Меню
Разработки
Разработки  /  Физика  /  Проверочные работы  /  10 класс  /  Методические указания по проведению лабораторных работ по физике (раздел механика)

Методические указания по проведению лабораторных работ по физике (раздел механика)

Цель методических указаний – помочь обучающимся выполнить лабораторные работы, предусмотренные программой по физике, научить правильно, определять погрешности и производить необходимую числовую обработку результатов лабораторного эксперимента.
11.10.2014

Описание разработки

Содержание

Введение.

Теоретическая подготовка

Критерии оценок лабораторных работ

Методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов

Техника безопасности при выполнении лабораторных работ

Лабораторная работа №1

Измерение коэффициента трения скольжения

Лабораторная работа №2

Изучение закона сохранения механической энергии

Лабораторная работа №3

Измерение ускорения свободного падения при помощи маятника.

Лабораторная работа №4

Изучение равновесия тел под действием нескольких сил

Лабораторная работа №5

Исследование зависимости периода колебаний маятника от длины подвеса и измерение ускорения падения с помощью маятника

Введение

Методические указания по проведению лабораторных работ разработаны согласно рабочим программам по учебной дисциплине «Физика» и требованиям к умениям и знаниям Федерального государственного образовательного стандарта среднего профессионального образования (далее – ФГОС СПО) по специальностям 15. 02. 07 Автоматизация технологических процессов и производств (по отраслям), 22. 02. 01 Металлургия черных металлов, 22. 02. 05 Обработка металлов давлением, 15. 02. 01 Монтаж и техническая эксплуатация промышленного оборудования (по отраслям), 13. 02. 11 Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (по отраслям), 09. 02. 04 Информационные системы (по отраслям), 09. 02. 01 Компьютерные системы и комплексы, 18. 02. 01 Аналитический контроль качества химических соединений.

Цель методических указаний – помочь обучающимся выполнить лабораторные работы, предусмотренные программой по физике, научить правильно, определять погрешности и производить необходимую числовую обработку результатов лабораторного эксперимента.

Весь процесс выполнения лабораторных работ включает в себя теоретическую подготовку, ознакомление с приборами и сборку схем, проведение опыта и измерений, числовую обработку результатов лабораторного эксперимента и сдачу зачета по выполненной работе.

Лабораторные работы направлены на освоение следующих умений и знаний согласно ФГОС СПО.

уметь:

экспериментально находить коэффициент трения и скольжения;

формулировать понятия: механическое движение, скорость и ускорение, система отсчета;

изображать графически различные виды механических движений;

различать понятия веса и силы тяжести;

объяснять понятия невесомости;

 объяснять суть реактивного движения и различия в видах механической энергии;

формулировать понятия колебательного движения и его видов; понятие волны;

знать:

понятия: сила трения скольжения, коэффициент трения скольжения и его зависимость от различных факторов.

основные единицы СИ

 виды механического движения в зависимости от формы траектории и скорости перемещения тела

понятие траектории, пути, перемещения;

различие классического и релятивистского законов сложения скоростей; относительность понятий длины и промежутков времени.

основную задачу динамики;

 понятие массы, силы, законы Ньютона;

 основной закон динамики материальной точки;

 закон всемирного тяготения;

 понятие импульса тела, работы, мощности, механической энергии и ее видов;

закон сохранения импульса;

закон сохранения механической энергии;

превращение энергии при колебательном движении;

суть механического резонанса;

процесс распространения колебаний в упругой среде;

Письменные инструкции к каждой лабораторной работе, приведенные в данном пособии, не только позволяют определить порядок выполнения работы, но предполагают контрольные вопросы по каждой теме.

Теоретическая подготовка

Теоретическая подготовка необходима для проведения физического эксперимента, должна проводиться обучающимися в порядке самостоятельной работы. Ее следует начинать внимательным разбором руководства к данной лабораторной работе.

Особое внимание в ходе теоретической подготовки должно быть обращено на понимание физической сущности процесса. Для самоконтроля в каждой работе приведены контрольные вопросы, на которые обучающийся обязан дать четкие, правильные ответы. Теоретическая подготовка завершается предварительным составлением отчета со следующим порядком записей:

Название работы.

Цель работы.

Оборудование.

Ход работы (включает рисунки, схемы, таблицы, основные формулы для определения величин, а так же расчетные формулы для определения погрешностей измеряемых величин).

Расчеты – окончательная запись результатов работы.

Вывод.

Ознакомление с приборами, сборка схем

Приступая к лабораторным работам, необходимо:

получить у лаборанта приборы, требуемые для выполнения работы;

разобраться в назначении приборов и принадлежностей в соответствии с их техническими данными;

пользуясь схемой или рисунками, имеющимися в пособии, разместить приборы так, чтобы удобно было производить отсчеты, а затем собрать установку;

сборку электрических схем следует производить после тщательного изучения правил выполнения лабораторных работ по электричеству.

