Завдання 5 Показати поступальний рух.

Лабораторна робота

Демонстраційний експеримент з кінематики

Слов’янськ 2011

·

Лабораторна робота

Демонстраційний експеримент з кінематики

Мета: Ознайомитись з методикою та технікою проведення основних дослідів з кінематики.

Література:

1. В.Г.Бар`яхов, Ф.Я.Божинова.Физика. 10кл. Х: «Ранок», 2010 – 256с.

2. Коршак Є.В. Фізика: 8 кл. –К: «Генеза», 2008

3. Л.И.Анциферов. Практикум по школьному физическому эксперименту. -М: «Просвещение», 1984

4. В.А.Буров. Демонстрационные опыты по физике в СШ. Ч.1. -М: «Просвещение», 1970

5. А.А.Марголис. Практикум по школьному эксперименту. -М: «Просвещение» 1997

6. Є.В.Коршак. Методика і техніка шкільного фізичного експерименту. -Київ: «Вища школа», 1981

7. Б.Ю.Миргородський. Демонстраційний експеримент з фізики. -К: «Освіта», 1987

8. Г.И.Жерехов. Демонстрационный эксперимент по механике.

9. Н.М.Шахмаев. Физический эксперимент в СШ. -М: «Просвещение», 1989

10. Програма з фізики для ЗОШ. 1992, 1994, 1996, 2005 та ін.

Завдання 1 Повторити по шкільних підручниках 8 та 10 кл. теми “Основи кінематики”, “Механічний рух”. З’ясуйте головні поняття даної теми: поступальний рух, матеріальна точка, швидкість, прискорення, шлях, переміщення, види руху, основні поняття криволінійного руху.

Завдання 2 Ознайомитись приладами для демонстрації дослідів з теми: машина Атвуда, диск обертовий з приладдям, прилад з кінематики та динаміки, метроном, секундомір демонстраційний СЕД, лічильник-секундомір электронный шкільний ССЭШ, падаючий циліндр.

Л.: 2 с. 106-109, 114-115, 3 с. 28-34, 9 с. 1-5.

Завдання 3 Продемонструвати механічний рух. На прикладі, уяснити основні поняття кінематики. /явища, величини/,та їх закономірності:

а) скочування кульки по похилому жолобу,

б) рух кульки вгору по похилому жолобу,

в) рух заводної іграшки (самостійно).

Л.: 8 с. 27;

Завдання 4 Продемонструвати прямолінійний та криволінійний рух визначити поняття „траєкторія”.

а) рух кульки по “мертвій петлі”,

б) прямолінійний рух візка по демонстраційному столу,

в) швидкий рух плями від лазера на екрані.

Л.: 8 с. 27;

Завдання 5 Показати поступальний рух.

Л.: 8 с.30.

Завдання 6 Продемонструвати додавання переміщень.

Л.: 3 с.30-41, стор. 103-104 (Марголіс).

Завдання 7 Продемонструвати відносність спокою та руху.

Л.: 2 с.112-113, 3 с.37-38, 6 с. 29; 102-103 (Марголіс).

Завдання 8 Продемонструвати прямолінійний рівномірний і рівноприскорений рухи.

1.Визначити прискорення руху за допомогою

а) машини Атвуда;

б) падаючого циліндра (ознайомитися);

в) за допомогою приладу з рухомою стрічкою по кінематиці.

2. Ознайомитись з методом визначення миттєвої швидкості рівномірного руху за допомогою машини Атвуда /під ред. Покровського/.

Л.: 3 с.43-44. Буров.

3. Визначити прискорення вільного падіння.

Завдання 9 Провести досліди по введенню понять кутової та лінійної швидкості обертаючого тіла.

а) за допомогою обертового диску;

б) за допомогою диску з обладнанням /в описі приладу/.

Л.: 3 с.88-89, 91-93, 6 с.50-51.

Завдання 10 Ознайомитися з демонстрацією падіння тіл у повітрі та у розрідженому простору.

Л.: 8 с.38.

