Лабораторная работа изучение закона сохранения механической энергии: Лабораторная работа № 7 «Изучение закона сохранения механической энергии»

Лабораторная работа № 7 «Изучение закона сохранения механической энергии»

Цель работы: сравнить две величины—уменьшение потенциальной энергии прикрепленного к пружине тела при его падении и увеличение потенциальной энергии растянутой пружины.

Средства измерения:

1) динамометр, жесткость пружины которого равна 40 Н/м; 2) линейка

измерительная; 3) груз из набора по механике; масса груза равна (0,100 ±0,002) кг.

Материалы: 1) фиксатор;

2) штатив с муфтой и лапкой.

Для работы используется установка, показанная на рисунке 180. Она представляет собой укрепленный на штативе динамометр с фиксатором 1.

Пружина динамометра заканчивается проволочным стержнем с крючком. Фиксатор (в увеличенном масштабе он показан отдельно — помечен цифрой 2) — это легкая пластинка из пробки (размерами 5 Х 7 X 1,5 мм), прорезанная ножом до ее центра. Ее насаживают на проволочный стержень динамометра. Фиксатор должен перемещаться вдоль стержня с небольшим трением, но трение все же должно быть достаточным, чтобы фиксатор сам по себе не падал вниз.

В этом нужно убедиться перед началом работы. Для этого фиксатор устанавливают у нижнего края шкалы на ограничительной скобе. Затем растягивают и отпускают.

Фиксатор вместе с проволочным стержнем должен подняться вверх, отмечая этим максимальное удлинение пружины, равное расстоянию от упора до фиксатора.

Если поднять груз, висящий на крючке динамометра, так, чтобы пружина не была растянута, то потенциальная энергия груза по отношению, например, к поверхности стола равна mgH. При падении груза (опускание на расстояние x = h) потенциальная энергия груза уменьшится на

а энергия пружины при ее деформации увеличивается на

Порядок выполнения работы

1. Груз из набора по механике прочно укрепите на крючке динамометра.

2. Поднимите рукой груз, разгружая пружину, и установите фиксатор внизу у скобы.

3. Отпустите груз. Падая, груз растянет пружину. Снимите груз и по положению фиксатора измерьте линейкой максимальное удлинение х пружины.

4. Повторите опыт пять раз.

5. Подсчитайте

и

6. Результаты занесите в таблицу:

Номер опыта

7. Сравните отношение

с единицей и сделайте вывод о погрешности, с которой был проверен закон сохранения энергии.

Закон сохранения механической энергии. Полная механическая энергия замкнутой системы тел, взаимодействующих силами тяготения или силами упругости, остается неизменной при любых движениях тел системы

Рассмотрим такое тело (в нашем случае рычаг). На него действуют две силы: вес грузов P и сила F (упругости пружины динамометра), чтобы рычаг находился в равновесии и моменты этих сил должны быть равны по модулю меду собой. Абсолютные значения моментов сил F и P определим соответственно:

Рассмотрим груз, прикрепленный к упругой пружине таким образом, как показано на рисунке. Вначале удерживаем тело в положении 1, пружина не натянута и сила упругости, действующая на тело равна нулю. Затем отпускаем тело и оно падает под действием силы тяжести до положения 2, в котором сила тяжести полностью компенсируется силой упругости пружины при удлинении ее на h (тело покоится в этот момент времени).

Рассмотрим изменение потенциальной энергии системы при переходе тела из положения 1 в положение 2. При переходе из положения 1 в положение 2 потенциальная энергия тела уменьшается на величину mgh, а потенциальная энергия пружины возрастает на величину

Целью работы является сравнение этих двух величин. Средства измерения: динамометр с известной заранее жесткостью пружины 40 Н/м, линейка, груз из набора по механике.

Выполнение работы:

№ опыта
1	0,054
2	0,052
3	0,048	0,051	0,050	0,052	0,96
4	0,050
5	0,052

Вычисления:

Оценим погрешности:

Отношение потенциальных энергий запишем как:

откуда видно, что полученное отклонение от единицы лежит в пределах погрешности измерений.

Источник:

Решебник по физике за 9 класс (И.К.Кикоин, А.К.Кикоин, 1999 год),
задача №7
к главе «ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ».

Все задачи

← Лабораторная работа № 6 «Изучение равновесия тел под действием нескольких сил»

Лабораторная работа № 8 «Измерение ускорения свободного падения с помощью маятника» →

Лабораторная работа «Изучение закона сохранения механической энергии». 10 класс | Опыты и эксперименты по физике (10 класс):

ГБОУ «Лицей-интернат №61»

Учитель физики Абашеева С.Б-М.

10 класс

Лабораторная работа №2

Изучение закона сохранения механической энергии

Цель работы: научатся измерять потенциальную энергию поднятого над землей тела и упруго деформированной пружины, сравнивать два значения потенциальной энергии системы.

Оборудование: штатив с муфтой и лапкой, динамометр лабораторный с фиксатором, лента измерительная, груз на нити длиной около 25 см.

 Рис. 1  

Рис. 2    

Ход работы:

1. Определяем вес шарика F1=1 Н.
2. Расстояние l  от крючка динамометра до центра тяжести шарика 40 см.
3. Максимальное удлинение пружины    ∆ l=5 см.
4. Сила F=20 Н, F/2=10 Н.
5. Высота падения h= l+ ∆ l=40+5=45см=0,45м.
6. Ер1=F1х(l+ ∆ l)=1Нх0,45м=0,45Дж.
7. Ер2=F/2х     ∆L=10Нх0,05м=0,5Дж.
8. Результаты измерений и вычислений занесем в таблицу:

F1=mg (H)	L (см)	L (см)	h(см)	F (H)	Ер1 (Дж)	Ер2 (Дж)
1	40	5	20	45	0,45	0,5

9. Оценить границы погрешности определения потенциальной энергии растянутой пружины и кинетической энергии шара.

