1 Лабораторная работа / 1-Лабораторная работа (Физика)_21 / Отчет по ЛР №1

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)

Кафедра физики

ОТЧЕТ

Лабораторная работа по курсу "Общая физика"

ИЗУЧЕНИЕ ПРЯМОЛИНЕЙНОГО ДВИЖЕНИЯ ТЕЛ

НА МАШИНЕ АТВУДА

Преподаватель Студент группы

___________ /. / __________ /

___________

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью работы является изучение закона прямолинейного ускоренного движения тел под действием сил земного тяготения с помощью машины Атвуда.

2. ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТА

С хема экспериментальной установки на основе машины Атвуда приведена на рис.2.1.

На вертикальной стойке 1 крепится легкий блок 2, через который перекинута нить 3 с грузами 4 одинаковой массы. В верхней части стойки расположен электромагнит, который может удерживать блок, не давая ему вращаться. На среднем кронштейне 5 закреплен фотодатчик 6. На корпусе среднего кронштейна имеется риска, совпадающая с оптической осью фотодатчика. Средний кронштейн имеет возможность свободного перемещения и фиксации на вертикальной стойке. На вертикальной стойке укреплена миллиметровая линейка 7, по которой определяют начальное и конечное положения грузов. Начальное положение определяют по нижнему срезу груза, а конечное - по риске на корпусе среднего кронштейна.

Миллисекундомер 8 представляет собой прибор с цифровой индикацией времени. Регулировочные опоры 9 используют для регулировки положения экспериментальной установки на лабораторном столе.

Принцип работы машины Атвуда заключается в том, что когда на концах нити висят грузы одинаковой массы, то система находится в положении безразличного равновесия. Если на правый груз положить перегрузок, то система грузов выйдет из состояния равновесия и начнет двигаться.

3. ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ

Случайная погрешность: (3.1)

Доверительный интервал: (3.2)

Доверительная вероятность: (3.3)

Суммарная погрешность измерений: (3.4)

где: - систематическая погрешность (погрешность измерительного прибора в данном случае миллисекундомера).

Угловой коэффициент экспериментальной прямой:  = (3.5)

Величина ускорения, определяемого из линеаризованного графика: a = 2² (3.6)

Расчет погрешности измерений t²: (3.7)

4. РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ИХ АНАЛИЗ.

Измеренные значения и результаты их обработки приведены в таблице.

Результаты прямых и косвенных измерений

	S1 =34, см		S2 =31, см		S3 =28, см		S4 =26, см		S5 =24, см
Номер измере­ния	=5,83, см1/2		=5,57, см1/2		=5,29, см1/2		=5,10, см1/2		=4,9, см1/2
	t, c	t2, c2	t, c	t2, c2	t, c	t2, c2	t, c	t2, c2	t, c	t2, c2
1	5,18	26,83	5,05	25,5	4,861	23,63	4,623	21,37	4,267	18,21
2	5,099	25,999	5,223	27,28	4,713	22,21	4,593	21,096	4,538	20,59
3	5,171	26,74	5,06	25,6	4,985	24,85	4,757	22,63	4,614	21,29
4	5,316	28,26	5,041	25,41	5,012	25,12	4,694	22,03	4,381	19,19
5	5,377	28,91	5,139	26,41	4,858	23,6	4,473	20,01	4,593	21,096
< t >, c	5,229		5,10		4,886		4,628		4,478
< t2 >, c2	27,34		26,02		23,87		21,42		20,06

5. 5.ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ.

5. Случайная погрешность рассчитывается по формуле (3.1):

Абсолютная погрешность прибора равна половине наименьшего деления шкалы. Для миллисекундомера деление шкалы равно 1мс. Поэтому:

Доверительный интервал рассчитывается по формуле (3.2):

тогда доверительный интервал:

Доверительная вероятность Коэффициент Стьюдента рассчитывается по формуле (3.3):

Из таблицы 4.1 находим .

Суммарная погрешность измерений рассчитывается по формуле(3.4):

тогда

Погрешность измерений t² рассчитывается по формуле (3.7):

Построим график S=f₁(t):

Д

S,

см

34

32

30

28

26

24

4

4,5

5

5,5

6

t, мс

оверительный интервал 0,0005 с

График S=f₂(t²):

Доверительные интервал 0.00000025с²

5

4

2

1

24

23

30

28

26

S,см²

34

32

3

22

21

20

28

26

25

27

32

31

30

29

24

t², мс²

График :

4

6

5

6

t, мс

5

4

Ускорение а рассчитывается по формуле (3.6) и (3.5):

Вывод: С помощью машины Атвуда убедился на опыте в справедливости законов прямолинейного ускоренного движения тел.

Проверка:

и т.д.

6. КОНРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

Вопросы:

1. Какие силы действуют на груз с перегрузком во время движения?

2. Запишите уравнение движения для каждого из грузов?

3. Укажите возможные причины, обуславливающие несовпадение теоретических выводов с результатами измерений.

4. Каким образом из линерализованного графика можно оценить измерения времени?

5. Укажите физические допущения, используемые при теоретическом анализе движения грузов в машине Атвуда.

Ответы:

1. На груз, во время движения, действует сила тяжести и сила упругости нити.

2. Уравнение движения груза с перегрузком (правый груз)

Где m – масса перегрузка;

М – масса груза;

а – ускорение движения;

Т – сила упругости.

Уравнение движения груза без перегрузка Ma=T-Mq (левый груз)

3. При падении груза в воздухе на него действует сила сопротивления воздуха, которую не учитывают в данной работе. А также существует трение между блоком и нитью, блоком и осью, которые тоже не учитываются.

4. Используя уравнение , преобразовать его в виде

где - определяется по графику, где

Тогда

5. Допускается, что нить невесомая и нерастяжимая, а также отсутствуют все силы трения и сопротивления.

7 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Савельев И.В. Курс общей физики. Т. 1. Механика. Молекулярная физика.-М.: Наука, 1982.

2. Руководство к лабораторным занятиям по физике/ Под редакцией Гольдина Л.Л.- М.: наука,1983.

3. Рипп А.Г. Обработка результатов эксперимента. Методические указания для студентов всех специальностей. – Томск, Томский институт АСУ и радиоэлектроники,1977.