Машина Атвуда настільна електрифікована:

(мал. 167) призначена для демонстрації дослідів по кінематиці і динаміці прямолінійного руху. Прилад складається з дерев'яної планки, яку за допомогою сталевого стержня можна вертикально укріплювати на тренозі від універсального штатива (мал. 168- верх лицьової сторони, мал. 169-низ тильної сторони).

На планці нанесена шкала-86 см. Вверху планки укріплений блок. Через блок перекинута нитка, до кінців якої підвішують вантажі. Вантажі є циліндрами, що згвинчуються. Кожен вантаж складається з двох частин (верхньої і нижньої); кожна з них має порожнини, що закриваються кришкою з різьбленням. Порожнини можна заповнювати дробом для компенсації тертя в дослідах по динаміці. Перевантаження 2 вирізані з листового металу. Маса перевантажень 2 і 4 г.

У верхній частині планки з двох сторін змонтовані гнізда для установки електромагнітного пускача 3. На планці встановлена колодка з чотирма затисками для підключення джерела струму (6 В) і секундоміра. Із зворотнього боку уздовж планки зроблений паз з двома токоведучими шинами, призначеними для підключення в ланцюг приймального столика 4. Підставка столика стопориться, але він може переміщатися у вертикальному напрямі декілька міліметрів. При установці столика у верхнє положення до упору ланцюг з токоведучими шинами замикається, а при його опусканні вниз розмикається.

У середній частині планки зміцнюється кільце із затиском, яке служить для знімання перевантаження в процесі руху вантажу через кільце. Приймач, столик і кільце можуть переміщатися уздовж планки при відпущеному стопорному гвинті.

Підготовка приладу до роботи зводиться до наступного. Прилад встановлюють вертикально. З цією метою один з підвішених вантажів вводять в кільце або встановлюють безпосередньо над столиком. За допомогою зрівняльних клинів або гвинтів, змонтованих на тренозі, добиваються вертикальності. При вертикальному положенні вісь циліндрового вантажу повинна пройти через центр кільця. Ланцюг збирають по малюнку 170, де Е - електромагнітний пускач, ПС - контакти приймального столика, З - затиски «Вхід» секундоміра, 1, 2, 3, 4 - затиски на колодці машини Атвуда, жирні прямі лінії Ш - струмоведучі шини приладу. Перед перевіркою електричного ланцюга переконуються, що нитка з вантажами проходить між якорем і сердечником електромагніту. При замкнутому ключі якір притягується до сердечника і стопорить нитку, одночасно розмикаються контакти електромагнітного пускача КЕ. Піднятий приймальний столик замикає контакти ПС, ланцюг секундоміра виявляється розімкненим. При розмиканні ключа електромагніт відпускає нитку, вантажі починають рух. Одночасно замикаються контакти КЕ, секундомір відлічує час. При ударі вантажу об приймальний столик контакти ПС розмикаються, секундомір зупиняється. Так автоматично відлічується час руху вантажів. У дослідах по динаміці необхідно враховувати, що частина енергії при русі системи під дією перевантаження витрачається на обертання блоку. Отже, в рівнянні mg-Ma, де т - маса перевантаження, g- прискорення вільного падіння, а - прискорення системи, М - маса всієї системи (тобто маса двох вантажів перевантаження і еквівалентна маса блоку).

Обертовий диск з приладдям:

служить для дослідів по обертальному руху. У набір входять металевий диск, тахометр 2, жолоб 3, два сталеві катки 4, тасьма 5, дуга 6, дві стійки 7, трубка з жолобом 8, стержень з кульками 9 (мал. 166).

Всі деталі укладають в спеціальний ящик. Для установки диска в робоче положення сталевий стержень укріплюють в тренозі універсального штатива. На стержень насаджують диск так, щоб двоступінчатий шків виявився знизу. Горизонтальність диска перевіряється рівнем, а регулюється або зрівняльними гвинтами (якщо вони змонтовані на тренозі), або клинами. Обертати диск можна уручну, за допомогою відцентрової машини або електродвигуна. У останньому випадку кільце з міцної нитки накидають на шків диска і на вісь електродвигуна. Обертання диска за допомогою електродвигуна дозволяє плавно регулювати число зворотів; це досягається зміною напруги за допомогою регулювальника РНШ.