Проведение опыта и измерений

При выполнении лабораторных работ измерение физических величин необходимо проводить в строгой, заранее предусмотренной последовательности.

Особо следует обратить внимание на точность и своевременность отсчетов при измерении нужных физических величин. Например, точность измерения времени с помощью секундомера зависит не только от четкого определения положения стрелки, но и в значительной степени – от своевременности включения и выключения часового механизма.

Критерии оценок лабораторных работ

Оценка «5» (отлично) ставится, если обучающийся выполняет работу в полном объеме с соблюдением необходимой последовательности проведения опытов и измерений; самостоятельно и рационально монтирует необходимое оборудование; все опыты проводит в условиях и режимах, обеспечивающих получение правильных результатов и выводов; соблюдает требования правил безопасного труда; в отчете правильно и аккуратно выполняет все записи, таблицы, рисунки, чертежи, графики, вычисления; правильно выполняет анализ погрешностей.

Оценка «4» (хорошо) ставится, если выполнены требования к оценке 5, но было допущено два - три недочета, не более одной негрубой ошибки и одного недочета.

Оценка «3» (удовлетворительно) ставится, если работа выполнена не полностью, но объем выполненной части таков, что позволяет получить правильные результаты и выводы; если в ходе проведения опыта и измерений были допущены ошибки.

Оценка «2» (неудовлетворительно) ставится, если работа выполнена не полностью и объем выполненной части работы не позволяет сделать правильных выводов; если опыты, измерения, вычисления, наблюдения производились неправильно.

Лабораторные работы выполняются по письменным инструкциям, которые приводятся в данном пособии. Каждая инструкция содержит краткие теоретические сведения, относящиеся к данной работе, перечень необходимого оборудования, порядок выполнения работы, контрольные вопросы.

Внимательное изучение методических указаний поможет выполнить работу.

Методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов

К выполнению лабораторных работ необходимо приготовиться до начала занятия в лаборатории. Кроме описания работы в данном учебном пособии, используйте рекомендованную литературу и конспект лекций. К выполнению работы допускаются только подготовленные студенты.

При проведении эксперимента результаты измерений и расчетов записывайте четко и кратко в заранее подготовленные таблицы.

При обработке результатов измерений:

А) помните, что точность расчетов не может превышать точности прямых измерений;

Б) результаты измерений лучше записывать в виде доверительного интервала.

Отчеты по лабораторным работам оформляются согласно требованиям ЕСКД и должны включать в себя следующие пункты:

название лабораторной работы и ее цель;

используемое оборудование;

порядок выполнения лабораторной работы;

далее пишется «Ход работы» и выполняются этапы лабораторной работы, согласно выше приведенному порядку записываются требуемые теоретические положения, результаты измерений, обработка результатов измерений, заполнение требуемых таблиц и графиков, по завершении работы делается вывод.

При подготовке к сдаче лабораторной работы, необходимо ответить на предложенные контрольные вопросы.

Если отчет по работе не сдан во время (до выполнения следующей работы) по неуважительной причине, оценка за лабораторную работу снижается.

Техника безопасности при выполнении лабораторных работ

Вход в лабораторию осуществляется только по разрешению преподавателя.

На первом занятии преподаватель проводит инструктаж по технике безопасности и напоминает студентам о бережном отношении к лаборатории и о материальной ответственности каждого из них за сохранность оборудования и обстановки лаборатории.

При обнаружении повреждений оборудования персональную ответственность несут студенты, выполнявшие лабораторную работу на этом оборудовании. Виновники обязаны возместить материальный ущерб колледжу.

При ознакомлении с рабочим местом проверить наличие комплектности оборудования и соединительных проводов (в случае отсутствия, какого либо элемента, необходимо немедленно сообщить об этом преподавателю).

Если во время проведения опыта замечены какие - либо неисправности оборудования, необходимо немедленно сообщить об этом преподавателю.

После окончания лабораторной работы рабочее место привести в порядок.

Будьте внимательны, дисциплинированы, осторожны, точно выполняйте указания преподавателя.

Не оставляйте рабочего места без разрешения преподавателя.

Располагайте приборы, материалы, оборудование на рабочем месте в порядке, указанном преподавателем.

Не держите на рабочем месте предметы, не требующиеся при выполнении задания.

Перед тем как приступать к работе, уясните ход ее выполнения.

Постоянно следите за исправностью всех креплений в приборах, предназначенных для вращения.

При выполнении опыта колебаний груза на стальном полотне или подвешенного на нити груза, следует надежно укрепить груз, чтобы он не сорвался.

