Chương II: Động Lực Học Chất Điểm – Vật Lý Lớp 10
Bài 16: Thực Hành Xác Định Hệ Số Ma Sát
Nội dung Bài 16: Thực Hành Xác Định Hệ Số Ma Sát thuộc Chương II: Động Lực Học Chất Điểm môn Vật Lý Lớp 10. Giúp các ban ôn tập lại cơ sở lí thuyết, cùng với đó là nắm vững các tính năng và nguyên tắc hoạt động của đồng hồ đo thời gian hiện số bằng nam châm điện, sau đó hướng dận lắp ráp tốt bộ dụng cụ thí nghiệm. Từ đó, các bạn có thế tự minh rèn luyện kỹ năng thực hành, luyện tập các thao tác một cách khéo léo để tìm ra phương pháp đó góc nghiêng của mặt phẳng nghiêng, và xác định đúng hệ số ma sát.
I. Mục Đích
Vận dụng phương pháp động lực học để nghiên cứu lực ma sát tác dụng vào một vật chuyển động trên mặt phẳng nghiêng. Xác định hệ số ma sát trượt, so sánh giá trị thu được từ thực nghiệm với số liệu cho trong Bảng 13.1 (sách giáo khoa Vật lí 10). (Bài 13 – SGK Vật Lí 10).
II. Cơ Sở Lý Thuyết
Cho một vật nằm trên mặt phẳng nghiêng P, với góc nghiêng α so vơi mặt nằm ngang. Khi α nhỏ, vật vẫn nằm yên trên P, không chuyển động. Tăng dần độ nghiêng, \(α ≥ α_0\), vật chuyển động trượt xuống với gia tốc a. Độ lớn của a chỉ phụ thuộc góc nghiêng α và hệ số \(μ_t\) – gọi là hệ số ma sát trượt:
\(\)\(a = g(sinα – μ_tcosα)\) (16.1)
Bằng cách đo a và α, ta xác định được hệ số ma sát trượt \(μ_t\):
\(μ_t = tanα – \frac{a}{gcosα}\) (16.2)
Gia tốc a xác định theo công thức: \(a = \frac{2s}{t^2}\), trong đo quãng đường đi được s đo bằng thước milimét, thời gian t đo bằng đồng hồ đo thời gian hiện số, điều khiển bằng công tắc và cổng quang điện. Góc nghiêng α có thể đọc ngay trên thước đo góc có quả dọi, gắn vào mặt phẳng nghiêng.
III. Dụng Cụ Thí Nghiệm
1. Mặt phẳng nghiêng có gắn thước đo góc và quả dọi.
2. Nam châm điện gắn ở đầu H của mặt phẳng nghiêng, có hộp công tắc đóng ngắt để giữ và thả vật trượt.
3. Giá đỡ mặt phẳng nghiêng.
4. Trụ kim loại (thép) đường kính 3 cm, cao 3 cm dùng làm vật trượt.
5. Máy đo thời gian có cổng quang điện E.
6. Thước thẳng 800 mm.
7. Một ke vuông ba chiều dùng xác định vị trí đầu của vật trượt.
IV. Lắp Ráp Thí Nghiệm
1. Đặt máng nghiêng có lắp nam châm điện N (Hình 16.1) và cổng quang điện E lên giá đỡ. Nam châm điện N được lắp ở đầu H của máng nghiêng, nối qua hộp công tắc và cắm vào ổ A của đồng hồ đo thời gian (Xem Hình 8.2, Bài 8) nhờ một phích cắm có 5 chân. Cổng quang điện E nối vào ổ B của đồng hồ đo thời gian.
2. Hạ thấp khớp nối để giảm góc nghiêng, sao cho khi đặt mặt đáy trụ thép lên máng, trụ không thể tự trượt xuống. Điều chỉnh thăng bằng cho máng nghiêng nhờ các chân vít của giá đỡ, sao cho dây doi song song với mặt phẳng của thước đo góc.
V. Trình Tự Thí Nghiệm
1. Xác định góc nghiêng giới hạn \(α_0\) để vật bắt đầu trượt trên mặt phẳng nghiêng
a. Đặt mặt đáy trụ thép lên mặt phẳng nghiêng. Tăng dần góc nghiêng α bằng cách đẩy từ từ đầu I của nó, để máng nghiêng trượt trên thanh ngang của giá đỡ. Chú ý giữ chắc giá đỡ.
b. Khi vật bắt đầu trượt thì dừng đẩy. Đọc và ghi giá trị \(α_0\) vào Bảng 16.1.
2. Đo hệ số ma sát trượt
a. Đưa khớp nối lên vị trí cao hơn để tạo góc nghiêng \(α > a_0\). Đọc giá trị α, ghi vào Bảng 16.1.
b. Đồng hồ đo thời gian làm việc ở MODE A ↔ B và thang đo 9,999s. Bật khóa K để đưa điện vào đồng hồ đo thời gian hiện số. Khi đó nam châm điện được cấp điện từ ổ A của đồng hồ có thể hút và giữ trụ thép trên mặt phẳng nghiêng.
c. Xác định vị trí ban đầu \(s_0\) của trụ thép: Đặt trụ thép lên đầu H của máng nghiêng, sát với nam châm, mặt đáy tiếp xúc với mặt phẳng nghiêng. Dùng chiếc ke áp sát mặt nghiêng, đẩy ke đến vị trí chạm vào trụ thép, để xác định vị trí đầu \(s_0\) của trụ thép trên thước đo. Ghi giá trị \(s_0\) vào Bảng 16.1.
d. Nới lỏng vít để dịch chuyển cổng quang điện E đến vị trí cách \(s_0\) một khoảng s = 400 mm, rồi vặn vít hãm cố định vị trí cổng E trên máng nghiêng. Nhấn nút RESET của đồng hồ để đưa chỉ thị số về giá trị 0. 000.
e. Ấn nút trên hộp công tắc để thả cho vật trượt, rồi nhả nhanh trước khi vật đến cổng E. Đọc và ghi thời gian trượt t vào Bảng 16.1.
f. Đặt lại trụ thép vào vị trí \(s_0\) và lặp lại thêm 4 lần phép đo thời gian t.