Все приладдя встановлює на диску залежно від характеру досліду. Тахометр, жолоб, стопки закріплюють на диску за допомогою фасонних гайок. Тахометр має ділення. Якщо при обертанні диска схил тахометра встановлюється проти першого великого ділення, то диск робить 0,5 об/с, а якщо проти другого великого ділення, то 1 об/с. При установці тахометра необхідно стежити, аби площина його шкали була направлена уздовж радіусу диска.

Ділення на жолобі показують відстань від центру диска в сантиметрах. Уздовж жолоба можуть рухатися катки масою 250 і 500 г. За дужку катка можна зачепити тасьму, яку перекидають через блок, укріплений на кінці жолоба, і вільний кінець тасьми чіпляють гачком за динамометр.

Застосовуючи диск, що обертається, можна демонструвати різні досліди. Наприклад, якщо до дуги (див. мал. 166) підвісити кульку, напрям нитки якого проходитиме через центр диска, то можна продемонструвати маятник Фуко. Для цього кульку відхилюють і відпускають без бічного поштовху. Помічають, що площина коливань зберігається. Потім диск наводять в повільне обертання і переконуються в незмінності площини коливань маятника.

Для вивчення лінійної і кутової швидкості вісь диска можна укріпити в муфті штатива, тоді диск розташується у вертикальній площині.

Вивчення прямолінійного рівноприскореного руху за допомогою рухомої стрічки.

Обладнання І) прилад з кінематики і динаміки з рухомою стрічкою, 2) вимірювальна стрічка з поділками, 3) секундомір або годинник з секундною стрілкою, 4) штатив для фронтальних робіт, 5) щітка або клаптик сукна, 6) картонні кружечки з вирізами — 2 шт.

Зміст і метод виконання роботи

Повторіть: «Фізика-8».

У цій роботі треба експериментально перевірити залежність швидкості і переміщення тіла від часу в прямолінійному рівноприскореному русі з початковою швидкістю, яка дорівнює нулю

Ці залежності можна записати так:

де V, а, з - модулі векторів швидкості у, прискорення а, переміщення s.

Прилад, який використовують для виконання роботи (мал. 1),— це легко рухомий шків 5, через який перекинуто чорну матер'яну стрічку 6 у вигляді замкнутої петлі довжиною 120—150 см.

До стрічки прикріплено дві алюмінієві площадки 7, одна з яких розміщена в місці з'єднан­ня кінців стрічки, друга — з протилежного боку петлі. На площадки кладуть тягарці 11 (чотири тягарці масою по 50 г) і додаткові тягарці 10 у вигляді пластинок (один масою 10 г і два по 5 г). Шків із стрічкою можна встановлювати нерухомо за допо­могою відкидної заскочки 4, яка своїм виступом входить в один із отворів бічної стінки шківа.

До обойми шківа прикріпле­но Г-подібну підставку з маят­никовим хронографом 2 — коливним стержнем з тягарцем. На вільному кінці цього стержня є гнучка спіральна пружина 3, у відкритий кінець якої встав­ляють загострений кусочок крейди.

Під час коливання маятника крейда залишає на рухомій стрічці топкі білі рисочки. У відхиле­ному положенні маятник можна фіксувати стопорним штифтом. На кіпці обойми шківа є виступ з отвором, в який вставляють підвісний стержень 8 з надітою на нього рухомою вилкою 9. Вилкою знімають пластинчасті додаткові тягарці: інші тягарці проходять крізь неї вільно, а додаткові, покладені па них, затримуються на вилці, не зупиняючи руху стрічки.

Штатив і закріплений на ньому прилад встановлюють на столі так, щоб стрічка під час руху не торкалась кришки стола і не зісковзувала з шківа. Прилад розміщують на такій висоті, щоб передня площадка з тягарцями в найнижчому положенні торкалася підлоги. Щоб пом'якшити удар тягарців, треба на підлозі підставити посудину з піском. Положення крейди регулюють так, щоб вона торкалася стрічки на її середині і при коливаннях маятника залишала на стрічці помітні тонкі рисочки. Перед початком кожного досліду крейдяні мітки на стрічці витирають щіткою або сукнинкою.

