3. Рассчитайте и занесите в таблицу среднее значение промежутка времени <t >, за который шарик совершает N = 10 оборотов.
4. Рассчитайте и занесите в таблицу среднее значение периода вращение <T > шарика.
5. По формуле (4) определите и занесите в таблицу среднее значение модуля ускорения.
6. По формулам (1) и (2) определите и занесите в таблицу среднее значение модулей угловой и линейной скорости.
| Опыт | N | t | T | a | ω | v |
| 1 | 10 | 12.13 | — | — | — | — |
| 2 | 10 | 12.2 | — | — | — | — |
| 3 | 10 | 11.8 | — | — | — | — |
| 4 | 10 | 11.41 | — | — | — | — |
| 5 | 10 | 11.72 | — | — | — | — |
| Ср. | 10 | 11.85 | 1.18 | 4.25 | 0.63 | 0.09 |
7. Вычислите максимальное значение абсолютной случайной погрешности измерения промежутка времени t .
8. Определите абсолютную систематическую погрешность промежутка времени t .
9. Вычислите абсолютную погрешность прямого измерения промежутка времени t .
10. Вычислите относительную погрешность прямого измерения промежутка времени.
11. Запишите результат прямого измерения промежутка времени в интервальной форме.
Ответьте на контрольные вопросы
1. Как изменится линейная скорость шарика при его равномерном вращательном движении относительно центра окружности?
Линейная скорость характеризуется направлением и величиной (модулем). Модуль — величина постоянная, а направление при таком движении способно изменяться.
2. Как доказать соотношение v = ωR ?
Так как v = 1/T, связь циклической частоты с периодом и частой 2π = VT, откуда V = 2πR. Связь линейной скорости и угловой 2πR = VT, отсюда V = 2πr/T. (R — радиус описанной, r — радиус вписанной)
3. Как зависит период вращения T шарика от модуля его линейной скорости?
Чем выше показатель скорости, тем меньше показатель периода.
Выводы: научился определять период вращения, модули, центростремительного ускорения, угловую и линейную скорости при равномерном вращении тела и рассчитывать абсолютную и относительную погрешности прямых измерений промежутка времени движения тела.
Суперзадание
Определите ускорение материальной точки при её равномерном вращении, если за Δt = 1 с она прошла 1/6 длины окружности, имея модуль линейной скорости v = 10 м/с.
Длина окружности:
S = 10 ⋅ 1 = 10 м
l = 10⋅ 6 = 60 м
Радиус окружности:
r = l/2π
r = 6/2 ⋅ 3 = 10 м
Ускорение:
a = v2
/r
a = 1002
/10 = 10 м/c2
.
№ 1. Изучение движения тела по окружности
Цель работы
Определить центростремительное ускорение шарика при его равномерном движении по окружности.
Теоретическая часть
Эксперименты проводятся с коническим маятником. Небольшой шарик движется по окружности радиусом R. При этом нить АВ, к которой прикреплён шарик, описывает поверхность прямого кругового конуса. Из кинематических соотношений следует, что аn = ω 2 R = 4π 2 R/T 2 .
На шарик действуют две силы: сила тяжести m и сила натяжения нити (рис. Л.2, а). Согласно второму закону Ньютона m = m + . Разложив силу на составляющие 1 и 2 , направленные по радиусу к центру окружности и по вертикали вверх, второй закон Ньютона запишем следующим образом: m = m + 1 + 2 . Тогда можно записать: mа n = F 1 . Отсюда а n = F 1 /m.
Модуль составляющей F 1 можно определить, пользуясь подобием треугольников ОАВ и F 1 FB: F 1 /R = mg/h (|m| = | 2 |). Отсюда F 1 = mgR/h и a n = gR/h.
Сопоставим все три выражения для а n:
а n = 4 π 2 R/T 2 , а n =gR/h, а n = F 1 /m
и убедимся, что числовые значения центростремительного ускорения, полученные тремя способами, примерно одинаковы.
Оборудование
Штатив с муфтой и лапкой, лента измерительная, циркуль, динамометр лабораторный, весы с разновесами, шарик на нити, кусочек пробки с отверстием, лист бумаги, линейка.
Порядок выполнения работы
1. Определите массу шарика на весах с точностью до 1 г.
2. Нить проденьте сквозь отверстие в пробке и зажмите пробку в лапке штатива (рис. Л.2, б).
3. Начертите на листе бумаги окружность, радиус которой около 20 см. Измерьте радиус с точностью до 1 см.
