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

BÀI 6: THỰC HÀNH
Khảo sát thực nghiệm các định luật dao động của con lắc đơn
I - DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM:
- 3 quả nặng có móc treo (50g/quả);
- 1 sợi dây mảnh, không dãn (1m);
- 1 giá thí nghiệm (treo con lắc đơn);
- 1 đồng hồ bấm giờ (sai số ± 0,2s);
- 1 thước đo (khoảng 500mm);
- 1 tờ giấy kẻ ô (theo mi-li-mét / ô vuông).
II - TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM:
1. Chu kì dao động T của con lắc đơn phụ thuộc vào biên độ dao động như thế nào?
Bảng 6.1 	m=50g; l=50,0cm
A (cm)
sinα=Al
Góc lệch α (°)
Thời gian 10 dao động t (s)
Chu kì T (s)
A₁=3,0
350=0,06
≈3,4°
t₁=____±____
T₁=____±____
A₂=6,0
325=0,12
≈6,9°
t₂=____±____
T₂=____±____
A₃=9,0
950=0,18
≈10,4°
t₃=____±____
T₃=____±____
A₄=18
925=0,36
≈21,1°
t₄=____±____
T₄=____±____
2. Chu kì dao động của con lắc đơn phụ thuộc vào khối lượng m của con lắc như thế nào?
Bảng 6.2	l=50,0cm; A=6cm
m (g)
Thời gian 10 dao động t (s)
Chu kì T (s)
50
tᴀ=____±____
Tᴀ=____±____
100
tʙ=____±____
Tʙ=____±____
150
tᴄ=____±____
Tᴄ=____±____
3. Chu kì dao động của con lắc đơn phụ thuộc chiều dài con lắc như thế nào?
Bảng 6.3
Chiều dài l (cm)
Thời gian
t=10T (s)
Chu kì T (s)
T2 (s2)
T2l (s2/cm)
l₁=50±____
t₁=____±____
T₁=____±____
T₁2=____±____
T₁2l₁=____±____
l₂=40±____
t₂=____±____
T₂=____±____
T₂2=____±____
T₂2l₂=____±____
l₃=60±____
t₃=____±____
T₃=____±____
T₃2=____±____
T₃2l₃=____±____
BÁO CÁO THỰC HÀNH
Khảo sát thực nghiệm các định luật dao động của con lắc đơn
Họ và tên:	Lớp: 12 Anh	Tổ: 
Ngày làm thực hành: __/10/2021
I - MỤC ĐÍCH THỰC HÀNH: Khảo sát thực nghiệm:
Phát hiện: Ảnh hưởng của biên độ (A), khối lượng (m), chiều dài (l) con lắc đơn đối với chu kì dao động (T)
=> Tìm ra: Công thức tính chu kì T=2πlg;
=> Ứng dụng: Tính gia tốc trọng trường (g) tại nơi làm thí nghiệm.
II - CƠ SỞ LÍ THUYẾT:
1. Con lắc đơn có cấu tạo như thế nào? Chiều dài l của con lắc đơn được đo như thế nào?
Trả lời:
Cấu tạo con lắc đơn: 
- Gồm 1 vật nhỏ (khối lượng m) gắn vào đầu 1 lò xo (độ cứng k);
- Đầu kia (của lò xo) được giữ cố định.
Cách xác định chiều dài l của con lắc đơn: 
Đo khoảng cách từ 1 đầu dây (đã treo cố định) tới trọng tâm quả nặng (dùng thước của giá thí nghiệm)
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?
Trả lời:
- Tiến hành thí nghiệm với cùng 1 con lắc (chiều dài l không đổi, nhưng với các giá trị biên độ A khác nhau);
- Đo thời gian của mỗi thí nghiệm, tính toán và quan sát sự thay đổi của chu kì dao động T;
- Kết luận về sự phụ thuộc của T vào A.
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?
Trả lời:
- Khảo sát chu kì dao động T của con lắc đơn (với chiều dài l tăng dần);
- Đo thời gian của mỗi lần khảo sát, đối chiếu kết quả đo với l tương ứng và xác định T;
- Kết luận về sự phụ thuộc của T vào l.
