Задание №4, страница 58 - гдз по физике 7 класс тетрадь для лабораторных работ Филонович, Петрова

ЗАДАНИЕ № 4

ИЗУЧЕНИЕ ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ЭНЕРГИИ

ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ

1. Поднимите металлический шарик на высоту 30 см над ящиком с песком, а затем отпустите его.

2. Поднимите шарик на высоту 60 см и снова отпустите.

3. Сравните ямки, полученные в обоих случаях.

4. Возьмите пластмассовый шарик, повторите опыт и сравните ямки.

Сделайте вывод

1. Поднимите металлический шарик на высоту 30 см над ящиком с песком, а затем отпустите его.

При выполнении этого действия мы сообщаем металлическому шарику, поднятому на высоту $h_1 = 30 \text{ см} = 0.3 \text{ м}$, потенциальную энергию. Потенциальная энергия тела, поднятого над поверхностью, определяется по формуле $E_{p} = mgh$, где $\text{m}$ – масса тела, $\text{g}$ – ускорение свободного падения, $\text{h}$ – высота. При падении эта энергия переходит в кинетическую, и при ударе о песок совершается работа по образованию ямки. Глубина ямки будет служить мерой совершенной работы, а следовательно, и начальной потенциальной энергии.

Ответ: Шарик падает в песок, образуя в нем углубление (ямку).

2. Поднимите шарик на высоту 60 см и снова отпустите.

В этом случае мы увеличиваем высоту, на которую поднимаем тот же металлический шарик. Новая высота $h_2 = 60 \text{ см} = 0.6 \text{ м}$. Так как высота увеличилась в два раза ($h_2 = 2h_1$), то и начальная потенциальная энергия шарика $E_{p2} = mgh_2$ будет в два раза больше, чем в первом опыте ($E_{p1} = mgh_1$). Соответственно, при падении шарик будет обладать большей энергией и совершит большую работу над песком.

Ответ: Шарик снова падает в песок, образуя в нем ямку.

3. Сравните ямки, полученные в обоих случаях.

Поскольку во втором случае (падение с высоты $h_2 = 60 \text{ см}$) шарик обладал большей начальной потенциальной энергией, он совершил большую работу при падении в песок. Работа, совершаемая шариком, проявляется в виде деформации песка – образования ямки. Большая работа приводит к образованию более глубокой и широкой ямки. Таким образом, ямка от падения шарика с высоты 60 см будет заметно глубже, чем ямка от падения с высоты 30 см.

Ответ: Ямка, полученная при падении шарика с высоты 60 см, глубже, чем ямка, полученная при падении с высоты 30 см.

4. Возьмите пластмассовый шарик, повторите опыт и сравните ямки.

В этом пункте мы исследуем зависимость потенциальной энергии от массы тела. Пластмассовый шарик, при том же объеме, что и металлический, имеет значительно меньшую массу ($m_{пласт} < m_{металл}$). Повторим опыты, бросая пластмассовый шарик с тех же высот $h_1 = 30 \text{ см}$ и $h_2 = 60 \text{ см}$.

Потенциальная энергия пластмассового шарика в обоих случаях будет $E_{p, пласт} = m_{пласт}gh$. Так как $m_{пласт} < m_{металл}$, то при падении с одинаковой высоты $\text{h}$ потенциальная энергия пластмассового шарика будет меньше, чем у металлического: $m_{пласт}gh < m_{металл}gh$.

Следовательно, ямки, оставленные пластмассовым шариком, будут значительно менее глубокими, чем ямки от металлического шарика при падении с тех же высот. Сравнивая ямки от пластмассового шарика, брошенного с 30 см и 60 см, мы снова увидим, что большая высота приводит к более глубокой ямке, подтверждая вывод из пункта 3.

Ответ: Ямки, оставленные пластмассовым шариком, будут менее глубокими, чем ямки от металлического шарика при падении с тех же высот. При этом ямка от падения пластмассового шарика с высоты 60 см будет глубже, чем с 30 см.

Сделайте вывод

Проведенные опыты демонстрируют, от каких величин зависит потенциальная энергия тела, поднятого над землей.

1. Сравнение результатов падения металлического шарика с разной высоты (пункты 1-3) показывает, что чем больше высота, на которую поднято тело, тем большей потенциальной энергией оно обладает и тем большую работу может совершить. Следовательно, потенциальная энергия прямо пропорциональна высоте: $E_p \sim h$.

2. Сравнение результатов падения металлического и пластмассового шариков с одинаковой высоты (пункт 4) показывает, что тело с большей массой обладает большей потенциальной энергией при той же высоте. Следовательно, потенциальная энергия прямо пропорциональна массе тела: $E_p \sim m$.

Общий вывод: Потенциальная энергия тела, поднятого над поверхностью, зависит от его массы и высоты подъема. Она тем больше, чем больше масса тела и чем на большую высоту оно поднято.

Ответ: Потенциальная энергия тела зависит от его массы и высоты над поверхностью. Чем больше масса тела и чем больше высота, на которую оно поднято, тем больше его потенциальная энергия.