Thí nghiệm kiểm chứng Định luật bảo toàn cơ năng

Phương trình / Quy luật áp dụng: ΔEp = mgh_B，ΔEk = ½mv_B²

Giải thích chuẩn SGK: SGK tr. 96: Sử dụng đồng hồ đánh dấu để ghi lại quá trình rơi tự do của quả nặng. Ba đại lượng có ba cách đo riêng biệt — khối lượng đo bằng cân (tr. 96), độ cao rơi đo bằng thước thẳng từ điểm O đến các điểm trên băng giấy (tr. 98 Hình 8.5-5), vận tốc tính từ ba chấm liên tiếp (tr. 97 Hình 8.5-3); và điều kiện để cơ năng bảo toàn là chỉ có trọng lực sinh công (tr. 95).

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. 16 “Biết sử dụng các dụng cụ thí nghiệm được cung cấp để tiến hành thí nghiệm và thu thập dữ liệu”).

Phương trình / Quy luật áp dụng: T = 0.02 s (50 Hz) · Đoạn trống = ½g(0.10 s)² = 49.0 mm

Giải thích chuẩn SGK: Nguyên văn SGK tr. 98 “Trong thí nghiệm, bật nguồn điện trước, sau đó mới thả quả nặng”; đồng hồ đánh dấu dùng nguồn xoay chiều 50 Hz, cứ cách 0.02 s lại gõ một chấm (Vật lý 10 tr. 18), do đó khoảng thời gian giữa hai chấm liên tiếp là T = 0.02 s.

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Trọng tâm kiểm tra: Trình tự thao tác và giải thích lý do (Yêu cầu cần đạt tr. 16 “Xác định rõ các đại lượng vật lý cần đo trong thí nghiệm”).

Phương trình / Quy luật áp dụng: δh/h = 0.1 mm ÷ h_B

Giải thích chuẩn SGK: Ở Hình 8.5-5 tr. 98 SGK, sát cạnh điểm O là một chuỗi các chấm khích nhau, nếu lấy điểm đo quá gần O sẽ có sai số lớn; đáp án cho câu hỏi ở tr. 96 SGK “Nên chọn hai vị trí nào làm vị trí đầu và vị trí cuối của quá trình” là: chọn hai vị trí cách xa nhau và có vết chấm rõ nét — h càng lớn thì sai số tỉ đối ứng với độ chia 0.1 mm càng nhỏ.

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Trọng tâm kiểm tra: Lý do chọn vị trí các điểm đo trên băng giấy (Yêu cầu cần đạt tr. 16 “Xác định rõ vấn đề cần giải quyết trong thí nghiệm tìm tòi khám phá”).

Phương trình / Quy luật áp dụng: v_B = (h_C − h_A)/(2T) · ΔEp = mgh_B · ΔEk = ½mv_B²

Giải thích chuẩn SGK: Nguyên văn Hình 8.5-3 tr. 97 SGK: “Vận tốc tức thời tại điểm B bằng vận tốc trung bình giữa hai điểm A và C” — vận tốc tức thời tại thời điểm chính giữa của chuyển động biến đổi đều bằng vận tốc trung bình trong khoảng thời gian đó, nên phải lấy độ dịch chuyển giữa A và C chia cho 2T; đáp án Bài tập 1 tr. 98 SGK chính là ΔEp = mgh_B, ΔEk = ½mv_B² (không được lấy g nhân t để tính v, cũng không được lấy (h_C − h_B)/T làm vận tốc tại B).

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Trọng tâm kiểm tra: Cách tính vận tốc tức thời từ băng giấy (Yêu cầu cần đạt tr. 16 “Sử dụng đồ thị vật lý để biểu diễn dữ liệu thí nghiệm”).

Phương trình / Quy luật áp dụng: ½v² = k·h，k = Σ(h·½v²)/Σh²

Giải thích chuẩn SGK: Vẽ đồ thị ½v² theo h thu được đường thẳng đi qua gốc tọa độ chính là hệ quả trực tiếp khi giản ước khối lượng m ở phương trình bảo toàn cơ năng tại mục “Phân tích dữ liệu” tr. 96 SGK (½v² = gh); hệ số góc chính là gia tốc trọng trường g đo được từ băng giấy, so sánh nó với 9.8 m/s² chính là bước “kiểm chứng”. Nguyên văn SGK tr. 96: Thiết kế bảng tương ứng theo phương án thí nghiệm đã chọn để ghi số liệu.