4. Штатив с маятником расположите так, чтобы продолжение нити проходило через центр окружности.
5. Взяв нить пальцами у точки подвеса, вращайте маятник так, чтобы шарик описывал такую же окружность, как и начерченная на бумаге.
6. Отсчитайте время, за которое маятник совершает заданное число (например, в интервале от 30 до 60) оборотов.
7. Определите высоту конического маятника. Для этого измерьте расстояние по вертикали от центра шарика до точки подвеса (считаем h ≈ l).
9. Оттяните горизонтально расположенным динамометром шарик на расстояние, равное радиусу окружности, и измерьте модуль составляющей 1 .
Затем вычислите ускорение по формуле
Сравнивая полученные три значения модуля центростремительного ускорения, убеждаемся, что они примерно одинаковы.
Лабораторная работа №4 по физике 9 класс (ответы) - Изучение движения тела по окружности
3. Рассчитайте и занесите в таблицу среднее значение промежутка времени
4. Рассчитайте и занесите в таблицу среднее значение периода вращение
5. По формуле (4) определите и занесите в таблицу среднее значение модуля ускорения.
6. По формулам (1) и (2) определите и занесите в таблицу среднее значение модулей угловой и линейной скорости.
| Опыт | N | t | T | a | ω | v |
| 1 | 10 | 12.13 | - | - | - | - |
| 2 | 10 | 12.2 | - | - | - | - |
| 3 | 10 | 11.8 | - | - | - | - |
| 4 | 10 | 11.41 | - | - | - | - |
| 5 | 10 | 11.72 | - | - | - | - |
| Ср. | 10 | 11.85 | 1.18 | 4.25 | 0.63 | 0.09 |
7. Вычислите максимальное значение абсолютной случайной погрешности измерения промежутка времени t.
8. Определите абсолютную систематическую погрешность промежутка времени t.
9. Вычислите абсолютную погрешность прямого измерения промежутка времени t.
10. Вычислите относительную погрешность прямого измерения промежутка времени.
11. Запишите результат прямого измерения промежутка времени в интервальной форме.
Ответьте на контрольные вопросы
1. Как изменится линейная скорость шарика при его равномерном вращательном движении относительно центра окружности?
Линейная скорость характеризуется направлением и величиной (модулем). Модуль - величина постоянная, а направление при таком движении способно изменяться.
2. Как доказать соотношение v = ωR?
Так как v = 1/T, связь циклической частоты с периодом и частой 2π = VT, откуда V = 2πR. Связь линейной скорости и угловой 2πR = VT, отсюда V = 2πr/T. (R - радиус описанной, r - радиус вписанной)
3. Как зависит период вращения T шарика от модуля его линейной скорости?
Чем выше показатель скорости, тем меньше показатель периода.
Выводы: научился определять период вращения, модули, центростремительного ускорения, угловую и линейную скорости при равномерном вращении тела и рассчитывать абсолютную и относительную погрешности прямых измерений промежутка времени движения тела.
Суперзадание
Определите ускорение материальной точки при её равномерном вращении, если за Δt = 1 с она прошла 1/6 длины окружности, имея модуль линейной скорости v = 10 м/с.
Длина окружности:
S = 10 ⋅ 1 = 10 м
l = 10⋅ 6 = 60 м
Радиус окружности:
r = l/2π
r = 6/2 ⋅ 3 = 10 м
Ускорение:
a = v 2 /r
a = 100 2 /10 = 10 м/c 2 .
«Изучение движения тела по окружности под действием двух сил»
Цель работы: определение центростремительного ускорения шарика при его равномерном движении по окружности.
Оборудование: 1. штатив с муфтой и лапкой;
2. лента измерительная;
3. циркуль;
4. динамометр лабораторный;
5. весы с разновесами;
6. шарик на нити;
7. кусочек пробки с отверстием;
8. лист бумаги;
9. линейка.
Порядок выполнения работы:
1. Определяем массу шарика на весах с точностью до 1 г.
2. Нить продеваем сквозь отверстие и зажимаем пробку в лапке штатива (рис 1)
3. Вычерчиваем на листе бумаги окружность, радиус которой около 20 см. Измеряем радиус с точностью до 1 см.
4. Штатив с маятником располагаем так, чтобы продолжение шнура проходило через центр окружности.
5. Взяв нить пальцами у точки подвеса, вращаем маятник так, чтобы шарик описывал окружность, равную начерченной на бумаге.
6. Отсчитываем время, за которое маятник совершает, к примеру, N=50 оборотов. Рассчитываем период обращения T =
7. Определяем высоту конического маятника, Для этого измеряем расстояние по вертикали от центра шарика до точки подвеса.
