Lucrări de laborator (sarcină experimentală)
DETERMINAREA VITEZEI INIȚIALE A CORPSULUI,
ARUNCAT ORIZONTAL
Dotare: radieră de creion (radieră), bandă de măsurat, blocuri de lemn.
Obiectiv: determinați experimental valoarea vitezei inițiale a unui corp aruncat orizontal. Evaluați credibilitatea rezultatului.
Ecuațiile mișcării unui punct material în proiecții pe axa orizontală 0 Xși axa verticală 0 y arata asa:
Componenta orizontală a vitezei în timpul mișcării unui corp aruncat orizontal nu se modifică, prin urmare, traiectoria corpului în timpul zborului liber al corpului pe orizontală este determinată după cum urmează: https://pandia.ru/text/79/ 468/images/image004_28.gif" width="112 " height="44 src="> Din această ecuație, găsim timpul și înlocuim expresia rezultată în formula anterioară. Acum putem obține formula de calcul pentru găsirea inițialei viteza unui corp aruncat orizontal:
Comandă de lucru
1. Întocmește fișe pentru raportul asupra lucrărilor efectuate cu înregistrări preliminare.
2. Măsurați înălțimea mesei.
3. Așezați radiera pe marginea mesei. Faceți clic pentru a o muta în direcție orizontală.
4. Marcați locul unde elasticul va ajunge pe podea. Măsurați distanța de la punctul de pe podea în care marginea mesei este proiectată până la punctul în care banda elastică cade pe podea.
5. Schimbați înălțimea de zbor a radierei prin plasarea unui bloc (sau cutie) de lemn sub acesta, pe marginea mesei. Faceți același lucru pentru noul caz.
6. Efectuați cel puțin 10 experimente, introduceți rezultatele măsurătorii în tabel, calculați viteza inițială a radierei, presupunând că accelerația de cădere liberă este de 9,81 m/s2.
Tabel cu rezultatele măsurătorilor și calculelor
|
experienţă | Înălțimea zborului corpului | distanța de zbor corporală | Viteza initiala a corpului | Eroare de viteză absolută |
h | s | v 0 | D v 0 |
|
Media |
7. Calculați mărimea erorilor absolute și relative ale vitezei inițiale a corpului, trageți concluzii despre munca depusă.
întrebări de testare
1. O piatră este aruncată vertical în sus și prima jumătate a drumului se mișcă uniform încet, iar a doua jumătate - uniform accelerată. Înseamnă asta că accelerația sa este negativă în prima jumătate a traseului și pozitivă în a doua?
2. Cum se modifică modulul de viteză al unui corp aruncat orizontal?
3. În acest caz, obiectul care a căzut pe geamul mașinii va cădea la pământ mai devreme: când mașina stă nemișcată sau când se mișcă: neglijați rezistența aerului.
4. În ce caz modulul vectorului deplasare al unui punct material este același cu drumul?
Literatură:
1.Giancoli D. Fizica: În 2 vol. T. 1: Per. din engleză - M.: Mir, 1989, p. 89, sarcina 17.
2. , Sarcini experimentale în fizică. Clasele 9-11: un manual pentru elevii instituţiilor de învăţământ.- M .: Verbum-M, 2001, p. 89.
Clasa 10
Laboratorul #1
Definiţia free fall acceleration.
Echipament: o minge pe fir, un trepied cu ambreiaj și un inel, o bandă de măsurat, un ceas.
Comandă de lucru
Modelul unui pendul matematic este o bilă de metal cu rază mică suspendată pe un fir lung.
lungimea pendulului determinată de distanța de la punctul de suspendare la centrul mingii (conform formulei 1)
Unde - lungimea firului de la punctul de suspendare până la locul unde mingea este atașată de fir; este diametrul mingii. Lungimea firului măsurată cu o riglă, diametrul mingii - Subler.
Lăsând firul întins, mingea este scoasă din poziţia de echilibru cu o distanţă foarte mică în comparaţie cu lungimea firului. Apoi mingea este eliberată fără să-i dea o împingere și, în același timp, se pornește cronometrul. Stabiliți perioada de timpt , timp în care pendulul facen = 50 de oscilații complete. Experimentul se repetă cu alte două pendule. Rezultatele experimentale obtinute ( ) sunt introduse în tabel.
Numărul de măsurare
t , cu
T, s
g, m/s
Prin formula (2)
calculați perioada de oscilație a pendulului și din formula
(3) calculați accelerația unui corp în cădere liberăg .
(3)
Rezultatele măsurătorilor sunt introduse în tabel.
Calculați media aritmetică din rezultatele măsurătorii și înseamnă eroare absolută .Rezultatul final al măsurătorilor și calculelor se exprimă ca 
.