                                                         

Вывод: Опытным путем  измерили потенциальную энергию поднятого над землей тела и упруго деформированной пружины. При измерениях и вычислениях получили примерно одинаковые потенциальные энергии, что подтверждает закон сохранения энергии.

Контрольные вопросы

1. Каким выражением определяется потенциальная энергия  деформированной  пружины?

2. Каким выражением определяется кинетическая энергия тела?
3. При каких условиях выполняется закон сохранения механической энергии?

Тест « Закон сохранения энергии»

Вариант № 1

1. При падении тела с высоты 2 м сила тяжести совершила работу в 12 Дж. Чему равна масса тела?

а) 6 кг б) 0,6 кг в) 24 кг г) 12 кг.

2. При торможении тело изменило свою скорость с 20 м/с до 5м/с. При этом сила трения совершила работу в 188 Дж. Чему равна масса тела?

а) 15 кг б) 376 кг в) 1 кг г) 25 кг.

3. Процесс работы — это…

а) любой процесс превращения энергии;

б) процесс превращения энергии, не связанный с движением тел;

в) процесс превращения энергии при действии сил на движущееся тело;

г) среди ответов нет «правильного».

4. Какие из перечисленных тел обладают кинетической энергией:

а) камень, поднятый над землей;

б) летящий самолет;

в) растянутая пружина;

г) летящий воздушный шарик?

5. Какие из перечисленных тел обладают потенциальной энергией:

а) катящийся по земле шар;

б) лук с натянутой тетивой;

в) сжатый в баллоне газ;

г) кабинка колеса обозрения.

6. Стальной шарик, летящий горизонтально, упруго ударяется о стальной брусок, подвешенный на нити. Укажите все правильные утверждения.

а) Механическая энергия системы “шарик и брусок” при взаимодействии не изменяется;

б) Импульс системы “шарик и брусок” при взаимодействии не изменяется.

в) Импульс шарика при взаимодействии изменяется.

7. Из окна мальчик бросил горизонтально мячик. Считая, что сопротивлением воздуха можно пренебречь, укажите все правильные утверждения.

а) сумма потенциальной и кинетической энергии во время движения мячика остается неизменной;

б) импульс мячика при падении увеличивается по модулю;

в) кинетическая энергия мячика при падении увеличивается.

Вариант № 2

1. Стальной шарик, летящий горизонтально, упруго ударяется о стальной брусок, подвешенный на нити. Укажите все правильные утверждения.

а) Механическая энергия системы “шарик и брусок” при взаимодействии не изменяется,

б) Импульс системы “шарик и брусок” при взаимодействии не изменяется.

в) Импульс шарика при взаимодействии изменяется. 

2. При падении тела с высоты 2 м сила тяжести совершила работу в 12 Дж. Чему равна масса тела?

а) 6 кг б) 0,6 кг в) 24 кг г) 12 кг,

3. Какие из перечисленных тел обладают кинетической энергией:

а) камень, поднятый над землей;

б) летящий самолет;

в) растянутая пружина;

г) летящий воздушный шарик?

4. Процесс работы — это…

а) любой процесс превращения энергии;

б) процесс превращения энергии, не связанный с движением тел;

в) процесс превращения энергии при действии сил на движущееся тело;

г) среди ответов нет «верного».

5. Какие из перечисленных тел обладают потенциальной энергией:

а) катящийся по земле шар;

б) лук с натянутой тетивой;

в) сжатый в баллоне газ;

г) кабинка колеса обозрения.

6. При торможении тело изменило свою скорость с 20 м/с до 5м/с. При этом сила трения совершила работу в 188 Дж. Чему равна масса тела?

а) 15 кг б) 376 кг в) 1 кг г) 25 кг.

7. Из окна мальчик бросил горизонтально мячик. Считая, что сопротивлением воздуха можно пренебречь, укажите все правильные утверждения.

а) сумма потенциальной и кинетической энергии во время движения мячика остается неизменной.

б) импульс мячика при падении увеличивается по модулю.

в) кинетическая энергия мячика при падении увеличивается.

Лабор.

4. Сохранение механической энергии

Введение

Когда тело движется, некоторые вещи, такие как его положение, скорость и импульс, изменяются. Интересно и полезно рассмотреть то, что

не меняет . Полная энергия есть величина, которая не меняется; мы говорим, что это сохраненных во время движения. Есть несколько форм энергии, с которыми вы, возможно, знакомы, например, солнечная, ядерная, электрическая и тепловая энергия. В этом эксперименте вы исследуете два вида механической энергии: кинетическую энергию и потенциальную энергию. Вы проведете эксперимент, демонстрирующий сохранение полной механической энергии системы.

Обсуждение принципов

Сохранение механической энергии

Полная механическая энергия

E

системы определяется как сумма кинетической энергии

K

и потенциальной энергии

U

системы.

( 1 )

Е = К + У

В отсутствие неконсервативных сил, таких как трение или сопротивление воздуха, полная механическая энергия остается постоянной, и мы говорим, что механическая энергия сохраняется. Если

K ₁

,

U ₁

,

K ₂

,

U ₂

. то закон сохранения механической энергии приводит к следующему математическому выражению

( 2 )

К ₁ + У ₁ = К ₂ + У ₂

Это также может быть выражено через изменение кинетической и потенциальной энергий

( 3 )

ΔK + ΔU = 0

где

ΔK = K ₂ − K ₁

и

ΔU = U ₂ − U ₁

. Сохранение механической энергии — один из фундаментальных законов физики, который также является очень мощным инструментом для решения сложных задач механики.

