Лабораторные работы по физике. 10 класс.

Дата__________ ФИ_____________________________________ Класс 10_____

Лабораторная работа № 1 по теме:

«ИЗУЧЕНИЕ ДВИЖЕНИЯ ТЕЛА ПО ОКРУЖНОСТИ ПОД ДЕЙСТВИЕМ СИЛ УПРУГОСТИ И ТЯЖЕСТИ».

Цель работы: определение центростремительного ускорения шарика при его равномерном движении по окружности.

Оборудование: штатив с муфтой и лапкой, лента измерительная, циркуль, динамометр

лабораторный, весы с разновесами, груз на нити, лист бумаги, линейка, пробка.

Теоретическая часть работы.

Эксперименты проводятся с коническим маятником. Небольшой шарик движется по окружности радиуса R. При этом нить АВ, к которой прикреплен шарик, описы­вает поверхность прямого кругового конуса. На шарик действуют две силы: сила тяжести и натяжение ни­ти (рис. а). Они создают центростремительное ускорение , направленное по радиусу к центру окруж­ности. Модуль ускорения можно определить кинематиче­ски. Он равен:

.

Для определения ускорения надо измерить радиус окружности и период обращения шарика по окружности.

Центростремительное (нормальное) ускорение можно определить также, используя законы динамики.

Согласно второму закону Ньютона . Разло­жим силу на составляющие и , направленные по радиусу к центру окружности и по вертикали вверх.

Тогда второй закон Ньютона запишется следующим об­разом:

.

Направление координатных осей выберем так, как показано на рисунке б. В проекциях на ось О₁у уравнение движения ша­рика примет вид: 0 = F₂ — mg. От­сюда F₂ = mg: составляющая уравновешивает силу тяжести , действующую на шарик.

Запишем второй закон Нью­тона в проекциях на ось О₁х: ma_n = F₁. Отсюда .

Модуль составляющей F₁ мож­но определить различными спосо­бами. Во-первых, это можно сде­лать из подобия треугольников ОАВ и FBF₁:

.

Отсюда и .

Во-вторых, модуль составляю­щей F₁ можно непосредственно из­мерить динамометром. Для этого оттягиваем горизонтально располо­женным динамометром шарик на расстояние, равное радиусу R окружности (рис. в), и опре­деляем показание динамометра. При этом сила упругости пружи­ны уравновешивает составляющую .

Сопоставим все три выражения для а_n:

, , и убедимся, что они близки меж­ду собой.

Ход работы.

1. Определите массу шарика на весах с точностью до 1 г.

2. Шарик, подвешенный на нити, закрепите в лапке штатива, используя кусок пробки.

3. Вычертите на листе бумаги окружность радиусом 20 см (R = 20 см = ________ м).

4. Штатив с маятником располагаем так, чтобы продолжение шнура проходило через центр окружности.

5. Взяв нить пальцами у точки подвеса, приведите маятник во вращательное движение

над листом бумаги так, чтобы шарик описывал такую же окружность, как и начерченная на бумаге.

6. Отсчитываем время, за которое маятник совершает 50 полных оборотов (N = 50).

7. Рассчитайте период обращения маятника по формуле: T = t / N.

8. Рассчитайте значение центростремительного ускорения по формуле (1):

=

9. Определите высоту конического маятника (h). Для этого измерьте расстояние по вертикали от центра шарика до точки подвеса.

10. Рассчитайте значение центростремительное ускорение по формуле (2):

=

11. Оттяните горизонтально расположенным динамометром шарик на расстояние, равное радиусу окружности, и измерьте модуль составляющей .

Затем вычисляем ускорение по формуле (3): =

12. Результаты измерений и вычислений заносим в таблицу.

13. Сравните полученные три значения модуля центростремительного ускорения.

__________________________________________________________________________ ВЫВОД:

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Дополнительно:

Найдите относительную и абсолютную погрешность косвенного измерения а_ц (1) и (3):

Формула (1). ________ ; Δа_ц = · а_ц = ________;

Формула (3). _________; Δа_ц = · а_ц = _______.

ОЦЕНКА _________

Дата__________ ФИ_____________________________________ Класс 10_____

Лабораторная работа № 2 по теме:

«ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНА СОХРАНЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ».

Цель работы: научиться измерять потенциальную энергию поднятого над землей тела и упругодеформированной пружины; сравнить два значения потенциальной энергии системы.

Оборудование: штатив с муфтой и лапкой, динамометр лабораторный, линейка, груз массой m на нити длиной около 25 см, набор картонок, толщиной порядка 2 мм, краска и кисточка.

Теоретическая часть.

Эксперимент проводится с грузом, прикрепленным к одному концу нити длиной l. Другой конец нити привязан к крючку динамометра. Если поднять груз, то пружина динамометра становится недеформированной и стрелка динамометра показывает ноль, при этом потенциальная энергия груза обусловлена только силой тяжести. Груз отпускают, и он падает, вниз растягивая пружину. Если за нулевой уровень отсчета потенциальной энергии взаимодействия тела с Землей взять нижнюю точку, которую он достигает при падении, то очевидно, что потенциальная энергия тела в поле силы тяжести переходит в потенциальную энергию деформации пружины динамометра:

где Δl – максимальное удлинение пружины, k - ее жесткость.

