Vật lí 10 Bài 10–11: Sự rơi tự do và gợi ý thực hành đo gia tốc rơi tự do
Học liệu bổ trợ Bài 10: Sự rơi tự do, kèm gợi ý cho Bài 11: Thực hành: Đo gia tốc rơi tự do. Phần thực hành chưa thành bài riêng.
Mục tiêu và kiến thức nền
Nhận biết mô hình rơi tự do; tính thời gian, vận tốc và phân tích phép đo g.
Chuẩn bị: đọc đơn vị, đổi đơn vị SI và tính toán với số, vectơ đơn giản.
Không phải vật rơi nào cũng rơi tự do
Rơi tự do là chuyển động chỉ dưới tác dụng của trọng lực. Gần mặt đất, ở phạm vi độ cao nhỏ, g gần như không đổi. Một tờ giấy rơi chậm vì sức cản không khí đáng kể; viên bi đặc rơi quãng ngắn có thể gần mô hình rơi tự do hơn. Khối lượng không quyết định g trong mô hình này.
Thả rơi từ trạng thái nghỉ
Chọn chiều xuống dương và gốc tại nơi thả: v₀ = 0, a = g. Khi đó h = gt²/2 và v = gt. Nếu vật có vận tốc ban đầu thì phải trở lại công thức tổng quát, không dùng h = gt²/2 một cách máy móc. Giá trị g phải theo đề; nếu không nêu cần ghi giá trị chọn.
Đo g bằng dữ liệu rơi
Đo độ cao h và thời gian rơi t bằng bộ thả và cổng quang theo hướng dẫn. Tính g = 2h/t², đo lặp, tránh nhìn lệch thước và đồng bộ mốc bắt đầu. Sai số tương đối của g theo quy tắc cộng xấp xỉ δh + 2δt; vì vậy sai số thời gian rất quan trọng. Dùng vật nhỏ, độ cao thấp và khay hứng, không thả từ tầng cao.
Công thức và điều kiện áp dụng
Ví dụ có lời giải
Ví dụ 1. Rơi từ 20 m
Cho g = 10 m/s², thả từ nghỉ. t = √(2h/g) = √4 = 2 s. Ngay trước chạm đất v = 10×2 = 20 m/s, hướng xuống.
Ví dụ 2. Tính từ thí nghiệm
h = 0,80 m; t = 0,40 s. g = 2×0,80/0,40² = 10 m/s². Nếu δh = 1% và δt = 2%, ước lượng δg ≈ 1% + 2×2% = 5%.
Lỗi thường gặp
- Không dùng công thức thả từ nghỉ cho vật được ném.
- Không bỏ cản không khí khi nó đáng kể.
- Phân biệt thời gian rơi và thời điểm trên đồng hồ.
Tự kiểm tra và vận dụng
Thử trả lời trước khi mở lời giải. Để nhập đáp án, làm từng ý đúng/sai và luyện cả chủ đề, chọn bộ luyện ở cuối bài.
Câu 1. Trong chân không, hai vật thả cùng độ cao, cùng lúc từ nghỉ sẽ
Xem đáp án và lời giải
Đáp án C. Trong mô hình cùng g và cùng điều kiện đầu, thời gian √(2h/g) không phụ thuộc khối lượng.
Câu 2. Thả vật từ nghỉ trong 3 s, g = 10 m/s². Tốc độ cuối bằng bao nhiêu m/s?
Xem đáp án và lời giải
Đáp án: 30. v = gt = 10×3 = 30 m/s.
Câu 3. Thả vật từ nghỉ, bỏ cản, g = 10 m/s².
- Sau 1 s đi 5 m.
- Sau 2 s đi 20 m.
- Trong giây thứ hai đi 10 m.
- Gia tốc không đổi trong mô hình.
Xem đáp án và lời giải
a) Đúng: h(1) = 5. b) Đúng: h(2) = 20. c) Sai: 20 − 5 = 15 m. d) Đúng: coi g không đổi.
Câu 4. Thả vật từ độ cao 45 m, g = 10 m/s². Tính thời gian và tốc độ chạm đất.
Xem đáp án và lời giải
t = √(2×45/10) = 3 s. v = 10×3 = 30 m/s. Bỏ sức cản không khí.
Câu 5. Đo h = 1,25 m và t = 0,50 s. Tính g suy ra từ phép đo.
Xem đáp án và lời giải
Từ h = gt²/2, g = 2h/t² = 2,50/0,25 = 10 m/s². Kết quả là giá trị suy ra từ dữ liệu, không có nghĩa phép đo không có sai số.
Câu 6. Vì sao bấm đồng hồ bằng tay không tốt cho phép đo thời gian rơi rất ngắn?
Xem đáp án và lời giải
Độ trễ phản ứng khi bắt đầu và kết thúc có thể chiếm tỉ lệ lớn của thời gian rơi. Dùng cảm biến hoặc cổng quang giúp xác định mốc thời gian tốt hơn; vẫn phải kiểm tra và đo lặp.
Sơ đồ ghi nhớ
- Chỉ trọng lực
- Chọn g theo đề
- Thả nghỉ: v₀ = 0
- Đo h, t để suy ra g
Học tiếp và luyện tập
Biên soạn: Gia Sư SV.