При изучении свободного падения тел на пол следует положить мешочек с песком.

Весь материал – смотрите документ.

Содержимое разработки

УПРАВЛЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ ЛИПЕЦКОЙ ОБЛАСТИ

ГОБПОУ «Липецкий металлургический колледж»






Методические указания по проведению лабораторных работ (раздел механика)

по учебной дисциплине

Физика













Липецк-2014



Методические указания по проведению лабораторных работ (раздел механика)

по ОДп 12 Физика


Составитель: Красникова Л.Н.., преподаватель физики





ОДОБРЕНО

Председатель цикловой комиссии

МОЕНД




_______________ /Красникова Л.Н./


УТВЕРЖДАЮ

Заместитель директора

по учебной работе:




_________________/Перкова Н. И./


Методические указания по проведению лабораторных работ предназначены для студентов ГОБПОУ «Липецкий металлургический колледж» специальностей: 15.02.07 Автоматизация технологических процессов и производств (по отраслям), 22.02.01 Металлургия черных металлов, 22.02.05 Обработка металлов давлением,15.02.01 Монтаж и техническая эксплуатация промышленного оборудования (по отраслям), 13.02.11 Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (по отраслям), 09.02.04 Информационные системы (по отраслям), 09.02.01 Компьютерные системы и комплексы, 18.02.01 Аналитический контроль качества химических соединений. Для подготовки к лабораторным работам с целью освоения практических умений и навыков.


















Содержание

Введение.


Теоретическая подготовка


Критерии оценок лабораторных работ


Методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов


Техника безопасности при выполнении лабораторных работ


Лабораторная работа №1

Измерение коэффициента трения скольжения

Лабораторная работа №2

Изучение закона сохранения механической энергии

Лабораторная работа №3

Измерение ускорения свободного падения при помощи маятника.

Лабораторная работа №4

Изучение равновесия тел под действием нескольких сил

Лабораторная работа №5

Исследование зависимости периода колебаний маятника от длины подвеса и измерение ускорения падения с помощью маятника


Введение


Методические указания по проведению лабораторных работ разработаны согласно рабочим программам по учебной дисциплине «Физика» и требованиям к умениям и знаниям Федерального государственного образовательного стандарта среднего профессионального образования (далее – ФГОС СПО) по специальностям 15.02.07 Автоматизация технологических процессов и производств (по отраслям), 22.02.01 Металлургия черных металлов, 22.02.05 Обработка металлов давлением, 15.02.01 Монтаж и техническая эксплуатация промышленного оборудования (по отраслям), 13.02.11 Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (по отраслям), 09.02.04 Информационные системы (по отраслям), 09.02.01 Компьютерные системы и комплексы, 18.02.01 Аналитический контроль качества химических соединений.

Цель методических указаний – помочь обучающимся выполнить лабораторные работы, предусмотренные программой по физике, научить правильно, определять погрешности и производить необходимую числовую обработку результатов лабораторного эксперимента.

Весь процесс выполнения лабораторных работ включает в себя теоретическую подготовку, ознакомление с приборами и сборку схем, проведение опыта и измерений, числовую обработку результатов лабораторного эксперимента и сдачу зачета по выполненной работе.

Лабораторные работы направлены на освоение следующих умений и знаний согласно ФГОС СПО.

уметь:

  • экспериментально находить коэффициент трения и скольжения;

  • формулировать понятия: механическое движение, скорость и ускорение, система отсчета;

  • изображать графически различные виды механических движений;

  • различать понятия веса и силы тяжести;

  • объяснять понятия невесомости;

  • объяснять суть реактивного движения и различия в видах механической энергии;

  • формулировать понятия колебательного движения и его видов; понятие волны;

знать:

  • понятия: сила трения скольжения, коэффициент трения скольжения и его зависимость от различных факторов.

  • основные единицы СИ

  • виды механического движения в зависимости от формы траектории и скорости перемещения тела

  • понятие траектории, пути, перемещения;

  • различие классического и релятивистского законов сложения скоростей; относительность понятий длины и промежутков времени.

  • основную задачу динамики;

  • понятие массы, силы, законы Ньютона;

  • основной закон динамики материальной точки;

  • закон всемирного тяготения;

  • понятие импульса тела, работы, мощности, механической энергии и ее видов;

  • закон сохранения импульса;

  • закон сохранения механической энергии;

  • превращение энергии при колебательном движении;

  • суть механического резонанса;

  • процесс распространения колебаний в упругой среде;



Письменные инструкции к каждой лабораторной работе, приведенные в данном пособии, не только позволяют определить порядок выполнения работы, но предполагают контрольные вопросы по каждой теме.








