Đo Tốc Độ Của Vật Chuyển Động
Đồng hồ MC964 & cổng quang điện, quy trình đo tốc độ trung bình – tức thời, xử lí sai số
Trong phòng thí nghiệm, tốc độ được xác định gián tiếp qua hai đại lượng đo trực tiếp: quãng đường $s$ và thời gian $t$, sau đó áp dụng công thức:
▸ Dụng cụ cần có
▸ Hai loại tốc độ cần đo
▸ Đồng hồ đo thời gian hiện số MC964
Đồng hồ MC964 đo thời gian chính xác đến phần nghìn giây (ĐCNN: $0{,}001$ s hoặc $0{,}01$ s). Khi vật che chắn chùm tia hồng ngoại giữa bộ phát và bộ thu của cổng quang điện → đồng hồ tự động đếm hoặc dừng đếm thời gian.
▸ 5 chế độ MODE của đồng hồ MC964
| Chế độ | Chức năng |
|---|---|
| MODE A | Đo thời gian vật chắn cổng quang điện nối với ổ A |
| MODE B | Đo thời gian vật chắn cổng quang điện nối với ổ B |
| MODE A + B | Đo tổng thời gian vật chắn ở cả hai cổng A và B |
| MODE A ↔ B | Đo thời gian vật đi từ cổng A đến cổng B |
| MODE T | Đo khoảng thời gian $T$ của từng chu kì dao động |
▸ Các nút điều khiển khác
• MODE A↔B đo thời gian vật đi từ A đến B, KHÔNG phải tổng thời gian chắn 2 cổng (đó là MODE A+B).
• MODE T dùng đo chu kì dao động, KHÔNG đo thời gian đi từ A đến B.
• Nút RESET chỉ đặt lại chỉ số đồng hồ về 0, KHÔNG đặt vật về vị trí nam châm điện.
• MODE dùng để chọn kiểu làm việc cho đồng hồ, KHÔNG điều khiển tốc độ viên bi.
▸ Cổng quang điện
▸ Đồng hồ cần rung
Đồng hồ cần rung sử dụng cần dao động đều đặn khoảng $50$ lần/giây, đánh dấu các chấm mực trên băng giấy gắn với xe chuyển động. Khoảng cách giữa hai chấm liên tiếp ứng với quãng đường vật đi trong $0{,}02$ s ($= 1/50$ s).
| Loại đồng hồ | Ưu điểm | Nhược điểm |
|---|---|---|
| MC964 + cổng quang điện | Sai số rất nhỏ, tự động | Chi phí cao |
| Đồng hồ cần rung | Dễ thiết kế, ít tốn kém | Sai số cao hơn |
| Đồng hồ bấm giây | Đơn giản, rẻ tiền | Sai số cao do thao tác tay |
▸ 7 dụng cụ chính của bộ thí nghiệm
| STT | Dụng cụ | Vai trò |
|---|---|---|
| (1) | Đồng hồ MC964 | Đo thời gian chính xác $0{,}001$ s |
| (2) | Cổng quang điện E và F | Đóng/ngắt đồng hồ tự động |
| (3) | Nam châm điện + công tắc kép | Giữ & thả viên bi |
| (4) | Máng nhôm có giá đỡ | Đường trượt cho viên bi |
| (5) | Viên bi thép | Vật chuyển động cần đo tốc độ |
| (6) | Giá đỡ ba chân + vít chỉnh | Cố định & cân bằng hệ thống |
| (7) | Thước kẹp | Đo đường kính viên bi |
▸ Thí nghiệm 1: Đo tốc độ trung bình
Sử dụng 2 cổng quang điện E và F, đặt MODE ở $A \leftrightarrow B$. Các bước:
▸ Thí nghiệm 2: Đo tốc độ tức thời
Sử dụng 1 cổng quang điện, đặt MODE ở $A$ hoặc $B$. Các bước:
• Sai số dụng cụ (thước, đồng hồ, thước kẹp).
• Thao tác bấm công tắc không dứt khoát.
• Đọc giá trị $s$, $d$ chưa chính xác.
• Yếu tố khách quan: gió, rung lắc...
Cách giảm sai số:
• Đo nhiều lần (ít nhất 3 lần) → lấy giá trị trung bình.
• Tắt quạt, điều hòa khi thí nghiệm.
• Đảm bảo cổng quang điện cắm chắc, máng không rung.
