4.2.1. Bereiten Sie die Waage vor und wiegen Sie den Körper mit Erlaubnis des Laboranten. Bestimmen Sie den Instrumentenfehler der Waage.

4.2.2. Notieren Sie das Messergebnis in Standardform: m=(m±Δm) [Dimension].
5. SCHLUSSFOLGERUNG

Geben Sie an, ob das Ziel der Arbeit erreicht wurde.

Zeichnen Sie Körpergewichtsmessungen auf zwei Arten auf.

5.3. Ergebnisse vergleichen. Schlussfolgerungen ziehen
6. KONTROLLFRAGEN

6.1. Was ist träge Masse, schwere Masse, wie werden sie definiert? Formulieren Sie das Äquivalenzprinzip von träger und schwerer Masse.
6.2. Was sind direkte Messungen und indirekte Messungen? Nennen Sie Beispiele für direkte und indirekte Messungen.
6.3. Wie groß ist der absolute Fehler der gemessenen Größe?
6.4. Wie groß ist der relative Fehler der gemessenen Größe?
6.5. Wie groß ist das Konfidenzintervall des Messwerts?
6.6. Führen Sie die Fehlerarten auf und beschreiben Sie sie kurz.
6.7. Welche Genauigkeitsklasse hat das Gerät? In welcher Preisklasse befindet sich das Gerät?
Wie wird der Instrumentenfehler des Messergebnisses ermittelt?
6.8. Wie der relative Fehler und der absolute Fehler der indirekten Messung berechnet werden.
6.9. Wie erfolgt die standardmäßige Erfassung des endgültigen Messergebnisses? Welche Voraussetzungen müssen erfüllt sein?

6.10. Messen Sie die lineare Größe des Körpers mit einem Messschieber. Notieren Sie das Messergebnis in Standardform.

6.11. Messen Sie die lineare Größe des Körpers mit einem Mikrometer. Notieren Sie das Ergebnis.

Laborarbeit №2.

Das Studium der Bewegung des Körpers im Kreis

1. ZWECK DER ARBEIT. Bestimmung der Zentripetalbeschleunigung einer Kugel bei ihrer gleichförmigen Bewegung im Kreis.

2. INSTRUMENTE UND ZUBEHÖR. Ein Stativ mit Kupplung und Fuß, ein Lineal, ein Maßband, eine Kugel an einem Faden, ein Blatt Papier, eine Stoppuhr.

KURZE THEORIE

Der Versuch wird mit einem Kegelpendel durchgeführt (Abb. 1). Lassen Sie eine an einem Faden aufgehängte Kugel einen Kreis mit einem Radius beschreiben R. Auf den Ball wirken zwei Kräfte: Schwerkraft und Spannung in der Saite. Ihre Resultierende erzeugt eine auf den Kreismittelpunkt gerichtete Zentripetalbeschleunigung. Der Beschleunigungsmodul kann mittels Kinematik bestimmt werden:

(1)

Um die Beschleunigung zu bestimmen, ist es notwendig, den Radius des Kreises R und die Periode zu messen T Zirkulation der Kugel um den Kreis.
Die Zentripetalbeschleunigung kann auch mit dem 2. Newtonschen Gesetz bestimmt werden:

Wir wählen die Richtung der Koordinatenachsen wie in Abb.1 gezeigt. Wir projizieren Gleichung (2) auf die ausgewählten Achsen:

Aus den Gleichungen (3) und (4) und aus der Ähnlichkeit von Dreiecken erhalten wir:

Abb.1. . (5)

Somit kann die Zentripetalbeschleunigung unter Verwendung der Gleichungen (1), (3) und (5) auf drei Arten bestimmt werden:

. (6)

Komponentenmodul Fx kann direkt mit einem Dynamometer gemessen werden. Dazu ziehen wir die Kugel mit einem horizontal angeordneten Dynamometer auf eine Entfernung, die dem Radius entspricht R Kreis (Abb. 1) und ermitteln Sie den Dynamometerwert. In diesem Fall gleicht die elastische Kraft der Feder die horizontale Komponente aus Fx und gleich groß.

