Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Физика. Лабораторный практикум для СПО
.pdf
21
m1
m2
v1
t1
a1
F1
v2
t2
a2
F2
m1
m2
v1
t1
a1
F1
v2
t2
a2
F2
Задание №2. Взаимодействие тел с различной массой.
1. Повторите опыт, когда масса первой тележки больше массы второй.
2. Произведите необходимые вычисления и расчеты и занесите их в таб.7
3. Сделать вывод о зависимости ускорений, получаемых телами в резуль-
тате взаимодействия от их массы.
Табл. 7
Задание №3. Взаимодействие тел с различной массой.
1. Повторите опыт, когда масса первой тележки меньше массы второй.
2. Произвести необходимые измерения и расчеты и занесите их в табл. 8
3. Сделать вывод о зависимости ускорений, получаемых телами в резуль-
тате взаимодействия от их массы.
Табл. 8.
4. Анализируя полученные результаты опытов, сделайте вывод о зависи-
мости ускорений, получаемых телами в результате взаимодействия, от
их массы.
Контрольные вопросы
1. Может ли какое-либо тело действовать на другое, не испытывая с его
стороны противодействия?
2. Как направлены ускорения тел, взаимодействующих между собой?
22
3. Как записывают и формулируют третий закон Ньютона?
4. Могут ли уравновесить друг друга силы, с которыми взаимодействуют,
между собой тела?
5. Приведите примеры проявления третьего закона Ньютона при взаимо-
действии тел путем непосредственного контакта и при их взаимодействии на расстоянии (посредством поля). Во всех ли системах отсчета
выполняется третий закон Ньютона?
Лабораторная работа №8. «Упругий удар»
Цель: выявить справедливость законов сохранения импульса и энергии на
примере задачи о соударении шаров.
Оборудование: набор «Механика, блок L-микро.
Краткая теория
Совместное применение законов сохранения энергии и импульса для
прямого и центрального упругого удара двух шаров (один из которых покоится) позволяет получить следующие соотношения для скоростей движения первого (u1) и второго (u2) шаров после соударения:
U 1 = (m1 – m2) V1 /( m1 + m2) (16)
U
= 2 m1 V1 /( m1 + m2) (17), где m1, m2 - массы первого и второго шаров,
2
V1, V2 — скорости первого и второго шаров до соударения.
Если массы шаров одинаковы (m1= m2), то соотношения (16) и (17) принимают вид: U 1 =0, U
= V1, т.е. в результате столкновения налетающий
2
шар останавливается, а второй шар начинает движение со скоростью, равной скорости первого шара до удара.
Кинетическая энергия системы Т до столкновения равна (второй шар
в экспериментах первоначально покоится): Т= m1 U
2
/2 , (18)
1
23
а кинетическая энергия системы после взаимодействия Т ' вычисляется по
формуле: Т ' = m1 U
2
/ 2 + m1 U
1
2
/ 2 (19)
2
Проверка законов сохранения энергии и импульса заключается в
проведении измерений, результаты которых обрабатываются и сравниваются количественно с выводами, следующими из законов сохранения
энергии и импульса.
Эксперимент проводится на установке, собранной на базе комплекта
«Механика». На металлической доске устанавливаются плата держателя
шаров, электромагнит и два оптоэлектрических датчика. На осях, вставленных в плату для закрепления шаров, подвешиваются два шара. В исходном положении один из шаров удерживается электромагнитом. При отключении питания электромагнита этот шар отпускается и движется по дуге окружности до столкновения с другим шаром.
Измерение скорости шаров в данном опыте осуществляется следующим образом. При движении шара мимо оптоэлектрического датчика луч
света на некоторое время перекрывается. Интервал времени ∆t, в течение
которого свет был закрыт движущимся шаром, измеряется при помощи
компьютерной системы. Для расчета скорости шара V достаточно разделить его диаметр D на ∆t: V = D/∆t (20)
Ход работы
Задание №1. Исследование взаимодействия шаров одинаковой массы.
1. Выберите в L - микро меню пункт «Упругий удар» и войдите в режим
настройки оборудования.
2. Установите первый оптоэлектрический датчик между электромагнитом
и ближайшим к нему шаром вплотную к кромке шара. При этом оптическая ось датчика не должна быть перекрыта. Это означает, что шар
пролетит мимо датчика до начала взаимодействия с другим шаром.
