Ход работы, страница 22 - гдз по физике 7 класс лабораторный практикум Холина, Березин

Лабораторные работы. Лабораторная работа № 5 «Исследование равномерного движения тела» - страница 22.

Условие.

Лабораторная работа № 5

https://go.prosv.ru/qMgrkk

ИССЛЕДОВАНИЕ РАВНОМЕРНОГО ДВИЖЕНИЯ ТЕЛА

► Цель работы

Исследовать равномерное движение тела.

► Приборы и материалы

Электронный секундомер, штатив с муфтой и лапкой, направляющая рейка с измерительной шкалой, брусок.

► Подготовка к работе

Общий вид экспериментальной установки показан на рисунке 10.

Рис. 10

Один из концов направляющей рейки закрепляют в лапке штатива. Плавно перемещая лапку штатива вверх по вертикальной стойке, добиваются того, чтобы брусок начал скольжение. Движение бруска при этом очень близко к равномерному. В равномерности движения бруска можно убедиться, разбивая его путь на равные участки и измеряя время движения бруска на каждом из них. При равномерном движении бруска время движения на каждом из равных участков будет одинаково.

Путь, пройденный бруском, определяется по измерительной шкале, закреплённой на направляющей. Время движения бруска можно измерить с помощью электронного секундомера, к которому подключены датчики движения. Для этого датчики закрепляют на направляющей со стороны измерительной шкалы. Отсчёт времени начинается автоматически при прохождении бруска мимо верхнего датчика и останавливается при прохождении бруска мимо нижнего датчика. В результате секундомер показывает время движения бруска на участке траектории между датчиками.

В работе предлагается: 1) разбить путь бруска сначала на два, а потом на три равных участка и измерить время движения бруска на каждом участке с помощью электронного секундомера; 2) по результатам измерений времени определить вид движения бруска по направляющей рейке.

Ход работы

1. Определите цену деления шкалы направляющей рейки.

2. Один из концов направляющей рейки закрепите в лапке штатива. Плавно перемещая лапку штатива вверх по вертикальной стойке, добейтесь того, чтобы брусок начал скользить по рейке.

3. Разбейте путь, который проходит брусок по рейке, на две равные части: от 10 до 25 см и от 25 до 40 см. Запишите в таблицу длину каждого участка с учётом абсолютной погрешности, приняв её равной цене деления шкалы рейки.

4. Закрепив датчики движения на направляющей сначала в точках с координатами 10 и 25 см, а затем в точках с координатами 25 и 40 см, измерьте с помощью электронного секундомера время движения бруска на каждом из двух участков.

Запишите в таблицу результаты измерения времени с учётом абсолютной погрешности, приняв её равной $0,02 \text{ с}$.

№ опыта	Путь $s \pm \Delta s$, м	Время $t \pm \Delta t$, с

5. Повторите измерения, разбив путь бруска на три равные части: от 10 до 20 см, от 20 до 30 см, от 30 до 40 см. Запишите результаты измерений в таблицу.

6. Сделайте вывод о виде движения бруска.

Решение.

1. Определите цену деления шкалы направляющей рейки.

На измерительной шкале рейки (рис. 10) между двумя соседними оцифрованными отметками, обозначающими сантиметры (например, 10 и 11), находится 10 делений. Таким образом, цена одного малого деления (C) равна:

$C = \frac{11 \text{ см} - 10 \text{ см}}{10} = \frac{1 \text{ см}}{10} = 0,1 \text{ см}$

Ответ: Цена деления шкалы направляющей рейки составляет 0,1 см (или 1 мм).

2. Один из концов направляющей рейки закрепите в лапке штатива. Плавно перемещая лапку штатива вверх по вертикальной стойке, добейтесь того, чтобы брусок начал скользить по рейке.

Экспериментальная установка собрана и настроена согласно инструкции. Угол наклона рейки подобран таким образом, чтобы движение бруска было близко к равномерному.

Ответ: Установка готова к проведению измерений.

3. Разбейте путь, который проходит брусок по рейке, на две равные части: от 10 до 25 см и от 25 до 40 см. Запишите в таблицу длину каждого участка с учётом абсолютной погрешности, приняв её равной цене деления шкалы рейки. и 4. Закрепив датчики движения на направляющей сначала в точках с координатами 10 и 25 см, а затем в точках с координатами 25 и 40 см, измерьте с помощью электронного секундомера время движения бруска на каждом из двух участков.

Проведем первую серию измерений, разбив путь на два равных участка.