In dieser Arbeit besteht die Aufgabe darin, experimentell zu verifizieren, dass die auf drei Arten erhaltenen numerischen Werte der Zentripetalbeschleunigung gleich sind (innerhalb der absoluten Fehler gleich).

ARBEITSAUFGABE

1. Bestimmen Sie die Masse m Kugeln auf der Waage. Wägeresultat und Instrumentenfehler ∆ m in Tabelle 1 schreiben.

2. Wir zeichnen einen Kreis mit einem Radius von etwa 20 cm auf ein Blatt Papier, messen diesen Radius, bestimmen den Instrumentenfehler und tragen die Ergebnisse in Tabelle 1 ein.

3. Positionieren Sie das Stativ mit dem Pendel so, dass die Fortsetzung des Fadens durch den Mittelpunkt des Kreises verläuft.

4. Nehmen Sie den Faden am Aufhängepunkt mit den Fingern und drehen Sie das Pendel so, dass die Kugel den gleichen Kreis beschreibt wie der auf Papier gezeichnete Kreis.

5. Die Zeit zählen t, für die der Ball eine bestimmte Anzahl von Umdrehungen macht (z. B. N= 30) und schätzen Sie den Fehler ∆ ab t Messungen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 festgehalten.

6. Bestimmen Sie die Höhe h Kegelpendel und Gerätefehler ∆ h. Distanz h senkrecht von der Kugelmitte zum Aufhängepunkt gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 festgehalten.

7. Wir ziehen die Kugel mit einem horizontal angeordneten Dynamometer auf eine Entfernung, die dem Radius R des Kreises entspricht, und bestimmen den Dynamometerwert F= Fx und Instrumentenfehler ∆ F. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 festgehalten.

Tabelle 1.

m

∆m

R

∆R

t

∆t

N

h

∆h

F

∆F

g

∆g

π

∆ π

G

G

mm

mm

mit

mit

mm

mm

H

H

m/s 2

m/s 2

8. Berechnen Sie den Zeitraum T Umlauf der Kugel um den Kreis und der Fehler ∆ T:

.

9. Unter Verwendung der Formeln (6) berechnen wir die Werte der Zentripetalbeschleunigung auf drei Arten und die absoluten Fehler indirekter Messungen der Zentripetalbeschleunigung.

FAZIT

Schreiben Sie in die Ausgabe in Standardform die auf drei Arten erhaltenen Werte der Zentripetalbeschleunigung. Vergleichen Sie die erhaltenen Werte (siehe Abschnitt "Einführung. Messfehler"). Machen Sie eine Schlussfolgerung.

TESTFRAGEN

6.1. Was ist eine periode T

6.2. Wie kann man den Zeitraum experimentell bestimmen? T der Kreis der Kugel?

6.3. Was ist die Zentripetalbeschleunigung, wie kann sie durch die Umlaufzeit und durch den Kreisradius ausgedrückt werden?

6.4. Was ist ein kegelpendel. Welche Kräfte wirken auf die Kugel eines Kegelpendels?

6.5. Schreiben Sie das 2. Newtonsche Gesetz für ein Kegelpendel auf.

6.6. Welche drei Methoden zur Bestimmung der Zentripetalbeschleunigung werden in diesem Labor angeboten?

6.7. Mit welchen Messgeräten werden die Werte der in Tabelle 1 angegebenen physikalischen Größen ermittelt?

6.8. Welche der drei Methoden zur Bestimmung der Zentripetalbeschleunigung liefert den genauesten Wert der gemessenen Größe?

Labor Nr. 3

Ähnliche Informationen.

Laborarbeit Nr. 4 in Physik Klasse 9 (Antworten) - Untersuchung der Bewegung eines Körpers im Kreis

3. Den Mittelwert des Zeitintervalls berechnen und in die Tabelle eintragen , für die die Kugel N = 10 Umdrehungen macht.

4. Berechnen Sie den Durchschnittswert der Rotationsperiode und tragen Sie ihn in die Tabelle ein Ball.

5. Mit Formel (4) Mittelwert des Beschleunigungsmoduls ermitteln und in die Tabelle eintragen.

6. Mit den Formeln (1) und (2) den Mittelwert der Winkel- und Lineargeschwindigkeitsmodule bestimmen und in die Tabelle eintragen.

