- •Лабораторные работы по физике Часть 1
- •2012 Оглавление
- •Работа 1. Измерение плотности твёрдого тела
- •Цель работы
- •Краткая теория
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Приложение
- •Работа 2. Исследование равноускоренного движения
- •Цель работы
- •Машина Атвуда
- •Краткая теория
- •Задание
- •Порядок выполнения работы
- •Оценка погрешностей измерений
- •Контрольные вопросы
- •Работа 3. Исследование кинематики маятника Обербека
- •Цель работы
- •Описание экспериментальной установки
- •Краткая теория
- •Задание
- •Порядок выполнения работы.
- •Методика оценки погрешностей
- •Контрольные вопросы
- •Работа 5. Проверка второго закона Ньютона
- •Цель работы
- •Машина Атвуда
- •Краткая теория
- •Задание
- •Порядок выполнения работы
- •Оценка погрешностей измерений
- •Контрольные вопросы
- •Работа 9. Изучение динамики вращательного движения
- •Цель работы
- •Описание экспериментальной установки
- •Краткая теория
- •Порядок выполнения работы.
- •Оценка погрешностей измерений
- •Контрольные вопросы
- •Работа 10. Изучение влияния момента инерции твёрдого тела на его вращение
- •Цель работы
- •Описание экспериментальной установки
- •Краткая теория
- •Порядок выполнения работы.
- •Оценка погрешностей измерений
- •Контрольные вопросы
- •Работа 13. Исследование прецессии гироскопа
- •Цель работы
- •Краткая теория.
- •Описание экспериментальной установки
- •Подготовка установки к работе
- •Задания
- •Порядок выполнения задания 1
- •Порядок выполнения задания 2
- •Выключение установки
- •Оценка погрешностей измерений
- •Контрольные вопросы
- •Работа 17. Проверка теоремы Штейнера
- •Цель работы
- •Краткая теория
- •Описание экспериментальной установки
- •Методика эксперимента
- •Порядок выполнения работы
- •Оценка погрешностей измерений
- •Контрольные вопросы
- •Работа 46. Определение температурного коэффициента сопротивления металлов Цель работы
- •Приборы и принадлежности:
- •Краткая теория
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Работа 41. Определение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли Цель работы
- •Приборы и принадлежности:
- •Краткая теория
- •Описание установки
- •Выполнение работы
- •Контрольные вопросы
- •Работа 42. Определение удельного заряда электрона Цель работы
- •Приборы и принадлежности
- •Краткая теория
- •Описание установки
- •Выполнение работы
- •Контрольные вопросы
- •Работа 51. Экспериментальная проверка закона полного тока Цель работы
- •Приборы и принадлежности:
- •Краткая теория
- •Описание установки
- •Выполнение работы
- •Контрольные вопросы
- •Работа 45. Исследование цепи постоянного тока Цель работы
- •Приборы и принадлежности:
- •Краткая теория
- •Описание установки
- •Выполнение работы
- •Контрольные вопросы
- •Рекомендуемая литература
Порядок выполнения задания 1
Получите у лаборанта противовес и штангенциркуль.
Установите при помощи кнопок "ЧАСТОТА +" и "ЧАСТОТА –" значение частоты вращения маховика f, которое укажет преподаватель. Это значение высвечивается на табло индикации: первая строка, второе число (после косой черты). Дождитесь, пока маховик раскрутится – при этом оба числа в первой строке на табло станут одинаковыми. Запишите значение циклической частотыв таблицу 5.1 (колонка «Примечания»).
Установите противовес на вал (с любой стороны), подвиньте противовес на минимально возможное расстояние к корпусу маховика и закрепите фиксирующим винтом 2. Измерьте штангенциркулем расстояние xот поверхности корпуса маховика до противовеса, результат запишите в таблицу 5.1.
