Інформація для вчителів
Застосування
Схема досліду
Імпульс - фундаментальна величина фізики, а закон збереження імпульсу є одним із найважливіших законів збереження. Він стверджує, що повний імпульс механічно замкненої системи сталий, а зміна повного імпульсу завжди дорівнює нулю. Механічно замкнена означає, що система не взаємодіє зі своїм оточенням. Повний імпульс системи з двох тіл складається із суми окремих імпульсів:
Наочне застосування закону збереження імпульсу ми знаходимо, наприклад, у більярді.
Інша інформація для вчителів (1/2)
Попередні знання
Принцип
Учні мають бути обізнані з поняттями швидкості й руху. Робота з рівняннями має бути впевненою, і учні мають уміти самостійно з ними працювати.
Перед стартом обидва візки перебувають у спокої, і окремі імпульси візків, а також повний імпульс системи візків дорівнюють нулю. Потенціальна енергія, запасена в пусковому пристрої вибухового типу, приводить візки в рух на старті. Проте відповідно до закону збереження імпульсу й після старту сума окремих імпульсів дорівнює нулю.
Інша інформація для вчителів (2/2)
Навчальна мета
У цьому досліді учнів мають підвести до величини «імпульс» як фундаментальної збережуваної величини і дати перше уявлення про користь збережуваної величини для обчислень. Слід також показати, що імпульс, як і швидкість, має напрям (векторна величина).
Завдання
- Учні з'єднують два нерухомі візки однакової маси за допомогою пускового пристрою так, щоб візки раптово стартували. При цьому один візок проїжджає крізь світловий бар'єр, який вимірює відповідні часи затінення, з яких потім обчислюється швидкість.
- Вимірювання повторюють зі зміненими повними масами візків: спочатку обидві маси однаково збільшують, а потім зменшують окремо.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Додаткові зауваження
Щоб уникнути заносу візків, буває корисно змістити центр мас візків противагою ближче до середини: на кінцях візків, протилежних до пускового пристрою вибухового типу, встановлюють по одному насадному гнізду 4 мм (11060-11). У них, у свою чергу, вставляють по трубочці зі штекером (11202-05). Обидва візки стають від цього важчими на .
Інформація для учнів
Мотивація
Більярдні кулі
Граючи в більярд, кулю вдаряють так, щоб вона з великим розгоном влучила в іншу кулю і загнала її в лузу. Розгін кулі у фізиці називають імпульсом, і він залежить як від маси тіла, що рухається, так і від його швидкості.
При зіткненні двох більярдних куль загалом змінюються напрями і швидкості, з якими вони потім котяться далі, залежно від кута удару, їхніх мас, а також швидкості удару.
У цьому досліді ти дізнаєшся, що таке повний імпульс механічної системи і яку роль при цьому відіграють маси та швидкості.
Завдання
- З'єднай два нерухомі візки однакової маси пусковим пристроєм так, щоб візки раптово стартували. Один візок при цьому проїжджає крізь світловий бар'єр, який вимірює відповідний час затінення. Зроби по три вимірювання і визнач за ними швидкість візка.
- Спочатку збільш маси обох візків тягарцем із прорізом на 50 г, а потім зніми тягарець 50 г з одного з двох візків. Щоразу повторюй вимірювання.
Обладнання
| Позиція | Матеріал | Артикул | Кількість | 1 | Вимірювальний та експериментальний візок | 11060-00 | 2 | 2 | Затемнювальна шторка для вимірювального візка | 11060-10 | 2 | 3 | Утримувальний болт | 03949-00 | 2 | 4 | Насадне гніздо 4 мм для вимірювального візка, 2 шт | 11060-11 | 1 | 5 | Вибуховий пусковий пристрій | 11311-00 | 1 | 6 | Прорізний тягарець, чорне лакове покриття, 10 г, конструкція PHY | 02205-01 | 1 | 7 | Прорізний тягарець, чорне лакове покриття, 50 г, конструкція PHY | 02206-01 | 3 | 8 | PHYWE Таймер 2-1 | 13607-99 | 1 | 9 | Вилкоподібний світловий бар'єр, компактний | 11207-20 | 1 | 10 | Перехідна пластина для вилкоподібних фотоворіт, компактних | 11207-22 | 1 | 11 | З'єднувальний провід, 32 А, 1000 мм, червоний, експериментальний кабель, штекер 4 мм | 07363-01 | 1 | 12 | З'єднувальний провід, 32 А, 1000 мм, жовтий, експериментальний кабель, штекер 4 мм | 07363-02 | 1 | 13 | З'єднувальний провід, 32 А, 1000 мм, синій, експериментальний кабель, штекер 4 мм | 07363-04 | 1 | 14 | Напрямна доріжка, l = 900 мм | 11606-00 | 1 |
|---|
Складання (1/3)
Викрути повністю гвинт, що міститься посередині напрямної доріжки, і відклади його вбік. Потім закріпи на обох експериментальних візках по одному насадному гнізду 4 мм, установи на насадних гніздах по одній частині пускового пристрою і встав на обидва візки утримувальний болт, а на нього - затемнювальну шторку.
