Опыт 4. Сохранение механической энергии в поле силы тяжести
Оборудование: 1) пластина стальная, 2) платформа стартового устройства, 3) блок питания, 4) оптоэлектрический датчик, 5) измерительный блок L-микро.
Экспериментальная установка для проверки закона сохранения энергии собирается следующим образом. На вертикально расположенной металлической классной доске устанавливается пусковое устройство, а в 40‑60 см под ним размещается оптоэлектрический датчик (рисунок 8).
Рисунок 8
Стальная пластина, первоначально удерживаемая пусковым устройством, при падении пролетает через створ оптоэлектрического датчика, что позволяет измерить ее скорость движения.
Выберите в меню пункт «Сохранение энергии в поле силы тяжести» и войдите в режим проведения измерений.
Подвесьте квадрат к пусковому устройству, нажмите на клавишу «Пуск» (питание электромагнита в этот момент будет отключено), и проверьте, регистрирует ли оптоэлектрический датчик падение квадрата.
При правильном
расположении оптоэлектрического датчика
на экране компьютера появится значение
времени, в течение которого квадрат
перекрывал оптическую ось датчика.
Скорость квадрата v
=l
/ ∆t,
где l
‑ длина
стороны квадрата, а ∆t
‑ измеренный интервал времени. Опыт
следует повторить 3‑5
раз для
того, чтобы получить усредненное значение
скорости движения тела
.
Измерьте высоту h, с которой падал квадрат (расстояние от оптоэлектрического датчика до центра квадрата, подвешенного к пусковому устройству) и рассчитайте изменение потенциальной энергии квадрата (масса квадрата предварительно определяется взвешиванием). Сравните изменение потенциальной энергии квадрата с его кинетической энергией, определенной на основе усредненного значения скорости движения при падении с высоты h.
Опыт 5. Явление перехода потенциальной энергии в кинетическую
Оборудование:
Гирю подвесьте на пружине, приведите в колебательное движение (рисунок 9). Укажите силы, действующие на груз, а также взаимные превращения кинетической и потенциальной энергии груза и пружины.
Рисунок 9
На примере грузика, подвешенного на нити и колеблющегося в плоскости параллельной плоскости доски, отметьте на доске мелом нижнее и верхнее положение грузика и через эти метки проведите горизонтальные прямые. Опыт повторите, но в плоскости качаний маятника установите задержку (карандаш). Покажите, что в этом случае нить огибает задержку, но грузик поднимается на прежнюю высоту.
На стальной наковальне установите стеклянную трубку, пропустив ее через лапки штатива. На опыте покажите превращение потенциальной энергии шарика в кинетическую, а затем во внутреннюю энергии стали.
Деревянный брусок со вставленным в специально высверленное (почти до дна) отверстие датчиком электрического термометра двигайте вдоль стола (рисунок 10). Покажите, что в этом случае механическое движение преобразуется во внутреннее движение молекул, а последнее – в электрическое.
Рисунок 10
Превращение одного вида энергии в другой покажите на установках, показанных на рисунке 11.
Рисунок 11
Опыт 6. Зависимость импульса силы от действующей силы и времени ее действия.
Оборудование:
Положите на край стола полоску прочной бумаги. На край полоски поставьте стакан или графин с водой (рисунок 12). Медленно тяните полоску, графин движется вместе с бумагой. Когда графин будет находится у края стола, сделайте паузу и резко дерните полоску бумаги. Графин в этом случае остается неподвижным. Обоснуйте явление.
Рисунок 12
Из плотной бумаги вырежьте три полоски шириной 1–2 см и длиной 30–40 см. Каждую из полосок заранее склейте в кольцо. Два кольца наденьте на длинный стержень и укрепите между двумя штативами (рисунок 13). В кольца вставьте сухую деревянную палку. Медленно нажмите на палку коротким стержнем до тех пор, пока одно из колец не лопнет.
Рисунок 13
Заменив порванное кольцо новым, повторите опыт, но в этом случае резко ударьте по деревянному стержню. Стержень ломается, а кольца остаются целыми. Объясните явление.
Покажите, что движение тела можно охарактеризовать импульсом тела (количеством движения). Для этого соберите установку, изображенную на рисунке 14. Легкоподвижная тележка при скатывании с наклонной плоскости лишь слегка сдвигает тело А. Нагрузив тележку, повторите опыт и сделайте соответствующий вывод.
Рисунок 14