Теоретическая подготовка

Теоретическая подготовка необходима для проведения физического эксперимента, должна проводиться обучающимися в порядке самостоятельной работы. Ее следует начинать внимательным разбором руководства к данной лабораторной работе.

Особое внимание в ходе теоретической подготовки должно быть обращено на понимание физической сущности процесса. Для самоконтроля в каждой работе приведены контрольные вопросы, на которые обучающийся обязан дать четкие, правильные ответы. Теоретическая подготовка завершается предварительным составлением отчета со следующим порядком записей:

  1. Название работы.

  2. Цель работы.

  3. Оборудование.

  4. Ход работы (включает рисунки, схемы, таблицы, основные формулы для определения величин, а так же расчетные формулы для определения погрешностей измеряемых величин).

  5. Расчеты – окончательная запись результатов работы.

  6. Вывод.

Ознакомление с приборами, сборка схем

Приступая к лабораторным работам, необходимо:

получить у лаборанта приборы, требуемые для выполнения работы;

  1. разобраться в назначении приборов и принадлежностей в соответствии с их техническими данными;

  2. пользуясь схемой или рисунками, имеющимися в пособии, разместить приборы так, чтобы удобно было производить отсчеты, а затем собрать установку;

  3. сборку электрических схем следует производить после тщательного изучения правил выполнения лабораторных работ по электричеству.

Проведение опыта и измерений

При выполнении лабораторных работ измерение физических величин необходимо проводить в строгой, заранее предусмотренной последовательности.

Особо следует обратить внимание на точность и своевременность отсчетов при измерении нужных физических величин. Например, точность измерения времени с помощью секундомера зависит не только от четкого определения положения стрелки, но и в значительной степени – от своевременности включения и выключения часового механизма.

Критерии оценок лабораторных работ

Оценка «5» (отлично) ставится, если обучающийся выполняет работу в полном объеме с соблюдением необходимой последовательности проведения опытов и измерений; самостоятельно и рационально монтирует необходимое оборудование; все опыты проводит в условиях и режимах, обеспечивающих получение правильных результатов и выводов; соблюдает требования правил безопасного труда; в отчете правильно и аккуратно выполняет все записи, таблицы, рисунки, чертежи, графики, вычисления; правильно выполняет анализ погрешностей.

Оценка «4» (хорошо) ставится, если выполнены требования к оценке 5, но было допущено два-три недочета, не более одной негрубой ошибки и одного недочета.

Оценка «3» (удовлетворительно) ставится, если работа выполнена не полностью, но объем выполненной части таков, что позволяет получить правильные результаты и выводы; если в ходе проведения опыта и измерений были допущены ошибки.

Оценка «2» (неудовлетворительно) ставится, если работа выполнена не полностью и объем выполненной части работы не позволяет сделать правильных выводов; если опыты, измерения, вычисления, наблюдения производились неправильно.

Лабораторные работы выполняются по письменным инструкциям, которые приводятся в данном пособии. Каждая инструкция содержит краткие теоретические сведения, относящиеся к данной работе, перечень необходимого оборудования, порядок выполнения работы, контрольные вопросы.

Внимательное изучение методических указаний поможет выполнить работу.
































Методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов


  1. К выполнению лабораторных работ необходимо приготовиться до начала занятия в лаборатории. Кроме описания работы в данном учебном пособии, используйте рекомендованную литературу и конспект лекций. К выполнению работы допускаются только подготовленные студенты.

  2. При проведении эксперимента результаты измерений и расчетов записывайте четко и кратко в заранее подготовленные таблицы.

  3. При обработке результатов измерений:

А) помните, что точность расчетов не может превышать точности прямых измерений;

Б) результаты измерений лучше записывать в виде доверительного интервала.

  1. Отчеты по лабораторным работам оформляются согласно требованиям ЕСКД и должны включать в себя следующие пункты:

    • название лабораторной работы и ее цель;

    • используемое оборудование;

    • порядок выполнения лабораторной работы;

    • далее пишется «Ход работы» и выполняются этапы лабораторной работы, согласно выше приведенному порядку записываются требуемые теоретические положения, результаты измерений, обработка результатов измерений, заполнение требуемых таблиц и графиков, по завершении работы делается вывод.

  2. При подготовке к сдаче лабораторной работы, необходимо ответить на предложенные контрольные вопросы.

  3. Если отчет по работе не сдан во время (до выполнения следующей работы) по неуважительной причине, оценка за лабораторную работу снижается.

Техника безопасности при выполнении лабораторных работ


  • Вход в лабораторию осуществляется только по разрешению преподавателя.

  • На первом занятии преподаватель проводит инструктаж по технике безопасности и напоминает студентам о бережном отношении к лаборатории и о материальной ответственности каждого из них за сохранность оборудования и обстановки лаборатории.

