Расчеты

1. Какие различия наблюдаются в показаниях динамометра при подъеме груза и растяжении пружины?

2. Груз массой m на высоте h обладает потенциальной энергией W_n, равной работе подъема W_h, совершенной против силы тяжести. Когда вы отпускаете груз, висящий на пружине, по­тенциальная энергия, преобразуется в кинетическую энергию движения. Что можно сказать о потенциальной и кинетической энергии в предварительном эксперименте 2?

3. Когда гирю, прикрепленную к пружине, оттянуть вниз, чтобы она коснулась стола, гиря вы­свобождает работу, затраченную на ее подъем. Что произойдет, если отпустить гирю?

4. Объясните данное явление.

4. Рассчитайте работу подъема W_h из значений h, m и F_g ; результаты занесите в таблицу 1.

5. Запишите удлинение s = h и энергию упругой деформации W_s = W_h в таблицу 2.

6. Рассчитайте коэффициент C из значений энергий упругой деформации, найдя частное от каждого наибольшего значения и значения для 10 г, т.е. W_s (20 г) на W_s (10 г), и т.д. Резуль­таты занесите в таблицу 2. Что можно сказать об этих значениях?

7. На основе полученных значений постройте график зависимости W_s от s , (рис. 3). Опишите полученную кривую.

8. Установите зависимость между s и W_s из результатов измерений и расчетов.

Методические рекомендации для учителя

1. Предварительный эксперимент 1

Учащиеся уже знакомы с подъемной силой и потенциальной энергией W_h = F_g ■ h .

Энергию в растянутой пружине нельзя подсчитать сразу, поскольку с увеличением удлине­ния сила изменяется.

2 Предварительный эксперимент 2

В данном эксперименте учащиеся должны узнать, что расходуемая энергия - в данном слу­чае работа подъема - не теряется. Она преобразуется в другие формы энергии, в данном слу­чае это энергия пружины и/или кинетическая энергия. Из наблюдений они должны устано­вить, что после падения гири энергия в системе остается: если отпустить гирю, она подни­мется вверх.

3. Основной эксперимент

Применив законы сохранения энергии, учащиеся должны найти зависимость энергии упру­гой деформации спиральной пружины от ее растяжения: W_s = W_h. В результате произведен­ных расчетов делается вывод о том, что энергия упругой деформации спиральной пружины пропорциональна квадрату ее удлинения.

Результаты

Таблица 1 Таблица 2

m, г	А/, см	h, см	F , н	Wh, Н см	S, см	W , Н см	С
10	3,15	6,3	0,1	0,63	6,3	0,63	1
20	6,4	12,8	0,2	2,56	12,8	2,56	4,1
30	9,8	19,2	0,3	5,76	19,2	5,76	9,1
40	12,8	25,6	0,4	10,24	25,6	10,24	16,3

Расчеты

Потенциальная энергия гири: W_h = F • h

Когда колеблющаяся гиря касается поверхности стола нижней частью, потенциальная энергия равна нулю; в спиральной пружине с провесом s = h энергия упругой деформации равна

W_S (s) = W_h. Из закона Гука F_g = k ■ h /2 получаем W_s = k ■ s² / 2 .

На основе результатов измерений учащиеся должны вывести следующую пропорциональность

W_s ~ s².