Bài giảng môn học Vật lý lớp 10 - Bài 12: Định luật II: Niutơn định luật bảo toàn động lượng

Bài 12 Định luật II niutơn Định luật bảo toàn Động lượng a. lý thuyết. Đọc SGK Vật lý lớp 10 phần:"Định luật II Newtơn " và "Định luật bảo toàn động lượng ". Trả lời các câu hỏi: Nội dung định luật II Niutơn Cách xãc định a, m, F bằng thực nghiệm Điều kiện áp dụng định luật bảo toàn động lượng b. Thực hành. I. Thí nghiệm khảo sát "Định luật II Niutơn ". Mục đích. Khảo sát "Định luật II Newtơn ". 2. Dụng cụ. Xe (ME-9430) Ròng rọc có kẹp, Dây nối Cân Ray trượt Chân đế và thanh trụ đỡ (ME-9355) Quả cân và bộ treo quả cân Bộ chặn bằng kim loại Một sensor chuyển động (Motion sensor). 3. Tiến hành. Điều chỉnh độ thăng bằng của ray trượt bằng một chiếc xe lên ray để xem nó chuyển động về hướng nào. Vặn vít điều chỉnh ở chân của ray trượt cho đến khi chiếc xe ở trên ray trượt không chuyển động. Dùng cân để xác định khối lượng xe. Kẹp ròng rọc vào cuối của ray trượt như hình vẽ H12.1. Nối một đầu đoạn dây với xe và treo thêm gia trọng ở đầu còn lại và vắt qua ròng rọc. Đoạn dây phải đủ dài sao cho chiếc xe chạm vào bộ chặn cuối ray trượt trước khi gia trọng phụ rơi xuống sàn . Kéo xe ngược trở lại cho đến khi gia trọng sát tới ròng rọc, ghi lại vị trí này. Đây là vị trí thả vật treo của các lần làm thí nghiệm. Vì thời gian thực hiện là rất ngắn nên có thể bỏ qua ma sát. Ghi giá trị khối lượng xe. Ghép nối máy tính. Setup thí nghiệm trên giao diện Data studio Chạy chương trình Data studio, nháy chuột vào biểu tượng "experiment". Trên cửa sổ chương trình thí nghiệm " Experiment Setup", chọn một sensor chuyển động bằng cách kích chuột kép vào biểu tượng Motion sensor và nối với cổng số1,2 của giao diện máy tính . Chọn đơn vị đo là m/s ; m/s2 trong cửa sổ " Measurement". Kích chuột kép vào biểu tượng "Grap" trên cửa sổ "Display" vẽ đồ thị khảo sát, chọn trục X là trục thời gian, trục Y là trục vận tốc ; trục Y là trục gia tốc . Kích chuột vào nút Star thực hiện chương trình. Thả tay cho xe chuyển động Kích chuột vào nút Stop để dừng chương trình. Làm thí nghiệm với các gia trọng khác nhau, dựa vào đồ thị (hoặc bảng số liệu) rút ra kết luận . Tăng khối lượng xe lên gấp đôi, làm lại thí nghiệm như trên. Rút ra kết luận. II. Khảo sát " Định luật bảo toàn động lượng " . 1. Mục đích . Khảo sát định luật bảo toàn động lượng. 2. Dụng cụ. Xe có gia trọng phụ (ME-9430) Thước đo Xe va chạm (ME-9454) 3. Tiến hành. * Ghép nối máy tính : Setup thí nghiệm trên giao diện Data studio Chạy chương trình Data studio, nháy chuột vào biểu tượng "experiment". Trên cửa sổ chương trình thí nghiệm " Experiment Setup", chọn hai sensor chuyển động bằng cách kích chuột kép vào biểu tượng Motion sensor và nối với cổng số1,2 và 3,4 của giao diện máy tính . Chọn đơn vị đo là m/s trong cửa sổ " Measurement". Kích chuột kép vào biểu tượng "Grap" trên cửa sổ "Display" vẽ đồ thị khảo sát, chọn trục X là trục thời gian, trục Y là trục vận tốc. Setup thí nghiệm trên hệ cơ học Điều chỉnh độ thăng bằng của ray trượt. * Thí nghiệm với trường hợp va chạm đàn hồi. Trường hợp M1 = M2 Đặt M1 đứng yên ở giữa ray trượt, M2 ở gần một đầu của ray