  • При обнаружении повреждений оборудования персональную ответственность несут студенты, выполнявшие лабораторную работу на этом оборудовании. Виновники обязаны возместить материальный ущерб колледжу.

  • При ознакомлении с рабочим местом проверить наличие комплектности оборудования и соединительных проводов (в случае отсутствия, какого либо элемента, необходимо немедленно сообщить об этом преподавателю).

  • Если во время проведения опыта замечены какие-либо неисправности оборудования, необходимо немедленно сообщить об этом преподавателю.

  • После окончания лабораторной работы рабочее место привести в порядок.

  • Будьте внимательны, дисциплинированы, осторожны, точно выполняйте указания преподавателя.

  • Не оставляйте рабочего места без разрешения преподавателя.

  • Располагайте приборы, материалы, оборудование на рабочем месте в порядке, указанном преподавателем.

  • Не держите на рабочем месте предметы, не требующиеся при выполнении задания.

  • Перед тем как приступать к работе, уясните ход ее выполнения.

  • Постоянно следите за исправностью всех креплений в приборах, предназначенных для вращения.

  • При выполнении опыта колебаний груза на стальном полотне или подвешенного на нити груза, следует надежно укрепить груз, чтобы он не сорвался.

  • При изучении свободного падения тел на пол следует положить мешочек с песком.

Лабораторная работа

Измерение коэффициента трения скольжения.

  • Цель работы: измерить коэффициент трения скольжения деревянного бруска по деревянной линейке двумя различными способами.

  • Оборудование, средства измерения: 1) деревянный брусок, 2) набор грузов, 3) динамометр, 4) деревянная линейка, 5) измерительная лента.

Теоретическое обоснование

1.Принципиальная схема первого способа измерения коэффициента трения скольжения приведена на рисунке 1.

Деревянный брусок, на котором сверху помещаются грузы, присоединён к динамометру.

При приложении к динамометру внешней силы брусок может перемещаться по горизонтально расположенной деревянной линейке. При﬩равномерном движении бруска его ускарение равно нулю. Согласно второму закону Ньютона геометричесая сумма сил, действующх на брусок в этом случае также равнв нулю. Это означает, что сила трения скольжения уравновешивает силу растяжения пружины динамометра и может быть измеренная динамометром.

Коэффициент трения скольжения определяется как коэффициент пропорциональности между силой трения F﬩ бруска с грузами на опору (или весом тела):

.

Сила нормального давления F﬩ в данном случае равна весу бруска вместе с грузом и определяется взвешиванием( рис. 2). Тогда по результатам измерений Fтр и F﬩ можно вычеслить коэффициент трения скольжения:

Согласно формуле (1) графиком зависимости Fтр от силы нормального давления тела F﬩ является прямая линия ( рис.3). Как видно из графика, ( где - угол наклона прямой к оси абсциис).

2.Второй способ измерения коэффициента трения скольжения не требует непосредственного измерения сил и соответственно использования динамометра. В этом случае один из концов линейки с помещённым на ней бруском и грузом постепенно приподнимают до тех пор, пока при небольшом толчке брусок не начнёт равномерно скользить вниз по линейке (рис. 4). В этот момент линейка образует угол с горизонталью, а сумма проекций сил на оси X и Y, действующих на тело, будет равна нулю:

(X) mgsin - Fтр =0,

(Y) mgсоs - N =0/

Учитывая, что Fтр = F﬩, а F﬩= N по третьему закону Ньютона, можно представить систему уравнений (3) в виде

mg sin= N,


mgcos = N.

Беря отношение правых и левых частей системы (4), получаем:

= tg .

Как видно из рисунка 4,

tg, а = .

Следовательно,

= .

Порядок выполнения работы

1.Спомощью динамометра определите вес деревянного бруска ,бруска вместе с одним грузом , бруска с двумя грузами , бруска с тремя грузами . Результаты занесите в таблицу 1 ( в графу F﬩).


F﬩





Fтр





2.Динамометром равномерно тяните брусок по линейке, измеряя силу тяги Fт (Fт = Fтр). Опыт повторите, нагрузив брусок одним, потом двумя и тремя грузами. Результаты измерений Fтр запишите в таблицу 1.

3.Постройте график зависимости Fтр (F﬩) ( рис.5), используя данные таблицы 1. Через начало отсчёта проведите прямую линию так, чтобы число точек над прямой равнялось числу точек под прямой.

4.Найдите коэффициент трения скольжения по формуле (5) как тангенс угла наклона прямой линии к оси абсцисс.