Erfahrung	N	t	T	a	ω	v
1	10	12.13	-	-	-	-
2	10	12.2	-	-	-	-
3	10	11.8	-	-	-	-
4	10	11.41	-	-	-	-
5	10	11.72	-	-	-	-
Heiraten	10	11.85	1.18	4.25	0.63	0.09

7. Berechnen Sie den Maximalwert des absoluten Zufallsfehlers bei der Messung des Zeitintervalls t.

8. Bestimmen Sie den absoluten systematischen Fehler des Zeitintervalls t.

9. Berechnen Sie den absoluten Fehler der direkten Messung des Zeitintervalls t.

10. Berechnen Sie den relativen Fehler der direkten Messung des Zeitintervalls.

11. Ergebnis einer direkten Messung des Zeitintervalls in Intervallform aufzeichnen.

Sicherheitsfragen beantworten

1. Wie ändert sich die lineare Geschwindigkeit der Kugel bei ihrer gleichförmigen Drehbewegung relativ zum Kreismittelpunkt?

Die lineare Geschwindigkeit wird durch Richtung und Größe (Modul) charakterisiert. Der Modul ist ein konstanter Wert, und die Richtung während einer solchen Bewegung kann sich ändern.

2. Wie beweist man die Beziehung v = ωR?

Da v = 1/T ist, ist die Beziehung der zyklischen Frequenz mit der Periode und der Frequenz 2π = VT, womit V = 2πR. Zusammenhang zwischen Lineargeschwindigkeit und Winkelgeschwindigkeit 2πR = VT, also V = 2πr/T. (R ist der Radius der Inschrift, r ist der Radius der Inschrift)

3. Wie hängt die Rotationsdauer T der Kugel vom Modul ihrer linearen Geschwindigkeit ab?

Je höher die Rate, desto kürzer die Frist.

Schlussfolgerungen: Ich habe gelernt, die Rotationsdauer, Module, Zentripetalbeschleunigung, Winkel- und Lineargeschwindigkeiten bei gleichförmiger Rotation des Körpers zu bestimmen und die absoluten und relativen Fehler direkter Messungen des Zeitintervalls der Körperbewegung zu berechnen.

Superaufgabe

Bestimmen Sie die Beschleunigung eines materiellen Punktes bei seiner gleichmäßigen Drehung, wenn er in Δt = 1 s 1/6 des Umfangs mit einem linearen Geschwindigkeitsmodul v = 10 m/s zurückgelegt hat.

Umfang:

S = 10 ⋅ 1 = 10 m
l \u003d 10⋅ 6 \u003d 60 m

Kreisradius:

r = l/2π
r = 6/2 ⋅ 3 = 10 m

Beschleunigung:

a = v 2 /r
a \u003d 100 2 / 10 \u003d 10 m / s 2.

.

ichVorbereitungsphase

Die Abbildung zeigt schematisch die als "Riesenstufen" bekannte Schaukel. Finden Sie die Zentripetalkraft, den Radius, die Beschleunigung und die Geschwindigkeit einer Person, die um eine Stange schwingt. Die Länge des Seils beträgt 5 m, die Masse einer Person 70 kg. Die Stange und das Seil bilden beim Umlauf einen Winkel von 300. Bestimmen Sie die Periode, wenn die Drehfrequenz der Schaukel 15 min-1 beträgt.

Hinweis: Auf einen sich im Kreis drehenden Körper wirken die Schwerkraft und die elastische Kraft des Seils. Ihre Resultierende verleiht dem Körper eine Zentripetalbeschleunigung.

