– Để đo tốc độ chuyển động của một vật có thể đo thời gian và quãng đường chuyển động của vật đó.

– Dụng cụ để đo quãng đường: thước thẳng, thước dây,…

– Dụng cụ đo thời gian: Đồng hồ bấm giây

– Để đo được quãng đường đi được của vật chuyển động trong một khoảng thời gian, ta cho xe chuyển động trên một máng thẳng có độ chia quãng đường trên máng

– Để đo thời gian di chuyển của vật trên một quãng đường, ta sử dụng đồng hồ bấm giây để đo

Dụng cụ đo độ dài đã được học ở Trung học cơ sở, phần này chỉ giới thiệu các dụng cụ đo thời gian chưa được học một cách đầy đủ.

a. Đồng hồ đo thời gian hiện số và cổng quang điện

Đồng hồ đo thời gian hiện số có thể đo thời gian chính xác đến phần nghìn giây, được điều khiển bằng cổng quang điện quang điện.

Hình 1. Đồng hồ đo thời gian hiện số

Sử dụng đồng hồ đo thời gian hiện số và cổng quang điện để đo tốc độ chuyển động có ru điểm, nhược điểm gì?

b. Thiết bị đo thời gian bằng cần rung (đồng hồ cần rung)

Đồng hồ cần rung (Hình 2) sử dụng một cần rung đều đặn khoảng 50 lần trong một giây và đánh dấu các chấm trên bằng giấy gắn vào xe chuyển động. Đo khoảng cách giữa các dấu chấm xác định được quãng đường đi được của xe trong 0,02 s (Hình 4) 

Hình 2. Đồng hồ cần rung

Hình 3. Thí nghiệm đo tốc độ bằng đồng hồ cần rung

Hình 4. Những chấm mực trên băng giấy gắn vào xe

a. Dụng cụ thí nghiệm

– Đồng hồ đo thời gian hiện số MC964 (1).

– Cổng quang điện có vai trò như công tắc điều khiển mở/đóng đồng hồ đo (2).

– Nam châm điện và công tắc E5 F sử dụng để giữ/thả viên bị thép (3).

– Máng có giá đỡ bằng hợp kim nhôm, có gắn thước đo góc và dây dọi (4).

– Viên bi thép (5).

– Giá đỡ có để ba chân, có vít chỉnh cân bằng và trụ thép (6).

– Thước cặp để đo đường kính viên bi thép (7).

b. Thiết kế phương án thí nghiệm

Thả cho viên bị chuyển động đi qua cổng quang điện trên máng nhôm. Thảo luận nhóm để lập phương án đo tốc độ của viên bị theo các gợi ý sau:

Gợi ý 1. Làm thế nào xác định được tốc độ trung bình của viên bị khi đi từ cổng quang điện E (vị trí số 2) đến cổng quang điện F (vị trí số 4) ?

– Bước 1: Tính quãng đường EF, lấy số đo trên máng nhôm

– Bước 2:  Lấy số đo thời gian trên đồng hồ hiện số, lấy thời gian vật đi qua cổng F trừ đi thời gian đi qua cổng E

– Bước 3: Đo thời gian ít nhất 5 lần

– Bước 4: Lập bảng, tính tốc độ qua 5 lần đo, tính theo công thức \(v = \frac{s}{t}\)

– Bước 5: Tính tốc độ trung bình: \(\overline v  = \frac{{{v_1} + {v_2} + {v_3} + {v_4} + {v_5}}}{5}\)

Gợi ý 2. Làm thế nào xác định được tốc độ tức thời của viên bi khi đi qua cổng quang điện E (vị trí số 2) hoặc cổng quang điện F (vị trí số 4) ?

Tốc độ tức thời là tốc độ được đo trong 1 khoảng thời gian ngắn

– Bước 1: Tính quãng đường từ lúc thả vật đến cổng E

– Bước 2: Ghi kết quả thời gian hiện trên cổng E

– Bước 3: Tốc độ tức thời tại cổng E: \(v = \frac{s}{t}\)

– Tương tự cho cổng F

Gợi ý 3. Xác định các yếu tố có thể gây sai số trong thí nghiệm và tìm cách để giảm sai số.