Кинетическая энергия

Кинетическая энергия

К

— это энергия тела, потому что оно находится в движение . Когда над объектом совершается работа, результатом является изменение кинетической энергии объекта. Энергия движения может быть кинетической энергией поступательного движения и/или кинетической энергией вращения. Поступательная кинетическая энергия

K _T

— это энергия, которой обладает объект, поскольку он перемещается с места на место, независимо от того, вращается ли он также;

К _Т

относится к массе

м

и скорость или скорость

v

объекта на

( 4 )

K _T = mv ²

Вращательная кинетическая энергия

K _R

9000 перемещается с места на место.

K _R

связано с моментом инерции

I

и угловой скоростью

ω

объекта по

( 5 )

К _Р = I ω ²

Угловая скорость катящегося нескользящего шара равна скорости (относительно центра шара) точки на окружности, деленной на радиус

R

шара.

( 6 )

ω =

Так же, как масса

м

тела есть мера его сопротивления изменению его (поступательной) скорости, момент инерции

I

объекта есть мера сопротивления этого объекта изменению его угловой скорости. Момент инерции твердого шара (однородной плотности) определяется выражением

( 7 )

I = MR ²

где

M

и

R

— масса и радиус сферы соответственно. общая кинетическая энергия

K _общая

катящейся сферы, используемой в этом эксперименте, представляет собой сумму поступательной и вращательной кинетических энергий.

( 8 )

K _всего = K _T + K _R

Потенциальная энергия

Объект может обладать энергией в силу своего положения за счет работы, проделанной для того, чтобы поместить его туда. Говорят, что объект имеет потенциальную энергию

У

. Гравитационная потенциальная энергия, которой мы будем заниматься в этом эксперименте, зависит от массы объекта, ускорения свободного падения и его местоположения. Важно помнить, что потенциальная энергия определяется только относительно местоположения, которое может быть выбрано произвольно (то есть для удобства), не влияя на последующее движение тела. Например, если катящуюся сферу держать на высоте 1/2 метра над столешницей, а столешница на высоте 1 метр от пола, то потенциальная энергия сферы имеет одно значение относительно столешницы и большее значение относительно поверхности стола. пол. Потенциальная энергия объекта вблизи поверхности Земли определяется выражением

( 9 )

У = мгч

где

g

— ускорение свободного падения,

м

— масса объекта,

h

— высота над выбранным уровнем отсчета (конец рампы, где потенциальная энергия равен нулю по выбору). Если мы уроним объект, он потеряет высоту и наберет скорость при падении в соответствии с уравнением

. (2)

К ₁ + U ₁ = К ₂ + У ₂

.

Объектив

Цель этого эксперимента — определить, может ли закон сохранения механической энергии предсказать скорость катящегося шара после скатывания по пандусу. Вы проверите свою гипотезу, поместив сферу на разную высоту и измерив скорость в конце рампы. Вы сравните измеренную скорость с предсказанной скоростью, используя закон сохранения механической энергии. Если мы позволим сфере скатиться по пандусу, ее вертикальная высота уменьшится, а поступательная и вращательная скорость возрастут. Потенциальная энергия теряется, а кинетическая энергия приобретается. Если предположить, что сфера катится без проскальзывания и нет трения или сопротивления воздуха, потеря потенциальной энергии будет равна выигрышу в кинетической энергии. На основании сохранения механической энергии, если шар находится на высоте

h ₁

, как показано на рис. 1, можно показать, что конечная скорость

v ₂

в конце рампы равна

( 10 )

v ₂ =

10gh 1 7

Figure 1 : Sphere rolling down a ramp

Уравнение (10)

v ₂ =

10gh 1 7

tells us that we can predict the final translational speed

v ₂

of the sphere at point at the bottom наклонной части пандуса, если известна начальная высота

h ₁

. В эксперименте вы измерите поступательную скорость сферы в нижней части пандуса и сравните ее со скоростью, предсказанной законом сохранения механической энергии. Если эти два значения поступательной скорости (экспериментальное и расчетное) находятся в близком соответствии, можно сказать, что вы проверили закон сохранения механической энергии.

Экспериментальный проект

Рассмотрим несколько способов измерения поступательной скорости малого шара.

• 1

  Использование полицейского радара: Радар или Speed ​​Gun — это небольшой доплеровский радар, используемый для определения скорости объектов, особенно грузовиков и автомобилей, с целью регулирования дорожного движения, а также бейсбольных мячей, бегунов или других движущихся объектов в спорте. Он основан на эффекте Доплера, применяемом к лучу радара для измерения скорости объектов, на которые он направлен. Радарные пушки могут быть ручными или автомобильными; см. «Радар-пушка» или «Полицейский радар». Радар измеряет мгновенную скорость сферы. Когда сфера катится по пандусу, ее скорость меняется. Было бы трудно прочесть показания радара в тот самый момент, когда маленькая сфера достигает дна рампы.

• 2

  Использование ультразвукового детектора движения: Звуковой детектор движения передает серию ультразвуковых импульсов. Ультразвуковые импульсы отражаются от цели и возвращаются к поверхности датчика. Индикатор цели мигает, когда преобразователь обнаруживает эхосигнал. Датчик измеряет время между нарастающим фронтом триггера и нарастающим фронтом эхо-сигнала. Он использует это время и скорость звука для расчета расстояния до объекта. Чтобы определить скорость, он использует последовательные измерения положения для расчета скорости изменения положения. См., например, PASCO или Vernier. Как правило, звуковой детектор движения, используемый в физической лаборатории, может обнаруживать только объекты размером не меньше бейсбольного мяча. Измерение скорости маленького стального шарика было бы ненадежным.