Tragen Sie die Ergebnisse der Berechnungen in die Tabelle ein:

Bearbeitungszeit, s

Geschwindigkeit

Umlaufdauer, s

Umlaufradius, m

Körpergewicht, kg

Zentripetalkraft, N

Umlaufgeschwindigkeit, m/s

Zentripetalbeschleunigung, m/s2

II. Hauptbühne

Zielsetzung:

Geräte und Materialien:

1. Vor dem Versuch wird eine zuvor auf einer Waage gewogene Last an einem Faden am Bein des Stativs aufgehängt.

2. Legen Sie unter die hängende Last ein Blatt Papier mit einem darauf gezeichneten Kreis mit einem Radius von 15-20 cm und legen Sie die Mitte des Kreises auf ein Lot, das durch den Aufhängepunkt des Pendels verläuft.

3. Am Aufhängepunkt wird der Faden mit zwei Fingern gefasst und das Pendel vorsichtig in Rotationsbewegung versetzt, so dass der Rotationsradius des Pendels mit dem Radius des eingezeichneten Kreises übereinstimmt.

4. Bringen Sie das Pendel in Rotation und zählen Sie die Anzahl der Umdrehungen, messen Sie die Zeit, während der diese Umdrehungen stattfanden.

5. Tragen Sie die Ergebnisse der Messungen und Berechnungen in die Tabelle ein.

6. Aus den Parametern der Kreisbewegung der Last wird die resultierende Gewichtskraft und die im Versuch ermittelte Elastizitätskraft berechnet.

Andererseits kann aus dem Anteil die Zentripetalkraft bestimmt werden

Dabei sind Masse und Radius bereits aus vorangegangenen Messungen bekannt und um die Fliehkraft auf dem zweiten Weg zu bestimmen, muss die Höhe des Aufhängepunktes über der rotierenden Kugel gemessen werden. Ziehen Sie dazu die Kugel auf einen Abstand, der dem Rotationsradius entspricht, und messen Sie den vertikalen Abstand der Kugel zum Aufhängepunkt.

7. Vergleichen Sie die auf zwei verschiedene Arten erhaltenen Ergebnisse und ziehen Sie eine Schlussfolgerung.

IIIKontrollstufe

In Ermangelung einer Waage zu Hause kann der Zweck der Arbeit und der Ausrüstung geändert werden.

Zielsetzung: Messung der linearen Geschwindigkeit und Zentripetalbeschleunigung bei gleichförmiger Kreisbewegung

Geräte und Materialien:

1. Nehmen Sie eine Nadel mit einem 20-30 cm langen Doppelfaden und stecken Sie die Nadelspitze in einen Radiergummi, eine kleine Zwiebel oder eine Plastilinkugel. Sie erhalten ein Pendel.

2. Heben Sie Ihr Pendel am freien Ende des Fadens über ein auf dem Tisch liegendes Blatt Papier und bringen Sie es in gleichmäßige Rotation um den auf dem Blatt angezeigten Kreis. Messen Sie den Radius des Kreises, auf dem sich das Pendel bewegt.

3. Erzielen Sie eine stabile Drehung des Balls entlang einer vorgegebenen Flugbahn und verwenden Sie die Uhr mit einem Sekundenzeiger, um die Zeit für 30 Umdrehungen des Pendels festzulegen. Berechnen Sie mit bekannten Formeln die Module der linearen Geschwindigkeit und der Zentripetalbeschleunigung.

4. Erstellen Sie eine Tabelle, um die Ergebnisse festzuhalten, und füllen Sie sie aus.

Verweise:

1. Frontallaborunterricht in Physik in der High School. Handbuch für Lehrer herausgegeben. Ed. 2. - M., "Aufklärung", 1974

2. Shilov-Arbeit in der Schule und zu Hause: Mechanik.-M .: "Enlightenment", 2007

Datum_________ FI_____________________________________ Klasse 10_____

Laborarbeit Nr. 1 zum Thema:

"UNTERSUCHUNG DER BEWEGUNG EINES KÖRPERS IN EINEM KREIS UNTER EINWIRKUNG VON KRÄFTEN DER ELASTIZITÄT UND DER Gravitation".

Zielsetzung: Bestimmung der Zentripetalbeschleunigung einer Kugel bei ihrer gleichförmigen Kreisbewegung.

Ausrüstung: Stativ mit Kupplung und Fuß, Maßband, Zirkel, Dynamometer

labor, waage mit gewichten, gewicht auf fäden, blatt papier, lineal, kork.

