Thí nghiệm khảo sát mối liên hệ giữa gia tốc, lực và khối lượng (Định luật II Newton)

Phương trình / Quy luật áp dụng: F = m_h·g, m đọc từ cân, a tính từ băng giấy

Giải thích chuẩn SGK: Thí nghiệm này lấy trọng lượng của các quả nặng treo làm lực kéo (SGK tr. 88 “Lực kéo tác dụng lên xe lăn có thể coi bằng trọng lượng của các quả nặng treo”), dùng băng giấy để tính gia tốc (tr. 89 Phương pháp 2), dùng cân để đo khối lượng (tr. 89) — bộ thí nghiệm theo đúng Phương án tham khảo 1 ở Hình 4.2-2.

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Nhận biết dụng cụ là kỹ năng đầu tiên của thí nghiệm bắt buộc (Yêu cầu cần đạt tr. 13 “Biết sử dụng các dụng cụ thí nghiệm cơ học cơ bản để thu thập dữ liệu”).

Phương trình / Quy luật áp dụng: m·g·sinθ₀ = μ·m·g·cosθ₀ → tanθ₀ = μ

Giải thích chuẩn SGK: Cân bằng lực cản chính là làm cho thành phần trọng lực dọc theo máng gỗ vừa vặn triệt tiêu lực ma sát (SGK tr. 90 “Sao cho khi không chịu lực kéo, xe lăn có thể kéo theo băng giấy chuyển động thẳng đều dọc theo máng gỗ”); tiêu chí kiểm tra là khoảng cách giữa các chấm trên băng giấy đều nhau chứ không phải “cứ kê lên là xong”; nếu kê quá cao sẽ làm dư ra một lượng gia tốc μ·g = 0.196 m/s².

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Trọng tâm kiểm tra: Cách thực hiện và tiêu chí cân bằng lực cản; giải thích tại sao không được bỏ qua việc “kéo theo băng giấy”.

Phương trình / Quy luật áp dụng: T = 4 × 0.02 s = 0.1 s

Giải thích chuẩn SGK: SGK tr. 37 “Đặt xe lăn dừng ở vị trí gần đồng hồ đánh dấu. Khởi động bộ đếm thời gian, sau đó thả xe lăn…… Ngay sau đó, lập tức tắt nguồn điện”; đồng hồ đánh dấu dùng nguồn điện xoay chiều 50 Hz, cứ 0.02 s gõ một chấm, do đó “giữa hai điểm đếm liên tiếp có 4 chấm không vẽ ra” = khoảng thời gian giữa hai điểm đếm là 0.1 s.

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Trọng tâm kiểm tra: Trình tự thao tác và giải thích lý do; cụm từ “giữa hai điểm đếm có 4 chấm không vẽ ra” có nghĩa là T = 0.1 s.

Phương trình / Quy luật áp dụng: vₙ = (xₙ + xₙ₊₁)/(2T)；a = [(x₃+x₄) − (x₁+x₂)]/(4T²)

Giải thích chuẩn SGK: Hiệu hai quãng đường liên tiếp không đổi ⟹ chuyển động nhanh dần đều; vₙ = (xₙ + xₙ₊₁)/(2T) (SGK tr. 23–24 “Dùng vận tốc trung bình trên đoạn nhỏ để đại diện cho vận tốc tức thời tại điểm chính giữa”), hệ số góc của đường thẳng nối 3 điểm chính là gia tốc a (mục Phân tích dữ liệu tr. 37 SGK). Vì băng giấy đã lược bỏ các chấm dày đặc ở đoạn đầu nên vận tốc tại mốc đầu v₀ = 0.40 m/s ≠ 0, do đó không thể áp dụng công thức a = 2x/t².

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Trọng tâm kiểm tra: Tính gia tốc từ băng giấy (hệ số góc đồ thị v–t / phương pháp hiệu số liên tiếp); điều kiện áp dụng công thức “a = 2x/t² đòi hỏi vận tốc ban đầu bằng 0”.

Phương trình / Quy luật áp dụng: a = F / m (m không đổi) · k_F = Σ(F·a)/ΣF²

Giải thích chuẩn SGK: Giữ biến cố định: khi chỉ thay đổi lực kéo thì a ∝ F; đồ thị a–F là đường thẳng đi qua gốc tọa độ (SGK tr. 91 “Nếu các điểm này nằm sát một đường thẳng đi qua gốc tọa độ thì chứng tỏ gia tốc a tỉ lệ thuận với lực kéo F”), hệ số góc chính là 1/m. Năm giá trị này trùng khớp từng chữ số với Bảng 4 trong SGK — trong đó ô 0.67 trong SGK để trống yêu cầu học sinh tự điền (tính theo a = F/m ra đúng 0.67).

