Лабораторная работа "Изучение закона сохранения импульса", "Изучение механической энергии ","Определение коэффициента поверхностного натяжения"

Лабораторная работа № 1

«Изучение закона сохранения импульса»

Цель: Экспериментально проверить закон сохранения импульса тел при упругом соударении.

Оборудование: Два шарика разной массы (масса пластмассового шарика г) на длинных подвесах, весы с разновесами, линейка, штатив лабораторный.

Теоретическая часть

В любой замкнутой системе тел геометрическая сумма их импульсов остается неизменной. Проверить закон сохранения импульса можно взаимодействием тел при прямом ударе упругих шаров. Закон сохранения импульса определяется формулой:mυ₁+ mυ₂ = mu₁ + mu₂, где m₁, m₂- масса шаров (кг); - скорости шаров до столкновения (м/с); u_1,u₂ - скорости шаров после столкновения (м/с). Для определения скорости шаров до и после удара можно воспользоваться законом сохранения механической энергии. Потенциальная энергия шара в положении максимального отклонения равна его кинетической энергии при ударе: mgh = m υ²/2, отсюда

υ = gh. Высоту h подъёма шара можно определить по его максимальному отклонению S от положения равновесия, т.е. h =S²/2ℓ. Следовательно, величины скорости можно выразить так: = S_0, u₁ = S_1, u₂ = S₂ где S₀ - максимальное отклонения первого шара до удара, S₁ - максимальное отклонения первого шара после удара, S₂ - максимальное отклонение второго шара после удара. Для экспериментальной проверки закона сохранения импульса необходимо определить импульс одного шара перед столкновением и сравнить этот импульс с суммой импульсов двух шаров после столкновения.

Ход работы

1. Подготовьте таблицу в тетради для записи результатов измерений и вычислений

3. Отклоните шар большей массы на 5 см от положения равновесия (S₀) и отпустить его.

Заметьте максимальное отклонение S₁ и S₂ шариков после удара.

4. Повторите опыт, отклоните шар большей массы на 7 см от положения равновесия (S₀) и отпустить его, найдите среднее значение отклонения S₁ и S₂.

5. Рассчитайте скорость шаров по формуле: υ₁= S_0, u₁ = S_1, u₂ = S_2, и их импульсы по формуле: m₁υ₁; m₁u₁; m₂u_2.

6. Заполните таблицу данными.

7. Сравните импульс шара до и после удара с суммой импульсов шаров после удара по формуле: mυ₁ = mu₁ + mu₂

8. Напишите вывод о выполнении закона сохранения импульса.

рис.1

Лабораторная работа № 2

«Изучение закона сохранения механической энергии»

Цель: Сравнить изменение потенциальной энергии падающего тела с изменением энергии пружины, растянутой при его падении.

Оборудование: Динамометр пружинный, груз на капроновой леске длиной 25 – 20 см, фиксатор, линейка, штатив лабораторный.

Теоретическая часть

Закон сохранения механической энергии: Полная механическая энергия замкнутой системы тел, взаимодействующих силами тяготения или силами упругости, остаётся неизменной при любых движениях тел системы: Е_р1+ Е_к1 = Е_р2 + Е_к2. Сравнить изменения потенциальной энергии падающего груза с изменением потенциальной энергии пружины, растянутой при его падении поможет установка, показанная на рисунке 2. Деформацию пружины х можно измерить по изменению положения фиксатора ( 5х7х2 мм.).При поднятии груза на высоту изменяется его потенциальная энергия, которая определяется по формуле: ∆Е_р = mg(Н₁-Н₂), где m – масса груза (100 гр.); Н₁-начальная высота груза над столом (м), Н₂- конечная высота груза над столом (м), измеряются линейкой; g- ускорение свободного падения ( 9,8 м/с²). Изменение потенциальной энергии груза вызывает изменение потенциальной энергии растянутой пружины, которое определить: ∆Е_р = kх²/2, где х – растяжение пружины, измеряется линейкой (м); k – жесткость пружины (40 Н/м). Для экспериментальной проверки закона сохранения энергии, нужно определить изменение энергии груза и энергии растянутой пружины и сравнить их между собой.

Ход работы

1.Подготовьте таблицу в тетради для записи результатов измерений и вычислений.

2. К крючку динамометра подвесьте груз, измерьте линейкой деформацию х (перемещение указателя) пружины и вычислите жесткость по формуле: k = F/х

3. Соберите установку для работы исходя из рис. 1. Поднимите груз так, чтобы его центр был против крючка динамометра. Опустите фиксатор вниз по стержню и измерьте высоту H₁ груза над столом.

4. Отпустите груз и после того как он совершит несколько колебаний, осторожно рукой погасить колебания и измерить его высоту H₂ над столом.

5. Снова поднимите груз рукой вверх и измерить деформацию пружины х ( расстояние между начальным и конечным положением фиксатора).

6. Вычислите изменение потенциальной энергии груза ∆Е_р1 и изменение потенциальной энергии пружины ∆Е_р2, по формулам: ∆Е_р1 = mg(Н₁-Н₂), ∆Е_р2 = kх²/2.

7. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу.

8. Сравните результаты и сделайте вывод.

Рис.1

Лабораторная работа № 4

«Определение коэффициента поверхностного натяжения»

Цель: Измерить коэффициент поверхностного натяжения воды методом отрыва капель

Оборудование: капиллярная трубка с делениями, измерительная линейка, вода, мерный стаканчик, сборник задач

Теоретическая часть

Поверхностное натяжение можно определить методом отрыва капель. Под действием силы тяжести происходит образование и отрыв капель. По мере роста капли сила тяжести увеличивается, как только она станет равной силе поверхностного натяжения, капля оторвётся

F_н = m_к g, где m_к - масса капли. Сила поверхностного натяжения действует по периметру ℓ шейки капли и равна F_н = σℓ, где ℓ = πd, где d– диаметр шейки капли. Таким образом:

, где , n – число капель, масса капель воды, и тогда

Ход работы

1.Подготовьте таблицу в тетради для записи результатов измерений и вычислений

2. Набрать воду в капиллярную трубку, для этого опустите её в сосуд с водой и закройте пальцем отрытый конец трубки.

3. Определите объём воды в капиллярной трубке по делениям (1 мл = 1 ∙10^-6 м³)

4. Посчитайте количество капель воды в данном объёме, для этого откройте закрытый конец трубки

5. Рассчитайте массу воды в капиллярной трубке по формуле

6. Рассчитайте длину окружности капиллярной трубки по формуле ℓ = πd

7. Определите коэффициент поверхностного натяжения воды по формуле

8. Повторите опыт два раза

9. Рассчитайте погрешность по формуле 100%

( - стр.165 табл. № 3 сборник задач)

10.Сделать вывод