Поиск по сайту   Карта сайта  English  
L-micro
Мы производим учебное оборудование





Кабинеты




 
 



Rambler's Top100

Учебное оборудование: Методические материалы >> Методические указания к нашим приборам

Из набора Демонстрационная механика
  • Версия для печати
  • Скачать описание (Word)

    Определение ускорения свободного падения

    Цель работы:
    определить ускорение свободного падения, продемонстрировать, что при свободном падении ускорение не зависит от массы тела.
    Оборудование:
    · оптодатчики - 2 шт.
    · стальной квадрат - 2 шт.
    · измерительный блок L-микро
    · пусковое устройство
    · блок питания

    Опыт 1

    В данной работе ускорение свободного падения g определяется на основе измерения времени t, затраченного телом на падение с высоты h без начальной скорости. При проведении опыта удобно регистрировать параметры движения металлических квадратов одинаковых размеров, но разной толщины и, соответственно, разной массы. Методика определения ускорения свободного падения, применяемая в данном опыте, обеспечивает точность около 10%. Существенно большая точность достигается в следующем опыте (вариант 2), однако обработка данных в этом случае несколько сложнее.

    Для выполнения опыта установите пусковое устройство в верхней части классной доски. Вертикально под ним расположите два оптодатчика, ориентировав их, как показано на рисунке. Датчики располагаются на расстоянии приблизительно 0.5 м друг от друга таким образом, чтобы тело, свободно падающее после освобождения из пускового устройства, последовательно проходило через их створы (можно воспользоваться отвесом или линейкой). Присоедините оптодатчики и пусковое устройство к универсальному разъему, а блок питания к разъемам соединительного кабеля, подключенного к третьему каналу измерительного блока.

    Выберите в меню на экране компьютера пункт Определение ускорения свободного падения (вариант 1). Обратите внимание на небольшие квадраты в левом углу экрана. Эти квадраты закрашиваются, если хотя бы в одном из оптодатчиков луч света перекрывается какой-либо преградой. Подвесьте один из квадратов к магниту пускового устройства. Для того, чтобы при обработке результатов использовать простую формулу , (справедливую в том случае, если в начальный момент времени скорость тела равнялась нулю) необходимо достаточно точно выставить взаимное расположение пускового устройства и ближайшего к нему оптодатчика. Отсчет времени в сценарии опыта начинается при срабатывании одного из оптодатчиков. Двигайте верхний оптодатчик вверх по направлению к пусковому устройству с подвешенным к нему телом до тех пор, пока квадрат на экране не станет закрашенным. После этого очень аккуратно опускайте датчик и остановите его в тот момент, когда окрашивание квадрата исчезнет. Теперь все готово для проведения опыта.

    Измерьте расстояние между оптодатчиками h и проведите серию запусков (5-6). Каждый раз записывайте время, которое показывает секундомер на экране компьютера. Рассчитайте среднее значение времени падения тела tср и, подставив полученные данные в формулу , определите ускорение свободного падения g.

    Аналогичным образом проведите измерения с другим квадратом. Основная причина возникновения погрешности в этом опыте - недостаточная точность установки верхнего оптодатчика. Ошибка в позиционировании датчика в 1 мм приводит к уменьшению измеренного интервала времени примерно на 0.01 с и, соответственно, к завышению значения ускорения до 10.5 - 11 м/c2.

    Изучение закона сохранения импульса

    Цель работы:
    продемонстрировать справедливость закона сохранения импульса на примере различных видов взаимодействия двух тел.
    Оборудование:
    · скамья с ограничителем
    · транспортир с отвесом
    · оптодатчики - 2 шт.
    · тележки - 2 шт.
    · груз для тележки
    · измерительный блок L-микро
    · пластилин

    Для проведения опытов установите скамью с магнитной подвеской строго горизонтально (от этого зависит точность результатов эксперимента). На правом краю скамьи поставьте ограничитель. К универсальному разъему подключите два оптодатчика. Запустите программу L-digit.exe и выберите в меню пункт "Закон сохранения импульса (опыты 1 и 2)". В этой работе измерение интервалов времени двумя оптодатчиками осуществляется независимо и выводится на экран в виде двух диаграмм (разверток), под которыми располагаются цифровые окна. Для того, чтобы правильно установить оптодатчики, запустите процесс измерения и несколько раз перекройте луч в одном из датчиков. Датчик, сигналы которого отображаются в левой половине экрана, расположите на скамье слева по отношению ко второму датчику.

