Інформація для вчителів
Опис
Експериментальна установка
Учні повинні підрахувати кількість коливань маятника за допомогою секундоміра. Щоб показати залежність періоду коливань від довжини маятника, у другій частині експерименту довжину маятника вкорочують удвічі. Період коливань маятника становить
де - час [с]
- довжина маятника [м]
= 9,81 м/с² (прискорення вільного падіння).
Додаткова інформація для вчителів (1/2)
попередні
знання
Одиницею часу в СІ є секунда (с). Вона є основною одиницею системи СІ і визначається тривалістю 9 192 631 770 періодів випромінювання атома Cs133 при переході між двома рівнями надтонкої структури в основному стані.
1 доба (доба) = 24 години (год) = 1440 хвилин (хв) = 86400 секунд (с).
1 год = 60 хв = 3600 с, 1 хв = 60 с.
Принцип
Повне коливання маятника відраховується від правої (або лівої) точки відліку. Їх також можна рахувати, коли вони проходять через положення рівноваги маятника. Слід зазначити, що під час коливання перетин нуля відбувається по одному разу в кожному напрямку: Іншими словами, загалом два рази за одне коливання.
Додаткова інформація для вчителів (2/2)
Мета навчання
Досліджується, як період коливань маятника залежить від його довжини: учні повинні зрозуміти і засвоїти залежність між періодом коливань і довжиною маятника ().
Завдання
Для цього учні мають зібрати маятник, відхилити його та виміряти час коливань. Вони мають провести цей експеримент із двома маятниками різної довжини:
- 99.4 см
- 49.7 см
Інструкції з техніки безпеки
До цього експерименту застосовуються загальні інструкції щодо безпечного проведення експериментів на уроках з природничих наук.
Інформація для учнів
Мотивація
Маятники використовуються в багатьох областях техніки. Тому знання основних фізичних принципів, що лежать в їх основі, є дуже важливим.
Наприклад, маятники використовуються в старовинних годинниках, але вони також застосовуються у висотних будівлях у сейсмонебезпечних районах, щоб послабити енергію землетрусу і таким чином захистити будівлю від руйнувань.
Експериментальна установка
Завдання
За допомогою секундоміра виміряйте час, за який маятник робить одне коливання.
Зменшіть довжину маятника наполовину і знову виміряйте час одного коливання.
Виміряйте період коливання за таких довжин маятника:
- 99,4 см
- 49,7 см
Маса залишається однаковою для обох довжин маятників.
Матеріал
| Позиція | Матеріал | Пункт №. | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Основа штатива, PHYWE | 02001-00 | 1 |
| 2 | Штативний стрижень, нерж. ст., l=250 мм, d = 10 мм | 02031-00 | 1 |
| 3 | Штативний стрижень, нерж. ст., з різьбою, l = 600 мм, d = 10 мм | 02035-00 | 1 |
| 4 | Подвійна муфта | 02043-00 | 2 |
| 5 | Кріпильний болт | 03949-00 | 1 |
| 6 | Тримач для важків із прорізами, 10 г | 02204-01 | 1 |
| 7 | Гиря, 10 г, срібло/бронза | 02205-03 | 1 |
| 8 | Гиря, 50 г, срібло/ бронза | 02206-03 | 1 |
| 9 | Волосінь, d=0,7 мм, l=5 м | 02089-01 | 1 |
| 10 | Секундомір, цифровий, 24 години, 1/ 100 с та 1 с | 24025-00 | 1 |
| 11 | Рулетка, l=2 м | 09936-00 | 1 |
Додаткові матеріали
| Позиція | Матеріал | Кількість |
|---|---|---|
| 1 | Ножиці | 1 |
Підготовка (1/4)
Штативні стрижні з різьбою
основа штатива
Встановіть штатив для маятника. Дотримуйтесь наведених нижче рекомендацій:
1. Спочатку скрутіть два штативних стрижні разом, щоб сформувати довгий штативний стрижень.
2. Закріпіть короткий штативний стрижень горизонтально між двома основами (ніжками) штатива. Щоб зафіксувати штативний стрижень, натисніть на жовті важелі на основах штатива.
3. Встановіть довгий штативний стрижень вертикально в основу штатива.
