М
инистерство
образования и науки
Российской Федерации
Федеральное государственное
бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Курский государственный университет»
Кафедра общей физики
Лабораторный практикум по физике
(механика)
Направление подготовки 010700 (510400) Физика
Степень (квалификация) Бакалавр физики
Профиль подготовки Физика конденсированного состояния
Физико-математический факультет
Очная форма обучения
Курск 2012
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСКОРЕНИЯ СВОБОДНОГО
ПАДЕНИЯ ТЕЛ.
Цель работы: Определить ускорение свободного падении тел.
Принадлежности: Экспериментальная установка для изучения свободного падения тел, набор стальных шариков.
КРАТКАЯ ТЕОРИЯ.
При небольших высотах падение стального шарика диаметром 1 - 2 см можно считать свободным, так как в этом случае можно пренебречь силой сопротивления со стороны воздуха из-за малой скорости движения шарика, и силой Архимеда вследствие малой плотности воздуха. Если шарик падает с некоторой высоты h, то
.
Здесь g - ускорение свободного падения, t - время падения шарика. Отсюда получим:
В данной работе приведенная формула используется для расчета ускорения, сообщаемого телам силой тяжести.
Описание экспериментальной установки.
Экспериментальная установка представлена на рис 1. Она состоит из вертикальной штанги со шкалой 1, укрепленной на стене. На штанге установлены два кронштейна: верхний 2 (подвижный) и нижний 3 (неподвижный). К верхнему кронштейну крепится электромагнит 4, удерживающий стальной шарик 5. К нижнему кронштейну крепится ловитель 6 с контактной заслонкой. Время падения шарика отсчитывается по электросекундомеру 7, пуск которого производится тумблером, установленным на пульте управления. Одновременно с пуском секундомера обесточивается электромагнит и начинается свободное падение шарика. Остановка секундомера происходит за счет
разрыва электрической цепи при падении шарика на заслонку. Высоту падения h можно изменять путем перемещения верхнего кронштейна вдоль штанги.
Порядок выполнения работы
1. Установить заслонку в горизонтальном положении и включить тумблер с надписью "СЕКУНД".
2. Включить тумблер с надписью "МАГНИТ". Поднести к электромагниту стальной шарик заданного диаметра. С помощью рычага установить стрелку секундомера в нулевом положении.
3. Выключить тумблер с надписью "МАГНИТ". По секундомеру отсчитать время падения шарика. Опыт повторить 3-4 раза.
4. Установить электромагнит на другой высоте и провести измерения h и t. Опыт провести на 6-8 высотах для высот 1-2 м. На каждой высоте провести 3-4 измерения времени падения шарика t. Полученные результаты занести в таблицу:
N п/п |
h (м) |
t (с) |
t2 (с2 ) |
g g (м/с 2) |
1 2 3 4 5 6 |
1,00 1,20 1,40 1,60 1,80 2,00 |
|
|
|
5. Построить график t2 = f(h). Убедиться, что t2 линейно зависит от h, в противном случае провести дополнительные измерения.
6. Использовать данные опытов для определения ускорения свободного падения g. Провести оценку ошибки g. Ускорение свободного падения g можно определить с помощью графика t2 = f(h) или методом наименьших квадратов.
ПРИМЕЧАНИЕ. 1. Первоначальное включение установки провести под наблюдением преподавателя или лаборанта. 2. Ошибка электросекундомера при номинальной частоте питающего напряжения (50 Гц)
не превышает 0,03 с.
КОНТОРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.
1. Какое движение тел называют свободным падением?
2. Представить в векторной форме уравнение равнопеременного движения.
3. Объяснить причину зависимости ускорения свободного падения от широты места.
ЛИТЕРАТУРА.
1. Савельев И.В. Курс общей физики. - М., 1968, т. 1, §§ 47 и др.
2. Фриш С.Э., Тиморева Л.В. Курс общей физики. - М., 1958, т. 1,
§ 23.
3. Александров А.В., Яшкин А.Я. Курс общей физики. Механика. - М., 1978, С.210-215.
4. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Механика. - М., 1975, § 66.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ЖИДКОСТЕЙ И ТВЕРДЫХ ТЕЛ АРЕОМЕТРОМ ПОСТОЯННОГО ОБЪЕМА.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Измерение плотности жидких и твердых тел ареометром постоянного объема.
ПРИНАДЛЕЖНОСТИ: Ареометр постоянного объема, сосуды с жидкостями, мелкие разновески, испытываемое твердое тело.
КРАТКАЯ ТЕОРИЯ.
Ареометр постоянного объема, предложенный Никольсоном /рис.1/, представляет собой поплавок специальной формы. Он состоит из пустотелого цилиндра 1, обеспечивающего сравнительно большую грузоподъемность при плавании, площадки 2 для разновесок и тела, и чашечки 3, на которую помещают исследуемое тело при взвешивании его в жидкости.
Масса ареометра рассчитана так, что верхняя часть цилиндра, срезанная на конус, при плавании ненагруженного прибора высовывается из воды. Устойчивость при плавании обеспечивается низким положением центра масс прибора, что осуществляет груз 4. Из закона Архимеда следует, что всякое плавающее тело вытесняет массу жидкости, вес которой равен весу тела. На шейке ареометра имеется метка "n", до которой его погружают в жидкость. Это достигается тем, что на площадку 2 кладут разновески определенной массы.