    ОПЫТ 1 Неупругое соударение тел.

    К торцевой поверхности одной из тележек прикрепите шарик из пластилина диаметром 3?5 мм и поместите эту тележку в средней части скамьи. Флажки на эту тележку не устанавливаются. Другая тележка с двумя флажками (на расстоянии 5 см друг от друга) ставится на левый конец скамьи. При проведении опыта Вам будет необходимо рукой толкнуть эту тележку. Тележка, установленная в центре скамьи, до столкновения покоится. Первый оптодатчик (тот, который соответствует левой половине экрана) устанавливается таким образом, чтобы измерять скорость движущейся тележки непосредственно перед столкновением с покоящейся тележкой. Иными словами, оба флажка должны пройти мимо оптодатчика до того, как тележки соприкоснутся. Второй оптодатчик служит для измерения скорости движения двух тележек после столкновения. Его можно установить в центре скамьи над первоначально покоящейся тележкой. Положение тележек и оптодатчиков перед началом движения показано на рис. 1.


    Рис. 1

    Включите режим измерений, нажав ENTER , и рукой толкните тележку, установленную на левом конце скамьи. Остановите движение тележек после того, как они отразятся от упора. Данные измерений впишите в таблицу 1. Проведите три запуска при одинаковых массах тележки. Начальная скорость движения тележки может быть произвольная, но после столкновения тележки должны двигаться как единое целое.

    Таблица 1.
     Dt1,cDt2, сv1, м/сu, м/сР1=m1v1, кг·м/сР2=(m1+m2)u, кг·м/с
    m1 = m2      
    m1 = 2m2      
    m1 = 0,5m2      
    Обозначения, принятые в таблице::
    Dt1 - время движения налетающей тележки мимо первого оптодатчика;
    Dt2- время движения тележек мимо второго оптодатчика;
    v1 = l/Dt1 - скорость налетающей тележки (l - расстояние между флажками);
    u = l/Dt2 - скорость тележек после столкновения;
    Р1, Р2 - значения импульса системы до и после столкновения.

    Далее те же самые измерения проводятся при разных массах тележек. Груз устанавливается сначала на движущуюся тележку, а затем на первоначально покоящуюся. При обработке данных Вы можете предложить учащимся рассчитать скорости движения тележек до столкновения (v1) и после него (u), а также импульс системы. Масса груза равна массе тележки и составляет 0.12 кг. Сопоставление цифр, полученных в двух последних столбцах таблицы, позволяет сделать вывод о сохранении импульса системы в процессе взаимодействия.

    ОПЫТ 2 Движение системы тел с нулевым значением импульса

    Для проведения опыта свяжите из тонкой нити петельку, с помощью которой Вы будете связывать тележки с сжатой между ними пружиной. На каждой из тележек установите по два флажка и разместите тележки в центре скамьи. Оптодатчики установите симметрично по разные стороны от тележек в непосредственной близости от них (рис. 2).


    Рис. 2

    Включите режим измерений и с помощью горящей спички или нагретой проволочки пережгите нить. Тележки разъедутся в разные стороны, а на экране появятся интервалы времени движения каждой из них мимо соответствующего оптодатчика. Внесите полученные данные в таблицу 2 и рассчитайте скорости, приобретенные тележками, и суммарный импульс системы после того, как тележки начали движение. Обратите внимание учащихся на то, что скорости и, соответственно, импульсы тележек имеют разные знаки, т.к. тележки движутся в противоположные стороны.

    Повторите опыт, а затем увеличьте массу одной из тележек с помощью груза и еще два раза проведите измерения. Чтобы тележка с грузом могла набрать достаточную скорость, максимально сжимайте пружину. После завершения обработки данных предложите учащимся сделать вывод о неизменности (равенстве нулю) импульса системы при отсутствии внешнего воздействия.

