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

I. Mục đích

+ Khảo sát thực nghiệm để phát hiện ảnh hưởng của biên độ, khối lượng, chiều dài của con lắc đơn đối với chu kì dao động T, từ đó tìm ra công thức tính chu kì

*
, và ứng dụng gia tốc trọng trường g tại nơi làm thí nghiệm.

II. Dụng cụ thí nghiệm

Gồm:

+ Bộ ba quả nặng loại 50g

+ Sợi dây mảnh không giãn dài khoảng 1m

+ Giá thí nghiệm dùng treo con lắc đơn có cơ cấu điều chỉnh chiều dài của con lắc đơn.

Bạn đang xem: Định luật về chu kì của con lắc đơn dao động với biên độ nhỏ

+ Đồng hồ bấm giây (sai số ± 0,2s) hoặc đồng hồ hiện số có cổng quang điện.

+ Một thước đo chiều dài khoảng 500mm.

+ Một tờ giấy kẻ ô milimet.

III. Tiến hành thí nghiệm

1. Chu kì dao động T của con lắc đơn phụ thuộc vào biên độ dao động như thế nào?

Tiến hành:

+ Quả nặng 50g, chiều dài con lắc đơn 50cm; kéo con lắc lệch khỏi vị trí cân bằng biên độ A = 3cm.

+ Đo thời gian con lắc thực hiện 10 dao động toàn phần (mỗi lần đo thời gian, ta đo lặp lại 5 lần, rồi lấy giá trung bình)

+ Thực hiện phép đo trên với các giá trị khác nhau của biên độ A (A = 3, 6, 9, 18cm)

Ghi kết quả vào bảng số liệu Bảng 6.1

Bảng 6.1: m = 50g, l = 50,0cm

A (cm)sinα = A/l Góc lệch α (o)Thời gian 10 dao động t (s)Chu kì T (s)
A1 = 3,00,063,44ot1 = 14,32 ± 0,32T1 = 1,432 ± 0,032
A2 = 6,00,126,89ot2 = 14,12 ± 0,20T2 = 1,412 ± 0,020
A3 = 9,00,1810,37ot3 = 14,54 ± 0,24T3 = 1,454 ± 0,024
A4 = 180,3621,1ot4 = 15,84 ± 0,31T4 = 1,584 ± 0,031

Từ bảng số liệu rút ra định luật về chu kì của con lắc đơn dao động với biên độ nhỏ.

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

2. Chu kì dao động T của con lắc đơn phụ thuộc vào khối lượng m của con lắc như thế nào?

+ Chiều dài con lắc đơn cố định 50cm, khối lượng của con lắc lần lượt là: 50; 100, 150g

+ Đo thời gian 10 dao động toàn phần để xác định chu kì T

Bảng 6.2: l = 50,0cm, A = 3cm

m (g)Thời gian 10 dao động t (s)Chu kì T(s)
50tA = 14,16 ± 0,26TA = 1,416 ± 0,026
100tB = 14,22 ± 0,20TB = 1,422 ± 0,020
150tC = 14,36 ± 0,28TC = 1,436 ± 0,028

Từ bảng số liệu: Phát biểu định luật về khối lượng của con lắc đơn dao động nhỏ (α o): Chu kỳ của con lắc đơn dao động nhỏ (α > 10o) không phụ thuộc vào khối lượng của con lắc.

3. Chu kì dao động T của con lắc đơn phụ thuộc vào chiều dài của con lắc như thế nào?

- Dùng con lắc đơn có khối lượng là 50g, chiều dài là 50cm, Đo thời gian 10 dao động để xác định chu kì T1

- Thay đổi chiều dài con lắc đơn, giữ nguyên khối lượng, đo thời gian 10 dao động để tính chu kì T2 và T3

Bảng 6.3

Chiều dài l (cm)Thời gian t = 10T (s)Chu kì T(s)T2 (s2) T2/l (s2/cm)
l1 = 50,0 ± 0,1t1 = 14,29 ± 0,28T1 = 1,429 ± 0,028T12 = 2,0420 ± 0,0800 T12/l1 = 0,0408 ± 0,00168
l2 = 45,0 ± 0,1t2 = 13,52 ± 0,24T2 = 1,352 ± 0,024T22 = 1,8279 ± 0,0649 T22/l1 = 0,0416 ± 0,00157
l3 = 60,0 ± 0,1t3 = 15,78 ± 0,32T3 = 1,578 ± 0,032T32 = 2,4900 ± 0,1010 T32/l1 = 0,0415 ± 0,00175

- Vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của T vào l. Rút ra nhận xét

- Vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của T2 vào l. Rút ra nhận xét

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

Xem thêm: Top 10 Gửi Thời Thanh Xuân Ấm Áp Của Chúng Ta Zingtv, Phim Gửi Thời Thanh Xuân Ấm Áp Của Chúng Ta

4. Kết luận:

a) Từ các kết quả nhận được ở trên suy ra: 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√l

Trong đó kết quả thí nghiệm cho ta giá trị a = 2,032

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

*

Trong đó

*
(với g lấy bằng 9,8m/s2)

So sánh kết quả đo a cho thấy công thức (*) đã được nghiệm đúng.

c) Tính gia tốc trọng trường g tại nơi làm thí nghiệm theo giá trị a thu được từ thực nghiệm.