Clasa 10
Laboratorul nr. 2
Studierea mișcării unui corp aruncat orizontal
Obiectiv: măsoară viteza inițială a unui corp aruncat orizontal, pentru a investiga dependența razei de zbor a unui corp aruncat orizontal de înălțimea de la care a început să se miște.
Echipament: trepied cu manșon și clemă, jgheab curbat, bilă metalică, o coală de hârtie, o coală de hârtie carbon, un fir cu plumb, o bandă de măsurat.
Comandă de lucru
Mingea se rostogolește pe un jgheab curbat, a cărui parte inferioară este orizontală. Distanţăh de la marginea inferioară a jgheabului la masă ar trebui să fie de 40 cm. Fălcile clemei ar trebui să fie situate lângă capătul superior al jgheabului. Puneți o foaie de hârtie sub jgheab, apăsând-o cu o carte, astfel încât să nu se miște în timpul experimentelor. Marcați un punct de pe această foaie cu plumb.DAR situat pe aceeași verticală cu capătul inferior al jgheabului. Eliberați mingea fără a împinge. Observați (aproximativ) locul de pe masă unde mingea va ateriza în timp ce se rostogolește de pe jgheab și plutește prin aer. Puneți o foaie de hârtie pe locul marcat și pe ea - o foaie de hârtie carbon cu partea „de lucru” în jos. Apăsați aceste foi cu o carte, astfel încât să nu se miște în timpul experimentelor. măsura distanța de la punct marcat la punctDAR . Coborâți jgheabul astfel încât distanța de la marginea inferioară a jgheabului până la masă să fie de 10 cm, repetați experimentul.
După părăsirea jgheabului, mingea se mișcă de-a lungul unei parabole, al cărei vârf se află în punctul în care mingea părăsește jgheabul. Să alegem un sistem de coordonate, așa cum se arată în figură. Înălțimea inițială a mingii și raza de zbor legate de raport Conform acestei formule, cu o scădere a înălțimii inițiale de 4 ori, raza de zbor scade de 2 ori. După ce am măsurat și puteți găsi viteza mingii în momentul separării de jgheab conform formulei 
Teorie
Dacă un corp este aruncat într-un unghi față de orizont, atunci în zbor este afectat de gravitație și rezistența aerului. Dacă forța de rezistență este neglijată, atunci singura forță rămasă este forța gravitației. Prin urmare, datorită legii a 2-a a lui Newton, corpul se mișcă cu o accelerație egală cu accelerația de cădere liberă; proiecţiile acceleraţiei pe axele de coordonate sunt un x = 0, iar la= -g.
Orice mișcare complexă a unui punct material poate fi reprezentată ca o impunere de mișcări independente de-a lungul axelor de coordonate, iar în direcția diferitelor axe, tipul de mișcare poate diferi. În cazul nostru, mișcarea unui corp zburător poate fi reprezentată ca o suprapunere a două mișcări independente: mișcare uniformă de-a lungul axei orizontale (axa X) și mișcare uniform accelerată de-a lungul axei verticale (axa Y) (Fig. 1) .
Prin urmare, proiecțiile de viteză ale corpului se modifică în timp, după cum urmează:
,
unde este viteza inițială, α este unghiul de aruncare.
Prin urmare, coordonatele corpului se modifică astfel:
Cu alegerea noastră a originii coordonatelor, coordonatele inițiale (Fig. 1) Apoi
A doua valoare a timpului la care înălțimea este egală cu zero este egală cu zero, ceea ce corespunde momentului aruncării, adică. această valoare are şi un sens fizic.
Distanța de zbor se obține din prima formulă (1). Raza de zbor este valoarea coordonatei X la sfârșitul zborului, adică la un moment de timp egal cu t0. Înlocuind valoarea (2) în prima formulă (1), obținem:
| . | (3) |
Din această formulă se poate observa că cea mai mare rază de zbor este atinsă la un unghi de aruncare de 45 de grade.
Cea mai mare înălțime de ridicare a corpului aruncat poate fi obținută din a doua formulă (1). Pentru a face acest lucru, trebuie să înlocuiți în această formulă valoarea timpului egală cu jumătate din timpul de zbor (2), deoarece la mijlocul traiectoriei altitudinea de zbor este maximă. Efectuând calcule, obținem
Obiectiv: studiul dependenței razei de zbor a unui corp aruncat orizontal de înălțimea de la care a început să se miște.
Echipament: trepied cu ambreiaj și picior, jgheab arcuat, bilă de oțel, folie de marcare, ghidaj al aparatului pentru studiul mișcării rectilinii, bandă adezivă.
