Определение соотношения масс шаров



Проводя опыт, шар 2 отводят в сторону и отпускают. Угол отклонения  отмечают по шкале. Углы отклонения  и  находят по размаху колебаний шаров после столкновения. Для этого сразу после столкновения один из шаров сразу отводят в сторону и измеряют максимальный угол отклонения второго шара . Затем опыт повторяют при том же начальном отклонении, только после столкновения другой шар отводят в сторону и измеряют максимальный угол отклонения первого шара .

Отношение масс шаров определяют по формуле (10).

Важно правильно определить знак . Если сразу после столкновения шар не изменяет направление движения, то > 0. Если направление изменяется на противоположное, то < 0.


2. Практическая часть:

2.1 Внимательно ознакомьтесь с описанием лабораторной установки.

Определение времени соударения.

2.2.1. Подвесьте на нитях два стальных шара. Проверьте, находятся ли нити напротив начала отсчета шкалы (при необходимости выровняйте нити при помощи регулировочных винтов на штативе).

2.2.2. Измерьте штангенциркулем диаметр шаров  и расстояние от точки подвеса до места крепления шаров . Найдите расстояние от точки подвеса до центра шаров Запишите систематические погрешности.

2.2.3. Включите мультиметр. Поверните переключатель мультиметра в положение V 20. (Мультиметр переведен в режим измерения постоянного напряжения, предел – 20В.)

2.2.4. Соедините между собой шары. Измерьте напряжение . Запишите систематическую погрешность.

2.2.5. Поверните переключатель мультиметра в положение V 2. (Предел измерения постоянного напряжения – 2В.) Запишите систематическую погрешность.

2.2.6.  Нажатием кнопки на мультиметре разрядите конденсатор.

2.2.7. Отведите один из шаров от положения равновесия на угол 10 - 20º. Запишите угол отклонения. Отпустите шар и измерьте  после соударения шаров. Проведите измерения 10 раз при одном и том же начальном отклонении первого шара. При измерении отклонения шара необходимо выбирать такое положение глаза, чтобы одна нить закрывала другую.

2.2.8. Выключите мультиметр.

2.2.9. Рассчитайте время соударения t для каждого опыта. Результаты измерений и расчетов занесите в таблицу.

2.2.10. Найдите среднее время столкновения . Оцените ошибку измерения  с учетом случайных и систематических погрешностей. Данные занесите в таблицу. Запишите полученный результат.

2.2.11. По формуле (7) определите скорость первого шара непосредственно перед ударом.

2.2.12. Запишите массы шаров (написанные на них) и массу крепежного винта mв = 8 г Оцените силу взаимодействия шаров при столкновении по формуле (5). Оцените погрешность . Запишите полученный результат.

Определение масс шаров.

2.3.1. Подготовьте таблицу1.

2.3.2. Исследуйте столкновения двух стальных шаров:

а) Проверьте, находятся ли нити напротив начала отсчета шкалы. Тщательно выровняйте нити.

б) Выполните 1 опыт: исследуйте удар 2-го шара по 1-му:

- Отклоните шар 2 вправо на угол 10 – 25º. Запишите угол отклонения шара 2 до удара.

- Отпустите шар. После соударения шаров подхватите 2-й шар и отведите его из зоны колебаний 1-го шара.

- Измерьте угол максимального отклонения 1-го шара при колебаниях. Отсчеты выполняйте как можно быстрее, поскольку амплитуда колебаний шара уменьшается со временем. Данные занесите в таблицу.

- Приведите шар 1 в начальное положение, шар 2 еще раз отведите на прежний угол.

- Отпустите шар 2 и после соударения подхватите теперь уже 1-й шар и отведите его из зоны колебаний 2-го шара. Определите угол максимального отклонения 2-го шара при колебаниях. Обратите внимание на правильное определение знака отклонения. Данные занесите в таблицу.

в) Выполните опыт 2: исследуйте удар 1-го шара по 2-му. Опыт проводите также как и опыт 1, только шар 2 остается неподвижным, а шар 1 отводится на угол 10 – 25º. Данные занесите в таблицу.

г) Выполните опыты 3,4. Для этого повторите опыты 1 и 2 еще раз при других начальных отклонениях шаров. Данные занесите в таблицу.

Таблица 1.