– Yếu tố có thể gây sai số: dụng cụ đo thời gian, đo quãng đường

– Cách làm giảm sai số: đo nhiều lần, cẩn thận, cải tiến bộ thí nghiệm

c. Tiến hành thí nghiệm

– Thí nghiệm 1. Đo tốc độ trung bình

+ B1. Bố trí thí nghiệm đo tốc độ chuyển động của viên bi thép

+ B2. Nới vít hãm và đặt cổng quang điện E cách chân phần dốc của máng nghiêng.

+ B3. Nối hai cổng quang điện E, F với hai ổ cắm A, B ở mặt sau của đồng hồ đo thời gian.

+ B4. Cắm nguồn điện của đồng hồ và bật công | tắc nguồn đồng hồ đo thời gian hiện số, đặt MODE ở A⇔B.

+ B5. Nới vít cổng quang điện, dịch chuyển đến vị trí thích hợp và vặn chặt để định vị. Đo quãng đường EF và ghi số liệu vào Bảng 6.1.

+ B6. Đặt viên bi thép lên máng nghiêng tại vị trí tiếp xúc với nam châm điện N và bị giữ lại ở đó.

+ B7. Nhấn nút RESET của đồng hồ đo thời gian hiện số để chuyển các số hiển thị về giá trị ban đầu 0.000.

+ B8. Nhấn nút của hộp công tắc kép để ngắt điện vào nam châm N: viên bi lăn xuống và chuyển động đi qua hai cổng quang điện E, F trên máng nghiêng.

+ B9. Ghi lại các giá trị thời gian hiển thị trên đồng hồ.

+ B10. Thực hiện lại các thao tác 6,7,8,9 ba lần và ghi các giá trị thời gian t tương ứng với quãng đường s vào Bảng 6.1 trong báo cáo thực hành.

– Thí nghiệm 2. Đo tốc độ tức thời

+ B1: Nới vít cổng quang điện, dịch chuyển đến | vị trí thích hợp và vặn chặt để định vị.

+ B2. Sử dụng thước cặp đo đường kính viên bi.

+ B3. Bật công tắc nguồn đồng hồ đo thời gian hiện số, đặt MODE ở A hoặc B.

+ B4. Đặt viên bi thép lên máng nghiêng tại vị trí tiếp xúc với nam châm điện N và bị giữ lại ở đó.

+ B5. Nhấn nút RESET của đồng hồ đo thời gian hiện số để chuyển các số hiển thị về giá trị ban đầu 0.000. 

+ B6. Nhấn nút của hộp công tắc kép để ngắt điện vào nam châm N: viên bi lăn xuống và chuyển động đi qua cổng quang điện trên máng nghiêng.

+ B7. Ghi lại các giá trị thời gian hiển thị trên đồng hồ.

+ B8. Thực hiện lại các thao tác 4, 5, 6, 7 ba lần và ghi các giá trị thời gian t vào Bảng 6.2 trong báo cáo thực hành.

d. Kết quả thí nghiệm

Bảng 6.1. Quãng đường: S = (m); \(\Delta \)s = … (m).

	Lần đo			Giá trị trung bình	Sai số
	Lần 1	Lần 2	Lần 3
Thời gian t (s)

\(\overline v  = \frac{{\overline S }}{{\overline t }}\)

Bảng 6.2. Đường kính viên bị: d= … (m); \(\Delta \)d = … (m)

	Lần đo			Giá trị trung bình	Sai số
	Lần 1	Lần 2	Lần 3
Thời gian t (s)

\({{\bar v}_t} = \frac{{\bar S}}{{\bar t}}\)

Xử lí kết quả thí nghiệm

1. Tính tốc độ trung bình và tốc độ tức thời của viên bi thép và điền kết quả vào Bảng 6.1 và Bảng 6.2.

2. Tính sai số của phép đo s, tvà phép đo tốc độ rồi điền vào Bảng 6.1 và Bảng 6.2. Trong đó

+ \(\Delta \)s bằng nửa ĐCNN của thước đo.

+ \(\Delta \)t theo công thức (3.1), (3.2) trang 18.

+ \(\Delta \)P tính theo ví dụ trang 18.

3. Đề xuất một phương án thí nghiệm để có thể đo tốc độ tức thời của viên bị tại hai vị trí: cổng quang điện E và cổng quang điện F.