Fundamentele teoretice ale muncii
Dacă un corp este aruncat orizontal de la o anumită înălțime, atunci mișcarea lui poate fi considerată ca o mișcare orizontală prin inerție și o mișcare verticală uniform accelerată.
Corpul se mișcă orizontal în conformitate cu prima lege a lui Newton, deoarece, în afară de forța de rezistență din partea aerului, care nu este luată în considerare, nu acționează asupra lui nicio forță în această direcție. Forța de rezistență a aerului poate fi neglijată, deoarece în timpul scurt de zbor al unui corp aruncat de la o înălțime mică, acțiunea acestei forțe nu va avea un efect vizibil asupra mișcării.
Forța gravitației acționează vertical asupra corpului, ceea ce îi conferă accelerație. g(accelerarea gravitației).
Considerând mișcarea corpului în astfel de condiții ca rezultat a două mișcări independente orizontal și vertical, este posibil să se stabilească dependența intervalului de zbor al corpului de înălțimea de la care este aruncat. Având în vedere că viteza corpului Vîn momentul aruncării este direcționat orizontal și nu există o componentă verticală a vitezei inițiale, atunci timpul de cădere poate fi găsit folosind ecuația de bază a mișcării uniform accelerate:
Unde .
În acest timp, corpul reușește să zboare orizontal, deplasându-se uniform, la distanță. Înlocuind timpul de zbor deja găsit în această formulă, obținem dependența dorită a intervalului de zbor de altitudine și viteză:
Din formula rezultată, se poate observa că distanța de aruncare este în dependență pătratică de înălțimea de la care se află aruncarea. De exemplu, dacă altitudinea este de patru ori, intervalul de zbor se va dubla; cu o creștere de nouă ori în înălțime, intervalul va crește cu un factor de trei și așa mai departe.
Această concluzie poate fi confirmată mai strict. Lasati cand sunt aruncate de la inaltime H 1 interval va fi S 1 , când este aruncat cu aceeași viteză de la înălțime H 2 = 4H 1 interval va fi S 2 .
Conform formulei (1):
Apoi, împărțind a doua ecuație la prima, obținem:
sau 2)
Această dependență, obținută teoretic din ecuațiile mișcării uniforme și uniform accelerate, se verifică experimental în lucrare.
Lucrarea investighează mișcarea unei mingi care se rostogolește pe o jgheab. Jgheabul este fixat la o anumită înălțime deasupra mesei. Aceasta asigură direcția orizontală a vitezei mingii în momentul începerii zborului liber.
Se efectuează două serii de experimente, în care înălțimile secțiunii orizontale a jgheabului diferă cu un factor de patru, iar distanțele sunt măsurate S 1 și S 2, dar pe care mingea este scoasă din jgheab orizontal. Pentru a reduce influența asupra rezultatului factorilor laterali, se determină valoarea medie a distanțelor S 1sr și S 2 mier. Comparând distanțele medii obținute în fiecare serie de experimente, ei concluzionează cât de adevărată este egalitatea (2).
Comandă de lucru
1. Atașați jgheabul de arborele trepiedului astfel încât partea curbată a jgheabului să fie plasată orizontal la o înălțime de aproximativ 10 cm de suprafața mesei. Puneți o peliculă cu marker în locul în care mingea ar trebui să cadă pe masă.
2. Pregătiți un tabel pentru a înregistra rezultatele măsurătorilor și calculelor.
| numărul de experiență | H 1m | S 1m | S 1sr, m | H 2, m | S 2, m | S 2av, m |
3. Testați rulați mingea de la marginea superioară a jgheabului. Stabiliți unde cade mingea pe masă. Mingea ar trebui să lovească partea de mijloc a filmului. Reglați poziția filmului dacă este necesar.
4. Măsurați înălțimea părții orizontale a jgheabului deasupra mesei H 1 .
5. Lansați mingea de pe marginea de sus a jgheabului și măsurați pe suprafața mesei distanța de la marginea de jos a jgheabului până la locul în care a căzut mingea. S 1 .
6. Repetați experimentul de 5-6 ori.
7. Calculați valoarea medie a distanței S 1 mier.
8. Măriți înălțimea jgheabului de 4 ori. Repetați o serie de lansări de minge, măsurați și calculați H 2 ,S 2 ,S 2sr
9. Verificați valabilitatea egalității (2)
10. Calculați viteza raportată corpului pe direcția orizontală?
întrebări de testare
5. Cum se va schimba raza de zbor a unui corp aruncat orizontal de la o anumită înălțime dacă viteza de aruncare este dublată?
6. De câte ori și de câte ori trebuie schimbată viteza unui corp aruncat orizontal pentru a obține aceeași rază de zbor la o înălțime de jumătate din aceasta?
7. În ce condiții are loc mișcarea curbilinie?
