Загальна інформація
Застосування
Схема досліду
Якщо після розгону на тіло більше не діє жодна зовнішня сила, воно лишається в стані рівномірного руху. Тут на роликовій напрямній вимірюваннями швидкості рівноприскореного візка треба показати, що після завершення розгону його швидкість лишається сталою.
Інша інформація (1/2)
Попередні знання
Учні мають бути обізнані з основними поняттями й термінами законів Ньютона та класичних рівнянь руху.
Принцип
Твердження першого закону Ньютона виводять зі спостережень за рухом тіл.
Інша інформація (2/2)
Навчальна мета
Розігнане тіло зберігає прямолінійний рівномірний рух, якщо на нього більше не діє сила.
Завдання
Визначення швидкості за часом затемнення світлових бар'єрів у різних положеннях після різних ділянок розгону.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Обладнання
Теорія
Перший закон Ньютона стверджує, що тіло, на яке не діють сили, лишається в стані спокою, якщо воно спочивало, і зберігає свій рух, якщо воно рухалося.
Якщо тіло розігнати силою, а потім ця сила перестане діяти, то в такому стані без дії сил тіло рухатиметься далі рівномірно й прямолінійно - з тим самим напрямом і тією самою швидкістю, які воно мало на цей момент.
Складання та виконання
Складання (1/6)
1.Щоб скомпенсувати невелике тертя, напрямну регулювальними гвинтами на ніжках трохи нахиляють так, аби вимірювальний візок ще тільки-но не починав котитися праворуч.
2. На лівому кінці напрямної закріплюють пусковий пристрій.
Зверніть увагу: щоб візок стартував із початковим імпульсом, пусковий пристрій треба встановити так, аби при спрацюванні штовхач віддалявся від вимірювального візка.
Пусковий пристрій без поштовху
Складання (2/6)
3.У кінцевий тримач на правому кінці напрямної вставляють трубку, наповнену пластиліном, щоб зупиняти візок без різкого удару.
4.Напрямний ролик кріплять на правому кінці напрямної за допомогою тримача для напрямного ролика і встановлюють інкрементальне колесо.
Кінцевий тримач із пластиліном
Складання (3/6)
Кріплення нитки до візка
5. На вимірювальний візок встановлюють утримувальний магніт зі штекером і шторку для вимірювального візка (b = 100 мм).
6. Початок нитки згори просовують у вертикальний отвір кінцевої кришки візка і фіксують, вставивши спереду голку зі штекером.
Складання (4/6)
7.Нитку перекидають через інкрементальне колесо напрямного ролика і прив'язують її кінець до тримача тягарців так, щоб той вільно висів безпосередньо під колесом, як показано на рисунку. Сталою рушійною силою слугує тримач разом із покладеними на нього 5–20 прорізними тягарцями (по 1 г). Слід простежити, щоб нитка йшла паралельно до напрямної.
8.Масу візка можна змінювати за допомогою тягарців із чорним лаковим покриттям.
Розташування тримача тягарців
Складання (5/6)
Звільнення світлового бар'єра після проходження шторки
9. Під час досліду тримач тягарців має спинятися на різній висоті, не досягаючи підлоги, щоб укоротити ділянку розгону.
Приготуйте для цього будь-які предмети, які є під рукою, - їх ставитимуть на підлогу під тримачем.
10. Чотири вилкоподібні світлові бар'єри кріплять на напрямній за допомогою тримачів і рівномірно розподіляють уздовж вимірюваної ділянки.
Простежте, щоб під час руху візка всі світлові бар'єри могла проходити задня частина шторки.
Складання (6/6)
Під'єднання світлових бар'єрів і пускового пристрою
11. Вилкоподібні світлові бар'єри по черзі зліва направо з'єднують із гніздами полів «1»–«4» вимірювача часу.
При цьому жовті гнізда світлових бар'єрів з'єднують із жовтими гніздами приладу, червоні - з червоними, а сині гнізда світлових бар'єрів - із білими гніздами вимірювача часу.
12. Обидва повзункові перемикачі на вимірювачі часу для вибору фронту запуску переводять у праве положення «спадний фронт» ( ).
Виконання (1/3)
1. Візок має розігнатися під дією тягарця, а потім рухатися рівномірно - цей рух фіксують вилкоподібні світлові бар'єри. Поставте під тримач тягарців якийсь предмет так, щоб той спинився саме тоді, коли вимірювальний візок буде безпосередньо перед входом у промінь першого світлового бар'єра.
Ділянка розгону відповідає шляху, який візок проходить від старту до моменту, коли тримач стає на опору. За потреби змініть положення світлового бар'єра.
2.Вимірювальний візок відпускають пусковим пристроєм, і він зазнає сталого прискорення, доки тримач тягарців не торкнеться столика. Після цього він котиться далі зі сталою швидкістю.
Виконання (2/3)
3.Щоб визначити миттєві швидкості візка під час проходження відповідних світлових бар'єрів, у режимі роботи 1( )вимірюють часи затемнення .
4.Час вимірюють від трьох до п'яти разів поспіль. Перед кожним запуском треба натиснути кнопку «Reset», щоб скинути покази.
Виконання (3/3)
5. Тепер ділянку розгону змінюють: висоту, на якій спиняється тримач тягарців, задають іншим підставленим предметом.
Як описано вище, підлаштовують і положення першого світлового бар'єра, а за довших ділянок розгону - за потреби й наступних бар'єрів. Після цього знімають другу серію вимірювань.
Цей крок можна повторити для інших ділянок розгону.
Опрацювання результатів (1/4)
Спостереження
Зі збільшенням ділянки розгону видно, що часи затемнення дедалі меншають, бо візок розганяється довше.
Після того як тримач тягарців стає на опору, візок рухається далі зі сталою швидкістю, бо всі часи затемнення приблизно однакові.
Опрацювання результатів (2/4)
Приклад вимірювання
Опрацювання результатів (3/4)
Середні значення прикладу вимірювання
Опрацювання результатів (4/4)
Опрацювання результатів (4/4)
1. Для кожної ділянки розгону з п'яти вимірювань обчислюють середні значення .
2. За середніми значеннями часів затемнення визначають середні швидкості , де довжина шторки = 0,1 м.
3. У попередніх таблицяхнаведено приклад вимірювання. Порівняння швидкостей на кожному світловому бар'єрі показує, що в межах точності вимірювання візок після завершення розгону зберігає набуту швидкість. Щоб змінити стан руху тіла, на нього має подіяти сила. Якщо зовнішня сила не діє, тіло лишається в стані спокою або прямолінійного рівномірного руху.
Зауваження
1. Щоб спиняти тримач тягарців, особливо зручний столик із регульованою висотою, як на рис. 8. Якщо ви використовуєте позиції, наведені в переліку обладнання як додаткові, вставте довгий штативний стрижень у триногу і закріпіть на ньому столик коротким штативним стрижнем з обома подвійними муфтами.
2.Цей дослід можна виконувати з різними масами візка і різними рушійними масами.
3.Щоб зменшити відстань від тримача тягарців до інкрементального колеса, нитку можна вкоротити: кілька разів обернути на візку голку зі штекером, намотавши на неї нитку.
Столик для спинення тримача