Установите гироскоп так, чтобы вал находился в горизонтальном положении. Удерживая гироскоп, отпустите фиксирующий винт вилки 1, после чего отпустите гироскоп и кратковременно нажмите на электронном блоке кнопку "ПУСК/СТОП – СБРОС". Начнётся прецессия, её частота Ω высвечивается на табло индикации во второй строке. Значение Ω на табло обозначается буквой .
В течение примерно 10 – 20 секунд наблюдайте прецессию, после чего запишите частоту прецессии Ω в таблицу 5.1.
Остановите прецессию, обязательно придерживая корпус гироскопа. После этого зафиксируйте вилку винтом 1.
Выполните пункты 5.4 – 5.6 ещё 6 раз. Перед этим надо каждый раз смещать противовес, увеличивая расстояние xот поверхности корпуса маховика до противовеса примерно на 10 мм, измерять штангенциркулем значениеxи записывать это значение в таблицу 5.1.
Выключите установку. Как это делается, написано в пункте 8.
Заполните остальные столбцы таблицы 5.1.
С учётом реальных размеров маховика и противовеса расстояние ℓот точки опоры гироскопаOдо центра тяжести противовеса большеxи равно:
, (5.1)
где число Sравно 35,5 мм.
Значения момента внешних сил M следует определять по формуле (2.1).
Таблица 5.1. Зависимость частоты прецессии от момента внешних сил M
Номер опыта |
x |
ℓ |
M |
|
Примечания |
мм |
мм |
Нм |
рад/c | ||
1 |
|
|
|
|
= m= 0,2032 кг |
2 |
|
|
|
| |
3 |
|
|
|
| |
4 |
|
|
|
| |
5 |
|
|
|
| |
6 |
|
|
|
| |
7 |
|
|
|
|
Используя экспериментальные данные, записанные в таблице 5.1, постройте график зависимости частоты прецессии от момента внешних силM.
Выделите для графика не менее половины страницы.
Выберите подходящий масштаб, имея в виду, что по горизонтальной оси (оси абсцисс) надо откладывать значения M, а по вертикальной оси (оси ординат) – значения Ω.
Нанесите на график экспериментальные точки в виде не закрашенных кружочков диаметром примерно 2 мм.
Нанесите на график планки погрешностей. Для этого от каждой экспериментальной точки отложите влево и вправо отрезок длиной (M), а затем отложите вверх и вниз отрезок длиной(Ω). Как оценить погрешности(M) и(Ω), написано в пункте 8.
Не забудьте, что планки погрешностей не указываются, если их размер меньше размера экспериментальных точек (2 мм).
Попытайтесь провести на графике по линейке экспериментальную прямую – так, чтобы она прошла через начало координат, пересекла планки погрешностей всех экспериментальных точек и при этом прошла наиболее близко ко всем точкам. Образец показан на рисунке 5.1. Если вам удастся провести такую прямую линию, то это будет означать, что проведённые эксперименты подтверждают теорию прецессии гироскопа, а более конкретно – формулу (1.10).
Выберите на экспериментальной прямой линии произвольную точку, определите её координаты , а затем, используя формулу (1.10), определите значение момента инерции гироскопаI0относительно его оси симметрии. На рисунке 5.1 произвольная точка обозначена буквойA, её координаты: (0,25 Нм; 0,44 рад/с). Опыты проводились при частоте вращения маховикаf= 50 Гц. Таким образом,
.
Графики можно строить, используя современные компьютерные программы. Например, график на рисунке 5.1 построен с помощью EXCEL. Программа сама провела по точкам экспериментальную линию (линию тренда) и выдала её уравнение: y= 1,78x. Сравнение этого уравнения с уравнением (1.10) показывает, что. Отсюда следует:
.
Данное значение I0отличается отI0= 1,8110кгм2, но это отличие не достоверно, так как оно меньше погрешности измеренияI0в каждом из описанных двух методов.
Оцените погрешность измерения момента инерции гироскопа относительно его оси симметрии (I0). Как это сделать, написано в пункте 8. После этого запишите результат измеренияI0в виде:
.
Сформулируйте выводы.