Урок 51. Лабораторная работа «Проверка закона сохранения энергии при действии сил тяжести и упругости»

РАЗДЕЛ II. Поурочные разработки по физике к учебнику Г. Я. Мякишева, Б. Б. Буховцева, Н. Н. Сотского

ВВЕДЕНИЕ

ФИЗИКА В ПОЗНАНИИ ВЕЩЕСТВА, ПОЛЯ, ПРОСТРАНСТВА И ВРЕМЕНИ

Урок 51. Лабораторная работа «Проверка закона сохранения энергии при действии сил тяжести и упругости»

Цель работы: измерить полную энергию тела, колеблющегося на пружине, и на основании закона сохранения энергии вычислить максимальную скорость груза.

Оборудование: 1) динамометр; 2) линейка измерительная; 3) штатив лабораторный; 4) грузы массой 100 г - 2 шт.

Ход работы

Вначале измеряют жесткость пружин динамометра. Для этого к пружине подвешивают груз и измеряют вызванное им удлинение пружины. На основании закона Гука вычисляют жесткость пружины:  (сила тяжести mg уравновешивает силу упругости F_упр).

Затем собирают установку по рисунку.

С помощью измерительной линейки отмечают положение равновесия, подвешенных к пружине динамометра грузов.

Оттягивают грузы вертикально вниз, например на 5 см от положения их равновесия, и отпускают. При колебании грузов наблюдают периодическое изменение их скорости и взаимные превращения кинетической и потенциальной энергий.

На колеблющиеся грузы действуют две силы: постоянная сила тяжести и переменная сила упругости пружины. Потенциальная энергия грузов увеличивается либо за счет совершения работы против силы тяжести по поднятию грузов, либо за счет работы по растягиванию пружины. Поэтому наибольшего числового значения потенциальная энергия достигает в верхнем и нижнем положениях грузов, а наименьшего - в момент их прохождения положения равновесия. Кинетическая же энергия грузов максимальна в момент прохождения ими положения равновесия, а минимальна - в верхнем и нижнем их положениях.

Полная энергия колеблющихся грузов относительно их положения равновесия равна их максимальной потенциальной энергии Е_р или максимальной кинетической энергии Е_к, которые вычисляются соответственно по формулам:  где m - масса грузов, V_max - модуль максимальной скорости грузов, k - жесткость пружины, А - амплитуда колебаний грузов.

На основании закона сохранения энергии Е_р = Е_к, т. е. .

Отсюда модуль максимальной скорости грузов будет равен:

Результаты измерений и вычислений записывают в тетрадь.

В этой работе в качестве колеблющегося тела можно взять стальной или латунный цилиндр с крючком из набора тел для калориметра. Работу можно выполнить также с грузом массой 100 г, подвешенным на резиновом шнуре сечением 1x1 мм, длиной 150 мм.

Домашняя работа

П. 53.