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Trọng tâm kiểm tra: Xử lý dữ liệu bằng đồ thị và tìm đại lượng vật lý từ hệ số góc (Yêu cầu cần đạt tr. 16 “Phân tích dữ liệu để phát hiện đặc điểm quy luật, từ đó rút ra kết luận thí nghiệm”).

Phương trình / Quy luật áp dụng: ½v² = gh (Giản ước m) · δ = −f/(mg)

Giải thích chuẩn SGK: Chú thích bên lề tr. 96 SGK đặt câu hỏi “Trong khi làm thí nghiệm, thực ra có thể không cần đo khối lượng của vật. Hãy suy nghĩ xem tại sao?” — Bởi vì ở hai vế của ½mv² = mgh đều có thừa số m, khi lập tỉ số hoặc rút gọn sẽ triệt tiêu nhau, chỉ cần so sánh ½v² với gh là đủ nên không bắt buộc phải dùng cân. Trong điều kiện thực tế, quả nặng càng lớn thì tỉ phần công của lực cản càng nhỏ (δ = −f/(mg)), đây chính là ý trả lời đầu tiên cho Câu hỏi 1 tr. 96 SGK “Làm thế nào để giảm ảnh hưởng của lực cản”.

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Trọng tâm kiểm tra: Giữ biến cố định + Chú thích SGK “thực ra có thể không cần đo khối lượng của vật” (A7.5, A2.19).

Phương trình / Quy luật áp dụng: ΔEk = ΔEp − f·h · δ = −f/(mg) · k = g − f/m

Giải thích chuẩn SGK: Nguyên văn Bài tập 1(3) tr. 98 SGK “Nhiều kết quả thí nghiệm cho thấy độ giảm thế năng trọng trường lớn hơn một chút so với độ tăng động năng, theo em nguyên nhân là gì?” có đáp án là: khi quả nặng rơi phải chịu lực cản không khí và lực ma sát giữa băng giấy với khe dẫn hướng, lực cản sinh công âm ⇒ ΔEk = ΔEp − f·h, làm δ = −f/(mg) < 0 (chiều lệch luôn mang dấu âm); cách khắc phục: chọn quả nặng có khối lượng lớn (Bước 6), giữ băng giấy thẳng đứng và chỉnh các khe dẫn hướng thẳng hàng.

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. 16 “Biết rằng trong thí nghiệm luôn tồn tại sai số”; A7.4).

Phương trình / Quy luật áp dụng: k = Σ(h·½v²)/Σh² · |k/g − 1| ≤ 2 %

Giải thích chuẩn SGK: Không có kết luận mới: kết nối 7 bước trước để vận dụng hoàn chỉnh — chọn điểm, đo h, tính v, vẽ đồ thị và tìm hệ số góc chính là g. Đây chính là phép kiểm chứng định lượng định luật bảo toàn cơ năng ở tr. 92 SGK.

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Tổng hợp: Chọn điểm + Đo h + Tính v + Hệ số góc qua gốc tọa độ = g.

Giải thích chuẩn SGK: Đáp án đúng: Bật nguồn điện trước, sau đó mới thả quả nặng. Nguyên văn SGK tr. 98 “Trong thí nghiệm, bật nguồn điện trước, sau đó mới thả quả nặng”: nếu buông tay trước sẽ làm mất trắng các chấm ở đoạn đầu băng giấy.

Giải thích chuẩn SGK: Đáp án đúng: (h_C − h_A)/(2T). Hình 8.5-3 tr. 97 SGK: Vận tốc tức thời tại thời điểm chính giữa bằng vận tốc trung bình trong khoảng thời gian đó, nên lấy khoảng cách giữa hai điểm A và C chia cho 2T.

Giải thích chuẩn SGK: Đáp án đúng: Một đường thẳng đi qua gốc tọa độ, có hệ số góc ≈ g. Từ ½v² = gh (giản ước m): đồ thị đi qua gốc tọa độ và có hệ số góc bằng g; độ lệch (hệ số góc nhỏ hơn g một chút) là do công của lực cản.

Giải thích chuẩn SGK: Đáp án đúng: Lực cản không khí và lực ma sát giữa băng giấy với khe dẫn hướng sinh công âm. Bài tập 1(3) tr. 98 SGK hỏi đúng vấn đề này: lực cản sinh công âm ⇒ ΔEk = ΔEp − f·h, nên chiều sai lệch luôn mang dấu âm.