Физика в ученическом эксперименте

микро

МЕХАНИКА

Руководство по выполнению лабораторных работ

Устройство комплекта

Комплект предназначен для проведения лабораторных работ по различным разделам механики курса физики средних общеобразовательных учебных заведений. Кроме того, комплект может быть использован при проведении работ физического практикума и ре­шении экспериментальных задач. Оборудование защищено свидетельством на полезную модель.

Набор состоит из прибора для изучения прямолинейного движения, включающего на­правляющую рейку 1, каретку 2 и секундомер 3 с двумя датчиками, рычага с осью 4, дву­мя крючками 5 и балансирами, пластикового коврика 6, штатива 7, состоящего из осно­вания, стойки, перекладины и муфты с двумя винтами, подвижного 9 и неподвижного 8 блоков, четырёх грузов 10, стального шарика 11 , копировальной бумаги 12 и нити 13.

Для работы с комплектом также необходим лабораторный динамометр 14, который приобретается отдельно.

Прибор для изучения прямолинейного движения обеспечивает возможность прямого измерения перемещения и времени движения тела между отдельными точками траекто­рии. Основу прибора составляет направляющая рейка, по которой может скользить ка­ретка. Вдоль одной из боковых сторон направляющей рейки расположен магнитный дер­жатель и шкала с миллиметровыми делениями. Направляющая рейка устанавливается под углом к горизонту с помощью штатива. Кроме того, направляющая рейка может уста­навливаться вертикально. В этом положении её шкала используется для определения перемещения тел в вертикальной плоскости.

Каретка имеет на верхней поверхности три отверстия для установки грузов. В высту­пающей части каретки запрессован постоянный магнит. Поле магнита имеет вертикаль­ную ориентацию. Каретка имеет 2 отверстия для соединения с динамометром.

Время движения тела определяют электронным секундомером, пуск и остановка кото­рого происходит по сигналам двух датчиков. Управление работой секундомера осуществ­ляется в соответствии с прилагаемой инструкцией, приведенной ниже.

Датчик секундомера представляет собой нормально разомкнутый магнитоуправляемый контакт - геркон, размещенный в пластиковом корпусе. К корпусу датчика прикрепле­на полоска магнитной резины для его размещения на магнитном держателе направляю­щей рейки. Два датчика подключены соединительными проводами к общему разъёму, при этом они соединены параллельно. Контакт геркона замыкается под влиянием маг­нитного поля постоянного магнита каретки. При прохождении каретки мимо первого дат­чика происходит пуск секундомера, мимо второго - остановка. На датчиках нанесены мет­ки, служащие для определения координат мест их установки на направляющей рейке.

Подготовка комплекта к работе

Настройка прибора для изучения прямолинейного движения производится в следую­щей последовательности.

Датчики устанавливают на магнитном держателе направляющей рейки. Для придания направляющей рейке необходимого наклона её край с началом шкалы линейки надевает­ся на перекладину, которая предварительно закрепляется горизонтально с помощью муфты на стойке штатива. Рекомендуется верхний край направляющей рейки распола­гать на высоте 17 - 19 см от поверхности стола. Чтобы погасить скорость каретки в конце её движения, под другой край направляющей рейки подкладывают пластиковый коврик.

При подготовке опытов, где измеряется время движения каретки из состояния покоя, особое внимание следует уделить установке на направляющей рейке первого датчика, который должен запустить секундомер сразу же после начала движения каретки. Удер­живая одной рукой каретку в исходном положении, другой медленно двигают вдоль неё датчик до того места, где произойдёт запуск секундомера. Движение датчика осуществ­ляется снизу наклонной плоскости, т.е. со стороны, в которую каретка будет двигаться в эксперименте. Затем датчик сдвигают на некоторое расстояние назад, чтобы он вышел из зоны действия магнита каретки, а секундомер останавливают, нажав кнопку "СТАРТ / СТОП". Регулировку заканчивают, подобрав такое положение датчика, при ко­тором сдвиг каретки на 1 - 2 мм вызывает запуск секундомера.

Направляющая рейка с кареткой используется также в работах по изучению силы тре­ния в качестве трибометра, и при изучении наклонной плоскости.