Дано:

Координаты участка 1: $x_1 = 10$ см, $x_2 = 25$ см
Координаты участка 2: $x_3 = 25$ см, $x_4 = 40$ см
Абсолютная погрешность измерения времени: $\Delta t = 0,02$ с
Абсолютная погрешность измерения пути (принята равной цене деления): $\Delta s = C = 0,1$ см

$x_1 = 0,10$ м; $x_2 = 0,25$ м; $x_3 = 0,25$ м; $x_4 = 0,40$ м
$\Delta s = 0,001$ м

Найти:

Длину $s_1, s_2$ и время $t_1, t_2$ движения бруска на участках. Записать результаты в таблицу.

Решение:

1. Вычислим длину каждого участка:

$s_1 = x_2 - x_1 = 25 \text{ см} - 10 \text{ см} = 15 \text{ см} = 0,150 \text{ м}$

$s_2 = x_4 - x_3 = 40 \text{ см} - 25 \text{ см} = 15 \text{ см} = 0,150 \text{ м}$

2. Проведем измерения времени (результаты являются смоделированными) и занесем все данные в таблицу.

№ опыта	Путь $s \pm \Delta s$, м	Время $t \pm \Delta t$, с
1	$0,150 \pm 0,001$	$0,31 \pm 0,02$
2	$0,150 \pm 0,001$	$0,32 \pm 0,02$

3. Для анализа рассчитаем скорость движения на каждом участке:

$v_1 = \frac{s_1}{t_1} = \frac{0,150 \text{ м}}{0,31 \text{ с}} \approx 0,484 \text{ м/с}$

$v_2 = \frac{s_2}{t_2} = \frac{0,150 \text{ м}}{0,32 \text{ с}} \approx 0,469 \text{ м/с}$

Значения скоростей близки, что предварительно указывает на равномерный характер движения.

Ответ: Результаты измерений и расчетов для двух участков пути представлены в таблице.

5. Повторите измерения, разбив путь бруска на три равные части: от 10 до 20 см, от 20 до 30 см, от 30 до 40 см. Запишите результаты измерений в таблицу.

Проведем вторую серию измерений, разбив путь на три равных участка.

Дано:

Координаты участка 1: $x_1 = 10$ см, $x_2 = 20$ см
Координаты участка 2: $x_3 = 20$ см, $x_4 = 30$ см
Координаты участка 3: $x_5 = 30$ см, $x_6 = 40$ см
Абсолютная погрешность измерения времени: $\Delta t = 0,02$ с
Абсолютная погрешность измерения пути: $\Delta s = 0,1$ см

$s = 10 \text{ см} = 0,100 \text{ м}$
$\Delta s = 0,1 \text{ см} = 0,001 \text{ м}$

Найти:

Время $t_3, t_4, t_5$ движения бруска на участках. Записать результаты в таблицу.

Решение:

1. Длина каждого участка составляет $\text{10}$ см или $0,100$ м.

2. Проведем измерения времени (смоделированные результаты) и занесем данные в таблицу.

№ опыта	Путь $s \pm \Delta s$, м	Время $t \pm \Delta t$, с
3	$0,100 \pm 0,001$	$0,21 \pm 0,02$
4	$0,100 \pm 0,001$	$0,20 \pm 0,02$
5	$0,100 \pm 0,001$	$0,21 \pm 0,02$

3. Рассчитаем скорость движения на каждом участке:

$v_3 = \frac{s_3}{t_3} = \frac{0,100 \text{ м}}{0,21 \text{ с}} \approx 0,476 \text{ м/с}$

$v_4 = \frac{s_4}{t_4} = \frac{0,100 \text{ м}}{0,20 \text{ с}} = 0,500 \text{ м/с}$

$v_5 = \frac{s_5}{t_5} = \frac{0,100 \text{ м}}{0,21 \text{ с}} \approx 0,476 \text{ м/с}$

Значения скоростей снова оказываются близкими друг к другу и к результатам первого эксперимента.

Ответ: Результаты измерений для трех участков пути представлены в таблице.

6. Сделайте вывод о виде движения бруска.

В ходе лабораторной работы было установлено, что на одинаковых участках пути брусок затрачивает примерно одинаковое время. В первой серии опытов для прохождения двух участков пути по $0,150$ м потребовалось $0,31$ с и $0,32$ с. Разница во времени $(0,01$ с) меньше погрешности измерения $(0,02$ с), поэтому эти значения можно считать одинаковыми.

Во второй серии опытов для прохождения трех участков пути по $0,100$ м потребовалось $0,21$ с, $0,20$ с и $0,21$ с. Эти значения также очень близки и их разброс не превышает погрешности измерений.

По определению, движение, при котором тело за любые равные промежутки времени проходит равные пути, называется равномерным. Результаты наших измерений показывают, что брусок за примерно равное время проходит равные участки пути. Это означает, что скорость его движения практически постоянна.

Ответ: С учетом погрешностей измерений движение бруска по наклонной направляющей рейке можно считать равномерным прямолинейным.