Эксперимент в классе, страница 47 - гдз по физике 7 класс учебник Закирова, Аширов

Эксперимент в классе

Повторите опыты, описанные в третьей части параграфа. Расстояние, пройденное телом, и время движения можно определить с использованием датчика движения.

Поскольку в задании предлагается повторить опыты, описанные в гипотетической третьей части параграфа, мы рассмотрим два фундаментальных вида механического движения, для исследования которых идеально подходит датчик движения: равномерное прямолинейное движение и равноускоренное прямолинейное движение.

Опыт 1: Изучение равномерного прямолинейного движения

Цель работы: Экспериментально проверить законы равномерного прямолинейного движения. Убедиться, что при таком движении скорость тела постоянна, а координата линейно зависит от времени.

Оборудование: Датчик движения, тележка, горизонтальная направляющая (трек), компьютер с программным обеспечением для сбора и анализа данных.

Ход работы:

1. Установить горизонтально трек. В конце трека разместить датчик движения и подключить его к компьютеру.

2. Поместить тележку на трек на некотором расстоянии от датчика.

3. Включить запись данных на компьютере и одновременно придать тележке небольшую скорость в направлении от датчика. Важно, чтобы начальный толчок был коротким и не влиял на последующее движение.

4. Остановить запись после того, как тележка пройдет большую часть трека или остановится.

Анализ результатов:

Программное обеспечение, работающее с датчиком движения, построит графики зависимости координаты $\text{s}$, скорости $\text{v}$ и ускорения $\text{a}$ от времени $\text{t}$.

1. График зависимости координаты от времени $s(t)$. Для равномерного движения этот график представляет собой прямую линию, не параллельную оси времени. Уравнение движения: $s(t) = s_0 + v_x t$. Наклон графика равен скорости движения $v_x$.

2. График зависимости проекции скорости от времени $v_x(t)$. Этот график должен представлять собой прямую линию, параллельную оси времени, что свидетельствует о постоянстве скорости ($v_x = \text{const}$). Могут наблюдаться небольшие флуктуации из-за трения.

3. График зависимости проекции ускорения от времени $a_x(t)$. Теоретически, ускорение должно быть равно нулю. На практике график будет показывать значения, близкие к нулю.

Измерив по графику $v_x(t)$ среднее значение скорости и сравнив его со значением, рассчитанным по наклону графика $s(t)$, можно подтвердить справедливость законов равномерного движения.

Ответ: В ходе опыта было установлено, что при равномерном прямолинейном движении тело за равные промежутки времени проходит равные пути, его скорость постоянна ($v = \text{const}$), а ускорение равно нулю ($a = 0$). График зависимости координаты от времени является линейной функцией, а график скорости – константой.

Опыт 2: Изучение равноускоренного прямолинейного движения

Цель работы: Экспериментально исследовать равноускоренное движение тела и проверить кинематические формулы для этого вида движения.

Оборудование: Датчик движения, тележка, наклонная плоскость (трек с возможностью изменения угла наклона), подставка для создания наклона, компьютер с программным обеспечением.

Ход работы:

1. Установить трек под небольшим углом к горизонту, используя подставку. В верхней части наклонной плоскости закрепить датчик движения.

2. Поместить тележку в верхней части трека, недалеко от датчика.

3. Включить запись данных и отпустить тележку, позволяя ей свободно скатываться вниз под действием силы тяжести.

4. Остановить запись, когда тележка достигнет конца трека.

Анализ результатов:

Анализируем полученные графики $s(t)$, $v_x(t)$ и $a_x(t)$.

1. График зависимости координаты от времени $s(t)$. Этот график должен быть параболой. Это соответствует кинематическому уравнению для равноускоренного движения с начальной скоростью, равной нулю (так как тележку отпускают из состояния покоя): $s(t) = s_0 + \frac{a_x t^2}{2}$. Программа может аппроксимировать данные квадратичной функцией и определить коэффициент при $t^2$, что позволяет найти ускорение $a_x$.

2. График зависимости проекции скорости от времени $v_x(t)$. Этот график должен быть прямой линией, проходящей через начало координат (если начальная скорость равна нулю) и имеющей положительный наклон. Это подтверждает формулу $v_x(t) = a_x t$. Тангенс угла наклона этой прямой к оси времени равен ускорению $a_x$.

3. График зависимости проекции ускорения от времени $a_x(t)$. На участке движения тележки этот график должен быть прямой линией, параллельной оси времени, что доказывает постоянство ускорения ($a_x = \text{const}$).

Сравнив значения ускорения, полученные из анализа трех разных графиков, можно сделать вывод о точности эксперимента и подтвердить законы равноускоренного движения.

Ответ: В ходе опыта было подтверждено, что движение тела по наклонной плоскости является равноускоренным. Ускорение тела постоянно ($a = \text{const} > 0$). График скорости является линейной функцией времени ($v \propto t$), а график пути – квадратичной ($s \propto t^2$), что полностью соответствует теоретическим моделям равноускоренного движения.