Подвижный блок двигается по нити, одна петля которой закреплена к муфте штатива, а другая к крючку динамометра. Неподвижный блок закрепляется на муфте или на пере­кладине, которая для этого имеет резьбовое отверстие.

Рычаг крепится к муфте штатива, при этом его винт ввёртывается в муфту вместо од­ного из её винтов.

Работа с комплектом

Состав комплекта обеспечивает проведение лабораторного учебного эксперимента по механике в объеме курса физики средних общеобразовательных учебных заведений. Со­держание лабораторных раб9т соответствует учебному материалу, изложенному в наи­более распространенных в настоящее время учебниках "Физика - 7" (Пёрышкин А.В., Ро­дина Н.А.), "Физика - 9" (Кикоин И.К., Кикоин А.К.) и "Физика - 9" (Шахмаев Н.М. и др.).

Лабораторные работы, для проведения которых предназначен комплект, представляют собой систему экспериментальных заданий, целью которой является более осознанное усвоение учебного материала, формирование важнейших физических понятий, исполь­зуемых для описания механического движения, развитие представлений об устройстве и принципе действия простых механизмов, знакомство с методами измерений некоторых физических величин, развитие экспериментальных умений учащихся и навыков работы с измерительными приборами.

Поскольку лабораторные работы по изучению прямолинейного движения с использо­ванием электронного секундомера в методической литературе, изданной к моменту соз­дания комплекта, не описаны, в его состав включены инструкции для учеников по выпол­нению таких работ.

Работы, в которых не требуется измерения времени движения, могут проводиться так­же по прилагаемым инструкциям, либо в соответствии с той методикой, которая описана в соответствующих пособиях для учителей и учебниках, названных выше.

Полный перечень работ, выполняемых с комплектом, представлен в оглавлении.

Работы № 1 - 7 рекомендуется проводить фронтально при изучении разделов механи­ки курса физики седьмого класса.

Работы № 8, 10, 14 - 19, 21 проводятся фронтально с учениками девятого класса.

Работы № 9, 11 - 13, 20 проводят в девятом классе при проведении занятий физиче­ского практикума.

Электронный секундомер

Назначение и технические характеристики.

Электронный секундомер предназначен для использования в составе комплекта для изучения законов механики на уроках физики средних общеобразовательных учебных за­ведений при проведении лабораторных работ и работ физического практикума.

Секундомер позволяет:

• измерять промежутки времени длительностью от 0,01 с до 100 с;

• измерять время прохождения телом отдельных участков траектории с точностью 0,01с;

• режим работы: ручной / автоматический

Питается прибор от батарейки типа "Крона" напряжением 9 В. Батарея устанавливает­ся в отсек, находящийся в задней части корпуса. Батарею следует заменить при измене­нии цвета цифр на индикаторе с черного на светло-серый. Замену батареи производить при отключенных датчиках.

Работа с прибором

Для приведения электронного секундомера в рабочее состояние следует подклю­чить датчики к электронному секундомеру, присоединив разъём датчиков к разъёму элек­тронного секундомера.

При подключении разъёма датчиков электронный секундомер автоматически включится и обнулит индикатор.

Датчики подключены к прибору двумя соединительными проводами. Они срабатывают при замыкании их магнитоуправляемых контактов - герконов под действием магнитного поля. Магнитное поле создаётся постоянным магнитом, который закреплён на каретке. При замыкании одного из контактов происходит пуск секундомера, при замыкании второго - остановка. Сброс показаний секундомера и подготовка его к новому циклу измерений осуществляется кнопкой "Сброс".

При работе в ручном режиме отсчёт времени начинается нажатием кнопки "Старт / Стоп" и заканчивается при повторном нажатии на эту кнопку.

Механика

1. Градуирование пружины и измерение сил динамометром

Оборудование: • динамометр с закрытой шкалой • набор грузов по 10Ог

• штатив с муфтой и перекладиной • листок бумаги и скотч.

Выполнение работы:

1. Повторите назначение и принцип действия дина­мометра.

2. Закрепите листок бумаги с помощью скотча на шкале динамометра.

3. Закрепите муфту на стержне штатива на высоте примерно 40 см от его основания. Затем в муфте закре­пите перекладину, а на неё повесьте динамометр, как показано на рисунке. Сделайте метку напротив указате­ля динамометра, соответствующую его начальному по­ложению.