Theoretischer Teil der Arbeit.

Versuche werden mit einem Kegelpendel durchgeführt. Eine kleine Kugel bewegt sich auf einem Kreis vom Radius R. Dabei beschreibt der Faden AB, an dem die Kugel befestigt ist, die Oberfläche eines geraden Kreiskegels. Auf den Ball wirken zwei Kräfte: die Schwerkraft
und Fadenspannung (Abb. a). Sie erzeugen eine Zentripetalbeschleunigung entlang des Radius zum Mittelpunkt des Kreises gerichtet. Der Beschleunigungsmodul kann kinematisch bestimmt werden. Es ist gleich:

.

Um die Beschleunigung zu bestimmen, ist es notwendig, den Radius des Kreises und die Umlaufdauer der Kugel um den Kreis zu messen.

Die zentripetale (normale) Beschleunigung kann auch mit Hilfe der Gesetze der Dynamik bestimmt werden.

Nach dem zweiten Newtonschen Gesetz
. Zerlegen wir die Kraft in Komponenten und , entlang des Radius zum Mittelpunkt des Kreises und senkrecht nach oben gerichtet.

Dann wird Newtons zweites Gesetz wie folgt geschrieben:

.

Wir wählen die Richtung der Koordinatenachsen wie in Abbildung b gezeigt. In Projektionen auf die O 1 y-Achse nimmt die Bewegungsgleichung der Kugel die Form an: 0 = F 2 - mg. Also F 2 = mg: Komponente gleicht die Schwerkraft aus
am Ball agieren.

Schreiben wir das zweite Newtonsche Gesetz in Projektionen auf die O 1 x-Achse: ma n = F 1 . Von hier
.

Der Modulanteil F 1 kann auf verschiedene Weise ermittelt werden. Dies kann zunächst anhand der Ähnlichkeit der Dreiecke OAB und FBF 1 erfolgen:

.

Von hier
und
.

Zweitens kann der Modul der Komponente F 1 direkt mit einem Dynamometer gemessen werden. Dazu ziehen wir die Kugel mit einem horizontal angeordneten Dynamometer auf eine Entfernung, die dem Radius R des Kreises entspricht (Abb. c), und bestimmen den Dynamometerwert. In diesem Fall gleicht die Federkraft der Feder das Bauteil aus .

Vergleichen wir alle drei Ausdrücke für ein n:

,
,
und stellen Sie sicher, dass sie nahe beieinander liegen.

Arbeitsprozess.

1. Bestimmen Sie die Masse der Kugel auf der Waage auf 1 g genau.

2. Befestigen Sie die an einem Faden aufgehängte Kugel mit einem Stück Kork am Bein des Stativs.

3 . Zeichnen Sie einen Kreis mit einem Radius von 20 cm auf ein Blatt Papier. (R= 20 cm = _______ m).

4. Wir positionieren das Stativ mit dem Pendel so, dass die Verlängerung der Schnur durch den Mittelpunkt des Kreises verläuft.

5 . Nehmen Sie den Faden mit den Fingern am Aufhängepunkt und versetzen Sie das Pendel in Drehbewegung

über ein Blatt Papier, sodass die Kugel den gleichen Kreis beschreibt wie der auf dem Papier gezeichnete.

6. Wir zählen die Zeit, in der das Pendel 50 volle Umdrehungen macht (N = 50).

7. Berechnen Sie die Umlaufzeit des Pendels mit der Formel: T = t / N.

8 . Berechnen Sie den Wert der Zentripetalbeschleunigung mit Formel (1):

=

9 . Bestimmen Sie die Höhe des Kegelpendels (h). Messen Sie dazu den senkrechten Abstand von der Kugelmitte zum Aufhängepunkt.

10 . Berechnen Sie den Wert der Zentripetalbeschleunigung mit Formel (2):

=

11. Ziehen Sie die Kugel horizontal mit einem Dynamometer bis zu einer Entfernung, die dem Radius des Kreises entspricht, und messen Sie den Modul der Komponente .