Для этого выберите произвольную точку с координатами ( F﬩,Fтр) на прямой и найдите как отношение

=

5.Через начало отсчёта проведите прямую линию под минимальным углом к горизонтали через экспериментальную точку. Рассчитайте минимальное значение коэффициента трения скольжения.

6.Оцените абсолютную погрешность измерения коэффициента трения скольжения.

7.Запишите окончательный результат в виде

8. Измерьте длину линейки.

.

9.Отсоедините динамометр от бруска. На один из концов линейки поместите брусок с одним грузом и медленно приподнимайте его( см. рис. 4). Измерьте высоту подъёма h конца линейки, когда при небольшом толчке брусок начинает ск4ользить вниз равномерно.

.

10.Вычислите коэффициент трения скольжения по формуле (6).

11.Рассчитайте относительную погрешность косвенного измерения коэффициента трения скольжения по формуле

12.Вычислите абсолютную погрешность измерения .

13.Запишите окончательный результат в виде

Сравните величины коэффициента трения скольжения, измеренные двумя различными способами.

Вывод:


Дополнительное задание.

Доказать, что сила трения скольжения не зависит от площади трущихся поверхностей.

1.Деревянный брусок равномерно тяните динамометром по горизонтальной линейке, измеряя силу тяги.

2.Опыт повторите при перестановке бруска на другие грани с различной площадью поверхности.

Убедитесь, что сила трения скольжения не зависит от площади трудящихся поверхностей, и сделайте вывод.

Вывод:



Лабораторная работа.

Изучение закона сохранения механической энергии

Оборудование: • штатив с муфтой и штативной лапой • динамометр • два груза• направляющая рейка.

Цель работы: состоит в сравнении изменений потенциальной энергии груза, прикреплённого к пружине, и энергии пружины, растянутой под действием груза.

Изменение потенциальной энергии груза по отношению к какой либо поверхности определяется изменением его высоты относительно этой поверхности:

Изменение энергии пружины, если в исходном состоянии она не была деформирована, определяется её величиной в растянутом положении:

Если пружина удлиняется под действием падающего груза, то на основании закона сохранения энергии должно выполняться равенство:

Выполнение работы:

  1. В штативной лапе закрепите динамометр за кольцо, которое непосредственно крепиться к корпусу динамометра, а саму штативную лапу в муфте. Таким образом, избегают касания грузами основания штатива.

  2. Установите направляющую рейку так, чтобы её шкала располагалась как можно ближе к указателю динамометра.

  3. Подготовьте таблицу для записи результатов измерений и вычислений.

    № опыта








  4. Определите положение указателя нерастянутой пружины динамометра на шкале – xl.

  5. Подвесьте к динамометру два груза и, приподнимая их рукой, верните пружину в нерастянутое состояние. Отпустите грузы и заметьте по шкале положение указателя, соответствующее максимальному удлинению пружины – х2.

  6. Вычислите удлинение пружины: .

  7. Повторите опыт 5 – 6 раз и вычислите среднее значение удлинения. Использование при дальнейших расчётах среднего значения удлинения позволит уменьшить влияние на результат случайных погрешностей, допущенных при проведении отдельных измерений положения указателя. Изменение длины пружины соответствует изменению высоты грузов, поэтому хср = h.

  8. Определите общую массу грузов (масса груза указана на его поверхности) и, пользуясь формулой (1), вычислите изменение потенциальной энергии грузов Ег.


  1. Вычислите по формуле (2) изменение энергии пружины. При этом учитывают, что жёсткость пружины динамометра k = 40 Н/м.

10. Сравните изменение энергии грузов и пружины и сделайте вывод о сохранении полной механической энергии системы грузы – пружина.



Лабораторная работа

Определение ускорения свободного падения при помощи маятника


Цель работы:

учебная: определить ускорение свободного падения;

профессиональная: уметь определять вес тела известной массы на данной широте.

должен знать: понятия: математический маятник, период колебаний, частота, амплитуда колебаний;

уметь:измерять длину нити с помощью линейки, период колебаний нитяного маятника, пользоваться секундомером;

Оборудование: нитяной маятник, линейка измерительная, секундомер или часы с секундной стрелкой.


Краткая теория

Закон колебания математического маятника можно записать в виде формулы

, (1)


где Т – период колебаний маятника, l– длина маятника,

g – ускорение свободного падения в данном месте Земли. π = 3,14

Из формулы (1) находим g. Для этого период Т возведем в квадрат

Т2= 4π2 l/g, отсюда Т2 g =4π2 l, отсюда


gcр = 2 l / Тср2 (2)


Таким образом, чтобы определить ускорение свободного падения на опыте, надо измерить длину маятника lи определить из опыта период колебания Т. Эти значения подставить в формулу (2).

Периодом колебания называется время, за которое маятник делает одно полное колебание.