▸ Bước 1: Tính giá trị trung bình
▸ Bước 2: Tính sai số tuyệt đối mỗi lần đo
▸ Bước 3: Tính sai số tuyệt đối trung bình
▸ Bước 4: Sai số tuyệt đối của phép đo
($\Delta A_{dc}$ là sai số dụng cụ; thường $= \dfrac{1}{2}$ ĐCNN)
▸ Bước 5: Ghi kết quả
• Lần 1: $t_1 = 0{,}777$ s
• Lần 2: $t_2 = 0{,}780$ s
• Lần 3: $t_3 = 0{,}776$ s
Bước 1 — Trung bình:
$\bar{t} = \dfrac{0{,}777 + 0{,}780 + 0{,}776}{3} = 0{,}778$ s.
Bước 2 — Sai số mỗi lần đo:
$\Delta t_1 = |0{,}778 - 0{,}777| = 0{,}001$ s
$\Delta t_2 = |0{,}778 - 0{,}780| = 0{,}002$ s
$\Delta t_3 = |0{,}778 - 0{,}776| = 0{,}002$ s
Bước 3 — Sai số trung bình:
$\overline{\Delta t} = \dfrac{0{,}001 + 0{,}002 + 0{,}002}{3} \approx 0{,}002$ s.
Bước 4 — Kết quả:
$t = (0{,}778 \pm 0{,}002)$ s
▸ Sai số phép đo gián tiếp (tốc độ)
Tốc độ là đại lượng đo gián tiếp: $v = s/t$ (hoặc $v_t = d/t$). Áp dụng quy tắc sai số tỉ đối của tích/thương:
$\Leftrightarrow \dfrac{\Delta v}{\bar{v}} = \dfrac{\Delta s}{\bar{s}} + \dfrac{\Delta t}{\bar{t}}$
$\Rightarrow \Delta v = \bar{v} \cdot \left(\dfrac{\Delta s}{\bar{s}} + \dfrac{\Delta t}{\bar{t}}\right)$
Sai số quãng đường:
$\Delta s = \dfrac{1}{2} \cdot 1 = 0{,}5$ mm $= 0{,}0005$ m.
Tốc độ trung bình:
$\bar{v} = \dfrac{s}{\bar{t}} = \dfrac{0{,}5}{0{,}778} \approx 0{,}643$ m/s.
Sai số tốc độ:
$\Delta v = 0{,}643 \cdot \left(\dfrac{0{,}0005}{0{,}5} + \dfrac{0{,}002}{0{,}778}\right)$
$= 0{,}643 \cdot (0{,}001 + 0{,}00257)$
$= 0{,}643 \cdot 0{,}00357 \approx 0{,}002$ m/s.
Kết quả: $v = (0{,}643 \pm 0{,}002)$ m/s.
• Sai số tỉ đối (tỉ số phần trăm): $\delta A = \dfrac{\Delta A}{\bar{A}} \times 100\%$.
• Quy tắc cộng sai số tỉ đối cho phép tính nhân/chia: $\delta v = \delta s + \delta t$.
• Phải lấy cộng chứ không phải trừ → để bao quát trường hợp xấu nhất.
• Đồng hồ MC964 có 5 MODE: $A$, $B$, $A+B$, $A \leftrightarrow B$, $T$ — ĐCNN $0{,}001$ s.
• Tốc độ trung bình: 2 cổng quang điện + MODE $A \leftrightarrow B$ → $v = s/t$.
• Tốc độ tức thời: 1 cổng quang điện + MODE $A$ (hoặc $B$) → $v_t = d/t$ (đo $d$ bằng thước kẹp).
• Đo nhiều lần (ít nhất 3 lần) → lấy trung bình để giảm sai số.
• Sai số gián tiếp: $\delta v = \delta s + \delta t$.
Để xem lý thuyết đầy đủ (kèm hình SGK chi tiết, các phương pháp giải nhanh, mẹo, sai lầm thường gặp, các bài tập mở rộng), hãy tham khảo bài viết bên dưới:
📚 Xem thêm: Lý thuyết đầy đủ + PP giải các dạng + Mẹo & sai lầm thường gặp tại Edus.vnSau khi đã nắm vững lý thuyết, các em hãy chuyển sang tab Bài Tập để luyện 18 câu bám sát chương trình SGK Vật Lí 10!
Cùng luyện Bài 6 — Đo tốc độ của vật chuyển động!
18 câu: 13 trắc nghiệm · 1 đúng/sai · 4 tự luận
Tuyệt vời!
Thầy Phạm Trần Quốc Anh
(Người kiểm duyệt, ra đề)
Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Vật Lý THPT
Trình độ: Cử nhân Sư phạm Vật lý, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ STEM, Ngoại ngữ B1
Kinh nghiệm: 9+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Lê Quí Đôn