gazya.ru страница 1
скачать файл




Лабораторная работа



Учебное пособие для преподавателей общеобразовательных школ

Москва, 2011


Теоретическая подготовка учащихся к выполнению лабораторных работ может быть проведена в школьном кабинете физики в различных формах, в том числе с использованием ИКТ. Доцент кафедры физики Ю. А. Андреенко проводит лабораторно-практический тренинг с учащимися Центра образования «Самбо-70»

Определение ускорения силы тяжести
с помощью прибора Атвуда

Цель работы

Цель эксперимента – измерение ускорения свободного падения путем исследования движения тел, на которые действуют постоянные во времени силы.

Дидактическая цель – развитие у обучаемых навыков измерения длин и промежутков времени.


Предварительная подготовка к выполнению лабораторной работы

Перед выполнением лабораторной работы учащимся предлагают решить задачи, в которых изучается движение грузов на блоке, и ответить на ряд вопросов:

1. Как осуществить равномерное движение грузов, подвешенных на нити, которая переброшена через блок?

2. Как осуществить равнопеременное движение грузов, подвешенных на нити, которая переброшена через блок?

3. Каким условиям должны удовлетворять блок, нить, силы трения при вращении блока и силы сопротивления воздуха при движении грузов?

4. Дать определения понятий перемещения, скорости, ускорения. Как зависят от времени скорость и ускорение тела при прямолинейном движении с постоянным ускорением?

5. Что такое ускорение свободного падения? В течение какого времени тело, свободно падающее с высоты h, достигнет поверхности Земли?

6. Два груза массами m1 и m2 соединены нерастяжимой, невесомой нитью, которая переброшена через невесомый блок. Определить ускорение грузов a и силу натяжения нити T. Трением в оси блока пренебречь.

7. Как измерить скорость, достигнутую грузами к моменту снятия перегрузка?


Теоретическое введение

В настоящей работе ускорение свободного падения определяется с помощью прибора Атвуда (рисунок) – легкого блока с перекинутой через него нитью, на концах которой подвешены два одинаковых груза массой М каждый. При этом система находится в равновесии. Если на один из грузов положить добавочный груз (перегрузок) массой т, то грузы начнут двигаться равноускоренно и пройдут путь S1. На кольце P перегрузок снимается, и грузы будут двигаться равномерно на пути S2.

Предположим, что сила трения и масса блока с нитью пренебрежимо малы, а нить нерастяжима, тогда ускорение свободного падения определяется по формуле



, (1)

где M – масса груза;


m – масса перегрузка;
S1 – путь равноускоренного движения системы двух грузов и перегрузка;
S2 – путь равномерного движения груза;
t2 – время равномерного движения грузов на пути S2.

Рассчитаем ускорение , вызванное перегрузком массой m.

На каждый груз действуют две силы: сила тяжести и сила натяжения нити. Векторная сумма сил, приложенных к каждому грузу, сообщает ему ускорение. Если нить нерастяжима (а мы это предполагаем), то ускорения правого и левого грузов одинаковы по модулю и противоположны по направлению. В предположении, что блок и нить невесомы и нить скользит без трения, натяжение нити везде одинаково, а, следовательно, силы натяжения , приложенные к правому и левому грузу, одинаковы. Положим перегрузок m на правый груз M, система грузов придет в движение. На основании второго закона Ньютона для каждого груза имеем:


  • для правого груза с перегрузком

(M + m)a = (M + m)gT,

  • для левого груза

Ma = TMg,

где a – ускорение системы грузов на пути S1;


T – натяжение нити.

Решение этих уравнений дает величину ускорения системы



(2)

Меняя массу m перегрузка, можно изменять ускорение системы.

В конце пути S1 скорость системы определяется из уравнения

(3)

После снятия перегрузка m скорость системы сохраняется на пути S2, так как грузы движутся равномерно. При этом скорость может быть определена из уравнения



(4)

Исключив из равенств (3) и (4) скорость v, получим для ускорения a системы на участке пути S1 следующее соотношение:



(5)

Приравняв правые части равенств (2) и (5), получим выражение (1) для расчета – ускорения свободного падения.


Обработка результатов

По результатам измерений определяют:

1) среднее значение ускорения свободного падения;

2) абсолютную погрешность как модуль разности известного значения ускорения силы тяжести и найденного в эксперименте среднего значения этой величины;

3) относительную погрешность по абсолютной погрешности как .



Содержание отчета

Отчет содержит:

  • описание цели работы;

  • краткое теоретическое введение;

  • описание установки;

  • результаты измерений, записанные в таблицу;

  • вычисленное по результатам измерений среднее значение ускорения свободного падения с указанием абсолютной и относительной погрешностей измерения ;

  • выводы.

В выводах обучаемым предлагается сформулировать задачи, решаемые путем измерений для достижения экспериментальной цели лабораторной работы, используя ответы на контрольные вопросы.
Контрольные вопросы

1. Как изменяется ускорение системы грузов при увеличении массы перегрузка? Ответ обоснуйте.

2. Можно ли утверждать, что полученный ответ на первый вопрос согласуется с законами Ньютона и кинематическими уравнениями равномерного и равнопеременного прямолинейного движения?

3. На чем основано определение ускорения свободного падения с помощью прибора Атвуда?

4. Как наиболее просто измерить скорость, достигнутую грузами в конце равноускоренного движения (скорость грузов в момент снятия перегрузка), используя значения величин, измеренных в процессе:

а) равноускоренного движения,

б) равномерного движения,

в) равноускоренного и равномерного движений.

5. Какие способы измерения ускорения свободного падения вы знаете?



скачать файл



Смотрите также:
Учебное пособие для преподавателей общеобразовательных школ Москва, 2011
45.61kb.
Учебное пособие на английском языке Для студентов юридического факультета
290.4kb.
Учебное пособие Санкт-Петербург 2007
1987.83kb.
Д. В. Кузнецов Характерные черты социально-экономического и политического развития эллинистического Египта в конце IV – второй трети I вв до н э. Учебное пособие Благовещенск 2001
1548.87kb.
Ханбабаев к. М. Религиозно-политический экстремизм. Учебное пособие для студентов высших учебных заведений. Махачкала, … с
6738.08kb.
Решение задач по генетике Учебно-методическое пособие
470.01kb.
Для студентов по специальностям
452.96kb.
Английский язык для современных менеджеров: учебное пособие / З. В. Маньковская. М.: Форум, 2013. 128 с.: 70x100 1/16.
50.19kb.
Учебное пособие по дисциплине «Структуры и алгоритмы обработки данных» для специальностей
1959.62kb.
Белова Т. А. Отечественная история в медицинском вузе / Учебное пособие для подготовки к практическим занятиям. Омск, 2010. 102 с
1159.06kb.
Учебное пособие предназначено для изучения дисциплины «Технические средства информатизации»
3792.23kb.
Учебно-методическое пособие Cаратов 2011 Б53 Диканев Т. В спектральный анализ сигналов. Учебно-методическое пособие для студентов факультета нано- и биомедицинских технологий. Саратов, 2011. 24 с
242.38kb.