Khảo sát độ lớn lực hướng tâm theo bán kính, tốc độ góc và khối lượng

Phương trình / Quy luật áp dụng: Fn = mω²r

Giải thích chuẩn SGK: Quả cầu chuyển động tròn đều, lực hướng tâm do áp lực của tấm chắn tay ngang tác dụng lên quả cầu cung cấp; phản lực của quả cầu lên tấm chắn truyền qua đòn bẩy làm ống lồng hạ xuống, để lộ thước đo. SGK trang 29 nêu rõ: “Dựa vào các vạch chia đều đỏ trắng xen kẽ lộ ra trên thước đo, có thể tính sơ bộ tỉ số lực hướng tâm tác dụng lên hai quả cầu” — thiết bị này cho biết tỉ số chứ không cho biết mỗi lực bằng bao nhiêu Newton.

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Nhận biết dụng cụ + “Lực hướng tâm được đặt tên theo tác dụng” (Yêu cầu cần đạt GDPT 2018 tr.16: “Biết sử dụng dụng cụ thí nghiệm được cung cấp để tiến hành thí nghiệm và thu thập dữ liệu”; SGK tr.27).

Phương trình / Quy luật áp dụng: Tỉ số m = Tỉ số r = Tỉ số ω = 1

Giải thích chuẩn SGK: Thí nghiệm ở SGK tr.29 cho hai quả cầu quay đồng thời và đọc số đồng thời, nên nếu bất kỳ đại lượng nào khác nhau thì kết quả đọc được không còn là ảnh hưởng của riêng một đại lượng đó; sau khi cả bốn mục khớp nhau và hai thước đo cao bằng nhau (tỉ số vạch 1.00), thiết bị mới coi là “đã hiệu chỉnh xong” — đây cũng là tiền đề để ba bước tiếp theo có giá trị.

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Trọng tâm kiểm tra: Hiệu chỉnh đồng bộ biến số ban đầu và tiêu chí “hai thước đo cao bằng nhau”.

Phương trình / Quy luật áp dụng: F ∝ m (r, ω không đổi)

Giải thích chuẩn SGK: Khi chỉ thay đổi khối lượng, tỉ số vạch bằng tỉ số khối lượng ⟹ F ∝ m. Câu hỏi ở SGK tr.29 “Làm thế nào để khi thay đổi một đại lượng vật lý thì vẫn giữ các đại lượng vật lý khác không đổi” được trả lời ngay tại đây: khi đã đổi khối lượng quả cầu thì bậc bán kính và bậc dây đai tuyệt đối không được chạm vào.

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Trọng tâm kiểm tra: Phương pháp cố định biến số + xác định tỉ lệ thuận qua đường thẳng đi qua gốc tọa độ (câu hỏi SGK tr.29 + phương pháp Vật lý 10 tr.92).

Phương trình / Quy luật áp dụng: F ∝ r (m, ω không đổi)

Giải thích chuẩn SGK: Khi chỉ thay đổi bán kính, tỉ số vạch bằng tỉ số bán kính ⟹ F ∝ r (bậc nhất, không phải bình phương); bán kính tăng gấp đôi thì lực cũng tăng gấp đôi, đồng thời tốc độ dài cũng tăng gấp đôi (v = ωr) — vì vậy “F ∝ v²” và “F ∝ r” hoàn toàn không mâu thuẫn: khi v tăng thì r cũng tăng.

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Trọng tâm kiểm tra: Số mũ của bán kính (bậc nhất), mối liên hệ v = ωr.

Phương trình / Quy luật áp dụng: F ∝ ω² (m, r không đổi)

Giải thích chuẩn SGK: Tốc độ góc quả cầu phải tăng 2 lần thì lực hướng tâm tăng 4 lần; tăng 3 lần thì lực tăng 9 lần ⟹ F ∝ ω² (không phải bậc nhất theo ω). Bài tập 3 SGK tr.26 nêu “truyền động ma sát không trượt → ω tỉ lệ nghịch với r” chính là nguồn gốc của tỉ số puli bậc 1:2:3 ở bước này.