24
m1=m2
∆t1, с
∆t2, с
v1,
м/с
u2,
м/с
P1,
кг*м/c
P2,
кг*м/c
T,
Дж
T’, Дж
1
Аналогичным образом поставьте второй оптоэлектрический датчик в
непосредственной близости от второго шара. Этот шар перекроет датчик сразу же, как только начнет движение. Следите за тем, чтобы высота оптических осей датчиков (высота расположения свето- и фотодиодов) совпадала с высотой, на которой находятся центры шаров.
3. Войдите в режим проведения измерений, подведите к электромагниту
шар и после того, как он прилипнет, успокойте колебания второго шара. Нажмите кнопку «Пуск» - шар начнет двигаться. Повторите опыт 3
раза, записывая результаты в табл. 9.
4. На основе полученных данных рассчитайте импульс и кинетическую
энергию первого и второго шара одинаковой массы.
Таблица 9
Столкновение шаров одинаковой массы
6. На основе полученных данных рассчитайте кинетическую энергию
системы до и после столкновения шаров одинаковой массы и сравните
полученные значения.
7. По результатам исследования сделайте вывод о справедливости закона
сохранения импульса и энергии для взаимодействия шаров одинаковой
массы.
Задание №2. Исследование взаимодействия шаров разной массы.
1) Выберите в L - микро меню пункт «Упругий удар» и войдите в режим
настройки оборудования.
2) Замените шар, который до удара покоился, шаром меньшей массы. Уч-
тите, что точки подвеса должны находиться друг от друга на расстоя-
25
m1>m2
∆t1, с
∆t2, с
∆t3, с
v1, м/с
u2, м/с
u1, м/с
T, Дж
T’,
Дж
1
нии, равном сумме радиусов шаров. Повторите опыт 3 раза и занесите в
табл. 10.
Таблица 10
Столкновение шаров разной массы
3) На основе полученных данных рассчитайте кинетическую энергию
системы до и после столкновения шаров разной массы и сравните полученные значения.
4) По результатам исследования сделайте вывод о справедливости закона
сохранения импульса и энергии для взаимодействия шаров разной массы.
Задание №3. Исследование взаимодействия шаров разной массы.
1) Выберите в L - микро меню пункт «Упругий удар» и войдите в режим
настройки оборудования.
2) Поменяйте шары местами так, чтобы более легкий шар налетал на по-
коящийся тяжелый. В этом случае легкий шар в результате столкновения меняет направление движения на противоположное, поэтому его
скорость после удара регистрируется первым датчиком. Результаты
опытов данной серии внесите в табл. 11.
26
m1<m2
∆t1, с
∆t2, с
∆t3, с
v1, м/с
u2, м/с
u1, м/с
T, Дж
T’, Дж
1
Таблица 11
Столкновение шаров разной массы
3) На основе полученных данных рассчитайте кинетическую энергию
системы до и после столкновения шаров разной массы и сравните полученные значения.
4) По результатам исследования сделайте вывод о справедливости закона
сохранения импульса и энергии для взаимодействия шаров разной массы.
Обозначения, принятые в таблицах:
∆t1, ∆t2, ∆t3 – интервалы времени, регистрируемые компьютерной измери-
тельной системой.
v1 =D1/ ∆t1 – скорость налетающего шара до столкновения (D1 – диаметр
налетающего шара).
u2 ==D2/ ∆t2 – скорость первоначального покоящегося шара после столкновения (D2 – диаметр этого шара).
u1 ==D1/ ∆t3 – скорость налетающего шара после столкновения в опытах с
разными шарами.
T – кинетическая энергия системы до столкновения.
T’ – кинетическая энергия системы после столкновения.
∆ T= T’- T – изменение кинетической энергии в результате взаимодейст-
вия.
27
21
FF
Лабораторная работа №9. Наблюдение действия жидкости
на погруженное в нее тело
Цель: наблюдение действия жидкости на погруженное в нее тело и выяв-
ление факторов, от которых зависит величина этой силы.
Оборудование: два сосуда с различными жидкостями, тело произвольной
формы, динамометр.
Краткая теория
Мы знаем, что в системе нескольких тел, допустим двух, тела всегда
взаимодействуют друг с другом. В данном эксперименте эти два тела –
вода и тело произвольной формы.