• 3

  Использовать фотозатвор: Фотозатвор отслеживает движение объектов, проходящих через его ворота, подсчитывая события, когда объект пересекает инфракрасный луч. Если размер объекта известен, измерив время, в течение которого объект блокирует ворота, вы можете определить скорость. См., например, Vernier или PASCO. Размер инфракрасного луча от фотозатвора не мал по сравнению с диаметром сферы. Таким образом, вы не могли точно определить длину, проходящую через инфракрасный луч.

• 4

  Использование кинематики: Как только сфера покидает рампу, она находится в состоянии свободного падения. Измеряя вертикальную и горизонтальную составляющие смещения сферы после того, как она покидает рампу, вы можете определить скорость сферы в конце рампы. Измерение горизонтального и вертикального смещения сферы не требует использования детекторов движения или фотозатворов и является прямым. Вы будете использовать этот метод для эксперимента.

Определение скорости с помощью кинематики

Пандус имеет короткий горизонтальный участок от точки до точки. Мы предполагаем, что скорость шара вниз по пандусу не меняется, когда он движется по короткому горизонтальному участку между точкой и точкой . Как только сфера покидает рампу, на нее не действует сила, изменяющая ее горизонтальную скорость (при условии отсутствия сопротивления воздуха). Гравитация тянет сферу вниз, как только она покидает рампу. Рассмотрим уравнения движения для вертикального и горизонтального движений шара. Вертикальное расстояние

h ₂

что сфера падает во времени

ΔT

определяется выражением

( 11 )

ч ₂ = g(ΔT) ²

где

г

= 9,81 м/с ² — ускорение свободного падения. Начальная вертикальная составляющая скорости шара на выходе из рампы равна нулю. Горизонтальное расстояние

d

сферы перемещается от конца пандуса до точки, где она касается стола, определяется выражением

( 12 )

d = v ₂ (ΔT)

Используя уравнение (11) и (12) мы можем показать, что

( 13 )

v _{2кинематика} = d

Оборудование

66 Наклонная рампа, прикрепленная к столу

Маленькая стальная сфера

метр палка

Копировальная бумага

Пузырьковый уровень

Процедура

Вы поместите маленькую сферу на 5 различных высотах по вертикали

h ₁

, позволите ей скатиться по пандусу и прочитаете расстояние

d

от края пандуса до места, где он упадет на стол. . Самостоятельно вы построите график горизонтальной скорости

v ₂

от горизонтального расстояния

d

с использованием уравнения

. (13)

v _{2кинематика} = d

. Из этого графика вы можете прочитать горизонтальную скорость, зная горизонтальное расстояние, пройденное сферой для 5 различных вертикальных высот. Из ваших измерений горизонтального и вертикального расстояний, которые проходит сфера после выхода из конца пандуса, вы определите экспериментальную скорость для 5 различных вертикальных высот, используя

Уравнение (13)

v _{2кинематика} = d

и проверьте эти значения на графике.

Рисунок 2 : Схема устройства.

Рисунок 3 : Фактический аппарат.

Аппарат состоит из наклонной рампы, высоту которой можно изменять с помощью регулируемого зажима, как показано на рис. 2 и 3.

Настройка

1

Приклейте несколько листов тетрадной бумаги к верхней части стола, отступив от края горизонтального участка пандуса примерно на 1 м. Установите пандус так, чтобы он опирался на бумагу, чтобы

ч ₂ = 0

. Отметьте положение нижнего края пандуса на бумаге.

2

Отрегулируйте пандус так, чтобы горизонтальная часть находилась примерно на 18–20 см выше стола. Пандус следует отрегулировать так, чтобы горизонтальная часть пандуса была ровной, как указано, поместив туда небольшой пузырьковый уровень. Если нижний край пандуса не выровнен, попросите инструктора лаборатории помочь с этой регулировкой. Это будет позиция

h ₂

рампы на протяжении всего эксперимента. Убедитесь, что вы не мешаете ему во время эксперимента.

Процедура A: Определение экспериментальной скорости

v _2exp

с использованием кинематики

3

Используя уравнение

. (13)

v _{2кинематика} = d

подготовьте в Excel график скорости

v _2kinematics

относительно горизонтального расстояния

d

для двух значений

d

(а именно ноль и 50 см). Вы будете использовать этот график для считывания экспериментальной скорости мяча

v _2exp

. См. Приложение G.

КПП 1:
Попросите своего ассистента проверить ваш график Excel

v _{2 кинематики}

vs.

d

.

4

Отметьте 5 позиций по длине ската с интервалом примерно 2,5 см. Это позиции, из которых вы будете выпускать сферу. Не начинайте слишком близко к нижней части склона. Убедитесь, что эти позиции расположены на равном расстоянии друг от друга.

5

Измерьте высоту этих позиций от столешницы и определите высоту

h ₁

для каждой из этих позиций. Запишите их в таблицу данных. Это расстояние по вертикали, на которое падает сфера, скатываясь по рампе.

6

Положите лист копировальной бумаги лицевой стороной вниз поверх бумаги на столе. Не приклеивайте копировальную бумагу к столу или белому листу бумаги.

7

Поместите сферу в первую позицию на рампе и отпустите ее. Примечание: Вы должны поместить центр сферы на эту отметку и отпустить ее! Будьте осторожны, чтобы не столкнуть его с рампы.

8

Удалите копировальную бумагу. Вы увидите маленькое пятнышко на подстилающей бумаге, отмечающее точку, куда приземлился шар. Измерьте и запишите горизонтальное расстояние

d

от линии, проведенной ранее, обозначающей конец пандуса, до точки удара. После того, как вы измерили положение точки, проведите через нее «X» и пометьте так, чтобы вы могли отличить ее от более поздних отметок. Запишите это расстояние в таблицу данных 1 на рабочем листе.

