Файл: ФИЗИКА Методические указания к комплексу лабораторных работ по физике для студентов-заочников(механика, молекулярная физика, электричество и магнетизм, колебания и волны, оптика).pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 06.04.2024
Просмотров: 209
Скачиваний: 3
3.Как учитывается температура окружающей среды при измерении плотности твердых тел пикнометром?
4.Как учесть влияние выталкивающей силы воздуха, действующей согласно закону Архимеда, при взвешивании тела?
Список рекомендуемой литературы
1.Савельев И.В. Курс общей физики: В 3 т. Т. 1. – М.: Наука, 1989. – 352 с.
2.Лабораторный практикум по физике / Под ред. А.С. Ахматова. – М.: Высш. шк., 1980. – 326 с.
3.Физический практикум. Механика и молекулярная физика / Под ред. В.И. Ивероновой. – М.: Наука, 1967. – 352 с.
Лабораторная работа № 1-3
ИЗУЧЕНИЕ ДИНАМИКИ ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ
Цель работы: изучение законов динамики поступательного равномерного и равноускоренного движения, определение ускорения свободного падения.
Оборудование: измерительная установка.
|
|
|
|
|
|
|
Введение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рассмотрим |
поступательное |
|
|
|
|
|
|
|
|
движение двух грузов, перекину- |
||
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
тых через блок (рис. 1). Нить при- |
||
Fнат |
|
|
нимается нерастяжимой; |
массой |
|||||
|
|
|
|
|
Fнат |
нити, моментом инерции блока и |
|||
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
m1 |
трением в оси блока пренебрегаем. |
||
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
Пусть m1 > m2. Уравнения дви- |
|||
|
|
|
|||||||
m2 g |
|
|
|
жения для этого случая выглядят |
|||||
|
m1g |
||||||||
|
|
|
|
|
следующим образом: |
|
|||
|
|
|
Рис. 1 |
m1g – Fнат = m1a, |
(1) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
Fнат – m2g = m2a, |
(2) |
|
где m1 и m2 – массы грузов; Fнат – сила натяжения нити; а – ускорение грузов; g – ускорение свободного падения.
20
Из (1) и (2) получаем |
|
|
|
|
|
|
g a m1 m2 . |
|
|
(3) |
|
|
m1 m2 |
|
|
|
|
|
Описание установки |
|
|
|
|
Экспериментальная |
установка |
(машина |
|
|
3 |
Атвуда) изображена на рис. 2. |
|
|
|
||
|
|
|
|
||
На вертикальной колонке 1, закрепленной |
|
2 |
|
||
на основании 7, три кронштейна: неподвиж- |
|
4 |
|||
ный нижний 6 и два подвижных – средний 5 и |
|
|
m |
||
верхний 4. Основание оснащено регулируе- |
|
|
|||
|
|
М |
|||
мыми ножками 8, которые позволяют вырав- |
|
|
|||
|
|
|
|||
нивать положение прибора. Сверху на колон- |
М |
|
|
||
ке закреплен ролик 3 и электромагнит (на рис. 2 |
|
|
|||
|
|
5 |
|||
не показан). Через ролик перекинута нить 2 с |
|
|
|||
|
|
1 |
|||
привязанными на ее |
концах одинаковыми |
|
|
||
грузами М. Электромагнит после подведения |
|
|
6 |
||
|
|
7 |
|||
к нему питающего напряжения при помощи |
|
|
|||
|
|
8 |
|||
фрикционной муфты удерживает систему ро- |
|
|
Рис. 2 |
||
лика с грузами в состоянии покоя. |
|
|
|
||
|
|
|
|
||
Если на одну сторону блока прибавим небольшой груз массой m, тогда |
|||||
система грузов получит ускорение и, передвигаясь с этим ускорением, |
|||||
пройдет путь S1. На специальном кольце, закрепленном на среднем крон- |
|||||
штейне, дополнительный груз будет отцеплен, и грузы пройдут уже рав- |
|||||
номерно путь S2. |
|
|
|
|
|
На среднем и нижнем кронштейнах имеются фотоэлектрические датчики. |
|||||
При прохождении грузом положения датчика образуется электрический им- |
|||||
пульс, сигнализирующий о начале равномерного движения грузов и запус- |
|||||
кающий секундомер. После пересечения грузом линии фотоэлектрического |
|||||
датчика, закрепленного на нижнем кронштейне, соответствующий электри- |
|||||