Kết thúc thí nghiệm: Tắt điện đồng hồ đo thời gian.
Chú ý: Hệ số ma sát phụ thuộc nhiều vào trạng thái bề mặt tiếp xúc giữa các vật (bụi, ẩm ướt, các vật bám dính trên mặt…). Vì vậy cần lau sạch các bề mặt tiếp xúc của máng nghiêng và vật trượt trước khi thực hiện phép đo.
Báo Cáo Thực Hành
Họ Tên……………………… Lớp:……………………………….Ngày:……………………………………
Tên bài thực hành:……………………………………………………………………………………………..
1. Trả lời câu hỏi: Lực ma sát xuất hiện khi nào? Kể tên các loại lực ma sát và viết công thức tính hệ số ma sát trượt? Phương pháp xác định hệ số ma sát trượt dùng mặt phẳng nghiêng?
– Lực ma sát xuất hiện ở mặt tiếp xúc của vật đang trượt trên một bề mặt.
– Các loại lực ma sát: ma sát trượt, ma sát lăn, ma sát nghỉ.
– Công thức tính hệ số ma sát trượt:
\(μ_t = \frac{μ_{mst}}{N}\) (trượt ngang)
\(μ_t = tanα – \frac{a}{g.cosα}\) (trượt ngiêng)
– Cách xác định hệ số ma sát trượt dùng mặt phẳng nghiêng là:
Cách 1:
Thả vật trượt tự do trên mặt phẳng nghiêng, điều chỉnh góc nghiêng sao cho vật chuyển động trượt đều. Gọi góc trượt ấy là A (lấy số đo) thì hệ số ma sát trượt:
k = tanA – đây là hệ số ma sát trượt “động”.
Còn nếu ta để vật lên mặt nghiêng rồi tăng dần góc nghiêng, đến khi vật bắt đầu chuyển động thì đo góc nghiêng “B” ấy. Hệ số ma sát trượt nghỉ: f = tanB
Dĩ nhiên thì nghiệm (thực nghiệm) này phải thực hiện 3 – 5 lần, rồi lấy kết quả là trung bình cộng các kết quả (loại bỏ các kết quả lệch quá).
Cách 2:
Kéo vật chuyển động đều trên mặt phẳng ngang, dùng lực kế lò so để đo lực kéo F[N], dùng cân để xác định khối lượng “m”[kg] của vật. Hệ số ma sát trượt “động” của vật là:
\(k = \frac{F}{m.g}, g = 9,81 m/s^2\) – gia tốc trọng trường.
Nếu lực đo F [N] cho vật lúc đang đứng yên và bắt đầu chuyển động thì hệ số ma sát trượt “f” gọi là ma sát nghỉ:
\(f = \frac{F}{m.g}\)
Ma sát nghỉ bao giờ cũng lớn hơn ma sát động: f > k.
Mục đích:
– Vận dụng phương pháp động lực học để nghiên cứu lực ma sát tác dụng vào một vật chuyển động trên mặt phẳng nghiêng.
– Đo hệ số ma sát nghỉ cực đại, hệ số ma sát trượt, so sánh các giá trị từ thí nghiệm.
2. Kết quả thực hành
\(α^0\) | \(α(rad)\) | \(tan_α\) | \(cos_α\) | \(s\) |
20 | 0,349 | 0,364 | 0,94 | 0,6 |
n | t | \(a = \frac{2s}{t^2}\) | \(μ_t = tanα – \frac{a}{g.cosα}\) | \(Δμ_t\) |
1 | 1,014 | 1.167 | 0,237 | 0,004 |
2 | 1,02 | 1,153 | 0,239 | 0,002 |
3 | 1,043 | 1,103 | 0,244 | 0,003 |
4 | 1,038 | 1,114 | 0,243 | 0,002 |
5 | 1,044 | 1,101 | 0,241 | 0,003 |
Giá trị trung bình | 1,032 | 1,128 | 0,241 | 0,003 |
Bảng 16.1. Đo hệ số ma sát trượt.
a. Tính gia tốc a, hệ số ma sát trượt \(μ_t\) ứng với mỗi lần đo. Tính giá trị trung bình và sai số tuyệt đối trung bình của \(μ_t\) theo bảng 16.1
b. Viết kết quả của phép đo hệ số ma sát trượt: \(μ_t = \overline{μ_t} ± \overline{Δμ_t} = 0,241 ± 0,003\)
Nội dung Bài 16: Thực Hành Xác Định Hệ Số Ma Sát thuộc Chương II: Động Lực Học Chất Điểm môn Vật Lý Lớp 10. Giúp các bạn ôn tập lại cơ sở lí thuyết, nắm vững các tính năng và nguyên tắc hoạt động của đồng hồ đo thời gian hiện số bằng nam châm điện, lắp ráp tốt bộ dụng cụ thí nghiệm. Qua đó, các bạn có thể rèn luyện kĩ năng thực hành, luyện tập thao tác khéo léo để tìm ra phương pháp đo góc nghiêng của mặt phẳng nghiêng, xác định đúng hệ số ma sát. Hình thành và phát triển kĩ năng làm việc khoa học, trung thực, tự tin, say mê tìm hiểu khoa học.
Ng Duy T says
delta muy t có công thức sao zậy??