Складання (2/3)
Присоска важить на менше, ніж пластина з пружиною: тому встав на візок із присоскою тягарець із прорізом на 10 г, щоб маси обох візків були однакові. Постав світловий бар'єр так, щоб пластина лівого візка проходила крізь нього одразу після старту, але щоб до того він ще не був перерваний.
Складання (3/3)
З'єднання перехідних пластин з світловими бар'єрами
З'єднай світловий бар'єр із приладом для вимірювання часу.
Постав поворотний перемикач у друге положення зліва. Тоді прилад показуватиме час затінення. Це тривалість, протягом якої світловий бар'єр перерваний пластиною вимірювального візка.
Виконання (1/2)
Стискання пускового пристрою
- Перед кожним вимірюванням натискай кнопку "Reset" на приладі для вимірювання часу.
- Стисни пусковий пристрій так, як показано на малюнку. Уникай стискання кінців візків. Пружина має бути точно посередині присоски, щоб візок не заносило.
- Відпусти пусковий пристрій. Якщо ти стиснув його повністю, він спрацює приблизно через .
- Злови візки, перш ніж вони скотяться з доріжки, і запиши час затінення у таблицю 1 у протоколі.
Виконання (2/2)
Налаштування світлового бар'єра
- Повтори той самий дослід, але постав світловий бар'єр тепер так, щоб після старту його переривала пластина правого візка, і запиши час затінення також у таблицю 1.
- Перевір обидва часи і повторними вимірюваннями. За потреби виправ значення в таблиці. Порада: щоб підвищити точність вимірювання, можеш використати середнє значення з трьох вимірювань.
- Встав на обидва утримувальні болти додатково по одному тягарцю з прорізом на 50 г і повтори все вимірювання.
- Тепер знову зніми з другого візка 50 г і ще раз повтори все вимірювання.
Протокол
Таблиця 1
Внеси до таблиці свої результати вимірювань часів затінення і .
Обчисли з часів затінення і ширини пластини швидкості візків, а далі - відповідні імпульси за формулою .
m1 = 82 г, m2 = 82 г: dt1 [с]:
m1 = 82 г, m2 = 82 г: dt2 [с]:
m1 = 82 г, m2 = 82 г: v1 [м/с]:
m1 = 82 г, m2 = 82 г: v2 [м/с]:
m1 = 82 г, m2 = 82 г: p1 [мН·с]:
m1 = 82 г, m2 = 82 г: p2 [мН·с]:
m1 = 132 г, m2 = 132 г: dt1 [с]:
m1 = 132 г, m2 = 132 г: dt2 [с]:
m1 = 132 г, m2 = 132 г: v1 [м/с]:
m1 = 132 г, m2 = 132 г: v2 [м/с]:
m1 = 132 г, m2 = 132 г: p1 [мН·с]:
m1 = 132 г, m2 = 132 г: p2 [мН·с]:
82 82
132 132
132 82
m1 = 132 г, m2 = 82 г: dt1 [с]:
m1 = 132 г, m2 = 82 г: dt2 [с]:
m1 = 132 г, m2 = 82 г: v1 [м/с]:
m1 = 132 г, m2 = 82 г: v2 [м/с]:
m1 = 132 г, m2 = 82 г: p1 [мН·с]:
m1 = 132 г, m2 = 82 г: p2 [мН·с]:
Завдання 1
Питання
Завдання 2
Схема досліду
Питання
Завдання 3
Питання
Завдання 4
Питання