Подвесьте к динамометру один груз. После того, как движение пружины прекратится, вновь сделайте метку напротив указателя.

Повторите опыт с двумя, тремя и четырьмя грузами, каждый раз отмечая метками положение указателя. Чтобы при использовании трёх и четырёх грузов они не касались поверхности стола, необходимо штатив поста­вить на краю стола, а перекладину расположить так, чтобы грузы свешивались за границы стола.

4. Подготовьте таблицу и занесите во второй столбец общую массу груза, который подвешивался к динамометру в каждом из четырёх опытов.

№ опыта	масса груза, кг	сипа тяжести, Н	«F ,Н (показание)

7. Вычислите величину силы тяжести, которая действовала на груз, подвешенный к динамометру в каждом опыте. Округлите полученные результаты до целых чисел.

8. В третьем столбце таблицы укажите примерную величину силы, которая приклады­ валась к динамометру в каждом опыте.

9. Снимите динамометр со штатива и рядом с каждой меткой напишите соответствую­ щее ей округлённое значение силы.

10.Измерьте расстояния между соседними метками и убедитесь, что они одинаковы. 11.Изготовьте шкалу с ценой деления 0,5Н. 12.Измерьте динамометром с самодельной шкалой вес каретки.

13.Снимите с динамометра изготовленную шкалу, повторите измерение веса каретки, пользуясь шкалой, нанесённой на динамометре, и сравните результаты двух измерений.

2. Измерение силы трения скольжения и сравнение её с весом тела

Оборудование: • направляющая рейка • каретка • набор грузов • динамометр.

Выполнение работы:

1. Повторите основные сведения о силе трения, силе упругости и весе тела.

2. Для записи результатов измерений подготовьте таблицу:

№ опыта	Вес каретки, Н	Вес груза, Н	Вес каретки с грузом, Н	Сила трения, Н

3. Подвесьте каретку к динамометру и определите её вес.

4. Положите перед собой направляющую рейки так, чтобы она расположилась на по­верхности стола горизонтально, как показано на рисунке.

5.На направляющую рейки положите каретку и прицепите к ней динамометр. Придер-

живая одной рукой направляющую рейки, в другую руку возьмите динамометр и потяните за него так, чтобы он и каретка стали бы равномерно перемещаться вдоль рейки. Вели­чина силы, которую при этом покажет динамометр, будет равна величине силы трения между поверхностями рейки и каретки. При измерении силы трения таким способом трудно добиться строго равномерного движения каретки и динамометра. Поэтому перед каждым измерением желательно проводить несколько пробных попыток. За показание динамометра следует брать среднее значение из двух крайних положений указателя. б.Занесите в таблицу результаты измерений, полученные в первом опыте.

7. Измерьте вес одного груза.

8. Вычислите и занесите в таблицу общий вес каретки с грузом.

9. Установите груз на верхней поверхности каретки, повторите опыт и занесите в таб­лицу измеренное значение силы трения.

10.Подвесьте к динамометру два груза и определите их общий вес.

11.Оба груза установите на каретке и определите силу трения для каретки с двумя гру­зами.

12.Вычислите, во сколько раз вес каретки с двумя грузами больше веса с одним гру­зом, а также во сколько раз сила трения, действовавшая на каретку с двумя грузами, больше той, которая действовала на каретку с одним грузом. Сравните изменение веса каретки с изменением силы трения.

13.Повторите вычисления для каретки с двумя грузами.

Еще раз проведите вычисления для каретки с одним грузом

Сделайте вывод о том, как меняется сила трения при изменении веса тела.

3. Выяснение условия равновесия рычага

Оборудование: • штатив с муфтой • рычаг • набор грузов • линейка • крючок - 2 шт.

Выполнение работы:

1. Повторите основные сведения о рычаге и определение плеча силы.

2. Муфту штатива закрепите на стержне на высоте около 40 см от поверхности стола.

3. Вставьте ось в центральное отверстие рычага и закрепите её в муфте. Убедитесь в том, что рычаг может вращаться вокруг оси без заметного трения.

4. Перемещая ползунки вдоль рычага, найдите такое положение, при котором рычаг располагался бы на оси горизонтально.