З'єднайте штативний стрижень з основою штатива
Підготовка (2/4)
Фіксування кріпильного болта за допомогою подвійної муфти
Прикріпленнянитки (волосіні)
4. За допомогою верхнього подвійного муфти закріпіть кріпильний болт так, щоб отвір на його кінці був горизонтальним.
5. Прив'яжіть один кінець нитки (волосіні) (приблизно 1,10 м) до гачка тримача важків з прорізами.
6. Протягніть інший кінець через отвір у кріпильному болті.
Закріплення нитки (волосіні) до отвору
Підготовка (3/4)
Закріплення нитки (волосіні) до другої подвійної муфти
7. Прив'яжіть нитку (волосінь) до другої подвійної муфти.
8. Встановіть тягарці (важки) на тримач так, щоб їхня загальна маса становила 70 г. На рисунку навпроти показано, як розмістити важки на тримачеві для важків з прорізами.
Додавання тягарців (важків) до тримача
Підготовка (4/4)
9. Відрегулюйте висоту нижньої подвійної муфти так, щоб загальна довжина від точки підвісу у верхній частині до центральної точки важка була якомога ближче до 99,4 см.
Експериментальна установка
Виконання роботи (1/3)
- Завжди контролюйте, щоб маятник коливався паралельно краю столу, при необхідності коригуйте налаштування і початкове положення.
- Відхиліть маятник приблизно на 20 см в сторону і обережно відпустіть його. Запустіть секундомір одночасно з відпусканням маятника.
Відхилення маятника від положення рівноваги
Виконання роботи (2/3)
Зупиніть годинник, коли маятник зробить повне коливання, і зчитайте показання секундоміра. Запишіть отримане значення у таблицю 1 протоколу.
Повторіть експеримент, порахувавши 20 коливань. Зупиніть секундомір після 20 коливань, визначте час, що минув, і запишіть виміряне значення ,в таблицю 1 протоколу.
Повторіть обидва кроки ще чотири рази.
Виконання роботи (3/3)
Довжина маятника зменшена вдвічі
- Тепер зменшіть довжину маятника рівно на половину початкової довжини до 49,7 см, перемістивши нижню подвійну муфту вниз і, за необхідності, намотуючи навколо неїнитку (волосінь).
Знову виміряйте час для одного і для 20 коливань по п'ять разів і запишіть виміряні значення в таблицю 2 протоколу.
Протокол
Таблиця 1
1: t1 [s]:
1: t20 [с]:
, [с] , [с]
№ вимірювання
1
2
3
4
5
Середнє значення
2: t1 [s]:
2: t20 [с]:
3: t1 [s]:
3: t20 [с]:
4: t1 [s]:
4: t20 [с]:
5: t1 [s]:
5: t20 [с]:
Середнє значення: t1 [с]:
Середнє значення: t20 [с]:
Запишіть виміряні значення для довжини маятника 99,4 см у таблицю.
Визначте середнє значення часу для 1 коливання і часу для 20 коливань .
Таблиця 2
1: t1 [s]:
1: t20 [с]:
, [с] , [с]
№ вимірювання
1
2
3
4
5
Середнє значення
2: t1 [s]:
2: t20 [с]:
3: t1 [s]:
3: t20 [с]:
4: t1 [s]:
4: t20 [с]:
5: t1 [s]:
5: t20 [с]:
Середнє значення: t1 [с]:
Середнє значення: t20 [с]:
Запишіть виміряні значення для довжини маятника 49,7 см у таблицю.
Визначте середнє значення часу для 1 коливання і часу для 20 коливань .
Таблиця 3
99,4 см T [s]:
, [с]
Довжина маятника
99,4 см
49,7 см
49,7 см: Т [с]:
Введіть середні значення для періоду коливань у таблицю.
Використовуйте середнє значення для вимірювання 20 коливань і розділіть його на 20.
Введіть отримане значення у таблицю.
Результат повинен приблизно відповідати періоду коливань для вимірювання окремих коливань. Якщо це не так, вимірювання слід повторити.
Таблиця 4
99,4 см T1/2 [s]:
Довжина маятника
99,4 см
49,7 см
[с]
49,7 см: T1/2 [s]:
Обчисліть період коливань . Отримані значення запишіть у таблицю.
Завдання 1
Питання
Завдання 2
Питання
Завдання 3
Питання
Завдання 4
Питання
Завдання 5
Питання