Лабораторный практикум по физике

В.И. Букатый, К.В. Соломатин. Лабораторный практикум по физике. Учебное пособие к лабораторным работам. /Алтайский государственный университет – Барнаул, 2005. – 150 с.

Пособие содержит описания лабораторных работ по всем разделам общего курса физики. В основу практикума положены переработанные авторами методические указания, выполненные большей частью кафедрой общей физики, а также кафедрами экспериментальной и теоретической физики АлтГУ. В каждой работе приводятся краткая теория изучаемого вопроса, описание экспериментальной установки, порядок выполнения лабораторной работы. Указана литература и даны контрольные вопросы.

Пособие предназначено для студентов химического, биологического, географического и математического факультетов государственных уни-

Оригинал–макет подготовлен Е.А. Злобиным и К.В. Соломатиным с помощью пакета LATEX

Типография Алтайского государственного университета: 656049, Барнаул, Димитрова, 66

c Букатый В.И., Злобин Е.А., Соломатин К.В.c Алтайский государственный университет, 2005

Содержание

12.Исследование полупроводникового термосопротивления 67

13.Измерение сопротивлений при помощи моста Уитстона 75

14.Определение горизонтальной составляющей напряжен-

3

17. Определение фокусного расстояния собирательной и рас-

23. Исследование поля напряжений в прозрачных твердых

4

Лабораторная работа № 1 ДВИЖЕНИЕ ТЕЛА, БРОШЕННОГО ПОД УГЛОМ К

ГОРИЗОНТУ

Цель работы: Изучение кинематики равнопеременного движения

Оборудование: Пружинный пистолет на подставке, рулетка, установка для определения коэффициента упругости

1.КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

Вработе проводится изучение кинематики материальной точки на примере исследования полета тела в поле сил тяжести. Задача сводится

кустановлению законов движения вдоль координатных осей, т.е. к нахождению уравнений, позволяющих определить в любой момент времени положение движущегося тела в заранее выбранной системе координат. Затем по известному закону движения решается частная задача по нахождению параметров движения: начальной скорости и пути, проходимого телом вдоль одной из осей. Один из этих параметров, начальная скорость, может быть определена, например, с помощь пружинного пистолета. При зарядке пружинного пистолета мы совершаем работу про-

где k – коэффициент упругости пружины.

При выстреле эта энергия переходит в кинетическую энергию. Если потери энергии на трение небольшие, то можно считать, что приближенно выполняется закон сохранения механической энергии. Тогда при выстреле потенциальная энергия пружины (1) переходит в кинетическую

5

Таким образом, для отыскания начальной скорости пули нужно знать m, l и k; l легко измерить, масса пули определяется взвешиванием. Чтобы найти коэффициент упругости пружины k, воспользуемся установкой, изображенной на рисунке 1 а - б. Пружина 1 надевается на стержень 2. Сверху на пружину кладется платформа 3.

Помещая на платформу мас-

гости, вычисляемое при нагрузке Fi, равной суммарной силе тяжести помещенных на платформу грузов и смещения li, – измеряемом от начального положения l0 не нагруженной платформы. Если теперь пулю 3 вставить в пистолет 1, то пружина сожмется на величину l0 (рис. 2). При "выстреле"зажим 2 поднимается и пуля вылетает из пистолета, имея начальную скорость v0 , определяемую соотношением (4).

6

если нас интересуют ее координаты с точностью до ее размеров, пулю можно считать материальной точкой. При этом мы пренебрегаем и вращением пули, точнее тем, что часть работы, совершаемой силой упругости, уходит на вращение.

Итак, вместо движения пули мы рассмотрим модельную задачу – движение материальной точки в поле тяжести.

Справедливы ли наши предположения? Ответ таков: нужно решить модельную задачу и предсказать, где должна находиться материальная точка в произвольный момент времени.

Если в результате опыта получится, что теоретические результаты совпадают с экспериментальными, то следует считать наши приближе-

(vx = const,) т.е. не меняется

7

со временем. Значит, скорость по Ox такая, как и была в момент выстрела. Пусть в этот момент t = 0, т.е.

Теперь найдем координаты x и y. Из (7) следует, что скорость вдоль оси Ox не меняется со временем

Значит, закон движения вдоль этой оси будет иметь вид

По аналогии с этим закон движения по оси Oy можно представить сле-

Выражения (10) и (11) позволяют ответить на вопрос о том, где будет находиться материальная точка в любой момент времени. Если мы хотим найти координату xп точки падения пули (рис. 3), нужно узнать время падения – tп . Это легко сделать, так как y при этом равно нулю. Тогда из (11)

Так как пуля упадет после выстрела, который произошел при t = 0, то

8

Различие в значениях начальной скорости пули, полученных по формуле (4), т. е. по энергии деформации, и по формуле (14), т.е. через измерение дальности полета пули, позволяет судить о справедливости части сделанных нами допущений.

2. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

измеряемый с помощью дугового транспортира 5. Если пружину сжать вставляемым в

ствол пистолета телом 6, а затем освободить стопор 7, то тело приобретет некоторую скорость и будет двигаться в дальнейшем в поле сил тяжести. Начальная скорость тела определяется, очевидно, величиной сжатия и упругими свойствами пружины, характеризуемыми коэффициентом упругости. Последний находится с помощью приспособления 8, назначение которого проиллюстрировано рисунками 1 а, б.

Измерения проводятся в следующей последовательности.

9

1.Определите массу пули (масса пули может быть приведена на установке).

2.С помощью приспособления 8 определите коэффициент упругости пружины (сделайте не менее 5 измерений). Результаты занесите в таблицу 1.

3. Вычислите v0 по формуле (4), подставив в нее найденные значения m (согласно п.1), k (согласно п.2) и величину сжатия l0, определяемую при выстрелах. Согласно рисунка 2 в (4) вместо l берется l0.

не менее 5 выстрелов для выбранного угла, по измеренной дальности полета x найдите v0 . Результаты заносятся в таблицу 2.

5.Сравните v0 найденные двумя способами.

6.Измерьте рулеткой расстояние до места падения пули, обозначив

его xэксп и сравните с теоретическим значением xтеор , которое можно получить, подставляя в выражение (10) время из выражения (14). Результаты занесите в таблицу 3.

10