5. Для записи результатов измерений и вычислений подготовьте таблицу:

№ опыта	Р„Н	,, см	F2,H	2,см

В таблице обозначено:

f₁ - сила, стремящаяся вращать ры­чаг против часовой стрелки;

F₂ - сила, стремящаяся вращать ры­чаг по часовой стрелке;

- плечо силы F₁ ;

₂ - плечо силы F₂.

6. К правой части рычага подвесьте два груза, используя для подвеса второе отверстие от оси.

7.К левой части рычага подвесьте один груз. Место подвески этого груза определите экспериментально так, что­бы рычаг сохранил равновесие.

8. С помощью линейки измерьте плечи сил.

9. Занесите данные первого опыта впервую строчку таблицы. При этом нужно учесть, что вес каждого гру­за составляет примерно 1Н.

10. Повторите опыт, оставив без изменения плечо и величину силы, приложенной к рычагу справа. К левой части рычага подвесьте два груза, выбрав место их подвески так, чтобы равновесие рычага сохранилось.

8. Определите плечи и величины сил, приложенных к рычагу в этом опыте. Данные занесите во вторую строчку таблицы.

9. К правой части рычага к первому отверстию от оси подвесьте три груза. К левой части рычага подвесьте один груз, выбрав место его подвески так, чтобы равновесие ры­чага сохранилось.

13. Определите плечи и величины сил, приложенных к рычагу в третьем опыте. Данные занесите в третью строчку таблицы.

14.К правой части рычага к четвертому отверстию от оси подвесьте один груз. К левой части рычага подвесьте четыре груза, выбрав место их подвески так, чтобы равновесие рычага сохранилось.

15.Определите плечи и величины сил, приложенных к рычагу в четвёртом опыте. Дан­ные занесите в четвертую строчку таблицы.

16. Для каждого опыта вычислите отношение сил - прилагавшихся к рычагу и отношение их плеч-

17. Сделайте вывод о том, в каком отношении должны находиться приложенные к ры­чагу силы и их плечи, чтобы он находился в равновесии.

4. Изучение устройства и действия неподвижного блока

Оборудование: • штатив с муфтой

• динамометр • неподвижный блок с нитью • набор грузов

• направляющая рейка • крючок

Выполнение работы:

1 . Закрепите муфту на стержне штатива на высоте около 40 см от его основания. При­крепите к ней неподвижный блок, ввернув его ось в торцевую часть муфты. Направляю­щую прибора для изучения прямолинейного движения установите вертикально, как пока­зано на рисунке. Её шкала должна располагаться как можно ближе к блоку.

2. Для записи результатов измерений подготовьте таблицу:

№ опыта	F1,H	Направление силы	S1, см	F2,H	Направление силы	S2, СМ

3. Удерживая динамометр в руке вертикально, подвесьте к нему один груз. Определите величину силы F₁ которая приложена к динамометру со сторо­ны груза и её направление.

4. Перекиньте нить через блок и, придерживая ди­намометр рукой, вновь определите величину и на­правление силы F₂, которая приложена к динамо­ метру во второй части опыта.

5. З аметьте положение груза и динамометра отно­сительно шкалы.

3. Плавно переместите динамометр на несколько сантиметров вверх или вниз и измерьте по шкале путь, который пройдет при этом груз – S₁ и динамо­ метр - S₂.

7.Полученные данные о величине и направлении сил и путях груза и динамометра занесите в первую строчку таблицы.

8. Проведите второй опыт, повторив все действия с двумя грузами, третий опыт с тремя грузами и чет­вёртый с четырьмя.

9. После того, как таблица будет полностью за­полнена, сравните для каждого опыта величины сил f₁ и f₂, которые прилагались к динамометру до при­ менения неподвижного блока и с его применением. Сделайте вывод о том, позволяет ли получить неподвижный блок выигрыш в силе.

10. Сравните для каждого опыта пути, проходимые грузами и динамометром, и сделай те вывод о том, даёт ли неподвижный блок выигрыш в расстоянии.

11.Сравните для каждого опыта направления сил, которые прикладывались к динамо метру до применения неподвижного блока и с его применением, и сделайте вывод о том изменяет ли неподвижный блок направление действия силы.