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Trọng tâm kiểm tra: Số mũ của ω (bình phương), truyền động ma sát không trượt ⇒ ω tỉ lệ nghịch với r (Bài tập 3 SGK tr.26).

Phương trình / Quy luật áp dụng: Fn = mω²r = m v²/r

Giải thích chuẩn SGK: Gộp cả ba đại lượng lại ta được Fn = mω²r; kết hợp với v = ωr suy ra ngay Fn = m v²/r (hai công thức đóng khung đỏ trên cùng trang 29 SGK). Hai chế độ khác nhau có thể ghép ra cùng một tỉ số vạch chỉ khi “số mũ của ba đại lượng lần lượt là 1, 1, 2” — đây là bằng chứng thuyết phục nhất của bài học này.

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Tổng hợp: Suy diễn qua lại giữa hai công thức + tính toán bằng số liệu bài tập SGK (0.16 N là đáp số bài tập, không phải số đọc trên máy).

Phương trình / Quy luật áp dụng: Tỉ số vạch_thực = Tỉ số vạch_danh định ÷ 0.94²

Giải thích chuẩn SGK: Dây đai trượt làm quả cầu phải quay chậm hơn mức danh định → lực hướng tâm bên phải nhỏ hơn → tỉ số vạch lớn hơn (chiều sai lệch cố định ở A2.18, có thể tính kiểm chứng); vài phần trăm chênh lệch ở tỉ số vạch không phải do định luật sai, mà chính là điều SGK gọi là “ước tính sơ bộ”: thước đo chỉ đếm được số vạch nguyên (mỗi bên ±0.5 vạch, cận trên sai số tỉ số là 0.5/trái + 0.5/phải).

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Năng lực thực nghiệm: Nêu được nguồn gốc và chiều của sai số (Yêu cầu cần đạt GDPT 2018 tr.16: “Biết thí nghiệm luôn tồn tại sai số”).

Phương trình / Quy luật áp dụng: F ∝ ω²: Hệ số góc = 1

Giải thích chuẩn SGK: Không có kết luận mới: vận dụng lại phương pháp ở Bước 5 — chỉ thay đổi một đại lượng + tỉ số vạch hai thước đo + đường thẳng đi qua gốc tọa độ. Kiểm tra bình phương của ω thay vì bậc nhất của r vì học sinh dễ sai nhất ở chỗ này (tưởng quay nhanh gấp 2 lần thì số vạch chỉ tăng gấp 2 lần).

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Kiểm tra tổng hợp: Cố định biến số + đọc thước đo + hệ số góc đường thẳng qua gốc tọa độ, tập trung kiểm tra điểm dễ nhầm nhất “ω bình phương”.

Giải thích chuẩn SGK: Đáp án đúng: 32 vạch. Tỉ số vạch = Tỉ số khối lượng × Tỉ số bán kính × (Tỉ số tốc độ góc)² = 1 × 1 × 4 → Quả cầu phải chịu lực gấp 4 lần quả cầu trái: 8 × 4 = 32 vạch.

Giải thích chuẩn SGK: Đáp án đúng: 72 vạch. Tỉ số tốc độ góc bằng 3 → Tỉ số vạch bằng 3² = 9: 8 × 9 = 72 vạch (không phải 71, cũng không phải 24).

Giải thích chuẩn SGK: Đáp án đúng: 2 lần. Bán kính là hàm bậc nhất: tỉ số r bằng 2 → tỉ số vạch bằng 2 (16 vạch / 8 vạch). Nếu là quan hệ bình phương thì mới gấp 4 lần.

Giải thích chuẩn SGK: Đáp án đúng: 0.16 N. Fn = mω²r = 0.10 × 4² × 0.10 = 0.16 N (đáp số tính theo số liệu bài tập SGK).

Giải thích chuẩn SGK: Đáp án đúng: Quả cầu phải không quay nên không có lực hướng tâm. Áp lực lên tấm chắn sinh ra do quả cầu chuyển động tròn; puli bậc bên phải được kéo quay nhờ dây đai, khi dây đai tuột thì không có lực hướng tâm, ống lồng không hạ xuống và thước đo không lộ vạch.