8. Находим модуль нормального ускорения по формулам:
a n 1 = a n 2 =
a n 1 = a n 2 =
9. Оттягиваем горизонтально расположенным динамометром шарик на расстояние, равное радиусу окружности, и измеряем модуль составляющей F
Затем вычисляем ускорение по формуле a n 3 = a n 3 =
10. Результаты измерений заносим в таблицу.
| № опыта | R м | N | ∆t c | Т c | h м | m кг | F Н | a n1 м/с 2 | a n 2 м/с 2 | a n 3 м/с 2 |
Рассчитайте относительную погрешность вычисленияa n 1 и запишите ответ в виде: a n 1 = a n 1ср ± ∆ a n 1ср a n 1 =
Сделайте вывод:
Контрольные вопросы:
1. К какому виду движения относится движение шарика на нити в лабораторной работе? Почему?
2. Сделайте чертёж в тетради и укажите правильно названия сил. Назовите точки приложения этих сил.
3. Какие законы механики выполняются при движении тела в этой работе? Изобразите графически силы и запишите правильно законы
4. Почему сила упругости F, измеренная в опыте, равна результирующей сил приложенных к телу? Назовите закон.
 |
.
I Подготовительный этап
На рисунке схематически показаны качели, известные под названием «гигантские шаги». Найдите центростремительную силу, радиус, ускорение и скорость обращения человека на качелях вокруг столба. Длина веревки равна 5 м, масса человека равна 70 кг. Столб и веревка при обращении образуют угол 300. Определите период, если частота обращения качелей равна 15 мин-1.
Подсказка: На тело, обращающееся по окружности, действуют сила тяжести и сила упругости веревки. Их равнодействующая сообщает телу центростремительное ускорение.
Результаты расчетов внесите в таблицу:
Время обращения, с
Число оборотов
Период обращения, с
Радиус обращения, м
Масса тела, кг
центростремительная сила, Н
скорость обращения, м/с
центростремительное ускорение, м/с2
II . Основной этап
Цель работы:
Приборы и материалы:
1. 
Перед опытом подвешивают на нити к лапке штатива груз, предварительно взвешенный на весах.
2. Под висящим грузом положите лист бумаги с начерченной на нем окружностью радиусом 15-20 см. Центр окружности расположите на отвесной линии, проходящей через точку подвеса маятника.
3. У точки подвеса нить берут двумя пальцами и аккуратно приводят маятник во вращательное движение , так чтобы радиус вращения маятника совпадал с радиусом нарисованной окружности.
4. Приведите маятник во вращение и подсчитывая число оборотов замерьте время, за которое эти обороты произошли.
5. Результаты измерений и вычислений запишите в таблицу.
6. Равнодействующая силы тяжести и силы упругости, найденная в ходе эксперимента, рассчитывается из параметров кругового движения груза.
С другой стороны, центростремительную силу можно определить из пропорции
Здесь масса и радиус уже известны из предыдущих измерений и, чтобы определить центробежную силу вторым способом надо измерить высоту точки подвеса над вращающимся шариком. Для этого оттягивают шарик на расстояние, равное радиусу вращения и измеряют расстояние по вертикали от шарика до точки подвеса.
7. Сравните результаты, полученные двумя разными способами и сделайте вывод.
III Контрольный этап
При отсутствии в домашних условиях весов цель работы и оборудование может быть изменено.
Цель работы: измерение линейной скорости и центростремительного ускорения при равномерном движении по окружности
Приборы и материалы:
1. Возьмите иголку с двойной ниткой длиной 20-30 см. Острие иголки воткните в ластик, маленькую луковицу или пластилиновый шарик. Вы получите маятник.
2. Поднимите свой маятник за свободный конец нити над листом бумаги, лежащим на столе, и приведите его в равномерное вращение по окружности, изображенной на листе бумаги. Измерьте радиус окружности, по которой движется маятник.
3. Добейтесь устойчивого вращения шарика по заданной траектории и по часам с секундной стрелкой зафиксируйте время для 30 оборотов маятника. По известным формулам рассчитайте модули линейной скорости и центростремительного ускорения.
4. Составьте для записи результатов таблицу и заполните ее.
Использованная литература:
1. Фронтальные лабораторные занятия по физике в средней школе . Пособие для учителей под редакцией. Изд. 2-е. - М., «Просвещение», 1974 г.
2. Шилов работы в школе и дома: механика.-М.: «Просвещение», 2007