5. Изучение устройства и действия подвижного блока

Оборудование: • штатив с муфтой • динамометр • подвижный блок • набор грузов • нить с петлями на концах • направляющая рейка • крючок

Выполнение работы:

1. Закрепите муфту на стержне штатива на высоте около 40 см от его основана Вплотную к основанию штатива установите вертикально направляющую рейку чтобы её сторона со шкалой была бы обращена в сторону штатива.

1. Для записи результатов измерений подготовьте таблицу:

№ опыта	F1 Н	направление силы	s1,cm	F2	направление силы	S2, СМ

3. Удерживая динамометр рукой вертикально, подвесьте к нему один груз. Определите величину силы F/, которая прило­жена к динамометру со стороны груза, и её направление.

3. Подвесьте груз с помощью крючка к подвижному блоку. Подвижный блок с грузом с помощью нити и динамометра под­весьте к штативу. Для этого нить заводят под ролик блока, пет­лю на одном конце нити вешают на муфту штатива, петлю на другом конце соединяют с крючком динамометра. Придержи­вая динамометр рукой, вновь определите величину и направ­ление силы fz, которая приложена к динамометру во второй части опыта.

4. Заметьте положение груза и динамометра относительно шкалы.

5. Плавно переместите динамометр на несколько сантимет­ров вверх или вниз и измерьте по шкале путь, который прой­дет при этом груз – S₁ и путь, пройденный динамометром, - S₂

6. Полученные данные о величине и направлении сил и пу­тях груза и динамометра занесите в первую строчку таблицы.

7. Проведите второй опыт, выполнив все действия с двумя грузами, третий опыт с тремя грузами и четвертый с четырьмя.

9. После того, как таблица будет полностью заполнена, сравните для каждого опыта величины сил F₁ и F₂, которые прилагались к динамометру до применения подвижного блока и с его применением. Сделайте вывод о том, позволяет ли по­лучить подвижный блок выигрыш в силе.

10. Сравните для каждого опыта пути, проходимые грузами и динамометром, и сделайте вывод о том, даёт ли подвижный блок выигрыш в расстоянии.

11. Обратите внимание на то, во сколько раз в каждом опыте получали выигрыш в силе и проигрыш в расстоянии.

12. Сравните для каждого опыта направления сил, которые прикладывались к динамо­метру до применения подвижного блока и с его применением, и сделайте вывод о том, изменяет ли подвижный блок направление действия силы.

6. Определение КПД при подъеме тела по наклонной плоскости

Оборудование: • направляющая рейка и каретка • динамометр • штатив с муфтой и перекладиной • набор грузов • линейка

Выполнение работы:

1.С помощью перекладины и муфты закрепите направляющую рейку в штативе так, чтобы один ее конец упирался в стол, а другой был бы приподнят над столом на высоту 15-20 см.

2.Подготовьте таблицу для записи результатов измерений и вычислений.

№	Вес каретки Р1 ,H	Вес грузов Р2 , Н	Вес карет­ки с грузом Р1+Р2, Н	Высота подъема h, м	Работа при вертикаль­ном подъеме а1,Дж	Сила тяги Fт. H	Путь по поверхно­сти s,m	Работа при движении по поверхности А2,Дж	кпд= 100%

3.Подвесьте каретку к динамометру и определите её вес – Р₁.

4.Подвесьте к динамометру два груза и определите их суммарный вес - Р₂.

5.Положите каретку на нижнюю часть направляющей рейки. Линейкой измерьте, на ка­кой высоте над столом находится верхний край каретки и положение этого края на шкале направляющей рейки.

6.Подцепите к каретке динамометр и плавно потяните за него так, чтобы каретка стала бы двигаться равномерно вверх по направляющей рейке. Замерьте при этом силу тяги, которую покажет динамометр. Перемещают каретку до тех пор, пока она не окажется в крайнем верхнем положении.

У.После того, как движение каретки прекратится, вновь измерьте высоту верхнего края каретки над столом и её положение на направляющей рейке.

8.По разности высот верхнего края каретки до начала движения и после остановки оп­ределите высоту, на которую она поднялась -h. Полученное значение высоты выразите в метрах и занесите в таблицу.

9.Определите путь 5, пройденный кареткой по наклонной плоскости как расстояние между начальным и конечным положением края каретки на направляющей рейке. Изме­ренный путь выразите в метрах и занесите его значение в таб­лицу.

