳng đứng. Thí nghiệm này quan sát dao động thẳng đứng để tránh ma sát với sàn, bỏ qua lực cản không khí.
Một quả cầu nối vào lò xo nhẹ treo thẳng đứng như Hình 1. Kéo quả cầu xuống khỏi vị trí cân bằng rồi thả, nó dao động lên xuống. Tần số phụ thuộc khối lượng quả cầu và độ cứng lò xo:
$$f=\frac{1}{2\pi}\sqrt{\frac{k}{m}}\quad\text{or}\quad T^2=4\pi^2\frac{m}{k}\qquad(1)$$
Trong đó f là tần số, T là chu kỳ ($T=1/f$), k là hằng số lò xo, m là khối lượng tải. k đo độ cứng: lò xo cứng có k lớn, lò xo mềm có k nhỏ. Độ cứng cũng liên quan số vòng.
Bài thực hành vật lý gồm hai phần. Dùng các lò xo được cấp để quan sát dao động và đo các thông số nhằm xác định khối lượng chưa biết và hằng số lò xo k.
Vật liệu và thiết bị
1\. Lò xo có N = 30, 40, 50 và 80 vòng.
2\. Giá đỡ và kẹp.
3\. Đồng hồ bấm giờ.
4\. Giá treo tải (nguồn viết nhầm “hunger”).
5\. Ba miếng tải nhựa, mỗi miếng 2 g.
6\. Thước 30 cm.
Phần 1: Xác định khối lượng vật
Dùng bốn lò xo khác nhau và chỉ khối lượng của giá treo, không thêm tải nhựa. Thay đổi số vòng lò xo để thay đổi chu kỳ dao động.
Bố trí: xem Hình 2, với kẹp, lò xo, giá đỡ, tải, giá treo tải, thước và đồng hồ bấm giờ.
Quy trình
1\. Treo lò xo thẳng đứng trên giá và kẹp như Hình 2.
2\. Treo giá tải chưa biết khối lượng M vào đầu lò xo.
3\. Kéo giá tải khỏi vị trí cân bằng rồi thả từ trạng thái nghỉ. Quan sát dao động.
4\. Đo thời gian 20 dao động bằng đồng hồ bấm giờ. Tính chu kỳ.
5\. Lặp lại bước 1–4 với lò xo khác.
6\. Vẽ bốn điểm dữ liệu trên giấy ô milimét: bình phương chu kỳ $T^2$ theo số vòng N.
7\. Kẻ đường thẳng.
Câu hỏi
1\. Nếu $N=100/k$, từ công thức (1) và đồ thị, tính khối lượng giá treo chưa biết! (6 điểm)
2\. Theo thí nghiệm, độ cứng lò xo liên hệ thế nào với số vòng? (2 điểm)
3\. Trong hệ gồm quả cầu, lò xo và Trái Đất, có những dạng năng lượng nào khi chuyển động? (2 điểm)
Phần 2: Xác định hằng số lò xo k
Bố trí thiết bị tương tự phần 1.
Quy trình
1\. Chỉ dùng lò xo N = 80 vòng.
2\. Dùng kết quả khối lượng giá treo ở Thí nghiệm 1 để xác định hằng số lò xo 80 vòng.
3\. Không dùng định luật Hoke để xác định hằng số lò xo!
4\. Treo lò xo 80 vòng thẳng đứng trên giá và kẹp như Hình 2.
8\. Treo giá có khối lượng M đã tính vào đầu lò xo.
9\. Kéo giá khỏi vị trí cân bằng, thả từ nghỉ và quan sát.
10\. Đo thời gian 20 dao động, tính chu kỳ.
11\. Thêm một miếng nhựa 2 g vào giá. Khối lượng tải lúc này là m.
12\. Lặp lại bước 9–11 với hai miếng nhựa còn lại.
13\. Vẽ dữ liệu lên giấy ô milimét: bình phương chu kỳ $T^2$ theo khối lượng tải m.
14\. Kẻ đường thẳng.
Câu hỏi
4\. Theo công thức (1) và đồ thị thẳng, tính hằng số lò xo 80 vòng! (6 điểm)
5\. Trong hệ gồm quả cầu và lò xo, có những dạng năng lượng nào khi chuyển động? (2 điểm)
6\. Theo thí nghiệm, độ cứng lò xo liên hệ thế nào với khối lượng tải? (2 điểm)
Lưu ý dịch: giữ nguyên bước 4 nhảy đến 8 và cách gọi “Thí nghiệm 1” của nguồn. “Hoke” trong nguồn có ý là Hooke; “Thí nghiệm 1” ở đây có ý phần 1 của thí nghiệm lò xo, không phải phép thử vitamin C.
Chú thích Hình 2: Clamp = kẹp; Spring = lò xo; Retort Stand = giá đỡ; Mass = tải; Hunger of Load = giá treo tải (nguồn viết nhầm); Ruler = thước; Stopwatch = đồng hồ bấm giờ.