Учебно-методическое пособие по дисциплине «Демонстрационный и лабораторный эксперимент по физике при изучении общей физики в школе и в вузе»

10.2. Определение жесткости пружины Для начала измерим длину пружины в недеформируемом состоянии: Далее измерим длину деформированной сжатой пружины: . Определим деформацию пружины : Измерим массу шарика на весах, . Устанавливаем пистолет так, как показано на рис. 25. .. Рис. 29. Пистолет в вертикальном положении «Снаряд» удерживается фиксатором. При нажатии на фиксатор пружина выпрямляется, и энергия сжатой пружины переходит в потенциальную энергию взлетевшего на высоту «снаряда». По закону сохранения энергии можем определить жесткость пружины. Для того, чтобы точнее определить жесткость пружины, опыт повторяется не менее 10 раз. По результатам этих опытов определяется средняя высота, на которую поднимется шарик: . Потенциальная энергия шарика на этой высоте равна . Тогда, используя закон сохранения энергии, найдем жесткость пружины: ; По результатам измерений определяем жесткость пружины: Таблица 5. Результаты измерений для определения жесткости пружины № , м h,м 1. 0,03 0,50 11,2 2. 0,48 3. 0,49 4. 0,47 5. 0,50 6. 0,42 7. 0,49 8. 0,40 9. 0,50 10. 0,46 10.3. Изучение движения тела брошенного горизонтально Устанавливаем пистолет так, как показано на рисунке 27. Нажимая на фиксатор, наблюдаем полет освобожденного «снаряда», получившего горизонтальную скорость . Рис. 30. Расположение пистолета для изучения движения тела, брошенного горизонтально Наблюдая полет «снаряда», фиксируем точку его падения на землю и рассчитываем горизонтальную скорость снаряда. Для этого выберем систему координат следующим образом: ось OX направим горизонтально, по направлению вектора скорости, ось OY направим вертикально вниз, по направлению вектора ускорения свободного падения. Рис. 31. Объяснение движения тела, брошенного горизонтально Выведем законы движения тела, брошенного горизонтально в отсутствии сил сопротивления воздуха. Для этого запишем второй закон Ньютона, который в данной ситуации будет иметь вид: . Так как масса тела не равна нулю, , то на эту величину можно сократить, тогда получаем . Спроецируем это уравнение на координатные оси, тогда получаем: . Это означает, что при изучении такого движения для проекций скоростей и для координат можно использовать законы равномерного и равноускоренного движения. Тогда для проекций скоростей получаем: . Аналогично находим координаты тела в изучаемом движении: При заданном выборе системы отсчета , где - высота, на которой установлен прибор. Когда шарик упадет на пол аудитории, его координаты будут равны , где - дальность полета, которую можно измерить, а . Тогда для точки падения можно записать: В этих формулах - время падения, которое также можно измерить. Теперь для проверки законов движения тела, брошенного горизонтально можно определить скорость, с которой тело вылетело из пистолета, и сравнить этот результат с тем значением скорости, которое получается из закона сохранения энергии. Тогда из последней формулы определяем время полета и подставляем в предыдущую формулу для дальности полета. Тогда получаем . В этой формуле значения дальности полета и высоты можно измерить. Тогда можно вычислить скорость, с которой тело вылетело горизонтально: Кроме того, эту скорость можно найти из закона сохранения энергии, так как эта скорость получена в результате того, что потенциальная энергия сжатой пружины переходит в момент «выстрела» в кинетическую энергию шарика: , отсюда находим начальную скорость Теперь можно вычислить эти значения скорости и сравнить их. Таблица 6. Результаты измерений начальной скорости шарика, брошенного горизонтально № опыта , м , м 1. 0,7 1,25 3,37 3,4 3,2 2. 0,7 1,20 3,24 3. 0,7 1,23 3,32 4. 0,7 1,26 3,40 5. 0,7 1,28 3,46 6. 0,7 1,32 3,56 7. 0,7 1,26 3,40 8. 0,7 1,25 3,37 9. 0,7 1,25 3,37 10. 0,7 1,23 3,32 В этой таблице - среднее значение скорости, полученное по результатам измерений, а - значение этой же скорости, полученное из закона сохранения энергии. Как видно из таблицы, результаты определения скорости отличаются друг от друга на величину, равную , что составляет 6%. Такая точность является достаточной для школьных лабораторных работ. 10.4. Изучение движения тела, брошенного под углом к горизонту Для того, чтобы изучить законы движения тела, брошенного под углом к горизонту, в отсутствии силы сопротивления, устанавливаем прибор под определенным углом, как показано на рисунке 29 Рис. 32. Положение пистолета для изучения движения тела, брошенного под углом к горизонту Наблюдая полет «снаряда», и измеряя дальность полета и высоту, снова определяем начальную скорость. Это значение скорости также сравниваем со значением, полученным из закона сохранения энергии при вылете шарика. Для того, чтобы сравнить скорости, выведем законы этого движения и получим из них выражение скорости. Система отсчета для решения этой задачи представлена на рисунке 33. Как и в случае движения тела брошенного горизонтально, получаем: . Отсюда следует, что Рис. 33. Система отсчета для изучения движения тела, брошенного под углом к горизонту По аналогии можно записать формулы для координат тела: Когда тело упадет на пол аудитории, то его координаты будут равны: . Из этих условий можно найти время полета и начальную скорость В таблице 7 представлены результаты измерений и вычислений для случая, когда тело брошено под углом 450 к горизонту, в таблице 8 – под углом 300 к горизонту, а в таблице 9 – под углом 600 к горизонту. Таблица 7. Результаты измерений начальной скорости тела, брошенного под углом 450 к горизонту № , град h, м , м 1. 45 0,74 1,40 3,08 3,1 3,2 2. 1,47 3,12 3. 1,46 3,11 4. 1,40 3,08 5. 1,42 3,23 6. 1,45 3,09 7. 1,42 3,23 8. 1,40 3,08 9. 1,40 3,08 10. 1,42 3,23 Таблица 8. Результаты измерений начальной скорости тела, брошенного под углом 300 к горизонту № , град h, м , м 1. 30 0,74 1,53 3,13 3,13 3,20 2. 1,55 3,11 3. 1,64 3,23 4. 1,55 3,11 5. 1,58 3,17 Таблица 9. Результаты измерений начальной скорости тела, брошенного под углом 600 к горизонту № , град h, м , м 1. 60 0,74 1,13 3,05 3.06 3.20 2. 1,14 3,08 3. 1,12 3,03 4. 1,15 3,07 5. 1,13 3,05 Результаты этих измерений показывают, что данные опыты с хорошей степенью точности позволяют измерить начальную скорость тела при вылете из пистолета. Это дает хорошее подтверждение законов движения тела, брошенного под углом к горизонту.