8. Cum trebuie să acționeze o forță pentru ca un corp care se mișcă în linie dreaptă să-și schimbe direcția de mișcare?
9. Care este traiectoria unui corp aruncat orizontal?
10. De ce un corp aruncat orizontal se mișcă de-a lungul unui traseu curbat?
12. Ce determină raza de acțiune a unui corp aruncat orizontal?
Obiectiv: măsoară viteza inițială a unui corp aruncat orizontal în câmpul gravitațional al Pământului.
Echipamente, instrumente de măsurare: bilă de oțel, tavă arcuită, trepied de laborator, placă de placaj, două foi de hârtie albă, hârtie carbon, riglă de măsurare
Justificare teoretica:
Schema configurației experimentale este prezentată în figură. O minge care începe să se miște în partea superioară a tăvii arcuite zboară orizontal în punctul O cu o viteză inițială v 0, zburând de-a lungul unei plăci de placaj verticală. Jgheabul este fixat într-un trepied astfel încât punctul O să se afle la o înălțime h deasupra plăcii orizontale de placaj pe care cade mingea.
Pentru a fixa punctul în care cade mingea, se pune pe tablă o coală de hârtie albă, iar deasupra se atașează o coală de hârtie carbon. Când o minge cade pe tablă, ea lasă un semn pe hârtie albă.
Mișcarea unei mingi aruncate orizontal de la o înălțime h are loc în planul vertical XY (X este axa orizontală îndreptată spre dreapta, Y este axa verticală îndreptată în jos). Punctul de plecare al mingii este ales ca origine a numărătorii inverse. (Figura 2).
O V 0 X 0 v 0 l X
l cf Y fig.1 fig. 2
Conform datelor măsurate, înălțimea h și intervalul de zbor l, puteți găsi timpul de zbor și viteza inițială a mingii și puteți nota ecuația traiectoriei y(x).
Pentru a găsi aceste mărimi, scriem legea mișcării bilei sub formă de coordonate. Accelerația gravitațională g este îndreptată vertical în jos. De-a lungul axei X, mișcarea va fi uniformă, iar de-a lungul axei Y, uniform accelerată.
Prin urmare, coordonatele (x,y) ale mingii la un moment arbitrar de timp sunt determinate de ecuații 
în punctul de impact y = h, deci din ecuația (2) puteți găsi timpul de zbor:
Coordonata x a mingii în punctul de cădere este egală cu distanța de zbor a mingii l, care se măsoară în funcționare cu o riglă. Din ecuația (1) este ușor de găsit viteza inițială a mingii, ținând cont de expresia (3). 
Comandă de lucru:
1. Asamblați configurația experimentală, setați înălțimea balonului la aproximativ 20 cm. Măsurați înălțimea h cu o riglă cu diviziuni milimetrice. Determinați eroarea absolută de măsurare Δh =
2. Notați rezultatul înălțimii h meas = h ± Δh
3. Calculați timpul de zbor al mingii folosind formula (3). În acest caz, g \u003d 9,81 m / s 2.
4. Pentru a măsura distanța de zbor, efectuați cinci lansări de minge din același punct al tăvii arcuite. Introduceți rezultatele măsurătorii l k (k = 1, ..., 5) în tabelul 1.
tabelul 1
7. Calculați eroarea aleatoare Δl av =
8. Calculați eroarea absolută maximă Δl = Δl cf + Δl pr =
9. Notează rezultatul măsurării intervalului de zbor l =
5. Calculați viteza inițială a mingii folosind formula (4) v 0 =
11. Calculați eroarea relativă a măsurării indirecte a vitezei inițiale (vezi Tabelul 2 al materialului de referință).
12. Aflați eroarea absolută a măsurării indirecte a vitezei inițiale Δv 0 =
13. Înregistrați rezultatul final al măsurării vitezei inițiale a mingii.
Sarcină suplimentară. Comparați traiectoria balistică reală a mingii cu cea calculată.
1. Pentru a obține traiectoria estimată y(x) a unei mingi aruncate orizontal, exprimați timpul t din ecuația (1):
Înlocuind-o în ecuația (2), obțineți ecuația parabolă (5)
2. Folosind ecuațiile (1), (2) și cunoscând v 0av, găsiți coordonatele x și y ale bilei la fiecare 0,05 s. Trasează traiectoria mișcării calculate pe o bucată de hârtie atașată pe o placă verticală de placaj. Pentru comoditate, folosiți masa. 3.
| t, s | 0,05 | 0,10 | 0,15 | 0,20 | |
| y, m | |||||
| x, m |
3. Rulați mingea pe jgheab, comparați traiectoria balistică reală cu traiectoria calculată.
4. Faceți o concluzie: ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________-
Laboratorul #4