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Trọng tâm kiểm tra: Dựa vào đường thẳng a–F đi qua gốc tọa độ để kết luận tỉ lệ thuận, và tìm khối lượng từ hệ số góc (SGK tr. 91).

Phương trình / Quy luật áp dụng: a ∝ 1/m (F không đổi) · k_R = Σ((1/m)·a)/Σ(1/m)²

Giải thích chuẩn SGK: Từ đường cong hypebol rất khó kết luận trực tiếp mối quan hệ tỉ lệ nghịch (SGK tr. 91 “Chúng ta rất khó nhận biết trực quan bằng mắt thường xem đường cong có phải là hypebol hay không”); khi đổi sang trục a–1/m, nếu đồ thị là đường thẳng đi qua gốc tọa độ thì có thể khẳng định ngay a ∝ 1/m (nguyên văn SGK tr. 92) — bước này chính là phép đổi trục từ Hình 4.2-4 → Hình 4.2-5 → Hình 4.2-7 trong SGK. Năm con số này trùng khớp với Bảng 5 SGK, trong đó ô ứng với m = 0.31 kg là ô trống để học sinh tự tính điền vào kết quả 0.94.

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Trọng tâm kiểm tra: Đồ thị a–1/m (SGK tr. 92; Bài tập 2 tr. 93 yêu cầu vẽ đồ thị này).

Phương trình / Quy luật áp dụng: a = F/m ∓ μ·g (Tung độ gốc) · a_thực/a_lý_thuyết − 1 = −m_h/(m+m_h)

Giải thích chuẩn SGK: Dấu của giao điểm trục tọa độ giúp nhận biết ngay trạng thái: cắt trục F ở nửa trục dương = chưa triệt tiêu hết ma sát (chưa cân bằng đủ); cắt trục a ở nửa trục dương = kê máng quá dốc. Khi khối lượng quả nặng treo không thỏa mãn điều kiện “rất nhỏ so với khối lượng xe lăn” thì giả thiết F = m_h·g không còn đúng nữa (chú thích lề tr. 88 SGK “điều kiện là khối lượng quả nặng treo phải nhỏ hơn rất nhiều so với khối lượng xe lăn”), biểu hiện thành đường đồ thị bị uốn cong xuống ở phần đầu trên và khối lượng tính từ hệ số góc bị lớn hơn thực tế.

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Năng lực thực nghiệm: Nêu được nguồn gốc và chiều hướng sai số (Yêu cầu cần đạt tr. 13 “Biết rằng trong thí nghiệm luôn tồn tại sai số”).

Phương trình / Quy luật áp dụng: k_F = 1/m → m_đo = 1/k_F; |m_đo − m|/m ≤ 5 %

Giải thích chuẩn SGK: Không có kết luận mới: vận dụng tổng hợp 7 bước trước — giữ biến cố định (m không đổi) + đo gia tốc a từ băng giấy + hệ số góc đường thẳng qua gốc tọa độ = 1/m. Đây chính là phiên bản định lượng của mệnh đề ở tr. 91 SGK.

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Tổng hợp: Giữ biến cố định + Đo gia tốc a từ băng giấy + Hệ số góc qua gốc tọa độ = 1/m.

Giải thích chuẩn SGK: Đáp án đúng: Giữa băng giấy và khe dẫn hướng cũng có lực ma sát nên cần phải cân bằng luôn cả phần ma sát này. Trong lực cản có cả lực ma sát giữa băng giấy và khe dẫn hướng; chỉ khi điều chỉnh góc nghiêng lúc xe “kéo theo băng giấy” thì khi làm thí nghiệm chính thức lực cản mới thực sự được cân bằng.

Giải thích chuẩn SGK: Đáp án đúng: 0.1 s. 0.02 s × 5 khoảng = 0.1 s (dữ kiện trong Bài tập 2 tr. 93 SGK).

Giải thích chuẩn SGK: Đáp án đúng: Đồ thị a–1/m có phải là đường thẳng đi qua gốc tọa độ hay không. SGK tr. 91–92: Khi đồ thị a–m là đường cong thì không thể nhận biết trực quan có phải hypebol (tỉ lệ nghịch) hay không, do đó phải chuyển sang vẽ đồ thị a–1/m; nếu thu được đường thẳng đi qua gốc tọa độ mới kết luận được chúng tỉ lệ nghịch.

Giải thích chuẩn SGK: Đáp án đúng: Cắt trục F tại nửa trục dương. Ta có a = F/m − μ·g: lực kéo F phải lớn hơn μ·m·g thì xe mới bắt đầu chuyển động, do đó đường thẳng cắt trục F tại nửa trục dương (trong bài học này là +0.0706 N).