9

Вы сделаете три попытки для одного и того же значения

h ₁

, чтобы получить среднее значение

d

. Поэтому повторите процесс еще два раза для того же положения выпуска сферы и снова запишите горизонтальное расстояние, а затем возьмите среднее из трех значений

d

. Запишите эти значения в Таблицу данных 1.

10

Повторите шаги с 7 по 9для каждого значения

h ₁

, выпустив сферу из положений, отмеченных вами на склоне. Возможно, вам придется отодвинуть копировальную бумагу дальше, так как точка выброса проходит дальше по пандусу. Отметьте точки удара по мере их создания, чтобы вас не спутали с отметками, сделанными позже. Примечание: Для каждого значения

h ₁

у вас должно быть три попытки, из которых вы найдете среднее значение горизонтального расстояния

д

.

11

Для каждой высоты h ₁ используйте уравнение

. (13)

v _{2 кинематика} = d

для определения

v _2exp

. Используйте график (см. шаг 3), чтобы проверить значение

v _2exp

.

КПП 2:
Попросите вашего ТА проверить ваши расчеты, прежде чем продолжить.

Процедура B: Использование закона сохранения механической энергии для прогнозирования скорости

v _2CME

12

Для каждого из 5 значений

h ₁

, которые вы использовали в процедуре A, рассчитайте горизонтальную скорость

v _2CME

, используя закон сохранения механической энергии согласно формуле 9.0009 Уравнение (10)

v ₂ =

10gh 1 7

. Введите эти значения в таблицу данных 2.

13

Вычислите процентную разницу между

v _2exp

и

v _2CME

для каждого значения

h _{1 1}

. См. эти данные в приложении B

.

КПП 3:
Попросите вашего ТА проверить ваши расчеты.

Заключение лабораторной работы Исследование закона сохранения механической энергии. Изучение закона сохранения механической энергии Лабораторная работа 5 изучение закона сохранения энергии

Уфимский государственный авиационный технический университет

(по физике)

Изучение закона сохранения механической энергии

Факультет: ИРТ

Группа: Т28-120

Выполнил: Дымов В.В.

Проверено:

1. Цель работы: Изучение закона сохранения механической энергии и проверка его справедливости с помощью маятника Максвелла.

2. Приборы и принадлежности: маятник Максвелла.

Основание

Регулируемые ножки

Стойка, мм шкала

Неподвижный нижний кронштейн

Подвижный рычаг

Электромагнит

Фотоэлектрический датчик №1

Ручка для регулировки длины бифилярной подвески маятника

Фотоэлектрический датчик #2

1. Сменные кольца

   Миллисекундные часы

3. Таблица с результатами измерений и расчетов

3.1 Результаты измерений

т , сек	м , кг	ч макс , м	т КП , с	Дж , кг*м 2	а , м/с 2
т 1 = 2185 т 2 =3,163 т 3 =2,167	м д =0,124 м о =0,033 м до =0,258	ч макс =0,4025	т Ср =2,1717 т Ср =2,171±0,008	J=7,368*10 -4	и = 0,1707 а= 0,1707±0,001

3. 2 Экспериментальные результаты

№ опыт	т , сек	ч , м	Е н , Дж	 E n , J	Э к , Дж	 Е к , Дж
	т ’=1,55	ч ’=0,205	Е н ’=0,8337	 E n ’=2,8138*10 -2	Е к ’= 1 ​​288
	т ’’= 0	ч ’’=0,4025	E n ’’= 2 121 6		Е к ’’= 0
	т ’ ’ ’=2,1717	ч ’ ’ ’=0	Е н ’’’=0		Е к ’’ ’ = 2,12 19

4. Расчет результатов измерений и погрешностей

4.1. Прямое измерение времени полного падения маятника

t 1 = 2,185с.

т 2 =3,163с.

т 3 = 2,167с.

4.2. Расчет среднего общего времени падения

4.3. Расчет ускорения трансляционного движения маятника

L \ U003D 0,465M — Длина нити

R = 0,0525M — RIGDIUS 909

65555955555555555555555955555555555555555595559555955595559555955595559555955595559555955595559555955595559555955595559555955599555 = = = 99556 = = = 9 . л — R -0,01м=0,4025м — путь при падении маятника

4.4. Расчет высоты маятника в момент времени t ’

;

;
;

в ’ — скорость поступательного движения в момент времени t ’

— скорость вращательного движения оси маятника в момент времени т ’

r =0,0045м — радиус оси маятника

4. 5. Расчет момента инерции маятника

Дж 0 – момент инерции оси маятника

м 0 =0,033 кг – Груз маятниковой оси

D 0 =
– диаметр оси маятник

J d – момент инерции диска

м d =0,124 кг – масса диска

D d =
– диаметр диска

J до – момент инерции накладного кольца

м до =0,258 кг – вес накладного кольца

D до =0,11 м — диаметр накладного кольца

4.6. Расчет потенциальной энергии маятника относительно оси, проходящей вдоль оси

маятника, в момент времени t ’

4.7. Расчет кинетической энергии маятника в момент времени t ’

-кинетическая энергия поступательного движения

-кинетическая энергия вращательного движения

4. 8. Расчет погрешности прямых измерений

4.9. Расчет погрешностей косвенных измерений

5. Конечные результаты:

Полная механическая энергия маятника в некоторый момент времени равна E = Е Н + Е к

За опыт №1: Е ’= Е н ’+ E k ‘=0,8337J+1,288J=2,1217J

За опыт №2: Е ’’= Е н ’’+ E k »=2,1216J+0=2,1216J

За опыт №3: Е ’’’= Е н ’’’+ Е k »’=0+2,1219J=2,1219J

Из этих опытов следует, что
(разность 10 -3 J из-за несовершенства измерительных приборов), следовательно, закон сохранения полной механической энергии верен.