10.Вычислите работу, кото­рую необходимо совершить для подъёма каретки с грузами вверх по вертикали – a₁. Для равномерного движения тела вертикально вверх к нему нужно приложить силу F, равную по величине весу тела Р. Так как F = Р, то работа А₁ этой силы мо­жет быть найдена как А₁ = Р h, где h - высота подъема, a P -суммарный вес каретки и гру­зов.

11.Вычислите работу А₂, ко­торую совершили, поднимая тело на ту же высоту, переме­щая его вдоль наклонной плоскости. При равномерном движении каретки вдоль плоско­сти на неё действовала сила тяги, которая была измерена динамометром. Под действи­ем этой силы каретка прошла путь S, который тоже уже измерен. Следовательно, А₂ мож­но определить, подставив в формулу F₂ = F_mS известные величины силы и пути.

12.Вычислите КПД - коэффициент полезного действия наклонной плоскости. В проде­ланном опыте наклонная плоскость использовалась для поднятия каретки с грузами на некоторую высоту. Полезная работа a₁ состояла в подъёме груженой каретки по вертика­ли на высоту наклонной плоскости. Чтобы переместить каретку на эту высоту её тянули вдоль плоскости и затратили на это работу А₂. Поскольку обе работы уже вычислены, можно рассчитать и коэффициент полезного действия наклонной плоскости.

7. Изучение "золотого правила" механики

Оборудование:

• штатив с муфтой • рычаг • динамометр • набор грузов «направ­ляющая рейка • крючок

Выполнение работы:

1. Закрепите муфту на стержне штатива на высоте около 30 см от поверхности стола. Вверните ось рычага в торцевую часть муфты. Убедитесь в том, что рычаг может вра­щаться вокруг оси без заметного трения.

2.Установите направляющую рейку так, чтобы её шкала располагалась вертикально примерно за третьим отверстием правой части рычага. Экспериментальная установка по­казана на рисунке.

3. Перемещая балансиры вдоль рычага, найдите такое их положение, при котором ры­ чаг располагался бы на оси горизонтально.

4. Для записи результатов вычислений и измерений подготовьте таблицу:

№ опыта	Сила f1, Н	Высота h1 м	Сила F2, Н	Высота h2, м	Работа Аь Дж	Работа А2, Дж

5. Подвесьте к динамометру четыре груза, определите и занесите в таблицу величину действующей на них силы тяжести F₁.

6. Подвесьте грузы ко второму отверстию правой части рычага. К четвёртому отвер­стию рычага прикрепите динамометр, как показано на рисунке. Удерживая динамометр в руке, добейтесь того, чтобы рычаг вновь расположился горизонтально.

7. Занесите в таблицу величину силы F₂, которую показывает динамометр. Эта сила приложена к рычагу со стороны динамометра и уравновешивает действие силы тяжести грузов.

8. Заметьте положение грузов и динамометра относительно шкалы.

9. Медленно перемещая динамометр вверх, поднимите грузы на высоту 2-Зсм.

10. Измерьте по шкале высоту h₁, на которую поднялись грузы, переведите результат в метры и занесите его в первую строчку таблицы.

11. Измерьте высоту h₂, на которую поднялся при этом динамометр. Результат пере­ведите в метры и занесите в таблицу.

12. Повторите опыт, подвесив два груза к первому отверстию, а динамометр прикрепив ко второму. Данные измерений занесите во вторую строчку таблицы.

13. Ещё раз повторите опыт, подвесив грузы к четвёртому отверстию, а динамо­метр - ко второму. Данные этого опыта зане­сите в третью строчку таблицы.

14. Для каждого опыта вычислите работу a₁, совершённую рычагом по подъёму гру­зов. Со стороны грузов на рычаг действует сила тяжести F₁. При равномерном движе­нии со стороны рычага на грузы действует такая же по величине сила F = f₁. Для не­больших перемещений можно считать, что путь, пройденный грузами, равен их пере­мещению по высоте, то есть s= h₁. Учиты­вая эти соображения, можно вычислить ра­боту a₁= f₁ h₁.

15. Для каждого опыта вычислите работу a₁, совершённую динамометром по поднятию грузов с помощью рычага. Работа А₂ = F₂ h₂.