Опыт рассматривает силы взаимодействия в процессе движения тела
в жидкости, причем силы будут противоположно направлены. Показания
динамометра будут показывать силы, с которыми два тела действуют друг
на друга.
Силы, с которыми два тела действуют друг на друга, равны по
модулю и противоположны по направлению. Это третий закон Нью-
тона. Математически он записывается в следующем виде:
. Знак
«-» показывает, что векторы сил направлены в различные стороны.
Ход работы
1. Определите вес тела в воздухе.
2. Погружая тело в первый сосуд, наблюдайте за показаниями динамо-
метра.
3. Повторите опыт со вторым сосудом.
4. Заполните табл. 12 наблюдений.
5. Сделайте выводы.
28
Сила тяжести
Воздух
Жидкость №1
Жидкость №2
F, Н
Таблица 12
Контрольные вопросы
1. Как изменится сила?
2. Как называют силу, которая выталкивает тела, погруженные в жид-
кость?
3. Какой закон используется в данном опыте?
4. Проанализируйте сделанный опыт.
Тема 3. Механические колебания и волны. Звук
Лабораторная работа №10 Математический и физический маятники
Цель: изучение основных характеристик движения физического и матема-
тического маятника.
Оборудование: установка ФП-10; набор грузов; источник питания =5 В;
секундомер, однородный стальной стержень с регулируемым положением
точки подвеса, секундомер, линейка.
Краткая теория
Математическим маятником называется система тел, состоящая из
груза, нити и неподвижного подвеса.
Допущения:
1. Нет трения в точке подвеса.
2. Нить невесома.
3. Размеры груза малы по сравнению с длиной нити.
29
sinmglM
0
2
Т
g
l
T 2
2
2
4Tl
g
mqxmqxМ sin
При отклонении груза из положения равновесия на угол возникает
возвращающий момент сил относительно точки подвеса:
слабом затухании:
риодом малых колебаний маятника:
величину Т можно приближенно считать пе-
. Тогда ускорения сво-
. При
бодного падения можно вычислить с помощью математического маятника.
Физический маятник – это любое твѐрдое тело, способное совершать
колебания вокруг закреплѐнной горизонтальной оси.
В случае малой амплитуды колебаний (что и будет рассматриваться в
дальнейшем) центр масс расположен ниже точки подвеса.
Практическое применение физический маятник нашѐл, в частности, в
гравиметрах – приборах, исследующих зависимость ускорения свободного
падения от географического положения. Также метод физического маятника используется для экспериментального определения моментов инерции массивных колѐс – маховиков.
Рассмотрим колебания физического маятника на простейшей модели –
однородном стержне длиной . При отклонении стержня на малый угол β
возникает возвращающий момент силы тяжести
, где m – масса стержня,
q – ускорение свободного падения, х – расстояние между точкой под-
веса О и центром масс С стержня.
Тогда уравнение движения маятника при допущении отсутствия тре-
ния можно представить в виде,
30
2
2
12
mx
m
I
x
y
t
T
сos
О
2
(
g
xx
T
y
y
21
2,1
1
2
2
12
1
5030
5030 колебанийвремя
период
где
дѐм обозначения:
- момент инерции маятника относительно точки С. Вве-
- безразмерная величина, характеризующая коорди-
нату точки подвеса; уравнение описывает гармонические колебания β(t):
), где βО – амплитуда колебаний; Т – период колебаний.
Ход работы:
Задание №1. Определить ускорение свободного падения; влияние длины
нити подвеса на период колебаний.
При работе с металлическим шариком используйте электромагнит.
1. Измерьте период колебаний маятника для металлического и пластмас-
сового шариков (длина нити максимальна):
2. Проделайте измерения п.1 для трѐх других длин нити только для металлического шарика.
3. Для металлического шарика при максимальной длине нити измерьте
периоды колебаний для трѐх различных углов φ.
4. По данным измерений постройте графики (экспериментальный и тео-
ретический) зависимости периода колебаний от длины нити. Все графики
постройте на одной координатной плоскости.
5. Проделайте опыт для металлического и пластмассового шариков, из-
меряя время, за которое амплитуда колебаний маятника уменьшается в 2,7
раз. Объясните полученные результаты.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]