Выбранный документ для просмотра Лаб.2.docx

МБОУ СОШ р.п. Лазарев Николаевский район Хабаровский край
Исполнитель: учитель физики Т.А. Князева

Лабораторная работа №2. 10 класс

Изучение закона сохранения механической энергии.

Цель : научиться измерять потенциальную энергию поднятого над землей тела и упруго деформированной пружины, сравнить два значения потенциальной энергии системы.

Оснащение : штатив с муфтой и ногой, лабораторный динамометр с замком, измерительная лента, груз на нити длиной около 25 см.

Определяем вес мяча F 1 = 1 Н.

Расстояние l от крюка динамометра до центра тяжести мяча равно 40 см.

Максимальное удлинение пружины l = 5 см.

Сила F = 20 Н, F/2 = 10 Н.

Высота падения h = l + l =40+5=45см=0,45м.

Е р1 = F 1 х (l + l) = 1Нх0,45м = 0,45Дж.

Е р2 = F / 2х L = 10Нх0,05м = 0,5Дж.

Результаты измерений и расчетов будут занесены в таблицу:

Лабораторная работа «Изучение закона сохранения механической энергии»

Воспользуйтесь скидкой до 50% на курсы Инфоурок

ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНА СОХРАНЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

Задача: экспериментально установить, что полная механическая энергия замкнутой системы остается неизменной, если между телами действуют только гравитационная и упругая силы.

Оснащение: прибор для демонстрации независимости действия сил; весы, гири, измерительная линейка; отвес; белая и копировальная бумага; штатив для фронтальной работы.

Установка для эксперимента показана на рисунке. При отклонении стержня А от вертикального положения шарик на его конце поднимается на некоторую высоту h относительно начального уровня. В этом случае система взаимодействующих тел «Земля-шар» приобретает дополнительный запас потенциальной энергии ? Е р = мгх .

Если шток отпустить, он вернется в вертикальное положение, где будет остановлен специальным стопором. Считая силу трения очень малой, можно предположить, что при движении стержня на шарик действуют только силы тяжести и силы упругости. На основании закона сохранения механической энергии можно ожидать, что кинетическая энергия мяча в момент прохождения начального положения будет равна изменению его потенциальной энергии:

Рассчитав кинетическую энергию мяча и изменение его потенциальной энергии и сравнив полученные результаты, можно экспериментально проверить закон сохранения механической энергии. Для вычисления изменения потенциальной энергии шарика нужно определить на весах его массу m и измерить с помощью линейки высоту h подъема шарика.

Чтобы определить кинетическую энергию мяча, необходимо измерить модуль его скорости?. Для этого устройство закрепляют над поверхностью стола, стержень с шариком отводят в сторону на высоту Н + h и затем отпускают. Когда стержень достигает упора, шарик соскакивает со стержня.

Скорость мяча при падении меняется, но горизонтальная составляющая скорости остается неизменной и равной по абсолютной величине скорости? мяч в момент удара стержня об упор. Итак, скорость? мяча в момент падения со стержня можно определить из выражения

V = l/t, где l – дальность полета мяча, t – время его падения.

Время t свободного падения с высоты H (см. рис. 1) равно: , поэтому

V = l/v 2H/g. Зная массу мяча, можно найти его кинетическую энергию: E k = mv 2 / 2 и сравнить ее с потенциальной энергией.

Порядок работ

1. Зафиксировать прибор на штативе на высоте 20-30 см над столом, как показано на рисунке. Наденьте шарик с отверстием на стержень и проведите предварительный опыт. На месте падения мяча
приклейте лист белой бумаги и накройте его листом копирки.

3. Вернув шарик на стержень, отведите стержень в сторону, измерьте высоту шарика h относительно начального уровня и отпустите стержень. Сняв лист копирки, определить расстояние l между точкой на столе под шариком в его начальном положении, найденной по отвесу, и отметкой на листе бумаги в точке падения шарика.

4. Измерьте высоту мяча над столом в исходном положении. Взвесить мяч и вычислить изменение его потенциальной энергии? Е р и кинетической энергии Ек в момент прохождения мячом положения равновесия.

5. Повторить эксперимент для двух других высот h и произвести измерения и расчеты. Запишите результаты в таблицу.

7. Сравните значения изменения потенциальной энергии мяча с его кинетической энергией и сделайте вывод о результатах своего эксперимента

Решебник по физике за 9 класс (Кикоин И.К., Кикоин А.К., 1999),
задание №7
к главе « ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ».

измерительный; 3) груз из комплекта механики, масса груза (0,100 ±0,002) кг.

Материалы: 1) фиксатор;

2) штатив с муфтой и лапкой

и энергия пружины при ее деформации увеличивается на

Порядок работы

Лабораторная работа №7 «Изучение закона сохранения механической энергии»

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА > номер 7

Цель работы: сравнить две величины — уменьшение потенциальной энергии тела, прикрепленного к пружине, при ее падении и увеличение потенциальной энергии растянутой пружины.

1) динамометр с жесткостью пружины 40 Н/м; 2) линейка

Измерительная; 3) груз из комплекта механики; вес груза составляет (0,100 ± 0,002) кг.

Материалы: 1) фиксатор;

2) штатив с муфтой и лапкой.

Для работы используется установка, показанная на рисунке 180. Представляет собой динамометр, установленный на треноге с замком 1.

Пружина динамометра заканчивается проволочным стержнем с крюком. Защелка (в увеличенном масштабе показана отдельно — отмечена цифрой 2) представляет собой светлую пробковую пластину (размером 5 X 7 X 1,5 мм), прорезанную ножом до ее центра. Он закреплен на стержне динамометра. Фиксатор должен двигаться по стержню с небольшим трением, но трение должно быть достаточным, чтобы фиксатор не упал сам по себе. В этом нужно убедиться перед началом работы. Для этого у нижнего края шкалы на ограничительной скобе устанавливается защелка. Затем растяните и отпустите.

