Лабораторная работа «Определение ускорения при свободном падении» - ВВЕДЕНИЕ. ФИЗИКА В ПОЗНАНИИ ВЕЩЕСТВА, ПОЛЯ, ПРОСТРАНСТВА И ВРЕМЕНИ

Цель: научить определять ускорение при свободном падении.

Задача

При проведении опыта по определению ускорения свободного падения g с помощью линейки-маятника были получены следующие данные: расстояние между двумя засечками на линейкеS = 75,0 ± 0,5 см, число колебаний линейки n = 39, время, затраченное на эти колебания, t = 30 ± 1 с. Определите ускорение свободного падения по формуле:

Вычислите относительную погрешность методом оценки результата по формуле:

Примечания:

1. Переход линейки из одного крайнего положения в другое считайте за одно колебание.

2. Время, затраченное на перемещение шарика, равно времени перехода линейки от крайнего ее положения до момента соприкосновения с шариком.

Методические рекомендации:

1. Край линейки, о который ударяется падающий шарик, должен быть очищен от следов предыдущих опытов.

2. Длина нити свешивающегося шарика должна быть такой, чтобы шарик слегка касался края линейки на уровне оси вращения. Регулирование длины нити производите наматыванием (или сматыванием) на гвоздь.

3. Экваториальную часть шарика нужно густо смазать зубной пастой или окунуть ее в кашицу из зубного порошка.

4. При проведении работы необходимо руководствоваться следующим:

1) сообщать ученикам о периоде колебаний маятника не надо;

2) для определения g пользуйтесь формулой: где n - число колебаний маятника - линейки, t - время, затраченное на колебания, S - перемещение шарика за время движения линейки от крайнего положения до среднего;

3) вычислять время, необходимое для движения линейки от крайнего положения до положения равновесия, не нужно, так как при вычислении 1/2n вследствие округления вносится новая погрешность, что может сказаться на результатах опыта;

4) если у учащихся возникнет вопрос об изменении времени, затрачиваемого маятником-линейкой на одно колебание при затухании колебаний, необходимо указать им, что время не меняется.

5. Определение относительной погрешности производите по формуле которая дает возможность проверить, входит ли значение данной местности в диапазон границ приближенного значения g, найденного из опыта.

Такой метод приучает учеников к проверке полученных результатов опыта, а не является простым и ненужным подсчетом погрешностей без практического их применения.

Инструкция для проведения лабораторной работы

Цель работы: определить ускорение свободного падения, используя изохронность колебания маятника

Оборудование: 1) прибор; 2) тюбик зубной пасты; 3) рулетка; 4) часы с секундной стрелкой; 5) штатив с муфтой и лапкой.

Описание и установка прибора

Прибор состоит из основной линейки (100x2x0,5 см) с отверстием на расстоянии 10 см от одного из концов для надевания ее на ось с небольшим гвоздиком на торце; жестяной пластины, длина которой должна быть такой, чтобы свешивающийся с нее шарик слегка касался линейки на уровне оси; металлического стержня, вставленного в деревянный брусок в качестве оси; медного или стального шарика диаметром 3 см с петлей.

При установке прибора необходимо:

1) брусок с осью укрепить в лапке штатива и на ось надеть линейку. Вывести линейку из положения равновесия и отрегулировать горизонтальность оси, чтобы линейка вдоль нее не перемещалась;

2) к гвоздику, вбитому в линейку, на нитке подвесить шарик, причем длина нити должна быть такой, чтобы при перекидывании ее через ребро пластины линейка отклонялась на небольшой угол, и шарик слегка соприкасался с ней.

3) смочите экваториальную часть шарика зубной пастой. Линейку придвиньте к шарику и сделайте на ней засечку - начальное местонахождение шарика.

Примечания:

1) отклоненная линейка при пережигании нити возвращается в вертикальное положение и ударяется о падающий шарик. При этом на ней получается конечная метка нахождения шарика. Расстояние между метками определяет путь падающего шарика;

2) время движения шарика определяется по времени перемещения линейки из отклоненного положения в положение равновесия. Промежуток времени каждого колебания ритмически колеблющейся линейки желательно определять по значительному числу ее колебаний в течение 30-45 с. Почему?

Ход работы

1. Сформулируйте ответы:

а) Для определения времени перемещения отклоненной линейки в положение равновесия посредством часов, имеющих секундную стрелку, необходимо...

б) Зная перемещение свободно падающего шарика и время его прохождения, найдите g по формуле...

2. Соберите установку по указаниям установки прибора.

3. Проведите опыт и заполните таблицу.

Линейка		Шарик
Число колебаний	Время колебаний	Перемещение	Ускорение

4. Вычислите относительную погрешность методом оценки результата.

Проверьте, находится ли значение g, взятое из таблиц, внутри диапазона границ (НГ и ВГ) значения g, полученного из опыта.

5. Сделайте вывод. Ускорение силы тяжести зависит от...

Дополнительные вопросы

1. Каков вес падающего шарика?

2. Какова сила тяжести падающего шарика?

3. Какое время потребовалось бы на прохождение шариком того же расстояния, если опыт проводился на Луне?

4. Какой вид имела бы траектория падающего шарика в связанной с ним системе отсчета?

5. Какой вид имела бы траектория падающего шарика, если бы опыт проводился в равномерно и прямолинейно движущемся вагоне поезда наблюдателем, находившимся на Земле? Дать чертеж, обосновав формулами.

6. Какой вид имела бы траектория падающего шарика, если бы опыт проводился в поезде, движущемся прямолинейно, но равноускоренно, для наблюдателя, находящегося на Земле? Дать чертеж, обосновав формулами.

7. Какой вид имела бы траектория падающего шарика, если опыт проводился в поезде, движущемся равноускоренно и прямолинейно, в системе отсчета, связанной с вагоном? Дать чертеж, обосновав формулами.

Домашнее задание

Повторить п. 17.