Інформація для вчителя
Застосування
Схема досліду з дослідження коливань пластинчастої пружини
Між коливаннями пластинчастої пружини і коливаннями нитяного маятника є певна аналогія.
Період коливань у пластинчастої пружини теж значною мірою залежить від її довжини і так само дорівнює оберненій величині частоти коливань.
А частота дорівнює частці власної колової частоти і .
Інша інформація для вчителя (1/2)
Попередні знання
Добре, якщо учні вже розглядали нитяний маятник - так званий математичний маятник - і зрозуміли, як він працює.
Принцип
Період коливань пластинчастої пружини значною мірою залежить від довжини пружини і від маси , якою її навантажують. Маємо:
Інша інформація для вчителя (2/2)
Навчальна мета
За вимірюваннями учні мають дійти висновку, що між нитяним маятником і пластинчастою пружиною, яка коливається, є аналогія.
Завдання
Учні мають визначити період коливань маятника з пластинчастої пружини залежно від маси маятника і від його довжини.
Зауваження:
Для маятника з пластинчастої пружини одержані криві при екстраполяції не проходять через початок координат. Причина - по-перше, не врахована у вимірюванні маса самої пружини, а по-друге, вплив внутрішнього затухання на період коливань, який залежить від амплітуди.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Інформація для учня
Мотивація
Трамплін
Як ти знаєш, трампліни у стрибках у воду підсилюють поштовх при відштовхуванні й дають змогу стрибнути вище і швидше обертатися. Пластинчасті пружини застосовують у різний спосіб.
Якщо пластинчасту пружину збудити коливанням (гармонічно), між її коливаннями і коливаннями нитяного маятника виявляється певна аналогія.
У цьому досліді ти дослідиш, як коливається пластинчаста пружина.
Завдання
Визнач період коливань маятника з пластинчастої пружини залежно від маси маятника , а потім залежно від його довжини .
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість | 1 | Основа штатива, PHYWE | 02001-00 | 1 | 2 | Штативний стрижень, нерж. ст., l=250 мм, d = 10 мм | 02031-00 | 1 | 3 | Подвійна муфта | 02043-00 | 1 | 4 | Прорізний тягарець, чорне лакове покриття, 10 г, конструкція PHY | 02205-01 | 4 | 5 | Прорізний тягарець, чорне лакове покриття, 50 г, конструкція PHY | 02206-01 | 1 | 6 | Пластинчаста пружина, 300 × 15 × 0,5 мм | 02228-00 | 1 | 7 | Насадка з писачем для пластинчастої пружини | 02228-05 | 1 | 8 | Утримувальний болт | 03949-00 | 1 | 9 | Секундомір, цифровий, 24 години, 1/ 100 с та 1 с | 24025-00 | 1 | 10 | Рулетка, l=2 м | 09936-00 | 1 |
|---|
Складання (1/3)
З'єднай обидві половини штативної основи стрижнем 250 мм і зафіксуй їх важелями.
Потім затисни на штативному стрижні подвійну муфту.
Далі закріпи на пластинчастій пружині насадку.
З'єднання штативної основи
Кріплення подвійної муфти
Кріплення пластинчастої пружини
Складання (2/3)
Закріпи насадку разом із пластинчастою пружиною в подвійній муфті.
Простеж, щоб пластинчаста пружина могла вільно коливатися горизонтально над площиною стола, ні за що не зачіпаючись.
Кріплення пластинчастої пружини в подвійній муфті
Складання (3/3)
Наостанок встав утримувальний болт в отвір насадки пластинчастої пружини, щоб згодом можна було навантажувати маятник додатковими масами.
Встановлення утримувального болта
Виконання (1/2)
Затискання пластинчастої пружини на довжину
- Затисни пластинчасту пружину так, щоб її довжина була .
- Дай пружині коливатися і виміряй час для десяти коливань. Внеси результати в таблицю 1 у протоколі.
- Тепер поступово збільшуй додаткову масу маятника кроками по , надіваючи тягарці (щонайбільше ) на утримувальний болт.
- Щоразу визначай час десяти коливань і записуй результати в таблицю 1 у протоколі.
Порада: кінець маятника варто відхиляти вбік щонайбільше на 20 см і обережно відпускати.
Виконання (2/2)
Поступове вкорочення пластинчастої пружини до
- Навантаж насадку пластинчастої пружини масою і визнач час для кожних десяти коливань. Запиши результати в таблицю 2 у протоколі.
- Тепер вкорочуй довжину пластинчастої пружини щоразу на - аж до , затискаючи пружину в подвійній муфті в різних місцях.
- Щоразу визначай час десяти коливань і записуй результати в таблицю 2 у протоколі.
Протокол
Таблиця 1
Запиши в таблицю свої виміряні значення для серії вимірювань із різними масами .
Зверни увагу: маса насадки пластинчастої пружини з утримувальним болтом - приблизно .
За вимірюваннями обчисли період коливань для одного коливання і доповни таблицю.
m_z = 0 г: m [г]:
m_z = 0 г: t_10 [с]:
m_z = 0 г: T [с]:
0
10
20
30
40
50
60
m_z = 10 г: m [г]:
m_z = 10 г: t_10 [с]:
m_z = 10 г: T [с]:
m_z = 20 г: m [г]:
m_z = 20 г: t_10 [с]:
m_z = 20 г: T [с]:
m_z = 30 г: m [г]:
m_z = 30 г: t_10 [с]:
m_z = 30 г: T [с]:
m_z = 40 г: m [г]:
m_z = 40 г: t_10 [с]:
m_z = 40 г: T [с]:
m_z = 50 г: m [г]:
m_z = 50 г: t_10 [с]:
m_z = 50 г: T [с]:
m_z = 60 г: m [г]:
m_z = 60 г: t_10 [с]:
m_z = 60 г: T [с]:
Таблиця 2
Поступове вкорочення пластинчастої пружини до
Запиши свої результати вимірювань для другої частини досліду.
Зверни увагу:
За вимірюваннями обчисли для кожної довжини період коливань для одного коливання і доповни таблицю.
Довжина 1: l [см]:
Довжина 1: t_10 [с]:
Довжина 1: T [с]:
Довжина 2: l [см]:
Довжина 2: t_10 [с]:
Довжина 2: T [с]:
Довжина 3: l [см]:
Довжина 3: t_10 [с]:
Довжина 3: T [с]:
Довжина 4: l [см]:
Довжина 4: t_10 [с]:
Довжина 4: T [с]:
Завдання 1
Візьми аркуш паперу і побудуй на ньому графік. На цьому графіку відклади період коливань (вісь ) залежно від маси (вісь ).
Потім накресли другий графік, на якому відклади період коливань (вісь ) залежно від довжини маятника (вісь ).
Завдання 2
Маятник із пластинчастої пружини
Питання
Подивися на перший графік .
Що це за крива?
Завдання 3
Питання
Завдання 4
Маятник із пластинчастої пружини
Питання
Подивися на другий графік .
Що це за крива?
Завдання 5
Питання
Завдання 6
Питання