Похожие:

	Учебно-методическое пособие по освоению практических навыков входит... Учебно-методическое пособие предназначено для использования в учебном процессе при проведении занятий по дисциплине «Фармацевтическая...		Учебное оборудование по физике. Лабораторный комплект (набор) по... Юнга резины, коэффициента поверхностного натяжения, исследования изменения температуры остывающей воды и т д
	Учебно-методическое пособие Рекомендовано методической комиссией... Учебно-методическое пособие предназначено для организации активной самостоятельной работы студентов над учебным материалом при изучении...		Учебно-методическое пособие Рекомендовано методической комиссией... Учебно-методическое пособие предназначено для организации активной самостоятельной работы студентов над учебным материалом при изучении...
	Программа по физике 9 класс Подчеркнем, что ознакомление школьников с методами научного познания предполагается проводить при изучении всех разделов курса физики,...		Учебно-методическое пособие к практическим занятиям по акушерству... Учебно-методическое пособие представлено кафедрой акушерства и гинекологии сгма в помощь студентам 6 курса лечебного факультета при...
	Учебно-методическое пособие Санкт-Петербург 2014 Авторы: Морозов... Учебно-методическое пособие предназначено для повышения квалификации преподавательского состава умц по го чс и пб санкт-Петербурга...		Учебно-методическое пособие санкт-Петербург 2009г. Автор: Г. П. Подвигин... Учебно-методическое пособие предназначено для должностных лиц, специалистов го и рсчс организаций
	Учебно-методическое пособие по сопровождению самостоятельной работы... Учебно-методическое пособие предназначено для обучающихся автодорожного техникума, как руководство для организации самостоятельной...		Учебно-методическое пособие Дисциплина- «Микробиология» Учебно-методическое пособие предназначено для самостоятельной подготовки и выполнения лабораторных работ по курсу «Микробиология»...
	Методическое пособие по дисциплине «Фармакология» Учебно-методическое пособие предназначено для самостоятельной работы студентов при подготовке к практическим занятиям по фармакологии....		Учебно-методическое пособие Рекомендовано методической комиссией... Методы молекулярной диагностики: Учебно-методическое пособие. Авторы: А. Д. Перенков, Д. В. Новиков, С. Г. Фомина, Л. Б. Луковникова,...
	Учебно-методическое пособие тверь 2015 удк 339. 543(075. 8) Ббк у428-861.... С 47 Таможенные платежи: учебно-методическое пособие. – Тверь: Твер гос ун-т, 2015. – 155 с		Римское право и латинская юридическая терминология Учебно-методическое пособие Учебно-методическое пособие предназначено для оказания методической помощи студентам тф ноу впо «Росноу» в изучении курса «Римское...
	Учебно-методическое пособие Елабуга 2016 ббк 74. 58 Учебно-методическое... Методическое пособие предназначено для студентов 1 курса высших учебных заведений неязыковых специальностей		Учебно-методическое пособие по выполнению письменных работ по учебной дисциплине Красноярск Б 948 Преступления против общественной безопасности и общественного порядка: Учебно-методическое пособие по выполнению письменных...