    Таблица 2
     Dt1,cDt2, сu1, м/сu2, м/сР1=m1u1, кг·м/сP=Р12) кг·м/с
    m1 = m2      
    m1 = 2m2      
    Обозначения, принятые в таблице::
    m1, m2 - массы тележек (m1 = m2 = 0.12 кг);
    Dt1,Dt2 - время движения тележек мимо оптодатчиков;
    u1,u2 - скорости движения тележек после пережигания нити;
    Р1, Р2 - импульсы движущихся тележек;
    P=Р12 - импульс системы тел после освобождения тележек.

    ОПЫТ 3 Столкновение тел различной массы

    Одно из следствий закона сохранения импульса состоит в том, что если движение двух тел происходит вдоль одной прямой линии, то при их взаимодействии отношение изменений скоростей тел обратно пропорционально отношению их масс.

    Действительно, записав закон сохранения импульса в скалярной форме

    m1v1+ m2v2 = m1u1+m2u2,

    после несложных алгебраических преобразований можно получить:

    - m2u2 + m2v2 = m1u1 - m1v1
    - m2 (u2 - v2) = m1 (u1 - v1)
    - m2 D v2 = m1D v1
    D v1/D v2 = - m2/m1 ,

    где m1, m2 - массы взаимодействующих тел, v1, v2 - их начальные скорости, u1, u2 - скорости тел после взаимодействия, D v1 = u1 - v1 и Dv2 = u2 - v2 - изменение скоростей соответственно первого и второго тела в результате взаимодействия.

    В данном опыте изучается столкновение двух тележек (одна из них первоначально покоится) и рассчитывается отношение изменений их скоростей в результате удара, после чего полученное значение сопоставляется с отношением масс тележек .


    Рис. 3

    Для проведения опыта скамья устанавливается строго горизонтально, на правом ее конце ставится упор. Одна из тележек помещается на левый край скамьи, другая - примерно в центре. Обе тележки имеют по два флажка на расстоянии 5 см. Пружина на одной из тележек должна быть обращена в сторону другой тележки (рис. 3). Оптодатчик, соответствующий левой развертке на экране компьютера, устанавливается в левой части скамьи таким образом, чтобы оба флажка левой тележки прошли мимо него перед началом взаимодействия тележек. Другой оптодатчик ставится в правой части скамьи и регистрирует скорость второй тележки непосредственно после столкновения (окончания действия пружины). В зависимости от соотношения масс тележек первая тележка после столкновения может остановиться или продолжить движение вперед или назад. В двух последних случаях ее движение будет зарегистрировано одним из оптодатчиков.

    Выберите в меню лабораторных работ пункт "Закон сохранения импульса (опыт 3)". Включите режим измерения и резко (со скоростью примерно 1 м/с) толкните рукой тележку, стоящую в левой части скамьи. Обратите внимание на движение тележек после столкновения. Данные регистрации скорости движения внесите в таблицу и на их основе рассчитайте отношение изменения скоростей тележек в результате столкновения.

    Таблица 3
     Dt1,cDt2, сDt3,cv1, м/сu1, м/сu2, м/сDv=u1-v1, м/сDv1/Dv2
    m1/m2=1
    m1/m2=2 
    m1/m2=0.5 
    Обозначения, принятые в таблице::
    Dt1, Dt2 - интервалы времени, регистрируемые первым и вторым оптодатчиками соответственно;
    Dt3 - интервал времени, измеренный первым или вторым датчиком в зависимости от направления движения налетавшей тележки после столкновения;
    v1 = l/Dt1, u1 = l/Dt3 - скорости налетавшей тележки до и после столкновения (l - расстояние между флажками);
    u2 = l/Dt2 - скорость первоначально покоившейся тележки после столкновения;
    Dv1 = u1 - v1 - изменение скорости двигавшейся до удара тележки;
    Dv2 = u2 - изменение скорости покоившейся до удара тележки (u1 = 0).

    Рекомендуется провести опыт с тележками одинаковой массы три раза, это повысит достоверность результата. После этого установите на одну из тележек груз и повторите эксперименты при разном соотношении масс движущейся и неподвижной тележек. При обработке результатов перед значением скорости налетавшей тележки после столкновения (u1) необходимо ставить знак минус, если направление ее движения в результате столкновения изменилось на противоположное.

    Анализ полученных результатов сводится к сопоставлению отношения изменения скоростей тележек и отношения их масс.



    ©1992-2018гг. «L-МИКРО»      design by Silent Art       created by Elena Mitkina ВВЕРХ