Загальна інформація
Застосування
Схема досліду
Якщо на тіло діє стала сила, воно зазнає сталого прискорення. Тут на роликовій напрямній вимірюванням часу руху рівноприскореного візка мають показати, що його швидкість зростає лінійно з часом, а залежність шляху від часу описується параболою.
Інша інформація (1/2)
Попередні знання
Учні мають бути обізнані з основними поняттями й термінологією класичних рівнянь руху.
Принцип
Якщо на об'єкт діє стала сила, його швидкість v змінюється на сталу величину прискорення a- і маємо рівноприскорений рух.
Інша інформація (2/2)
Навчальна мета
Якщо тіло рухається рівноприскорено, пройдений шлях за законом «шлях - час» зростає квадратично з часом. Швидкість за законом «швидкість - час» змінюється лінійно:
Завдання
Визначення залежності «шлях - час» за кількома виміряними часами для різних пройдених відстаней.
Визначення залежності «швидкість - час» за вимірюванням часів затінення світлових бар'єрів у різних положеннях.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Обладнання
Складання та виконання
Складання (1/6)
1.Щоб скомпенсувати незначні ефекти тертя, напрямну регулювальними гвинтами на ніжках трохи нахиляють - так, щоб візок саме ще не починав котитися праворуч.
2. На лівому кінці напрямної встановіть пусковий пристрій.
Зверніть увагу: щоб запустити візок без початкового імпульсу, пусковий пристрій треба встановити так, щоб при спрацюванні штовхач віддалявся від візка.
Пусковий пристрій без поштовху
Складання (2/6)
Кінцевий тримач із пластиліном
3.У кінцевий тримач на правому кінці напрямної вставляють трубку, наповнену пластиліном, щоб зупиняти візок без різкого удару.
4.Напрямний ролик закріплюють тримачем на правому кінці напрямної та встановлюють інкрементальне коліщатко.
Складання (3/6)
Закріплення нитки на візку
5. На вимірювальний візок ставлять утримувальний магніт зі штекером, а також шторку для вимірювального візка (b = 100 мм).
6. Початок нитки вставляють згори у вертикальний отвір торцевої кришки візка і фіксують, вставивши спереду голку зі штекером.
Складання (4/6)
7.Нитку перекидають через інкрементальне коліщатко напрямного ролика і кінцем прив'язують до тримача тягарців так, щоб він, як показано на рисунку, вільно висів безпосередньо під коліщатком. Сталою прискорювальною силою слугує тримач тягарців разом із покладеними на нього 5–20 прорізними тягарцями (по 1 г). Треба стежити, щоб нитка йшла паралельно до напрямної.
8.Масу візка можна змінювати чорними лакованими тягарцями.
Розміщення тримача тягарців
Складання (5/6)
9. Чотири вилкоподібні світлові бар'єри встановлюють тримачами на напрямній і рівномірно розподіляють по вимірювальній ділянці.
Стежте, щоб задня частина шторки встигла пройти крізь усі світлові бар'єри під час руху візка, перш ніж тримач тягарців торкнеться підлоги.
10. Вилкоподібні світлові бар'єри під'єднують по порядку зліва направо до гнізд у полях «1»–«4» вимірювача часу.
При цьому жовті гнізда бар'єрів з'єднують із жовтими гніздами приладу, червоні - з червоними, а сині гнізда бар'єрів - із білими гніздами вимірювача часу.
Складання (6/6)
Під'єднання світлових бар'єрів і пускового пристрою
11. Пусковий пристрій слід з'єднати з двома гніздами «Start» вимірювача часу.
При цьому треба стежити за правильною полярністю.
Червоне гніздо пускового пристрою з'єднують із жовтим гніздом вимірювача часу.
12. Обидва повзункові перемикачі на вимірювачі часу для вибору фронту спрацювання переводять у праве положення «спадний фронт» ( ).
Виконання (1/3)
1. Вимірюють відстані від світлових бар'єрів до стартового положення візка.
