Отримання знань
дистанційна підтримка освіти школярів
Лабораторна робота № 1
|
Тема: |
Перевірка закону збереження повної механічної енергії. Порівняння роботи сили пружності зі зміною кінетичної енергії тіла
|
|
Мета: |
експериментально перевірити закон збереження повної механічної енергії порівняння роботу сили пружності зі зміною кінетичної енергії тіла.
|
|
Обладнання: |
прилад для демонстрації незалежності руху, терези і набір важків, білий і копіювальний папір, динамометр, кульки, два штативи з муфтами. |
Теоретичні відомості
|
рис 1 |
Пристрій експериментальної установки для перевірки закону збереження повної механічної енергії зображено на рисунку 1. При відхиленні кульки на висоту h відносно рівня АА1 їй надають запас потенціальної енергії |
(2). При зіткненні стержня з опорою С кулька зривається з нього і описує параболу АD. Вимірюючи дальність польоту і висоту падіння кульки можна визначити її швидкість в точці А.Лінійну швидкість центра мас кульки в точці А можна визначити за законами кінематики, знаючи дальність польоту тіла і час польоту t: 
(3). Рух кульки – це рух тіла, кинутого горизонтально. З аналогічних міркувань час польоту знайдемо із рівняння руху кульки вздовж вертикальної осі : 
. Отже, 
. Значить кінетична енергія кульки в цій точці рівна: 
(g = 9,8 м/с2) (4). Порівнюючи значення величин потенціальної (1) та кінетичної енергії (4), можна експериментально перевірити закон збереження повної механічної енергії.
Контрольні запитанні
1) Дайте означення роботи. Одиниці вимірювання роботи. Назвіть випадки, коли робота сили дорівнює нулю.
2) Дайте означення енергії. Які види енергії вам відомі.
3) Охарактеризуйте кожен вид енергії. Що називають повною механічною енергією тіла.
4) Сформулюйте та запишіть закон збереження повної механічної енергії. Які умови його використання?
Розв’яжіть тренувальні задачі
1) Кульку підкидають вертикально вгору зі швидкістю 16 м/с. На якій висоті кінетична і потенціальна енергія кульки будуть рівні?
2) Кульці, що висить на нитці довжиною 1 м надали поштовхом швидкості 4 м/с в горизонтальному напрямі. На якій кут відхилиться нитка від підвісу? При якій початковій швидкості кулька зможе піднятись на максимально можливу висоту?
3) З дитячого пістолета роблять постріл кулькою 20 г у горизонтальному напрямі. Основною частиною цього пістолета є пружина жорсткістю 200 Н/м, стиснута на 10 см, яка при вивільненні і штовхає кульку. Визначте швидкість кулі в початковий момент. Знайдіть дальність польоту кульки.
Хід роботи
І. Перевірка закону збереження повної механічної енергії.
1. Опрацюйте теоретичні відомості та інструкцію лабораторної роботи. Підготуйте у роботі таблицю даних 1. Складіть установку рис 1.
2. Визначте масу кульки за допомогою терезів. Знайдіть висоту кульки над поверхнею парти в положенні рівноваги (точка А)
3. Відхилити стержень з кулькою на деякий кут і виміряти його висоту над поверхнею парти (точка В). Обчисліть різницю висот кульки в положення А та В, знайшовши таким чином висоту підняття кульки h над положенням рівноваги (відносно рівня АА1).
4. Обчисліть значення потенціальної енергії кульки 
в точці В відносно рівня АА1 за формулою 
.
5. Відпустіть стержень так, щоб вдарившись об опору С, кулька злетіла з стержня.
6. Виміряйте дальність польоту l, використавши для фіксування точок падіння білий та копіювальний папір. Виміряйте висоту падіння кульки Н.
7. Обчисліть кінетичну енергію кульки 
в положенні А за формулою Порівняйте отримані значення потенціальної та кінетичної енергії.
8. Повторіть вимірювання мінімум тричі, для трьох різних відхилень стержня від точки А. результати вимірювань та обчислень занесіть до таблиці даних 1.
9. Оцінити похибки вимірювань. Зробіть висновок. У висновку опишіть свої здобутки, яких Ви набули, виконуючи дану роботу; поясніть причини похибок; що б Ви запропонували для покращення чи вдосконалення даної роботи, що зробило б її більш цікавою для Вас.
ІІ. Порівняння роботи сили пружності зі зміною кінетичної енергії тіла
1. Опрацюйте теоретичні відомості та інструкцію лабораторної роботи. Підготуйте у роботі таблицю даних 2.
2. Знайдіть за допомогою динамометра чи терезів масу кульки 
.
3. Закріпіть штатив з муфтою так, як показано на рис 2. Закріпіть на одному з штативів динамометр і підставку для кулі на однаковій висоті Н (не більше 40 см). До гачка динамометра прикріпіть нитку з прив’язаною кулею. Значення Н запишіть до таблиці даних 2.
4. Утримуючи кулю на підставці відсувайте штатив з підставкою до тих пір, поки покази динамометра стануть рівними 2 Н. Відпустіть кульку з підставки та відмітьте місце падіння кульки на столі. На це місце покладіть та закріпіть клейкою стрічкою аркуш білого паперу, а поверх нього копіювального.
5. Дослід повторіть 3 - 5 разів і визначте середнє значення дальність польоту кульки 
. Зважте, що рух кульки – це рух тіла кинутого горизонтально.
|
|
|
рис 2 |
6. Оскільки швидкість кульки в момент злітання з підставки можна знайти за формулою 
, обчисліть кінетичну енергію кульки, яку він набув за рахунок роботи сили пружності, за формулою 
.
7. Виміряйте за допомогою лінійки абсолютне видовження пружини 
при силі пружності 
=2 Н та обчисліть роботу сили пружності за формулою 
.
8. Дослід (пункти 3 - 7) повторіть мінімум тричі для різних значень сили пружності . Результати вимірювань та обчислень запишіть до таблиці даних 2.
9. Оцінити похибки вимірювань. Зробіть висновок. У висновку опишіть свої здобутки, яких Ви набули, виконуючи дану роботу; порівняйте отримані значення роботи сили пружності і зміни кінетичної енергії та зробіть висновок; поясніть причини похибок; що б Ви запропонували для покращення чи вдосконалення даної роботи, що зробило б її більш цікавою для Вас.