16. Сравните значения работ a₁ и А₂ и сде­лайте вывод, даёт ли такой механизм как рычаг выигрыш в работе.

8. Измерение скорости неравномерного движения

Оборудование: • прибор для изучения прямолинейного движения, • штатив с муф­той и перекладиной

Цель работы: определить значение скорости тела, двигающегося прямолинейно и равноускоренно, в заданной точке его траектории.

Измерение проводят двумя способами.

В первом способе используется зависимость скорости равноускоренного движения от времени: V= V₀ +a t (1). Если движение начинается из состояния покоя, то есть V₀ = О, то V = a t (2), где a - ускорение, a t - время движения. Для равноускоренного движения без начальной скорости справедливо соотношение s = , откуда а = (3). После подстановки в формулу (2) получают: V = и окончательно, сокращая на время,

V= (4).

Итак, чтобы определить этим способом скорость тела в данной точке траектории, дос­таточно измерить его перемещение из начального пункта до этой точки и время движе­ния. Нужно помнить, что этим способом можно воспользоваться, когда тело движется из состояния покоя и с неизменным ускорением.

Второй способ основан на определении мгновенной скорости. Мгновенной скоростью называют скорость, которую имеет тело в данной точке траектории. Определяют её по отношению достаточно малого перемещения, совершенного при движении через эту точ­ку, к интервалу времени, за которое перемещение совершилось. Фактически так измеря­ют среднюю скорость движения вблизи выбранной точки траектории. Поэтому, если ско­рость непрерывно меняется, точность этого способа будет зависеть от того, насколько малый временной интервал удастся замерить. Объясняется это тем, что чем меньше время движения, тем меньше успеет измениться его скорость, и, следовательно, точнее измеренное значение скорости будет соответствовать её истинному значению.

Чтобы убедиться в этом, проводят несколько опытов, каждый раз уменьшая величину отрезка траектории, включающего выбранную точку, а, следовательно, и время движения на этом отрезке. Полученные в каждом опыте значения скорости сравнивают со значени­ем скорости, определённым первым способом.

Работа выполняется в следующей последовательности.

1 . Собирают установку для определения скорости первым способом. Направляют рейку прибора для изучения прямолинейного движения устанавливают наклонно с помощью штатива. Верхний край рейки должен располагаться на высоте 18-19 см от поверхности стола. Под нижний край рейки подкладывают пластиковый коврик. Удерживая каретку на направляющей рейке в крайнем верхнем положении, так, чтобы её выступ с магни­том был обращен в сторону датчиков, вблизи её магнита размещают первый датчик. Он должен быть установлен так, чтобы секундомер запускался, как только каретка начнёт дви­гаться. Второй датчик уста­навливают на расстоянии око­ло 20 см от первого.

2. Измеряют расстояние между датчиками - 5.

3. Производят 6-7 пусков ка­ретки, всякий раз записывая показания секундомера.

4. Вычисляют среднее зна­чение времени движения ка­ретки между датчиками - t_cp.

5. Подставляя в формулу (4) значения S и t_cp, определяют скорость. Полученное значе­ние соответствует той скорости каретки, которую она имела в точке траектории, где установлен второй датчик. Для измерения скорости вторым способом необходимо сделать следующее: 1. Заметить на направляющей рейке место, где располагался второй датчик (точка А н рисунке). Датчики располагают на удалении! 5см от этой точки по обе стороны от не (точки В, АВ= 15см).

2. Измеряют и записывают расстояние между датчиками -S -

3. Пускают каретку, как и в первом опыте, из край него верхнего положения на направляющей рейке i записывают показания секундомера. Производят еще 5-6 пусков, записывая каждый раз время движении между датчиками. Вычисляют среднее время движения - t _Ср

4. По формуле V= - определяют скорость каретки в точке А.

5. Опыт повторяют для расстояний ДВ=10 см, АВ=5 см и АВ=2,5 см.

6. Значения скорости, вычисленные по результатам каждого опыта, сравнивают с тем, которое измерено первым способом. Делают вывод о том, как влияет величина интерва­ла времени, в течении которого наблюдают за движением тела, на совпадение значений мгновенной скорости, определенной вторым способом, с величиной скорости, которую определили первым способом, используя зависимость скорости равноускоренного дви­жения от времени.

9. Исследование зависимости скорости равноускоренного