При цьому слід зважати, що бар'єри перекриваються лише передньою кромкою шторки, встановленої на візку.
Для точного визначення відстаней можна діяти так:
Поставити візок у стартове положення і зчитати значення () на мірній стрічці біля правого кінця візка.
Поставити візок у таке положення, у якому правий кінець шторки саме перекриває промінь вилкоподібного бар'єра i, і зчитати значення () на мірній стрічці біля правого кінця візка.
- це шлях, який візок пройшов від старту до відповідного світлового бар'єра.
Виконання (2/3)
Перекриття світлового бар'єра
2. Пусковий пристрій відпускає вимірювальний візок, і той зазнає сталого прискорення, доки тримач тягарців не торкнеться підлоги. Далі візок котиться зі сталою швидкістю.
Виконання (3/3)
3.У режимі 2 ( ) визначають часи , потрібні для проходження шляхів від стартового положення до відповідного світлового бар'єра. Потім для визначення відповідних швидкостей виконують вимірювання в режимі 1 ( ). Під час цього вимірювання визначають часи затінення чотирьох вилкоподібних бар'єрів; з них потім через довжину шторки (100 мм) обчислюють середню швидкість під час відповідного проходження.
4. Часи знімають до п'яти повторень. Перед кожним виконанням треба натиснути кнопку «Reset», щоб скинути показання.
5. Потім світлові бар'єри переставляють і виконують ще одну серію вимірювань, як описано вище.
Опрацювання результатів (1/5)
Спостереження
Зі зростанням відстаней видно, що часи затінення через прискорення візка дедалі меншають, а швидкість візка неперервно зростає, доки тримач тягарців не торкнеться підлоги.
Опрацювання результатів (2/5)
Опрацювання результатів (2/4)
Виміряні значення
Опрацювання результатів (3/5)
Опрацювання результатів (4/5)
З п'яти вимірювань кожного з і знаходять середні значення і .
З часів затінення визначають швидкості за довжиною шторки = 0,1 м.
Для рівноприскореного руху прискорення можна визначити двома різними способами. Або за законом «шлях - час» з часу руху й відповідного положення світлових бар'єрів, або за законом «швидкість - час» з часу руху й відповідної швидкості.
Опрацювання результатів (4/5)
Опрацювання результатів (4/5)
- Щоб перевірити закон «шлях - час», виміряні значення відкладають у системі координат . Прискорення можна знайти і графічно - з нахилу прямої через початок координат , - і обчисленням.
Опрацювання результатів (5/5)
- У системі координат (v, t) знайдені швидкості відкладають проти виміряного часу. Закон «швидкість - час» дістають графічно з нахилу прямої через початок координат або обчисленням.
Зауваження (1/2)
1. Якщо висоти стола не вистачає, щоб отримати прискорений рух по всій довжині напрямної, шлях розгону можна подвоїти за допомогою скоби, що додається до тримача напрямного ролика, і рухомого блока. Для цього скобу закріплюють на тримачі напрямного ролика.
Кінець нитки тепер прив'язують не до тримача тягарців, а до цієї скоби. Рухомий блок, на вантажний гачок якого можна вішати додаткові тягарці, ставлять на нитку між інкрементальним коліщатком і скобою, як показано на рисунку.
Під час опрацювання результатів треба зважити, по-перше, що візок розганяє лише половина сили тяжіння блока й тягарців, а по-друге, що блок і тягарці мають лише половину швидкості візка.
Рухомий блок для подовження
Зауваження (2/2)
2. Цей дослід можна виконувати з різними масами візка й різними прискорювальними масами.
3. Щоб зменшити відстань від тримача тягарців до інкрементального коліщатка, нитку можна вкоротити: кілька разів провернути на візку голку зі штекером і намотати на неї нитку.
4. Швидкості , обчислені з , строго кажучи не є миттєвими, бо під час проходження шторки крізь світловий бар'єр на візок і далі діє прискорення.
Отже, ці швидкості випливають із нахилу січної, а не дотичної до графіка . За м треба враховувати систематичну похибку приблизно 2 %.