Інформація для вчителів
Застосування
Схема досліду
Енергія належить до найважливіших фізичних величин. Вона визначає наше повсякдення в багатьох речах: ми маємо споживати енергію у вигляді їжі, і нам потрібна енергія, щоб їздити автомобілем. Усі електричні прилади перетворюють енергію, ми опалюємо енергією наші будинки і багато іншого.
Приклад перетворення енергії - використання потенціальної енергії води у водосховищі, яка перетворюється на кінетичну енергію. Ця енергія руху води, що мчить донизу трубами, врешті обертає турбіни й генератори, які потім перетворюють кінетичну енергію на електричну.
Інша інформація для вчителів (1/2)
Попередні знання
Учні мають знати різницю між потенціальною та кінетичною енергією, а також уміти обчислювати швидкість зі шляху й часу. Учні мають самостійно вміти визначати кутовий коефіцієнт наближено лінійної залежності.
Принцип
Закон збереження енергії стверджує, що повна енергія замкненої системи завжди залишається сталою і лише перетворюється між різними формами енергії.
Інша інформація для вчителів (2/2)
Навчальна мета
У цьому досліді учні мають зрозуміти перетворення потенціальної енергії на кінетичну і при цьому усвідомити суть закону збереження енергії. Учні мають виявити пропорційність кінетичної енергії квадрату швидкості і визначити коефіцієнт пропорційності .
Завдання
- Учні пускають вимірювальний візок з'їхати шлях і вимірюють час затінення . За допомогою і ширини затемнювальної шторки вони потім визначають швидкість .
- Далі вони обчислюють із шляху розгону потенціальну енергію і відкладають її залежно від . Кутовий коефіцієнт відповідає множнику , розмірність якого потрібно визначити.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Інформація для учнів
Мотивація
Гребля Гувера в Аризоні
Енергія належить до найважливіших фізичних величин. Вона визначає наше повсякдення в багатьох речах: ми маємо споживати енергію у вигляді їжі, і нам потрібна енергія, щоб їздити автомобілем. Усі електричні прилади перетворюють енергію, ми опалюємо енергією наші будинки і багато іншого.
Приклад перетворення енергії - використання потенціальної енергії води у водосховищі, яка перетворюється на кінетичну енергію. Ця енергія руху води, що мчить донизу трубами, врешті обертає турбіни й генератори, які потім перетворюють кінетичну енергію на електричну. У цьому досліді потенціальна енергія вимірювального візка перетворюється на кінетичну.
Завдання
- Пусти вимірювальний візок рухатися доріжкою, розганяючись під дією своєї сили тяжіння. Потім визнач швидкість вимірювального візка на кінцевій ділянці шляху, вимірюючи часи затінення світлового бар'єра для різних шляхів .
- Обчисли з шляхів розгону і відповідної різниці висот тягарця, а також маси , перетворену потенціальну енергію і зістав її з квадратом швидкості .
Обладнання
| Позиція | Матеріал | Артикул | Кількість | 1 | Вимірювальний та експериментальний візок | 11060-00 | 1 | 2 | Затемнювальна шторка для вимірювального візка | 11060-10 | 1 | 3 | Утримувальний болт | 03949-00 | 1 | 4 | Шнур, поліестер, на котушці, l = 200 м | 02412-00 | 1 | 5 | Тримач тягарців, сріблясте бронзування, 1 г | 02407-00 | 1 | 6 | Прорізний тягарець, без покриття, 1 г | 03916-00 | 4 | 7 | Прорізний тягарець, чорне лакове покриття, 10 г, конструкція PHY | 02205-01 | 4 | 8 | Прорізний тягарець, чорне лакове покриття, 50 г, конструкція PHY | 02206-01 | 3 | 9 | Блок, рухомий, d=40 мм, з гаком | 03970-00 | 1 | 10 | Стрижень для блоку | 02263-00 | 1 | 11 | PHYWE Таймер 2-1 | 13607-99 | 1 | 12 | Вилкоподібний світловий бар'єр, компактний | 11207-20 | 1 | 13 | Перехідна пластина для вилкоподібних фотоворіт, компактних | 11207-22 | 1 | 14 | З'єднувальний провід, 32 А, 1000 мм, червоний, експериментальний кабель, штекер 4 мм | 07363-01 | 1 | 15 | З'єднувальний провід, 32 А, 1000 мм, жовтий, експериментальний кабель, штекер 4 мм | 07363-02 | 1 | 16 | З'єднувальний провід, 32 А, 1000 мм, синій, експериментальний кабель, штекер 4 мм | 07363-04 | 1 | 17 | Напрямна доріжка, l = 900 мм | 11606-00 | 1 |
|---|
Складання (1/5)
З'єднай напрямний блок зі стрижнем-тримачем і потім обережно всунь стрижень під притискні скоби на кінці напрямної доріжки. Для цього злегка підніми скоби пальцями. Розташуй доріжку на краю столу так, щоб блок міг вільно обертатися.
Візьми вимірювальний візок, закріпи на ньому утримувальний болт, затемнювальну шторку і дві маси по 50 г.