№ опыта материал шара Угол отклонения до удара, º Угол отклонения после удара, º Отношение масс шаров Средняя масса шара, г Скорость шара до удара, м/с Скорость шара после удара, м/с Потери кин. энергии %

1

сталь1 0  

 

0  

 

сталь2        

2

сталь1    

 

   

 

сталь2 0   0  

3

сталь1 0  

 

0  

 

сталь2        

4

сталь1    

 

   

 

сталь2 0   0  

5

сталь 0  

 

 

0  

 

алюминий        

6

сталь    

 

   

 

алюминий 0   0  

7

сталь 0  

 

0  

 

алюминий        

8

сталь    

 

   

 

алюминий 0   0  

9

сталь 0  

 

 

0  

 

свинец        

10

сталь    

 

   

 

свинец 0   0  

11

сталь 0  

 

0  

 

свинец        

12

сталь    

 

   

 

свинец 0   0  

2.3.3. Исследуйте столкновения стального и алюминиевого шаров (опыты 5-8), а также стального и свинцового шаров (опыты 9 – 12). Все опыты выполнить аналогично опытам 1 ‑ 4.

2.3.4. Приведите установку в исходное состояние.

2.3.5. По формуле (10) определите отношение масс шаров в каждом опыте. Для опытов
1 – 4  рассчитайте среднее отношение масс шаров. Данные занесите в таблицу.

2.3.6. Зная массу стального шара, для каждого из опытов 5 – 12 рассчитайте массы остальных шаров. Не забудьте учесть массу крепежного винта  г. Данные расчетов занесите в таблицу. Найдите средние значения масс алюминиевого и свинцового шаров. Оцените погрешность измерений. Запишите полученный результат.

2.3.7. По формуле (7) определите скорости шаров до и после удара.

2.3.8. Рассчитайте кинетические энергии шаров до и после удара. Проверьте, выполняется ли закон сохранения энергии при ударе в каждом опыте, (справедливо ли равенство (3)). Сделайте вывод.

2.3.9. Найдите, какая доля кинетической энергии системы теряется при ударах . Результаты занесите в таблицу. Найдите среднее значение потерь энергии  для каждой пары шаров, оцените погрешность . Запишите полученный результат.

3. Контрольные вопросы:

1. Какой удар можно считать абсолютно упругим?

2. Какой удар можно считать абсолютно не упругим?

3. Какой удар можно считать центральным?

4. Соударения каких шаров в данной работе можно считать абсолютно упругими?

5. Сформулируйте закон сохранения импульса для абсолютно упругого удара.

6. Сформулируйте закон сохранения импульса для абсолютно неупругого удара.

7. Сформулируйте закон сохранения энергии для абсолютно упругого удара.

8. Сформулируйте закон сохранения энергии для абсолютно неупругого удара.

9. Как найти силу удара, зная время удара и скорости шара перед ударом? Запишите формулу, поясните величины, входящие в нее?

10. Как определить в лабораторной работе скорость шара перед ударом? Запишите формулу, дайте пояснения.

11. Запишите формулу, по которой определяют отношение масс шаров в лабораторной работе, поясните величины, входящие в нее и границы применимости.

12.  Как в лабораторной работе определить время соударения? Запишите формулу, поясните величины, входящие в формулу.

13. По какой формуле проводится оценка ошибки измерения времени соударения?

14. По какой формуле проводится оценка ошибки измерения масс шаров?

15. Как определить в данной работе, какая доля кинетической энергии теряется при ударах?

16. Как оценить погрешность потерь кинетической энергии?

Рекомендуемая литература.

1. Сивухин Д. В. Общий курс физики. Т. I. Механика.- М.: Наука, 1979.

2. Стрелков С. П. Механика.- М.: Наука, 1975, 560 с.

3. Методическое пособие по обработке результатов измерений, Мн., МГЭУ, 2005, 36 с.

Литература, использованная при подготовке пособия.

1. Физика: задание №4 для 11-х классов (2002-2003 учебный год). Сост.: В.И.Чивилев, - М.: МФТИ, 2002, 32 с.

2. Стрелков С. П. Механика.- М.: Наука, 1975, 560 с.

3. Элементарный учебник физики: Учебное пособие. т.3/ под ред. Г.С.Ландсберга,-М.: «Шрайк», 1995 – 608 с.

4. Лабораторный практикум по общей физике: Учебное пособие. т.1/ А.Д.Гладун, Д.А.Александров, Ф.Ф.Игошин и др., под ред. А.Д.Гладуна. -М.: МФТИ, 2004 – 316 с.

5. Физическая энциклопедия / Гл. ред. А. М. Прохоров. Ред. кол. Д. М. Алексеев, А. М. Балдин, А. М. Бонч-Бруевнч, А. С. Боровик-Романов и др.- М.: Сов. энциклопедия. Т. 1. Аронова – Бома эффект – Длинные линии. 1988. 704 с, ил.


Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 52; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