- •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
Измерения
1. Положить на правый грузик массой М заданный перегрузок массой m.
2. Согласовать нижнюю грань правого грузика с чертой на верхнем кронштейне.
3. Измерить при помощи шкалы на колонне прибора пути равноускоренного S1 и равномерного движений S2.
4. Нажать клавишу “пуск”.
5. После окончания движения системы снять показание времени t2, измеренного миллисекундомером.
6. Измерения повторить не менее 5 раз. Вычислить среднее значение времени. Данные измерений и вычислений записать в табл. 2.1.
Таблица 2.1
№ п/п |
М, кг |
m, кг |
S1, м |
S2, м |
t2,с |
tср, с |
g, м/с2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
7. По формуле (2.15) вычислить ускорение свободного падения.
8. Определить абсолютную погрешность измерения свободного падения, воспользовавшись формулой для определения относительной погрешности:
.
Контрольные вопросы
Сформулируйте цель работы.
Как определяются скорость и ускорение материальной точки?
От чего зависит длина пути при равномерном, равноускоренном движениях?
Какое движение твердого тела называется поступательным; свободным падением?
Является ли движение правого грузика в машине Атвуда свободным падением?
Что такое сила, масса?
Сформулируйте законы Ньютона.
Примените II закон Ньютона к движению грузиков в работе.
От чего зависит сила, сообщающая ускорение системе грузиков на нити?
В чем заключается метод определения ускорения свободного падения g на машине Атвуда?
Чем, по вашему мнению, обусловлено отличие полученного результата от известного значения g?
От каких факторов зависит g? Чем обусловлена эта зависимость?
Сделайте выводы по работе
2.2. Проверка второго закона Ньютона с помощью машины Атвуда. (Лабораторная работа 4)
Приборы и принадлежности: машина Атвуда с платформой и электромагнитом, секундомер, набор грузов и перегрузков.
Теория метода и описание прибора
Машина Атвуда представляет собой вертикальную рейку со шкалой А, прикрепленную к стене или укрепленную на массивном чугунном треножнике (рис. 2.3).
Рис.2.3 |
Рис.2.4 |
На верхнем конце рейки имеется легкий алюминиевый блок В, вращающийся с малым трением. Через блок перекинута нить, на концах которой подвешиваются грузы С и С’ разных масс М1 и М2.
Масса грузов слагается из массы основного (большого) груза с подвеской и добавочных грузиков (перегрузков)m:
M = m0 + m.
Вдоль рейки может перемещаться платформа Д.Левый груз С’ в нижнем (начальном) положении удерживается электромагнитом Э. Тумблер К, укрепленный сбоку на рейке, находится при этом в положении «вниз».
При переключении тумблера в положение «вверх» электромагнит отключается, вся система грузов приходит в движение.
При этом одновременно включается секундомер. В момент удара груза С о платформу Д секундомер выключается.
Рассмотрим движение грузов массой М1 и М2 на машине Атвуда (рис.2.4). Каждый из рассматриваемых грузов находится под действием двух сил: силы тяжести P = mg и силы натяжения Т (силами трения пренебречь). Применяя II закон Ньютона для каждого груза, получим
(2.16)
Если считать, что нить и блок невесомы, то сила натяжения нити по всей длине одинакова:
Т1=Т2=Т.
Вследствие нерастяжимости нити, ускорения обоих грузов равны по величине и противоположны по направлению: .
Тогда уравнение (2.16) можно переписать в виде
(2.17)
Проецируя эти уравнения на вертикальное направление, получим систему
Решая систему уравнений относительно а, находим
(2.18)
Из формулы (2.18) видно, что сила F, которая сообщает ускорение системе грузов на нити общей массой Мс = М1+ М2, равна разности сил тяжести грузов P2 – P1, находящихся на концах нити, то есть
F= P2 – P1=(М2 – М1)g.
Ускорение системы а всегда меньше ускорения свободного падения g и может быть определено экспериментально.
Если F=(М2 – М1)g во время движения не изменяется, то движение системы будет равноускоренно, и для него справедливо уравнение:
где S – расстояние, проходимое грузом Р за время t.
Измеряя S и t, можно определить ускорение:
.
Из-за весомости блока и наличия сил трения в оси блока, ускорение, наблюдаемое на опыте, будет меньше, чем определяемое формулой (2.18).
Примечание. Если суммарные массы подвески и основного груза (m0) на концах нити одинаковы, то сила F = P2 - P1, сообщающая ускорение системе грузов на нити, будет равна разности сил тяжести перегрузков, находящихся на разных концах нити: F = (m2 - m1)g.
Перекладывая перегрузки с одного конца нити на другой (но не снимая с нити), можно менять величину движущей силы F, не меняя общей массы системы Мс.
Меняя же массу основных грузов m0 при неизменном положении перегрузков, можно менять общую массу системы Мс при постоянной движущей силы F.