Складання (2/5)
Нахили доріжку так, щоб злегка підштовхнутий візок котився далі якомога рівномірніше. Для цього постав регулювальний гвинт на іншому кінці доріжки на тягарці з прорізом і відрегулюй ним нахил. Потім протягни кінець нитки крізь отвір утримувального болта на нижньому боці візка, виведи її ззаду на верхній бік візка і прив'яжи до утримувального болта.
Складання (3/5)
Прив'яжи інший кінець нитки до тримача тягарців масою 1 г і навантаж її тягарцем із прорізом на 10 г. Добери довжину нитки так, щоб тарілка з тягарцем торкалася підлоги, коли візок перебуває приблизно за 15 см до кінця доріжки. Тепер поклади нитку на блок. Нитка має проходити вище осі візка і паралельно до доріжки.
Складання (4/5)
З'єднання перехідних пластин із вилкоподібними світловими бар'єрами
З'єднай перехідну пластину з вилкоподібними світловими бар'єрами так, щоб їх можна було зручно поставити поряд із доріжкою і щоб пластина на візку могла проходити крізь світлові бар'єри, не зачіпаючи їх.
Складання (5/5)
З'єднання світлового бар'єра і приладу для вимірювання часу
З'єднай світловий бар'єр із приладом для вимірювання часу і постав поворотний перемикач у друге положення зліва. У цьому режимі вимірювання давач вимірює так званий час затінення , тобто тривалість, протягом якої пластина під час проходження крізь давач перериває світловий промінь.
Виконання (1/2)
Схема досліду
- Постав візок на доріжці в тому місці, де тарілка з тягарцем при натягнутій нитці саме торкається підлоги.
- Постав світловий бар'єр біля доріжки так, щоб пластина перервала промінь якомога швидше після того, як тягарець досягне підлоги.
- Тепер зсунь візок від цього місця вгору на відстань . При цьому тягарець піднімається на ту саму відстань . Отже, тепер відстань дорівнює висоті тягарця над підлогою.
Виконання (2/2)
Схема досліду
- Перевір, чи нитка справді проходить через напрямний блок і чи він вільно обертається.
- Натисни кнопку "Reset" на Timer 2-1, відпусти візок, не підштовхуючи його, і злови його за світловим бар'єром.
- Зчитай час затінення .
- Повтори вимірювання, збільшуючи при цьому відстань , на яку ти візком піднімаєш тягарець, кроками по 10 см до .
- Запиши всі одержані результати вимірювань у таблицю 1 у протоколі.
Протокол
Таблиця 1
Внеси виміряні часи затінення до таблиці.
Обчисли з часів затінення і ширини пластини кінцеві швидкості візка. Внеси значення у другий стовпець.
Обчисли потенціальну енергію з і квадрат досягнутих швидкостей .
h = 10 см: t [с]:
h = 10 см: v [см/с]:
h = 10 см: E_pot [Н·м]:
h = 10 см: v^2 [м^2/с^2]:
h = 20 см: t [с]:
h = 20 см: v [см/с]:
h = 20 см: E_pot [Н·м]:
h = 20 см: v^2 [м^2/с^2]:
10
20
30
40
50
60
h = 30 см: t [с]:
h = 30 см: v [см/с]:
h = 30 см: E_pot [Н·м]:
h = 30 см: v^2 [м^2/с^2]:
h = 40 см: t [с]:
h = 40 см: v [см/с]:
h = 40 см: E_pot [Н·м]:
h = 40 см: v^2 [м^2/с^2]:
h = 50 см: t [с]:
h = 50 см: v [см/с]:
h = 50 см: E_pot [Н·м]:
h = 50 см: v^2 [м^2/с^2]:
h = 60 см: t [с]:
h = 60 см: v [см/с]:
h = 60 см: E_pot [Н·м]:
h = 60 см: v^2 [м^2/с^2]:
Завдання 1
Візьми тепер аркуш паперу і побудуй на ньому графік. На цьому графіку зобрази потенціальну енергію (вісь ) залежно від квадрата швидкості (вісь ).
Завдання 2
Питання
Завдання 3
Визнач значення повної розганяної маси (: маса візка; : маса тягарця, що тягне).
Зауваження: порожній візок має масу , утримувальний болт має масу , а затемнювальна шторка має масу . Внеси одержане значення.
m_заг [г]:
.
Визнач кутовий коефіцієнт кривої з графіка ( залежно від ) і внеси числове значення.
Поміркуй, яку фізичну розмірність має цей кутовий коефіцієнт, і запиши її також.
.
Кутовий коефіцієнт k: значення:
Кутовий коефіцієнт k: одиниця:
Завдання 4
Схема досліду
Питання
Завдання 5
Питання
Розганяна маса …
Завдання 6
Припусти, що для кінетичної енергії справджується і що вона дорівнює потенціальній енергії .
Тоді з даних вимірювань досліду можна визначити значення розганяної маси , розв'язавши рівняння відносно .
Обчисли таким чином для кількох серій вимірювань як приклад.
Питання