Коливання манишка на стрічці записують так. Задопомогою секундоміра або годинника з секундною стрілкою настроюють маятник хронографа на частоту дна коливання за секунду. Для цього на досліді добирають відповідне положення тягарця на стержні маятника хронографа. Потім передню площадку з тягар­цями піднімають у верхнє положення, шків закріплюють відкид­ною заскочкою, маятник (стержень хронографа) відводять убік і утримують у такому положенні за допомогою стопорного штифта. Вийнявши стопорний штифт, пускають маятник. Одночасно з на­несенням першої позначки на стрічці маятник відкидає заскочку і вивільняє шків із стрічкою. Під дією додаткового тягарця стрічка з тягарцями починає рухатися рівноприскорено, а маятник через однакові проміжки часу (0,5 с) наносить на рухомій стрічці крей­дяні позначки. Відстань між позначками вимірюють вимірюваль­ною стрічкою або лінійкою.

Щоб визначити модуль миттєвої швидкості в кінці якого-небудь проміжку часу, на виступ обойми підвішують металевий стержень 8 з вилкою 9. Стрічку із записом рівноприскореного руху (з тими самими тягарцями і додатковим тягарцем) розміщують на шківі так, щоб третя позначка була під маятником. Загальмувавши шків відкидною заскочкою, встановлюють вилку на стержні на рівні додаткового тягарця. Позначають олівцем па стержні це положен­ня вилки. Таким самим способом позначають положення вилки, коли у верхній частині шківа буде четверта, п'ята, шоста позначки. Потім на стрічці всі позначки, крім першої, стирають, вилку встановлюють на стержні по першійпозначці і записують.

Рух за перші два проміжки часу буде рівноприскореним, а по­тім — рівномірним, оскільки додатковий тягарець знімається вилкою.

Знаючи модуль переміщення і час, визначають модуль швид­кості рівномірного руху стрічки, який і буде модулем миттєвої швидкості в кінці другого проміжку часу. Встановлюючи вилку на стержні по другій, третій та інших позначках, визначають модулі миттєвих швидкостей в кінці наступних проміжків часу.

Метроном:

призначений для гучного відліку рівних проміжків часу порядка секунди. Прилад є годинниковим механізмом, забезпеченим ударником (мал. 159).

мал. 159

Маятник механізму у вигляді сталевої смуги виступає з корпусу вгору. На маятнику знаходиться пересувний вантаж, що дозволяє міняти частоту коливань в межах від 40 до 208 ударів в хвилину. За маятником розташована вертикальна шкала, що дозволяє встановити движок відповідно до вибраної частоти коливань. Збоку на корпусі є ключ. Аби завести пружину механізма, потрібно зробити 4-5 зворотів по напряму годинникової стрілки.

При зберіганні движок опускають вниз, кінець маятника прибирають під планку, укріплену вище за шкалу, а потім закривають кришкою.

Секундомір демонстраційний СЕД:

(мал. 157) служить для виміру часу від 0 до 12с з точністю до 0,01 с; прилад застосовують також як датчик часу. Секундомір підключається до мережі змінного струму напругою 220 або 127 В. На лицьовій панелі приладу змонтовані вимикач мережі, перемикач роду роботи на два положення («Секундомір», «Датчик»), затиски «Вхід» і «Вихід». Велика шкала містить 100 ділень (ціна ділення 0,01 с), а мала-12 ділень (ціна ділення 1 с). Дві червоні стрілки, служать для установки часу, коли прилад працює в режимі датчика. На верхній кришці корпусу змонтовано дві кнопки: «Пуск», «Установка нуля». Для роботи приладу в режимі секундоміра перемикач роду роботи встановлюють в положення «Секундомір». Після установки ключа в положення «Вкл» починає працювати електродвигун приладу, шум якого чутний досить добре. Натисненням кнопки «Установка нуля» включають привід, що обертає чорні стрілки. Стрілки обертаються до моменту установки на нуль. Так прилад наводиться у вихідне положення. При натисненні на кнопку «Пуск» або при замиканні затисків «Вхід» починається відлік часу. Стрілки зупиняються відразу ж після відпуску кнопки «Пуск» або розмикання затисків «Вхід». Для установки приладу у вихідне положення потрібно знов короткочасно натискувати кнопку «Установка нуля».

