Номер 7, страница 351 - гдз по физике 10 класс учебник Хижнякова, Синявина

Лабораторные работы. 2. Измерение ускорения тела при равноускоренном прямолинейном движении - номер 7, страница 351.

Условие.

7. Проведите серию опытов, изменяя каждый раз угол наклона рейки к горизонту.

Решение.

Задание "Проведите серию опытов, изменяя каждый раз угол наклона рейки к горизонту" является инструкцией к выполнению лабораторной работы по физике. Цель этой работы — исследовать зависимость ускорения тела, скользящего по наклонной плоскости, от угла ее наклона. Ниже представлено развернутое описание того, как следует проводить эти опыты и анализировать результаты.

Цель работы

Экспериментально установить зависимость ускорения тела, движущегося по наклонной плоскости, от угла наклона этой плоскости к горизонту.

Оборудование

• Наклонная плоскость (рейка или желоб).
• Тело для скатывания (например, каретка или шарик).
• Штатив с муфтой и лапкой для изменения и фиксации угла наклона.
• Измерительная лента или линейка.
• Секундомер.
• Транспортир для измерения угла наклона, либо возможность рассчитать угол через высоту и длину.

Ход работы (описание серии опытов)

1. Соберите экспериментальную установку. Установите рейку под небольшим углом $\alpha_1$ к горизонту, подперев один ее конец.
2. Измерьте угол наклона $\alpha_1$ с помощью транспортира. Альтернативно, можно измерить высоту $h_1$ поднятого конца рейки и ее длину $\text{L}$, а затем вычислить синус угла: $\sin(\alpha_1) = h_1/L$.
3. Отметьте на рейке начальную и конечную точки движения. Измерьте расстояние $\text{s}$ между ними. Это расстояние должно быть одинаковым во всех опытах серии.
4. Поместите каретку в начальную точку и отпустите ее без начальной скорости ($v_0 = 0$). Одновременно с началом движения включите секундомер.
5. Остановите секундомер, когда каретка достигнет конечной точки. Запишите время движения $t_1$.
6. Для уменьшения случайной погрешности повторите измерения времени для данного угла $\alpha_1$ еще 3–4 раза. Найдите среднее арифметическое значение времени $\bar{t}_1$.
7. Увеличьте угол наклона рейки до значения $\alpha_2$ и повторите пункты 2–6, измерив новое среднее время движения $\bar{t}_2$.
8. Проведите аналогичные измерения для еще нескольких (2–3) углов наклона, каждый раз увеличивая его. Все данные (угол $\alpha$, sin($\alpha$), результаты измерений времени $\text{t}$, среднее время $\bar{t}$) заносите в заранее подготовленную таблицу.

Обработка и анализ результатов

Теоретически, при отсутствии трения, тело движется по наклонной плоскости равноускоренно. Ускорение $\text{a}$ зависит от угла наклона $\alpha$ и ускорения свободного падения $\text{g}$ ($g \approx 9.8 \, \text{м/с}^2$):

$a = g \cdot \sin(\alpha)$

С другой стороны, из кинематической формулы для пути при равноускоренном движении из состояния покоя $s = \frac{at^2}{2}$ можно выразить ускорение через измеренные величины:

$a_{эксп} = \frac{2s}{\bar{t}^2}$

Используя эту формулу, вычислите экспериментальное значение ускорения для каждого угла наклона.

Для проверки теоретической зависимости постройте график зависимости экспериментального ускорения $a_{эксп}$ от синуса угла наклона $\sin(\alpha)$. Если теория верна, экспериментальные точки должны лежать на прямой, проходящей через начало координат. Угловой коэффициент этой прямой будет соответствовать экспериментальному значению ускорения свободного падения $\text{g}$.

Выводы

В результате проведенной серии опытов должно быть установлено, что:

• С увеличением угла наклона рейки время движения тела на фиксированном участке пути уменьшается.
• Ускорение тела, движущегося по наклонной плоскости, прямо пропорционально синусу угла наклона плоскости.

Любые отклонения от линейной зависимости могут быть объяснены влиянием неучтенных факторов, таких как сила трения, сопротивление воздуха, а также погрешностями измерений.

Ответ:

Проведение серии опытов с изменением угла наклона рейки к горизонту — это стандартная лабораторная работа по изучению равноускоренного движения. Ее выполнение включает следующие шаги:

1. Установка рейки под различными углами наклона $\alpha$ к горизонту.
2. Измерение времени $\text{t}$, за которое тело (каретка) проходит одно и то же расстояние $\text{s}$ по рейке для каждого из установленных углов.
3. Расчет экспериментального значения ускорения $\text{a}$ для каждого угла по формуле $a = 2s/t^2$.
4. Анализ полученной зависимости $\text{a}$ от $\alpha$. Ожидаемый результат заключается в подтверждении теоретической зависимости $a = g \sin(\alpha)$, что означает прямую пропорциональность между ускорением и синусом угла наклона.

Конечной целью является экспериментальная проверка законов динамики для движения тела на наклонной плоскости и установление количественной связи между кинематическими (ускорение) и геометрическими (угол наклона) параметрами системы.