Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Физика. Лабораторный практикум для СПО
.pdf
11
2. От чего зависит ускорение свободного падения?
Лабораторная работа №3. Изучение криволинейного движения
Цель: Определение основных характеристик баллистического движения.
Оборудование: штатив с муфтой, баллистическая пушка, металлический
шарик, измерительная лента, копировальная бумага, чистый лист бумаги.
Краткая теория
Баллистика — раздел механики, изучающий движение тел в поле тя-
жести Земли.
Криволинейное баллистическое движение тела можно рассматривать
как результат сложения двух прямолинейных движений: равномерного движения по оси X и равнопеременного движения по оси Y.
Закон баллистического движения в координатной форме:
(4)
Уравнение траектории снаряда:
(5)
Основные параметры баллистического движения: время подъема на
максимальную высоту, максимальная высота, время и дальность поле-
та. (6) время подъема на максимальную
высоту,
12
N
α (угол)
Х, м
V, м/с
Vcр, м/с
1
(7) максимальная высота,
(8) время полета,
(9) дальность полета.
Ход работы:
Задание 1. Определение начальной скорости
1. Используя предложенное оборудование, соберите установку для про-
ведения опытов.
2. Сделайте несколько пробных выстрелов из баллистического пистолета
для определения примерного места попадания снаряда.
3. Положите на стол чистый лист бумаги и сверху копировальную бумагу.
4. Сделайте пять выстрелов, не изменяя угол наклона, и измерьте даль-
ность полета снаряда: х
5. Запишите угол α, под которым были произведены выстрелы.
6. Рассчитайте начальную скорость полета, используя формулу 9. Полу-
ченные данные внесите в таблицу 2:
Таблица. 2
13
N α Х, м
1
Задание 2. Исследование зависимости дальности полета от угла
наклона
1. Изменяя угол наклона баллистической пушки к горизонту, исследуйте
зависимость Х=Х(α).
2. Заполните таблицу 3:
Таблица. 3.
3. Сделайте вывод: как дальность полета зависит от угла баллистической
пушки к горизонту.
Задание 3: Экспериментальная проверка расчета мишени
1. Расположите мишень на столе на определенном расстоянии от балли-
стической пушки.
2. Измерьте расстояние от пушки до мишени.
3. Используя уравнения баллистического движения, рассчитайте под ка-
ким углом надо расположить баллистическую пушку, чтобы попасть в
мишень.
4. Получив результат, расположите пушку под расчетным углом и произ-
ведите выстрел.
5. Повторите опыты несколько раз, меняя расположение мишени относи-
тельно пушки и заново вычисляя угол расположения пушки к горизонту.
6. Сделайте вывод о значимости проделанной работы.
Контрольные вопросы
1. Какое движение называется баллистическим?
2. Напишите уравнения баллистического движения.
14
3. Докажите с помощью математических выкладок, что траекторией дви-
жения снаряда является парабола.
Тема 2. Динамика
Лабораторная работа №4. Изучение движения тела
по наклонной плоскости с трением
Цель работы: исследовать движение тела по наклонной плоскости с тре-
нием.
Оборудование: набор «Механика», измерительный блок L-микро.
Краткая теория
ТРЕНИЕ — механическое сопротивление, возникающее в плоскости касаний двух соприкасающихся, прижатых друг к другу тел при их относительном перемещении.
Если мы рассматриваем движение по наклонной плоскости, то уравнение
движения тела, находящегося на наклонной плоскости, может быть записано в следующем виде :
та = mg*sinα*Fmp, (10) где т - масса тела, а - ускорение, с которым тело
движется, α- угол наклона плоскости к горизонту, g - ускорение свободного падения.
Величина силы трения Fтр зависит от состояния тела. Если угол наклона а
небольшой и тело покоится (или движется равномерно), то уравнение записывается в таком виде: F mP = F = m*g*sinα (11)
При движении тела F тр = µ *N = µ* mg*cos α; где µ - коэффициент трения.
(12)
При равномерном движении тела по наклонной выполняется соотношение:
m*g*sinα= µ *m*g*cosα, на основе которого определяется коэффициент
трения µ=tgα. (13)
15
S
∆t
1
, с
∆t
2
, с
a
Экспериментально ускорение тела можно вычислить
по формуле:
(14)
где S- расстояние между оптоэлектрическими датчиками, l- расстояние
между флажками, точнее, между передними кромками флажков, установленными на бруске, ∆t1, ∆t2 - измеренные интервалы времени.
Задание №1. Определение коэффициента трения скольжения.
1. Используя предложенное оборудование, приготовьте установку для
эксперимента.
2. Выберите в программе L - микро меню пункт «Движение тела по на-
клонной плоскости с трением» и войдите в режим проведения измерений.
3. Подберите такой угол наклона скамьи, чтобы движение бруска было
близко к равномерному.
4. Используя формулу 13, вычислите коэффициент трения µ
Задание №2. Исследование зависимости ускорения при движении тела
по наклонной плоскости от угла наклона.
1. Работа выполняется на этой же установке.
2. Выберите в L - микро меню пункт «Движение тела по наклонной плос-
кости с трением» и войдите в режим проведения измерений.
3. Результаты измерений внесите в таблицу 4:
Таблица 4.
4. Рассчитайте ускорение по формуле (14)
16
5. Проведите несколько измерений, меняя угол наклона, и сделайте вывод
о зависимости ускорения от угла наклона.
Лабораторная работа № 5. Движение системы тел
в поле силы тяжести
Цель работы: исследование движения системы тел в поле силы тяжести и
определение ускорения системы тел (двух грузов, связанных перекинутой
через блок нитью), движущихся под действием силы тяжести.