4. Làm cách nào để xác định chu kì T với sai số ∆T=0,02s khi dùng đồng hồ có kim giây? Cho biết sai số khi dùng đồng hồ này là ± 0,2s (gồm sai số chủ quan khi bấm và sai số dụng cụ).
Trả lời:
- Khảo sát thời gian con lắc thực hiện nhiều chu kì dao động (thay vì chỉ 1);
- Sai số của đồng hồ có kim giây là ± 0,2s, gồm sai số chủ quan (khi bấm) và sai số dụng cụ
Vì vậy: 	∆t=∆T.n; 	∆t=0,02+0,2=0,22(s) 	(n: Số dao động toàn phần);
- Muốn xác định chu kì T (sai số ∆T=0,02s): 
+ Tính số dao động toàn phần con lắc cần thực hiện (từ 2 biểu thức trên);
+ Khảo sát, ghi lại thời gian con lắc thực hiện số dao động đó;
+ Tính chu kì: T=tn	(t: Thời gian con lắc thực hiện n dao động toàn phần)
III - KẾT QUẢ:
1. Khảo sát ảnh hưởng của biên độ dao động đối với chu kì T của con lắc đơn
- Chu kì: T₁=t₁10= ;	T₂=t₂10= ;	T₃=t₃10= 
- Phát biểu định luật về chu kì của con lắc đơn dao động với biên độ nhỏ:
	+ Con lắc đơn có dao động biên độ nhỏ (α≤10°) thì coi là dao động điều hòa;
	+ Chu kì của con lắc khi đó: KHÔNG phụ thuộc vào biên độ dao động.
2. Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng con lắc m đối với chu kì dao động T
Con lắc khối lượng mᴀ có chu kì Tᴀ=____±____ (s).
Con lắc khối lượng mʙ có chu kì Tʙ=____±____ (s).
Con lắc khối lượng mᴄ có chu kì Tᴄ=____±____ (s).
Phát biểu định luật về khối lượng của con lắc đơn: 
Chu kì của con lắc đơn (biên độ dao động nhỏ) KHÔNG phụ thuộc vào khối lượng con lắc đó.
3. Khảo sát ảnh hưởng của chiều dài con lắc đơn l đối với chu kì 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 phụ thuộc của T2 vào l: 
Nhận xét
a)	Đường biểu diễn T=f(l) có dạng _________ cho thấy rằng: Chu kì dao động T _______ độ dài con lắc đơn.
	Đường biểu diễn T2=F(l) có dạng _______ cho thấy rằng: Bình phương chu kì dao động T2 ________ với độ dài con lắc đơn. T2=kl, suy ra T=a.l.
- Phát biểu định luật về chiều dài của con lắc đơn:
“Chu kì dao động của con lắc đơn dao động với biên độ nhỏ, tại cùng 1 nơi, không phụ thuộc vào _________________, mà tỉ lệ với _________ của độ dài con lắc, theo công thức: T=a.l, với a=k, trong đó a là hệ số góc của đường biểu diễn T2=F(l)”.
b) Công thức lí thuyết về chu kì dao động của con lắc đơn dao động với biên độ (góc lệch) nhỏ:
T=2πlg
đã được nghiệm đúng, với tỉ số: 2πg=a=________
Từ đó tính được gia tốc trọng trường tại nơi làm thí nghiệm:
g=4π2a2=_______ (m/s2)
(Không yêu cầu xác định sai số phép đo)
4. Xác định công thức về chu kì dao động của con lắc đơn
Từ các kết quả thực nghiệm suy ra: Chu kì dao động của con lắc đơn dao động với biên độ nhỏ không phụ thuộc vào ________________________, mà tỉ lệ _____________ của chiều dài l con lắc đơn và tỉ lệ ____________ của gia tốc rơi tự do tại nơi làm thí nghiệm, hệ số tỉ lệ bằng 2πg.
Vậy: T=2πlg