Защелка вместе с тросом должна подниматься вверх, отмечая максимальное удлинение пружины, равное расстоянию от упора до защелки.

Если поднять груз, висящий на крюке динамометра, так, чтобы пружина не растянулась, то потенциальная энергия груза относительно, например, поверхности стола равна mgH. При падении груза (опускании на расстояние x = h) потенциальная энергия груза уменьшится на

А энергия пружины при деформации увеличивается на

Порядок работы

1. Прочно закрепите груз из комплекта механики на крюке динамометра.

2. Поднимите груз рукой, разгрузив пружину, и установите защелку в нижней части кронштейна.

3. Отпустите нагрузку. Когда вес падает, он растягивает пружину. Снимите нагрузку и по положению защелки измерьте линейкой максимальное удлинение х пружины.

4. Повторите эксперимент пять раз.

6. Занесите результаты в таблицу:

7. Сравните отношение

с единицей и сделайте вывод о погрешности проверки закона сохранения энергии.

Закон сохранения механической энергии. Полная механическая энергия замкнутой системы тел, взаимодействующих с силами гравитации или силами упругости, остается неизменной при любых движениях тел системы

Рассмотрим такой орган (в нашем случае рычаг). На него действуют две силы: вес грузов Р и сила F (упругости пружины динамометра), так что рычаг находится в равновесии и моменты этих сил должны быть равны по абсолютной величине друг другу. Абсолютные значения моментов сил F и P будут определяться соответственно:

Рассмотрим груз, прикрепленный к упругой пружине таким образом, как показано на рисунке. Сначала удерживаем тело в положении 1, пружина не растянута и сила упругости, действующая на тело, равна нулю. Затем отпускаем тело и оно опускается под действием силы тяжести в положение 2, при котором сила тяжести полностью компенсируется силой упругости пружины при ее растяжении на h (тело в этот момент времени покоится) .

Рассмотрим изменение потенциальной энергии системы при перемещении тела из положения 1 в положение 2. При переходе из положения 1 в положение 2 потенциальная энергия тела уменьшается на mgh, а потенциальная энергия пружины увеличивается по

Целью данной работы является сравнение этих двух величин. Измерительные инструменты: динамометр с заранее известной жесткостью пружины 40 Н/м, линейка, груз из набора механики.

Курс лабораторных работ 5. Изучение закона сохранения механической энергии

1. Соберите установку, показанную на рисунке.

2. Привяжите груз на нитке к крючку динамометра (длина нити 12-15 см). Закрепите динамометр в зажиме штатива на такой высоте, чтобы груз, поднятый к крюку, при падении не доставал до стола.

3. Подняв груз так, чтобы нить провисла, установите хомут на стержень динамометра возле ограничительного кронштейна.

4. Поднимите груз почти до крюка динамометра и измерьте высоту груза над столом (удобно измерять высоту, на которой находится нижний край груза).

9. Сравните полученное соотношение с единицей и запишите вывод в тетрадь для лабораторных работ; укажите, какие превращения энергии произошли при движении груза вниз.

• Штрафы ГИБДД за превышение скорости 2018 Таблица штрафов за превышение скорости. Условия оплаты. Как оплатить штраф за превышение скорости со скидкой 50% Как обжаловать штраф за превышение скорости. Проверка и оплата штрафов ГИБДД Проверяем информацию о штрафах, подождите несколько секунд Превышение скорости с 20 […]
• ФЗ о пособиях по уходу за ребенком до 15 лет Абонемент — 2018 С 1 АПРЕЛЯ ОТКРЫТА АБОНЕМЕНТНАЯ КОМПАНИЯ НА 2 ПОЛУГОДИЕ 2018 ГОДА. ЦЕНА НА ОБЛАСТНУЮ ГАЗЕТУ «ЗА ЧЕСТЬ ХЛЕБОРОВОЙ» НЕ ИЗМЕНИЛАСЬ — 325 РУБ. 50 коп. Всероссийская подписная декада пройдет с 10 по 20 мая. В пятницу, 11 мая и в четверг, 17 мая, Солнцевский […]
Онлайн экзамен ПДД 2018 на категории А Б М на билеты ГИБДД / ГИБДД Курс теоретической подготовки на билеты ПДД категорий «А», «В», «М» и подкатегории «А1», «В1» для подготовки к экзамену в ГИБДД (ГАИ) или для самопроверки знаний ПДД. Каждый из 40 билетов состоит из четырех тематических блоков, каждый из которых […] Мало кто путешествует налегке. Практически всегда возникает необходимость взять с собой какие-то вещи. Для авиаперевозок существуют правила воздушной перевозки пассажиров и багажа в Аэрофлоте. Именно о них мы и поговорим. Для начала разберемся, что такое багаж и ручная кладь в Аэрофлоте. Руководство […]

Автономный институт

Профессиональное образование

Ханти -Мансийск. закона сохранения механической энергии

Тип урока: лабораторно-практическая

Приемных: «Бортовой журнал», объяснительно-иллюстративный, алгоритмизация.

Цель урока: изучить закон сохранения энергии в процессе практической работы

Цели урока:

Образовательная :

научить пользоваться приборами и снимать показания с приборов

научить измерять потенциальную энергию поднятого над землей тела и деформированной пружины; сравнить два значения потенциальной энергии системы.

Развивающая:

развитие мышления учащихся, формирование собственного приобретения и применения знаний, наблюдение и объяснение физических явлений;

развитие умения анализировать и делать выводы на основе экспериментальных данных.