Формулы (2) и (1) справедливы только при малых амплитудах колебания.


Порядок выполнения работы:

1. Измерьте длину маятника (l) линейкой с точностью до 0,5 мм и переведите результат в метры (но не округляйте).

2. Отклонив немного маятник от положения равновесия, отпустите его и, одновременно заметив по часам этот момент (секундная стрелка должна проходить цифру 12), отсчитав 10 полных колебаний, по часам определите (t) время 10 колебаний в секундах.

3. Разделив время t на 10, определите период

Т= t/10 Т= t/n (3)


4. Повторите опыт с 20-ю и 30-ю полными колебаниями.

5. Вычислите Т среднее по формуле:

Т1+ Т2 + Т3

Тср= ---------------- (4)

3

6. Подставьте найденные значения l и Тсрв формулу (2) и вычислите gср.

7. Все вычисления округлите до 3-х значных цифр,

например: π2 = π π

π2 =3,14х3,14=9,8596=9,86

8. Все измерения и вычисления занесите в отчетную таблицу:

Отчетная таблица

№ опыта

n

t,

(с)

T,

(с)

Тср,

(с)

l,

(м)

gср,

(м/с2)

∆g

εg

1

10








2

20








3

30









9. Сравните полученное среднее значение для gср, со значением g0=9,8 м/c2 и рассчитайте абсолютную погрешность измерения по формуле:

∆g = / gср - g0 / (5)

10. Рассчитайте относительную погрешность измерения по формуле:

εg = ∆g / g0 (6)


11. Сделайте вывод в конце работы (согласно цели работы), запишите результат измерения в виде :

g = gср +∆g (7)


12. Ответьте на контрольные вопросы.

Основные правила техники безопасности:

  1. Аккуратно обращайтесь со штативом, не допускайте его падения.

  2. Не раскачивайте маятник до больших амплитуд.

  3. Не покидайте рабочего места без разрешения преподавателя.

Контрольные вопросы:

1. Что такое ускорение свободного падения?

2. От чего зависит ускорение свободного падения?

3. Период колебаний математического маятника (формула, определение).

4. От чего зависит период колебаний математического маятника?

5. В чем измеряется Т, l, g?











Лабораторная работа

Изучение равновесия тел под действием нескольких сил


Оборудование: штатив с муфтой; рычаг; набор грузов; динамометр; линейка

Цель работы: состоит в проверки утверждения о том, что тело, имеющее закрепленную ось вращения, находится в равновесии, если сумма моментов сил, стремящихся вращать тело по часовой стрелке, равна сумме моментов сил, стремящихся вращать его против часовой стрелки.

Моментом силы называют произведение ее модуля на плече силы.

Выполнение работы:

  1. Подготовьте таблицу для записи результатов измерений и вычислений:

    №опыта

    Против часовой стрелки

    По часовой стрелке

    P, H

    l1, м

    М1 = P*l1

    F,H

    L2

    М2 = F*l2

    1







  2. Закрепите муфту стержне штатива. Вставьте ось в центральное отверстие рычага и заверните её в торцевую часть муфты. Рычаг должен располагаться на высоте около 40 см от поверхности стола (это необходимо для того, чтобы динамометр не упирался в стол). При необходимости уравновесьте рычаг ползунками.

  3. Подвесьте к динамометру два груза, определите их суммарный вес P занесите результат в таблицу.

  4. Подвесьте эти грузы на расстоянии 20 см слева от оси рычага.

  5. Прикрепите динамометр на расстояние 10 см справа от оси, как показано на рисунке, и, потянув за него вниз, верните рычаг в исходное положение.

  6. По показанию динамометра определите величину силы F, которую необходимо было приложить к рычагу, чтобы вернуть его в равновесие.

  7. Измерьте линейкой плечи сил, приложенных к рычагу со стороны грузов и динамометра l1 и l2.

  8. Повторите опыт 3 – 4 раза, меняя всякий раз количество грузов, места их подвеса и место прикрепления динамометра. В конце каждого опыта, когда рычаг будет уравновешен, заносите данные о силах и их плечах в таблицу.

  9. Вычислите величины моментов М1 и М2

  10. Сравните величины моментов сил, приложенных к рычагу против и по часовой стрелки в каждом опыте, и сделайте вывод о справедливости утверждения, которое необходимо было проверить в работе.




Лабораторная работа

Исследование зависимости периода колебаний маятника от длины подвеса и измерение ускорения падения с помощью маятника

Оборудование:

  • штатив со штативной лапой и муфтой

  • нить с петлями на концах

  • груз с крючком

  • линейка

  • электронный секундомер

Цель работы: состоит в экспериментальной проверке формулы, связывающей период колебаний маятника с длиной его подвеса и в определении ускорения свободного падения на основе зависимости периода колебаний маятника на подвесе от длины подвеса

Теория

Тело, подвешенное на нити, может совершать колебания, период которых определяется формулой:

где l – длина подвеса, а g – ускорение свободного падения.