ческий импульс останавливает секундомер. Таким образом, автоматически |
|||||
определяется время прохождения t2 грузами расстояния S2. |
|||||
К концу равноускоренного движения грузы имеют ускорение a и ско- |
|||||
рость V, связанные соотношением V = at1, отсюда |
|
|
|||
|
|
a V . |
|
|
(4) |
|
|
t |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
21 |
|
|
|
Время t1 можно определить из соотношения
|
|
|
at 2 |
|
|
||||
|
S |
|
|
1 |
. |
|
(5) |
||
|
|
|
|
|
|||||
|
1 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
Со скоростью V система грузов проходит расстояние S2 соответственно: |
|||||||||
|
V |
|
S2 |
. |
|
(6) |
|||
|
|
t2 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Из выражений (4) – (6) несложно получить: |
|
||||||||
|
|
|
S22 |
|
|
|
|
||
a |
|
2S |
|
t |
2 |
. |
(7) |
||
|
|
|
1 |
|
2 |
|
|
||
Подставляя (7) в (3), получим результирующее расчетное соотношение |
|||||||||
для получения ускорения свободного падения: |
|
||||||||
|
2M m S 2 |
|
|||||||
g |
m 2S t |
22 . |
(8) |
||||||
|
|
|
|
|
1 2 |
|
|
||
Порядок выполнения работы
1.Проверить, находится ли система грузов М (без перегруза) в состоянии равновесия.
2.Установить верхний и средний кронштейны на заданные преподавателем положения (на кронштейнах имеются указатели положения).
3.Проверить, не задевают ли грузы М при движении кронштейны. Если задевают, то при помощи регулируемых ножек основания привести колонку прибора к вертикальному положению и отрегулировать положение кронштейнов.
4.Проверить визуально наличие и исправность заземления.
5.Подключить установку к сети питания. Переместить правый грузик в верхнее положение (нижний край груза на уровне риски на кронштейне). Нажать клавишу “Сеть”, при этом при ненажатых клавишах “Пуск” и “Сброс” электромагнит с помощью фрикционной муфты должен застопорить ролик 3.
Положить на правый груз дополнительный кольцевой грузик (“перегрузка”). Проверить, находится ли система в состоянии покоя (если система медленно перемещается, то можно слегка нажать на сердечник электромагнита).
6.Нажать на кнопку “Пуск” (система придет в движение). Записать из-
меренное значение времени движения грузика на пути S2. Нажать клавишу “Сброс”. Поднять груз в первоначальное положение. Нажать клавишу
22
“Пуск” в “утопленном” положении, чтобы она перешла в нормальное (“неутопленное”) положение; ролик застопорится, и система готова к новым измерениям.
7.Повторить измерения с одним перегрузом 4 – 5 раз. Найти среднее значение времени движения <t2>.
8.Найти массу перегруза m на аналитических весах (если он не маркирован). Измерить и записать значения S1 и S2.
9.Рассчитать g по формуле (8).
10.Повторить измерения с другими перегрузами (по указанию преподавателя).
11.Найти среднее значение <g>.
12.Рассчитать погрешность определения g как погрешность косвенных измерений.
g g |
2ΔM |
|
|
2M |
|
|
|
|
m 2
m
|
2 S2 |
2 |
|
m |
2 |
S1 |
2 |
|
2 t2 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
S2 |
|
|
m |
|
|
S1 |
|
|
t2 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Дополнительное задание
Определить величину силы трения при измерении ускорения свободного падения на машине Атвуда.
Контрольные вопросы
1.Сформулировать законы Ньютона.
2.Какое движение называется равномерным, равноускоренным? Нарисовать графики зависимостей ускорения, скорости, пути от времени для равномерного и равноускоренного движения.
3.Как влияет на точность измерений величина расстояний S1 и S2? Величина перегрузки? Трение в блоке?
4.Почему измеренное ускорение свободного падения меньше чем 9,8 м/с2.
Список рекомендуемой литературы
1.Савельев И.В. Курс общей физики: В 3 т. Т. 1. – М.: Наука, 1989. –
352с.
2.Сивухин Д.В. Общий курс физики. Механика: В 5 т. Т. 1. – М.: Наука, 1979. – 519 с.
23