Образовательные:

побуждать учащихся к преодолению трудностей в процессе умственной деятельности, поощрять толерантность и коллективизм;

Формирование познавательного интереса к физике и технике.

Формы организации образовательной деятельности: передний; индивидуальный; группа.

Ожидаемый результат урока:

В результате учебной деятельности на запланированном занятии учащиеся должны:

Закрепить знания по теме «Закон сохранения энергии и его применение».

Показать навыки индивидуальной работы, групповой работы;

Совершенствовать ранее полученные навыки и умения в ходе эксперимента за счет использования физических приборов и измерительных приборов для измерения физических величин: силы трения, массы тела.

Развивать умение анализировать, составлять отчет о проделанной работе и делать вывод по результату.

УМК: мультимедийный проектор, штатив с муфтой и ножкой; лабораторный динамометр; правитель; нагрузка массой m на нить длины l, описание лабораторной работы.

План занятия:

1. Организационный момент — 2 минуты (Титул, голы)

2. Обновление — 8 мин

Проверка д/с — фронтальный осмотр — 3 мин.

Что такое потенциальная энергия? Ее типы?

Что такое кинетическая энергия?

Что такое полная механическая энергия?

Назовите закон сохранения механической энергии.

Прием «Бортовой журнал» — заполнение графы что знаю! (Групповое обсуждение) — 5мин

3. Выполнение лабораторных работ — 50 мин.

Проведение инструктажей по технике безопасности;

Этюд л/р (познакомить учащихся с инструментами, обратить внимание на порядок работы).

оформление работ учащимися в тетрадях: тема, цель, оборудование, порядок выполнения работ.

выполнение работы учащимися, учитель контролирует работу в группах.

Анализ и заключение по работе.

4. Крепление — 10 мин.

Учащиеся отвечают на вопросы индивидуально.

5. Отражение. — 8 мин.

Вернуться к цели урока: обсуждение, как зависит сила трения от веса тела?

Заполнение бортового журнала.

Вопросы для групп:

«Кто считает, что активно работал на уроке? Поднимите руки»

Как вы думаете, вы добились нужного результата?

6. Домашнее задание: выучить § — 2 минуты.

Лаб. №3 Приложение 1.

Тема: Изучение закона сохранения механической энергии.

Цель: научиться измерять потенциальную энергию поднятого над землей тела и деформированной пружины; сравнить два значения потенциальной энергии системы..

Оборудование: штатив с муфтой и ногой; лабораторный динамометр; правитель; весовая нагрузка м на нити длиной л .

Теоретическая часть

Опыт проводится с грузом, прикрепленным к одному концу нити длиной l . Другой конец нити привязывают к динамометрическому крючку. Если груз поднять, то пружина динамометра не деформируется и стрелка динамометра показывает ноль, а потенциальная энергия груза обусловлена ​​только силой тяжести. Вес освобождается, и он падает вниз, растягивая пружину. Если за нулевую точку потенциальной энергии взаимодействия тела с Землей принять нижнюю точку, которой оно достигает при падении, то очевидно, что потенциальная энергия тела в гравитационном поле переходит в потенциальную энергия деформации динамометрической пружины:
мг (l+Δl) = kΔl 2 /2 , где Δl — максимальное растяжение пружины, k — ее жесткость.

Трудность опыта заключается в точном определении максимальной деформации пружины, так как тело движется быстро.

Инструкция по работе

Для выполнения работ собирается установка, показанная на рисунке. Динамометр закреплен в основании штатива.

1. Привязать груз к нити, другой конец нити привязать к крюку динамометра и измерить вес груза F т = мг (в этом случае вес груза равен равна его силе тяжести).

2. Измерьте длину l нити, на которой привязан груз.

3. Поднимите груз до точки 0 (отмечена на динамометре).

4. Отпустите груз, измерьте максимальную силу упругости с помощью динамометра F ynp и линейку максимального удлинения пружины Δl , считая ее от нулевого деления динамометра.

5. Рассчитайте высоту, с которой падает груз: h = l + ∆l (это высота, на которую смещен центр тяжести груза).

6. Рассчитать потенциальную энергию поднятого груза E» P = mg (l + ∆l) .

7. Рассчитать энергию деформированной пружины E» P = k∆l 2 /2, where k = F ex /Δl

Substituting, the expression for k into the energy formula E» P we get E» P = ;F ex ∆l/2

8. Результаты измерений и расчетов занести в таблицу.

F т = мг			F бывший	h = l + ∆l	E» P = мг (л + ∆л)	E» P = F ex ∆l/2

9. Сравните значения энергии E» P и E» P . Подумайте, почему значения этих энергий точно не совпадают.

10. Сделать вывод о проделанной работе.

Курс лабораторных работ 5. Изучение закона сохранения механической энергии

1. Соберите установку, показанную на рисунке.

2. Привяжите груз на нитке к крючку динамометра (длина нити 12-15 см). Закрепите динамометр в зажиме штатива на такой высоте, чтобы груз, поднятый к крюку, при падении не доставал до стола.

3. Подняв груз так, чтобы нить провисла, установите хомут на стержень динамометра возле ограничительного кронштейна.

4. Поднимите груз почти до крюка динамометра и измерьте высоту груза над столом (удобно измерять высоту, на которой находится нижний край груза).

5. Отпустите груз, не толкая. Падая, груз растянет пружину, и защелка сдвинется вверх по стержню. Затем, растянув рукой пружину так, чтобы фиксатор оказался у ограничительной скобы, измерьте и

6. Рассчитать: а) вес груза; б) увеличение потенциальной энергии пружины в) уменьшение потенциальной энергии груза .

7. Результаты измерений и расчетов записывать в таблицу, помещаемую в тетрадях для лабораторных работ.