- •1. Статистическая обработка результатов эксперимента Физические измерения
- •Погрешности физических измерений
- •Оценка величины систематической погрешности
- •Оценка погрешности при прямых однократных измерениях
- •Оценка величины случайной погрешности
- •Оценка погрешности при прямых многократных измерениях
- •Оценка погрешности косвенных измерений
- •1.1. Определение погрешности прямого многократного
- •1.2. Определение погрешности косвенного измерения удельного сопротивления. (Лабораторная работа 2) Теория метода и описание прибора
- •Порядок выполнения работы и обработка результатов измерений
- •Вычисление погрешности измерения удельного сопротивления
- •Контрольные вопросы
- •2. Кинематика и динамика поступательного движения тел
- •2.1. Измерение ускорения свободного падения на машине Атвуда. (Лабораторная работа 3)
- •Теория метода и описание прибора
- •Порядок выполнения работы и обработка результатов измерений
- •Подготовка прибора к измерениям
- •Измерения
- •Контрольные вопросы
- •2.2. Проверка второго закона Ньютона с помощью машины Атвуда. (Лабораторная работа 4)
- •Теория метода и описание прибора
- •Порядок выполнения работы и обработка результатов измерений Задание 1. Проверка закона пути .
- •Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •2.3. Исследование прямолинейного движения тел в поле силы тяжести. (Лабораторная работа 5)
- •Теория метода и описание прибора
- •Порядок выполнения работы и обработка результатов измерений Подготовка прибора к измерениям
- •3. Кинематика и динамика вращательного движения твердого тела
- •3.1. Изучение законов вращательного движения на маятнике Обербека. (Лабораторная работа 6)
- •Теория метода и описание прибора
- •Порядок выполнения работы и обработка результатов измерений
- •Подготовка прибора к измерениям
- •Измерения
- •Контрольные вопросы
- •4. Закон сохранения импульса и закон сохранения механической энергии
- •Удар – совокупность явлений, связанных со значительными изменениями скорости тела за малый промежуток времени (тысячные доли секунды).
- •В качестве меры механического взаимодействия тел при ударе служит импульс силы за время удара:
- •4.1. Проверка закона сохранения механической энергии с помощью прибора Гримзеля. (Лабораторная работа 7)
- •Теория метода и описание прибора
- •Порядок выполнения работы и обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •4.2. Удар шаров. (Лабораторная работа 8)
- •Теория метода и описание прибора
- •Порядок выполнения работы и обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •4.3. Определение момента инерции и проверка закона сохранения энергии с помощью маятника Максвелла. (Лабораторная работа 9)
- •Теория метода и описание прибора
- •Описание прибора
- •Порядок выполнения работы и обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •5. Закон изменения момента импульса и закон сохранения момента импульса
- •Порядок выполнения работы и обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •5.2. Изучение прецессии гироскопа. (Лабораторная работа 11)
- •Теория метода и описание прибора
- •Порядок выполнения работы и обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •6. Механические колебания. Физический маятник
- •6.1. Определение ускорения свободного падения с помощью оборотного маятника. (Лабораторная работа 12)
- •Теория метода и описание прибора
- •Порядок выполнения работы и обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •6.2. Определение ускорения свободного падения с помощьюмаятника универсального. (Лабораторная работа 13)
- •Теория метода и описание прибора
- •Порядок выполнения работы и обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
Описание прибора
Маятник Максвелла – это диск, закрепленный на оси и подвешенный на двух нитях. На диск накладывается одно из трех колец, изменяя таким образом его момент инерции JP = JO + JD +JK, где JO – момент инерции оси маятника, JD – момент инерции диска, JK – момент инерции кольца, аксиально надетого на диск.
Маятник с надетым кольцом удерживается в верхнем положении (нулевая отметка шкалы) электромагнитом, который действует при включении прибора в сеть. На колонке прибора закреплена миллиметровая шкала, по которой определяется длина маятника.
На верхнем неподвижном кронштейне кроме электромагнита находится фотоэлектрический датчик. Нижний кронштейн вместе с прикрепленным к нему фотоэлектрическим датчиком можно перемещать вдоль колонки и фиксировать в произвольно избранном положении, соответствующем длине маятника.
Таким образом, при отключении электромагнита мятник падает с высоты h, равной длине маятника. Время падения отмечается секундомером.
Порядок выполнения работы и обработка результатов измерений
Задание 1. Определение момента инерции маятника Максвелла относительно его оси
Надеть на диск кольцо, прижимая его до упора.
Нажатием клавиши СЕТЬ включить напряжение питания, при котором высвечиваются лампочки фотоэлектрических датчиков №1 и №2 и циферблат миллисекундомера. Одновременно включается электромагнит.
На ось маятника намотать нить подвески, стараясь, чтобы она наматывалась равномерно, виток к витку.
Фиксировать маятник при помощи электромагнита, обращая внимание на то, что нить в этом положении не была слишком скручена. Убедиться, что нижняя грань кольца отвечает нулю шкалы на колонке. Чуть повернуть маятник в направлении его движения (на угол около 5о).
Установить нуль миллисекундомера нажатием клавиши СБРОС.
Нажать клавишу ПУСК, при этом отключается электромагнит, маятник падает, включается миллисекундомер, идет отсчет времени.
Замер времени повторить 5 раз. Все измерения занести в табл. 4.3.
Определить значение среднего времени падения.
Измерить внешний диаметр оси маятника D.
По шкале на вертикальной колонке прибора определить длину маятника h, а по формуле m = mO + mD + mK вычислить массу маятника вместе с кольцом, где mO – масса оси маятника, mD – масса диска, mK – масса кольца. Значения масс отдельных элементов нанесены на них.
По формуле (4.27) определить момент инерции маятника J.
Все результаты измерений записать в табл. 4.3. Под таблицей выполнить расчеты.
При выполнении работы ось маятника должна быть параллельна оси прибора.
По формуле оценить погрешность измерения момента инерции.
По формуле (4.30) определить расчетное значение момента инерции маятника Максвелла.
Сравнить расчетное значение момента инерции с его экспериментальным значением. Сделать выводы.
Опыт повторить с другими кольцами.
Таблица 4.3
h, м |
D , м |
m, кг |
ti, с |
t ср , с |
J, кг∙м2 |
|
|
|
1 2 3 4 5 |
|
|
Задание 2. Проверка закона сохранения механической энергии
Определить момент инерции маятника Максвелла, используя формулу (4.30) задания 1.
Рассчитайте изменение потенциальной энергии по формуле (4.33).
Рассчитайте изменение кинетической энергии по формуле (4.35).
Для этого выполните пункты 1–10 задания 1.
Проверьте закон сохранения механической энергии по формуле (4.36).
Повторите пункты 1–4 с различными кольцами.
Результаты измерений и вычислений занесите в табл. 4.4.
Таблица 4.4
H, м |
D, м |
M, кг |
J, кг.м2 |
t, c |
tср., с |
ΔП, Дж |
ΔТ, Дж |
|
|
|
|
1 2 3 4 5 |
|
|
|