Нужно помнить, что зависимость периода колебаний от длины, выраженная формулой (1), справедлива лишь для таких маятников, у которых длина подвеса значительно (не менее чем в десять раз) превосходит размер подвешенных грузов (длиной нити следует считать расстояние от точки подвеса до центра тяжести груза).

Из этой формулы следует, например, что период колебаний изменится вдвое при изменении длины подвеса в четыре раза.

Это следствие и проверяют в работе. Поочередно испытывают два маятника, длины подвесов которых отличаются в четыре раза. Каждый из маятников приводят в движение и измеряют время, за которое он совершит определенное количество колебаний. Чтобы уменьшить влияние побочных факторов, опыт с каждым маятником проводят несколько раз и находят среднее значение времени, затраченное маятником на совершение заданного числа колебаний. Затем вычисляют периоды маятников и находят их отношение.

Если груз, подвешенный на нити, колеблется, а его размеры значительно меньше, чем длина нити, то период колебаний может быть определен из формулы:

(1),

где l – длина нити (точнее расстояние от точки подвеса до центра тяжести груза), g – ускорение свободного падения. Зная период колебаний и длину нити, на основании этой формулы можно определить ускорение свободного падения:

(2)

Длину нити измеряют линейкой, а период – по времени t, за которое маятник совершит определенное количество колебаний N: T=t/N.

Причём угол отклонения нити от вертикали при колебаниях груза не должен быть слишком велик (до 5-7 градусов), иначе формула для определения ускорения свободного падения перестаёт быть верной.

Ход работы:

Задание 1

  1. Подготовьте таблицу для записи результатов измерений и вычислений:


l, м

№ опыта

N

t, с

tср, с

Т, с

l1=

1





l2=

2






2. Закрепите штативную лапу в муфте у верхнего края стержня штатива. Штатив разместите на столе так, чтобы конец перекладины выступал за край поверхности стола. Подвесьте к штативной лапе с помощью нити один груз из набора. Расстояние от точки повеса до центра груза должно быть 25-30 см.

3. Подготовьте электронный секундомер к работе в ручном режиме.

4. Отклоните груз на 5-6 см от положения равновесия и замерьте время, за которое груз совершит 30 полных колебаний (при отклонении груза следите, чтобы угол отклонения не был велик).

5. Повторите измерение 3-4 раза и определите среднее время tср1.

6. Вычислите период колебаний груза с длиной подвеса 25-30 см: Т1= tср1/N

7. Увеличьте длину подвеса в четыре раза.

8. Повторите серию опытов с маятником новой длины и измерьте его период колебаний Т2= tср2/N

9. Сравните периоды колебаний двух маятников, длины которых отличались в четыре раза, и сделайте вывод относительно справедливости формулы (1).Укажите возможные причины расхождения результатов.

Задание 2

  1. Закрепите штативную лапу у верхнего края стержня штатива. Штатив разместите на столе так, чтобы конец перекладины выступал за край поверхности стола. Подвесьте к перекладине один груз из набора. Груз должен висеть в 3-4 см от пола.

  2. Для записи результатов измерений и вычислений подготовьте таблицу:


№ опыта

l, м

N

t, с

tср, с

Т, с

g, м/с2









  1. Измерьте лентой длину маятника l (длину нити нужно выбирать максимально возможной, для уменьшения угла отклонения нити от вертикали).

  2. Подготовьте измеритель времени к работе в режиме секундомера.

  3. Отклоните маятник на 5-10 см и отпустите его (убедитесь, что при этом максимальный угол отклонения груза от вертикали не превышает указанной величины).

  4. Замерьте время t, за которое он совершит 40 полных колебаний.

  5. Повторите опыт 5-7 раз, после чего вычислите среднее время, за которое маятник сделает 40 колебаний tср.

  6. Вычислите период колебаний Т= tср/N

  7. Вычислите по формуле (2) ускорение свободного радения.

  8. Определите относительную ошибку полученного результата : , где gизм – величина ускорения свободного падения, определенная по результатам проделанной работы, g – значение, взятое из справочника.


-70%
Курсы повышения квалификации

Организация и сопровождение олимпиадной деятельности учащихся

Продолжительность 72 часа
Документ: Удостоверение о повышении квалификации
4000 руб.
1200 руб.
Подробнее
Скачать разработку
Сохранить у себя:
Методические указания по проведению лабораторных работ по физике (раздел механика) (0.65 MB)