Giải bài 16 vật lí 10: Thực hành: Xác định hệ số ma sát

Nội dung bài học gồm ba phần:

• Chuẩn bị thực hành và tiến hành thí nghiệm
• Viết báo cáo thực hành
• Trả lời câu hỏi SGK trang 92

A. Chuẩn bị thực hành và tiến hành thí nghiệm

I. Mục đích

• Vận dụng phương pháp động lực học để nghien 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 lý 10)

II. Cơ sở lý thuyết

• Cho một vật nằm trên mặt phẳng nghiêng P, góc nghiêng α.
• Khi góc nghiêng α lớn, vật chuyển động trượt xuống dốc với gia tốc a:
• Độ lớn gia tốc a chỉ phụ thuộc góc nghiêng α và hệ số μ_t hệ số ma sát trượt:

a = g.(sinα – μ_t.cosα) 

• Bằng cách đo a và α ta xác định được hệ số ma sát trượt μ_t

$\mu _{t}=tan\alpha -\frac{a}{gcos\alpha }$ trong đó a = $\frac{2s}{t^{2}}$

III. Dụng cu thí nghiệm

Chuẩn bị các dụng cụ:

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 tăc đóng ngắt để giữ và thả trượt vật.
3. Giá đỡ mặt phẳng nghiêng.
4. Trụ kim loại dường kính 3cm, cao 3 cm
5. Máy đo thời gian có cổng quang điện E.
6. Thước thẳng 800mm
7. Một eke vuông ba chiều

IV. Lắp ráp thí nghiệm

• Đặt máng nghiêng có lắp nam châm điện và cổng quang điện E lên giá đỡ.
• Nam châm điện N lắp với đầu H của máng nghiêng, nối qua hộp công tắc và cắm vào ổ A của đồng hồ đo thời gian nhờ một phích cắm có 5 chân. Cổng quang điện E nối vào ổ B của đồng hồ đo thời gian.
• Hạ thấp khớp nối để giảm góc nghiêng α sao cho khi đặt mặt đáy trụ thép lên máng, trụ không thể trượt xuống.
• Điều chỉnh thăng bằng của máng nghiêng sao cho dây dọi song song với mặt phẳng của thước đo góc.

V. Trình tự thí nghiệm

1. Xác định góc nghiêng giới hạn α₀ để vật bắt đầu trượt trên mặt phẳng nghiêng 

• Đặt mặt trụ thép lên mặt phẳng nghiêng. Tăng dần góc nghiêng α
• Khi vật bắt đầu trượt thì dừng. Đọc và ghi giá trị α₀ vào bảng 16.1

2. Đo hệ số ma sát trượt

• Đưa khớp nối lên vị trí cao hơn để tạo góc nghiêng α > α₀. Đọc giá trị α , ghi vào băng 16.1.
• Bật khóa K để đưa điện vào đồng hồ đo thời gian hiện số.
• Xác định vị trí ban đầu s₀ của trụ thép. Ghi giá trị s₀ vào bảng 16.1
• Dịch chuyển cổng quang điện E đến vị trí các  s₀ một khoảng s = 400m. Nhấn nút RESET của đồng hồ để đưa chỉ thị số về giá trị 0.000.
• 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.
• Đặt lại trụ thép vào vị trí  s₀  và lặp lại thêm 4 lần phép đo thời gian t.
• Kết thúc thí nghiệm: Tắt đồng hồ đo thời gian.

B. Báo cáo 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?

Hướng dẫn:

• Lực ma sát xuất hiện trượt xuất hiện ở mặt tiếp xúc của vật đang trượt trên một bề mặt.
• Các loại lực ma sát gồm có: ma sát trượt, ma sát lăn và ma sát nghỉ.
• Công thức tính hệ số ma sát trượt:

$\mu _{t}=tan\alpha -\frac{a}{gcos\alpha }$

• Cách xác định hệ số ma sát trượt dùng mặt phẳng nghiêng là:
• Cho một vật nằm trên mặt phẳng nghiêng P, với góc nghiêng α so với mặt nằm ngang. Khi α nhỏ, vật vẫn nằm yên trên P, không chuyển động. Khi ta tăng dần độ nghiêng α ≥ α₀, vật chuyển động trượt xuống dưới 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:
• Bằng cách đo a và α ta xác định được hệ số ma sát trượt μ_t:

$\mu _{t}=tan\alpha -\frac{a}{gcos\alpha }$

2. Kết quả thực hành

Bảng 16.1. Xác định hệ số ma sát trượt

a,

b, Kết quả xác định hệ số ma sát trượt:

$\mu _{t}=\overline{\mu _{t}}+\overline{\Delta \mu _{t}}=0,241\pm 0,003$

C. Trả lời câu hỏi SGK trang 92

1. So sánh giá trị hệ số ma sát trượt xác định được bằng thực nghiệm và hệ số ma sát trượt cho ở bảng 13.1 (sách giáo khoa vật lý 10?

Hướng dẫn: 

So sánh hệ số ma sát trượt đã tính được với hệ số ma sát trượt trong bảng 13.1

2. Trong phép đo này, khi tính sai số phép đo μ_t đã bỏ qua những sai số nào?

Hướng dẫn: 

Trong phép đo này, khi tính sai số phép đo μ_t đã bỏ qua sai số ngẫu nhiên và sai số hệ thống.