Dann berechnen wir die Beschleunigung mit Formel (3): =

12. Die Ergebnisse der Messungen und Berechnungen werden in die Tabelle eingetragen.

Kreisradius R , m	Geschwindigkeit N	t , mit	Zeitraum der Zirkulation T = t / N	Pendelhöhe h , m	Kugelmasse m , kg	Zentrale Beschleunigung Frau 2	Zentrale Beschleunigung Frau 2	Zentrale Beschleunigung Frau 2

13 . Vergleichen Sie die erhaltenen drei Werte des zentripetalen Beschleunigungsmoduls.

__________________________________________________________________________ FAZIT:

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Zusätzlich:

Finden Sie den relativen und absoluten Fehler der indirekten Messung a u (1) und (3):

Formel 1). _______ ; Δa c \u003d a c \u003d ________;

Formel (3). __________; Δac \u003d ein c \u003d _______.

3. Den Mittelwert des Zeitintervalls berechnen und in die Tabelle eintragen<t> wofür der Ball sorgt N= 10 Umdrehungen.

4. Berechnen Sie den Durchschnittswert der Rotationsperiode und tragen Sie ihn in die Tabelle ein<T> Kugel.

5. Mit Formel (4) Mittelwert des Beschleunigungsmoduls ermitteln und in die Tabelle eintragen.

6. Mit den Formeln (1) und (2) den Mittelwert der Winkel- und Lineargeschwindigkeitsmodule bestimmen und in die Tabelle eintragen.

Erfahrung	N	t	T	a	ω	v
1	10	12.13	—	—	—	—
2	10	12.2	—	—	—	—
3	10	11.8	—	—	—	—
4	10	11.41	—	—	—	—
5	10	11.72	—	—	—	—
Heiraten	10	11.85	1.18	4.25	0.63	0.09

7. Berechnen Sie den Maximalwert des absoluten Zufallsfehlers bei der Messung des Zeitintervalls t.

8. Bestimmen Sie den absoluten systematischen Fehler des Zeitintervalls t .

9. Berechnen Sie den absoluten Fehler der direkten Messung des Zeitintervalls t .

10. Berechnen Sie den relativen Fehler der direkten Messung des Zeitintervalls.

11. Ergebnis einer direkten Messung des Zeitintervalls in Intervallform aufzeichnen.

Sicherheitsfragen beantworten

1. Wie ändert sich die lineare Geschwindigkeit der Kugel bei ihrer gleichförmigen Drehbewegung relativ zum Kreismittelpunkt?

Die lineare Geschwindigkeit wird durch Richtung und Größe (Modul) charakterisiert. Der Modul ist ein konstanter Wert, und die Richtung kann sich während einer solchen Bewegung ändern.

2. Wie man das Verhältnis beweist v = ωR?

Da v = 1/T ist, ist die Beziehung der zyklischen Frequenz mit der Periode und der Frequenz 2π = VT, womit V = 2πR. Zusammenhang zwischen Lineargeschwindigkeit und Winkelgeschwindigkeit 2πR = VT, also V = 2πr/T. (R ist der Radius des Umschriebenen, r ist der Radius des Eingeschriebenen)

3. Wie die Rotationsperiode abhängt T Ball aus dem Modul seiner linearen Geschwindigkeit?

Je höher die Rate, desto kürzer die Frist.

Ergebnisse: gelernt, die Rotationsdauer, Module, Zentripetalbeschleunigung, Winkel- und Lineargeschwindigkeiten bei gleichförmiger Rotation des Körpers zu bestimmen und die absoluten und relativen Fehler direkter Messungen des Zeitintervalls der Körperbewegung zu berechnen.

Superaufgabe

Bestimmen Sie die Beschleunigung eines materiellen Punktes während seiner gleichförmigen Drehung, falls für Δ t\u003d 1 s hat es 1/6 des Umfangs mit dem linearen Geschwindigkeitsmodul zurückgelegt v= 10 m/s.

Umfang:

S = 10 ⋅ 1 = 10 m
l \u003d 10⋅ 6 \u003d 60 m

Kreisradius:

r = l/2π
r = 6/2 ⋅ 3 = 10 m

Beschleunigung:

a = v 2/r
a = 100 2/10 = 10 m/s2.