Трудность эксперимента состоит в точном определении максимальной деформации пружины, т.к. тело движется быстро.

Ход работы:

1. Соберите установку, показанную на рисунке. Укрепите динамометр в лапке штатива.

   

2. Привяжите груз к нити, другой конец нити привяжите к крючку динамометра и измерьте вес груза. В данном случае

P = F_Т = mg. Р = ______________.

1. С помощью линейки измерьте длину нити l, на которой привязан груз. l = _______________.

2. На нижний конец груза нанесите немного краски.

3. Поднимите груз до точки закрепления нити.

4. Отпустите груз и убедитесь по отсутствию краски на столе, что груз не касается его при падении.

5. Повторяйте опыт, каждый раз подкладывая картонки до тех пор. Пока на верхней картонке не появятся следы краски.

6. Взявшись за груз рукой, растяните пружину до его соприкосновения с верхней картонкой и измерьте динамометром максимальную силу упругости F_упр и линейкой максимальное растяжение пружины Δl_пр, отсчитывая его от нулевого деления динамометра. F_упр = ________________, Δl_пр = ________________.

7. Вычислите высоту, с которой падает груз: h = l + Δl_пр (это высота, на которую смещается центр тяжести груза).

h = __________________________________________________________

1. Вычислите потенциальную энергию поднятого груза (т.е. перед началом падения):

__________________________________________________________________

1. Вычислите потенциальную энергию деформированной пружины :

где .

Подставив выражение для k в формулу для энергии получим:

__________________________________________________________________

1. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу.

1. Сравните значения потенциальной энергии в первом и во втором состояниях

системы: ____________________________________________________________________

ВЫВОД:

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Дополнительно:

1. От чего зависит потенциальная энергия системы? ______________________________

2. От чего зависит кинетическая энергия тел? ____________________________________

3. В чем состоит закон сохранения полной механической энергии? __________________

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

4. Отличия и сходства силы тяжести от силы упругости (определения, обозначения, направление, единицы измерения в СИ).

____________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________

5. Вычислите относительные и абсолютные погрешности измерения энергии:

___________; __________;

_________; ________.

6. Решить задачу:

Мяч массой 100г брошен вертикально вверх со скоростью 20 м/с. Чему равна потенциальная энергия его в высшей точке подъема? Сопротивление воздуха не учитывать.

Дано: СИ: Решение:

____________

ОЦЕНКА ____________

Дата__________ ФИ_____________________________________ Класс 10_____

Лабораторная работа № 3 по теме:

«ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА ЗАКОНА ГЕЙ − ЛЮССАКА».

Цель работы: экспериментально проверить справедливость соотношения .

Оборудование: стеклянная трубка, запаянная с одного конца, длиной 6600 мм и диаметром 8-10 мм; цилиндрический сосуд высотой 600 мм и диаметром 40-50 мм, наполненный горячей водой ( t ≈ 60 - 80 °С); стакан с водой комнатной температуры; пластилин.

Указания к работе.

Для газа данной массы отношение объема к температуре постоянно, если давление газа не меняется.

Следовательно, объем газа линейно зависит от температуры при постоянном давлении: .

Чтобы проверить, выполняется ли закон Гей – Люссака, достаточно измерить объем и температуру газа в двух состояниях при постоянном давлении и проверить справедливость равенства . Это можно осуществить. Используя в качестве газа воздух при атмосферном давлении.

Первое состояние: стеклянная трубка открытым концом вверх помещается на 3-5 минут в цилиндрический сосуд с горячей водой (рис.а). В этом случае объем воздуха V₁ равен объему стеклянной трубки, а температура – температуре горячей воды T₁. Чтобы при переходе воздуха во второе состояние его количество не изменилось, открытый конец стеклянной трубки, находящейся в горячей воде, замазывают пластилином. После этого трубку вынимают из сосуда с горячей водой и замазанный конец быстро опускают в стакан с водой комнатной температуры (рис. б). Затем прямо под водой снимают пластилин. По мере охлаждения воздуха в трубке вода в ней будет подниматься. После прекращения подъема воды в трубке (рис. в) объем воздуха в ней станет равным V₂ V₁ , а давление p = p_атм - ρgh. Чтобы давление воздуха в трубке вновь стало равным атмосферному, необходимо увеличить глубину погружения трубки в стакан до тех пор, пока уровни воды в трубке и стакане не выровняются (рис. г). Это будет второе состояние воздуха в трубке при температуре Т₂ окружающего воздуха. Отношение объемов воздуха в трубке в первом и во втором состояниях можно заменить отношением высот воздушных столбов в трубке в этих состояниях, если сечение трубки постоянно по всей длине . Поэтому в работе следует сравнить отношения