Інформація для вчителів
Застосування
Схема досліду
За допомогою світлових бар'єрів можна визначити і миттєву, і середню швидкість.
Цю техніку застосовують, зокрема, у контролі дорожнього руху. Наприклад, за різницею часу проходження надісланих радіохвиль чи світлових імпульсів визначають миттєву швидкість автомобіля.
Інша інформація для вчителів (1/2)
Попередні знання
Учні мають знати, як працює світловий бар'єр.
Принцип
На похилій напрямній тіло зазнає сталого прискорення, напрямленого паралельно до напрямної, - через складову сили тяжіння, що діє на нього. Тому справджуються закони рівноприскореного руху.
Інша інформація для вчителів (2/2)
Навчальна мета
У цьому досліді учні мають кількісно дослідити відмінності між рівномірним і нерівномірним рухом. Зокрема, треба відмежувати середню швидкість від миттєвої .
Завдання
- Визначення середньої швидкості: вимірювання часу, потрібного експериментальному візку на певний відрізок, за допомогою двох світлових бар'єрів на початку і в кінці цього відрізка.
- Визначення миттєвої швидкості: вимірювання часу, за який шторка на експериментальному візку перекриває світловий бар'єр.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Інформація для учнів
Мотивація
Прилад для радарного контролю
Оскільки повсякденні рухи здебільшого нерівномірні, важливо розрізняти так звану миттєву і середню швидкість. У дорожньому русі миттєві швидкості радарами загалом визначають як середні швидкості за дуже короткі проміжки часу. Що більший цей проміжок, то сильніше середня швидкість може відрізнятися від миттєвих швидкостей усередині нього.
У цьому досліді ти познайомишся з різницею між цими двома величинами, застосувавши два світлові бар'єри в різних режимах вимірювання.
Завдання
- Виміряй час, потрібний експериментальному візку на певний відрізок, за допомогою двох світлових бар'єрів на початку і в кінці цього відрізка. За виміряним часом між перекриттям одного і другого бар'єра та довжиною відрізка обчисли середню швидкість.
- Виміряй час, за який шторка на візку перекриває світловий бар'єр, і обчисли з нього миттєву швидкість.
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Cobra SMARTsense - світловий бар'єр, 0 … ∞ с (Bluetooth) | 12909-00 | 1 |
| 2 | Вимірювальний та експериментальний візок | 11060-00 | 1 |
| 3 | Затемнювальна шторка для вимірювального візка | 11060-10 | 1 |
| 4 | Прорізний тягарець, чорне лакове покриття, 50 г, конструкція PHY | 02206-01 | 3 |
| 5 | Утримувальний болт | 03949-00 | 1 |
| 6 | Напрямна доріжка, l = 900 мм | 11606-00 | 1 |
| 7 | Масштабна лінійка, l = 500 мм, самоклейна | 03005-00 | 2 |
| 8 | Перехідна пластина для вилкоподібних фотоворіт, компактних | 11207-22 | 2 |
| 9 | measureAPP - безкоштовне вимірювальне програмне забезпечення для всіх пристроїв | 14581-61 | 1 |
Складання (1/4)
Для вимірювання датчиками Cobra SMARTsense потрібен PHYWE measureAPP. Застосунок можна безкоштовно завантажити у відповідному магазині застосунків (QR-коди див. нижче). Перед запуском застосунку перевір, чи ввімкнено на твоєму пристрої (смартфон, планшет, настільний ПК) Bluetooth.
iOS
Android
Windows
Складання (2/4)
Щоб нахилити напрямну, вкрути її регулювальну ніжку до кінця вниз і постав на два складені один на одного прорізні тягарці по 50 г. Потім закріпи затемнювальну шторку на експериментальному візку за допомогою утримувального болта і навантаж візок прорізним тягарцем 50 г.
Складання (3/4)
Схема досліду з експериментальним візком
Постав візок так, щоб його кінець був урівень із кінцем напрямної. Перший світловий бар'єр постав так, щоб шторка на візку перекрила його якомога раніше після того, як візок відпустять.
Другий світловий бар'єр постав за 20 см від першого.
З'єднай вилкоподібні світлові бар'єри з перехідними пластинами й дистанційними вставками так, щоб бар'єри було зручно поставити вздовж напрямної, а затемнювальна шторка візка проходила крізь них, ні за що не зачіпаючись.
Складання (4/4)
Простеж, щоб світловий бар'єр із позначкою «B» був заднім. Потім з'єднай обидва бар'єри кабелем із джеком і увімкни їх.
Вибери світлові бар'єри в measureAPP у розділі «Сенсори», а в меню, що з'явиться, - «Час проходження». Так можна виміряти час, за який візок проходить відрізок між обома бар'єрами.
Виконання (1/2)
Цифровий показ виміряних значень у measureAPP
- Вибери в measureAPP цифровий показ виміряних значень. Тоді програма показує моменти часу, коли після початку вимірювання перекрито кожен зі світлових бар'єрів. За ними можна обчислити час, за який візок проходить відрізок між обома бар'єрами.
- Почни вимірювання для і відпусти візок, не підштовхуючи його. Обчисли різницю між двома показаними моментами часу і внеси значення в таблицю 1 у протоколі. Повтори вимірювання для відрізків .
Виконання (2/2)
Зміна режиму вимірювання в measureAPP
- Тепер прибери перший світловий бар'єр від напрямної так далеко, щоб шторка візка його не перекривала.
- У меню «Налаштування» натисни «Режим» і вибери «Затемнення», щоб змінити режим роботи: тепер світлові бар'єри вимірюють час затемнення, з якого ти згодом наближено обчислиш миттєву швидкість.
- Повтори вимірювання для всіх положень другого світлового бар'єра з першої частини досліду. Щоразу починай нове вимірювання і пускай візок котитися напрямною вниз. Виміряні часи так само внось у таблицю 1 у протоколі.
Протокол
Таблиця 1
Внеси в таблицю обчислені значення часу руху і часу затемнення для відповідних відрізків . Потім обчисли середню швидкість і миттєву швидкість , де ширина шторки .
ds = 20 см: dt [с]:
ds = 20 см: vd [см/с]:
ds = 20 см: t [с]:
ds = 20 см: vm [см/с]:
ds = 30 см: dt [с]:
ds = 30 см: vd [см/с]:
ds = 30 см: t [с]:
ds = 30 см: vm [см/с]:
20
30
50
70
ds = 50 см: dt [с]:
ds = 50 см: vd [см/с]:
ds = 50 см: t [с]:
ds = 50 см: vm [см/с]:
ds = 70 см: dt [с]:
ds = 70 см: vd [см/с]:
ds = 70 см: t [с]:
ds = 70 см: vm [см/с]:
Завдання 1
Візьми аркуш паперу і побудуй на ньому графік. На цьому графіку відклади обидві швидкості і (вісь ) залежно від пройденого шляху (вісь ).
Накресли обидві криві на одному графіку.
Завдання 2
Експериментальний візок
Питання
Завдання 3
Перетягни слова на правильні місця. ____ v_m наприкінці шляху s завжди ____ за ____ v_d на тому самому шляху. Отже, уздовж шляху швидкість ____. Зайві: ____ (прикметник), ____ (іменник)
Завдання 4
Експериментальний візок
Питання