trượt (đặt 2 xe đầu có nam châm hướng vào nhau). Kích chuột vào nút Star đồng thời đẩy nhẹ 2 đến va chạm vào xe 1. Kích chuột vào nút Stop để dừng chương trình ghi. Ghi số liệu thu được vào bảng 12.1 Bảng 12.1 Lần V1= 0 V2 V1’ V2’ 1 2 3 Từ các kết quả trên, tính tổng động lượng của hai xe trong trường hợp này. Bảng 12.2. Lần Trước va chạm P = M2V2 Sau va chạm P’ = M1V’1 + M2V’2 Sai số DP = P’-P 1 2 3 Trường hợp M1 = 2M2 Tiến hành thí nghiệm tương tự như trên. Từ các số liệu thu được rút ra nhận xét về động lượng của hệ hai xe trong trường hợp này. * Thí nghiệm với trường hợp va chạm mềm (M1 = M2) - Quay 2 đầu xe có miếng ráp hướng vào nhau. - Tiến hành thí nghiệm tương tự như trên. Từ các kết quả trên rút ra nhận xét động lượng của hệ 2 xe trước và sau va chạm. C. Báo cáo thí nghhiệm. 4 Mục đích , yêu cầu thí nghiệm 4 Kết quả thí nghiệm (tự vẽ đồ thị hoặc lập bảng số) và các kết luận rút ra từ thí nghiệm. 4 Soạn đề cương giảng “Định luật II Niutơn có thí nghiệm minh hoạ”dạy một trong hai bài trên. Bài 13 Định luật Sác lơ và định luật gay - luyt sắc A. Lý thuyết. 1. Đọc SGK Vật lýn 10 phần Thuyết động học phân tử và chất khí lý tưởng. 2. Trả lời các câu hỏi sau. - Phát biểu nội dung các định luật khí lý tưởng. - Điều kiện để các định luật đó nghiệm đúng. - Tóm tắt logic bài giảng. B. Thực hành. I. Định luật Sác Lơ. 1. Mục đích. Khảo sát định luật Sác Lơ với sự trợ giúp của máy tính . 2. Dụng cụ. Bộ thí nghiệm các định luật chất khí Senxơ áp suất CI – 6532 (Pressure Sensor). Senxơ nhiệt độ CI- 6505 (Temperature Sensor). Giao diện, bộ ghép nối máy tính. Bếp điện(Hot place). Cốc thuỷ tinh Pyex và nước. 3. Tiến hành. Nối giao diện với máy tính. Bố trí thí nghiệm như sơ đồ hình 13.1 Nối bình khí đã được nút chặt bằng nút cao su có 2 lỗ bằng 1 đoạn ống với 1 cổng ở trên đế thiết bị. Nối sensơ nhiệt độ vào lỗ còn lại của nút cao su. Nối sensor áp suất vào cổng còn lại trên thiết bị. Lưu ý: Dùng mỡ bôi trơn đầu đo nhiệt độ để dễ nối vào nút cao su và để bảo vệ đầu đo khỏi bị hỏng. Nối đầu đo áp suất và nhiệt độ với bộ ghép nối máy tính và đặt chương trình cho Science Workshop để vẽ nhiệt độ phụ thuộc vào áp suất. Lưu ý: Có thể dùng nhiệt kế đặt vào cốc đựng để thay cho sensơ nhiệt độ. Không nên để nhiệt kế tiếp xúc với đáy cốc. Ngâm bình khí vào trong cốc nước đặt trên bếp và bật bếp đun. Nối Sensor nhiệt độ và áp suất với giao diện máy tính Chạy chương trình DataStudio, trên cửa sổ giao diện nháy kép vào biểu tượng chọn sensor áp xuất và nhiệt độ “Pressure sensor” và “Temperature sensor”. Nháy kép vào “Pressure sensor” và “Temperature sensor” lựa chọn giá trị đo “pressure Kpa” và “temperature, 0K”. Đặt tốc độ lấy mẫu “Samling Rate” là 200Hz. Kích chuột kép vào biểu tượng “Graph”, chọn trục X là trục nhiệt độ bằng cách kích chuột vào thông số Pressure (Kpa) trên cửa sổ “Data” di chuột đến trục X trên đồ thị cho đến khi xuất hiện hình chữ nhật không liền nét bao quanh trục X sau đó nhả chuột. Chọn trục Y là trục áp suất bằng cách kích chuột vào thông số Temperature trên cửa sổ“Data”thực hiện thao tác tương tự như đối với trục X. Kích chuột vào nút “Start” chạy chương trình và ghi số liệu (Đo nhiệt độ và áp suất khi nước bị nóng lên. Quan sát đồ thị biểu thị sự phụ thuộc giữa T và P trên máy tính. Nhận xét và rút ra kết luận. II. Định luật Gay - Luýt Sắc. 1. Mục đích. Khảo sát định luật Gay – Luýt Sắc. 2. Dụng cụ. Bộ thí nghiệm các định luật chất khí. Senxơ nhiệt độ CI- 6505 (Temperature Sensor). Bếp điện Bình nước. 3. Tiến hành. 3.1. Cách 1. Bố trí thí nghiệm như sơ đồ hình 13.2. Nối 1 đầu ống dẫn khí ở nút cao su của bình khí với 1van không khí trên đế xylanh, sau đó đóng van còn lại để khí không thoát ra ngoài. Quay đế thiết bị nằm trên mặt bên của nó (thiết bị ở vị trí nằm ngang như hình vẽ). ở vị trí này, lực tác dụng lên thiết bị này là áp suất khí quyển và bằng nhau trong khoảng dịch chuyển của piston. Đặt bình khí vào bình nước nóng. Sau khi toàn bộ bình khí ổn định nhiệt động, xác định nhiệt độ và độ cao của piston. Thả các cục đá lạnh vào bình nước, đo nhiệt độ và độ dịch chuyển của piston tại các lần khác nhau. Tính toán thể tích khí tại các vị trí khác nhau đã đo và vẽ đồ thị thể tích phụ thuộc nhiệt độ (độ cao bên trong x diện tích của piston với đường kính là 32,5cm). * Thực hiện ghép nối máy tính: Chạy chương trình Datastudio. Nối Sensor nhiệt độ với bộ ghép nối (Cổng A). Trên giao diện chương trình chọn “Create experiment” Lựa chọn Sensor nhiệt độ: Kích chuột vào “Temperature Sensor” giữ chuột và di đến kênh A trên giao diện máy tính, đặt tốc độ lấy mẫu “Samling Rate” của sensor điện áp là 5Hz, chọn đơn vị đo là độ “0K” trên cửa sổ “Measurement” Kích chuột vào nút “option” trên cửa sổ “ experiment setup” trên cửa sổ hiện ra tích chuột vào “keep data” tiếp tục kích chuột vào nút “Edit all properties”. Trên cửa sổ hiện ra, đặt tên ở mục “Name” là V (Thể tích), “Variable name” là V (thể tích), “Variable unit” đặt đơn vị “mm”. Kích chuột nút “ok” tiếp tục kích nút “ok”. Lúc này ta thấy trên cửa sổ “Data” hiển thị dữ liệu đo được nhập từ bàn phím V. Kích chuột kép vào biểu tượng “Graph”, chọn trục X là trục thể tích bằng cách kích chuột vào thông số V (mm) trên cửa sổ “Data” di chuột đến trục X trên đồ thị cho đến khi xuất hiện hình chữ nhật không liền nét bao quanh trục X sau đó nhả chuột. Chọn trục Y là trục nhiệt độ bằng cách kích chuột vào thông số Temperature trên cửa sổ Data thực hiện thao tác tương tự như đối với trục x. Kích chuột vào nút “Star” thực hiện quá trình thu thập dữ liệu Kích chuột vào nút “Keep” trên thanh công cụ, một cửa sổ hiện ra nhập số liệu độ cao đọc được trên thân xilanh vào sau đó kích chuột vào nút “Ok”. Sau một khoảng thời gian Dt=20s (hoặc Dx=1,5mm) ta thực hiện quá trình nhập số liệu một lần. Quá trình thí nghiệm tiếp tục cho đến khi toàn nhiệt độ của bình khí cân bằng nhiệt động ta kết thúc thí nghiệm, kích chuột vào nút “Stop” 3.2. Cách 2. Đặt bình nước lên bếp, sau đó đặt bình khí vào bật bếp đun bình nước. Sau đó thực hiện các bước của phần ghép nối máy tính như cách 1 Ghi lại số liệu và nhận xét kết quả. C. Báo cáo thí nghiệm. 4 Mục đính, yêu cầu thí nghiệm 4 Tự lập bảng số liệu cho hai thí nghiệm trên. Ghi lại số liệu và nhận xét kết quả. 4 Soạn đề cương bài giảng “định luật Gay-Luýt sắc” có sử dụng thí nghiệm.