Для вживання приладу як датчик часу перемикач роду роботи встановлюють в положення «Датчик». За допомогою ручки управління червоними стрілками встановлюють значення секунд і сотих доль секунди інтервалу часу, який повинен відлічити секундомір. Натисненням кнопки «Пуску» починається відлік встановленого інтервалу часу, зупинка стрілок здійснюється автоматично. Під час відліку затиски «Вихід» будуть замкнутими.

Лічильник-секундомір електронний шкільний ССЕШ:

(мал. 158) призначений для виміру часу від 0 до 9,99с з точністю до 0,01 с, а також для відліку електричних імпульсів або замикань від 1 до 999.

Секундомір підключається до мережі змінного струму напругою 220 або 127 В. На лицьовій панелі приладу змонтовані мережевий вимикач, сигнальна лампочка, перемикач роду роботи, кнопки «Скидання» і «Пуск», вхідні затиски, вікна декатронов. На кільцевих обрамленнях декатронов нанесені шкали від 0 до 9; над обрамленнями є позначення XI, Х0,1, Х0,01, служать відповідно для відліку секунд, десятих і сотих доль секунди. Лічильник-секундомір працює в трьох режимах: «Електричні імпульси», «Секунди», «Механічні замикання». Роботу лічильника перевіряють таким чином. Включають вилку приладу і встановлюють тумблер в положення «Вкл» (при цьому спалахує сигнальна лампа). Після прогрівання ламп натискують кнопку «Скидання», при цьому розряд (крапка, що світиться) на всіх декатронах повинен встановитися проти ділення «0». Перемикач роду роботи встановлюють в положення «Механічні замикання». При кожному натисненні на кнопку «Пуск» або при замиканні затисків «Вхід» на першому справа декатроне розряд перескакує на наступне ділення. Так здійснюється рахунок замикань до 999. При натисненні на кнопку «Скидання» прилад переходить у вихідне положення. Потім перемикач встановлюють в положення «Секунди». При натисненні на кнопку «Пуск» або при замиканні затисків «Вхід» секундомір починає відлічувати час. При відпуску кнопки (або розмиканні затисків) відлік часу припиняється.

Лічильник-секундомір комплектують трьома панелями, дві з яких мають рухливі майданчики і по два затиски, на третій змонтований електромагніт, чотири затиски і вимикач. При установці майданчика у вихідне положення (перпендикулярно панелі) змонтовані усередині однієї панелі контакти розмикаються (панель АЛЕ з нормально відімкненими контактами), в іншої панелі (НЗ з нормально замкнутими контактами) контакти замикаються. Контакти сполучені із затисками. Всі панелі забезпечені стержнями, за допомогою яких вони зміцнюються в муфтах штатива.

Панелі АЛЕ і НЗ застосовують в тому випадку, якщо необхідно автоматично визначити час руху тіла на певній ділянці. На кінцях цієї ділянки встановлюють панелі із зведеними майданчиками. Рухоме тіло по черзі збиває майданчики, що наводить спочатку до замикання ланцюга секундоміра, а потім до її розмикання.

Панель з електромагнітом забезпечена двополюсним перемикачем, який одночасно або включає електромагніт і розмикає затиски СП, або відключає електромагніт і замикає затиски СП. Живлення до електромагніту підводять від акумулятора або випрямляча ВС-4-12 через затиски «4 В».

ПРИЛАД ДЛЯ ВИЗНАЧЕННЯ ПРИСКОРЕННЯ ВІЛЬНО ПАДАЮЧОГО ТІЛА*(ознайомитися)

Дата добавления: 2015-07-08