Оборудование: набор «Механика», L – микро.
Ход работы:
1. Используя предложенное оборудование, приготовьте установку для
эксперимента.
Примечание
Чтобы компенсировать силу трения в блоке, к одному из грузов при-
крепляем небольшой кусочек пластилина (около 2 г ).
2. Для проверки равномерности движения полученной системы в компь-
ютерной программе перейдите в пункт «Измерение скорости».
3. Вручную приведите систему в движение и получите запись движения
системы.
4. Сравните отображаемые на экране интервалы полуоборота блока. (За-
метив, что они возрастают/убывают, соответственно увеличиваем/уменьшаем массу пластилинового довеска. Проводим эксперимент
до тех пор, пока не получим примерно равные интервалы.
5. Определение ускорения системы:
1) переходите в программе в режим «Настройка оборудования»;
2) зафиксируйте один из грузов на электромагните стартового устройства,
а к другому прикрепите дополнительный грузик Δm (12,2 г);
17
3) руководствуясь изображением датчика на экране, установите блок в та-
кое положение, чтобы датчик был открыт, но перекрывался бы сразу
после начала вращения блока;
4) перейдите в режим измерения ускорения и нажмите «Пуск».
5) Система придет в движение, параметры которого регистрируются про-
граммой. После опыта компьютерная программа строит на экране графики зависимости пути грузов от времени t и от t2/2;
6) повторите измерение ускорения с различными дополнительными гру-
зиками( 20,4 г, 42,2 г )
Обработка результатов
Экспериментальное значение ускорения (а) получаем из графика в соответствии с формулой а=S/(t2/2) , где S — путь, пройденный грузиками за
время t. Сравниваем теоретическое значение ускорения, получаемое из
уравнений динамики: а= Δm g /( М+ Δm), где М=180 г — масса системы
без дополнительных грузиков Δm , g=9,8 м/с2 - ускорение свободного падения.
Лабораторная работа № 6. Зависимость ускорения тела от величины
силы и массы.
Цель: проверка справедливости соотношения a~F и a~1/m, вытекающих
из второго Закона Ньютона.
Оборудование: набор «Механика», L – микро.
Краткая теория
Для проверки справедливости соотношений a~F и a~1/m предлагается рассмотреть начальную стадию движения тележки на магнитной подвеске под
действием силы упругости растянутой резинки. Сила упругости, естественно, не является постоянной во времени, однако, если регистрировать
движение тележки на начальном этапе, когда изменение относительной
18
а
F
m
F
a
2
2tl
деформации резинки не велико, изменениями действующей на тележку силы можно пренебречь. По второму закону Ньютона ускорение
щаемое телу силой
ратно пропорционально массе тела m:
, прямо проорционально величине этой силы и об-
, сооб-
Экспериментальную проверку этой зависимости выполняют на приборе с
движущейся тележкой. Величину ускорения абез начальной скорости определяют из соотношения:
а=
Здесь l – расстояние между флажками тележки, а ∆t – значение интервала
времени, определяемое датчиками.
Ход работы:
1. Подключите оптоэлектрический датчик к разъему на платформе стар-
тового устройства. Выберите в меню опыт «Зависимость ускорения
тела от силы и массы» и войдите в режим настройки оборудования
(кнопка «нас тройка о борудования»).
2. Осуществите несколько запусков тележки под действием силы упруго-
сти двух резинок (масса тела - т, сила - 2F), нагруженной тележки под
действием двух резинок (масса тела - 2т, сила - 2F), нагруженной и ненагруженной тележки под действием силы упругости одной резинки
(случаи 2т, F и т, F).
3. Результаты опытов запишите в таблицу 5, заранее подготовленную в
тетради:
19
2211
mm aa
Условия опыта
∆t, с
∆t
2
, с
2
а=
2
2tl
м/с
2
m, 2F
2m, 2F
2m, F
m, F
Таблица 5
4. По результатам исследования сделайте вывод о справедливости второ-
го закона Ньютона.
Лабораторная работа №7. Изучение взаимодействия тел
Цель работы: выявление справедливости
.
Оборудование: комплект «Механика», L – микро.
Краткая теория
Во всех случаях, когда какое-либо тело действует на другое, имеет место
не одностороннее действие, а взаимодействие тел:
Знак «минус» выражает здесь тот опытный факт, что ускорения взаи-
модействующих тел всегда направлены в противоположные стороны. Со-
гласно второму закону Ньютона ускорения тел вызваны силами и
возникающими при взаимодействии тел. Отсюда следует:
20
m1
m2
v1
t1
a1
F1
v2
t2
a2
F2
Это равенство называется третьим законом Ньютона. Тела действуют
друг на друга с силами, равными по модулю и противоположными по направлению.
Силы, возникающие при взаимодействии тел, всегда имеют одинако-
вую природу. Они приложены к разным телам и поэтому не могут уравновешивать друг друга. Складывать по правилам векторного сложения
можно только силы, приложенные к одному телу.
Ход работы:
1. Соберите установку, используя предложенное оборудование.
2. Откройте программу L-микро- «Механика» - «Законы сохранения» -
«Столкновение тел различной массы».
3. Войдите в режим настройки оборудования.
4. Включите режим проведения измерений - кнопку «пуск» - и резко
толкните рукой тележку, стоящую в левой части скамьи.
5. Данные занесите в таблицу.
Задание №1. Взаимодействие тележек с одинаковой массой
1. Проведите опыты с тележками одинаковой массы.
2. Проведите необходимые измерения и вычисления, занесите их в таб.6:
Таблица 6
3. Сделайте вывод о зависимости ускорений, получаемых телами в ре-
зультате взаимодействия от их массы.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]