Лабораторная работа №1, страница 65, часть 1 - гдз по физике 9 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 1. Глава 1. Основы кинематики. Параграф 16. Лабораторные и исследовательские работы. Лабораторные работы - страница 65.

Условие.

Лабораторная работа № 1

Измерение ускорения тела при равноускоренном прямолинейном движении

Цель работы

Измерить ускорение движения тела по наклонной плоскости.

Оборудование и материалы

Лабораторный штатив, наклонная плоскость длиной 1—1,5 м, небольшой брусок, секундомер, мерная лента.

Ход работы

• С помощью штатива подберите такой угол наклона плоскости, чтобы брусок ускоренно соскальзывал вниз (примерно 20—30°).

• Измерьте время t соскальзывания бруска и пройденный им путь s.

• Используя формулу $s = \frac{at^2}{2}$, вычислите ускорение бруска: $a = \frac{2s}{t^2}$.

• Повторите измерения времени соскальзывания бруска 3 раза.

• Вычислите ускорение бруска в каждом опыте.

• Вычислите среднее значение ускорения.

• Результаты измерений и вычислений запишите в таблицу в своей тетради.

№ опыта	s, м	t, с	$a, \text{ м/с}^2$	$a_{ср}, \text{ м/с}^2$

• Увеличьте угол наклона плоскости к горизонту (примерно на 5—10°). Повторите все измерения и вычисления для ещё одного угла наклона плоскости.

• Сравните полученные значения ускорений. Сделайте вывод.

Решение.

Цель работы

Измерить ускорение движения тела, соскальзывающего по наклонной плоскости.

Оборудование и материалы

Лабораторный штатив, наклонная плоскость длиной 1,2 м, небольшой брусок, секундомер, мерная лента.

Ход работы

В ходе лабораторной работы были проведены измерения для двух разных углов наклона плоскости.

1. Опыт с первым углом наклона (примерно 25°)

С помощью штатива была установлена наклонная плоскость под углом, обеспечивающим равноускоренное соскальзывание бруска. Были проведены три измерения времени, за которое брусок проходит одно и то же расстояние.

Дано:

Расстояние, пройденное бруском: $s = 1,2 \text{ м}$

Время движения в первом опыте: $t_1 = 1,03 \text{ с}$

Время движения во втором опыте: $t_2 = 1,00 \text{ с}$

Время движения в третьем опыте: $t_3 = 1,05 \text{ с}$

Найти:

$a_1, a_2, a_3, a_{\text{ср}}$

Решение:

Ускорение тела при равноускоренном движении из состояния покоя вычисляется по формуле:

$a = \frac{2s}{t^2}$

Вычислим ускорение для каждого из трех измерений:

$a_1 = \frac{2 \cdot 1,2 \text{ м}}{(1,03 \text{ с})^2} = \frac{2,4 \text{ м}}{1,0609 \text{ с}^2} \approx 2,26 \text{ м/с}^2$

$a_2 = \frac{2 \cdot 1,2 \text{ м}}{(1,00 \text{ с})^2} = \frac{2,4 \text{ м}}{1,00 \text{ с}^2} = 2,40 \text{ м/с}^2$

$a_3 = \frac{2 \cdot 1,2 \text{ м}}{(1,05 \text{ с})^2} = \frac{2,4 \text{ м}}{1,1025 \text{ с}^2} \approx 2,18 \text{ м/с}^2$

Теперь найдем среднее значение ускорения:

$a_{\text{ср1}} = \frac{a_1 + a_2 + a_3}{3} = \frac{2,26 + 2,40 + 2,18}{3} \text{ м/с}^2 = \frac{6,84}{3} \text{ м/с}^2 = 2,28 \text{ м/с}^2$

Ответ: Среднее ускорение бруска при первом угле наклона составляет $a_{\text{ср1}} = 2,28 \text{ м/с}^2$.

2. Опыт со вторым углом наклона (примерно 35°)

Угол наклона плоскости был увеличен. Были снова проведены три измерения времени, за которое брусок проходит то же самое расстояние.

Дано:

Расстояние, пройденное бруском: $s = 1,2 \text{ м}$

Время движения в первом опыте: $t_1 = 0,78 \text{ с}$

Время движения во втором опыте: $t_2 = 0,76 \text{ с}$

Время движения в третьем опыте: $t_3 = 0,79 \text{ с}$

Найти:

$a_1, a_2, a_3, a_{\text{ср}}$

Решение:

Используем ту же формулу $a = \frac{2s}{t^2}$.

$a_1 = \frac{2 \cdot 1,2 \text{ м}}{(0,78 \text{ с})^2} = \frac{2,4 \text{ м}}{0,6084 \text{ с}^2} \approx 3,95 \text{ м/с}^2$

$a_2 = \frac{2 \cdot 1,2 \text{ м}}{(0,76 \text{ с})^2} = \frac{2,4 \text{ м}}{0,5776 \text{ с}^2} \approx 4,16 \text{ м/с}^2$

$a_3 = \frac{2 \cdot 1,2 \text{ м}}{(0,79 \text{ с})^2} = \frac{2,4 \text{ м}}{0,6241 \text{ с}^2} \approx 3,85 \text{ м/с}^2$

Найдем среднее значение ускорения для второго случая:

$a_{\text{ср2}} = \frac{a_1 + a_2 + a_3}{3} = \frac{3,95 + 4,16 + 3,85}{3} \text{ м/с}^2 = \frac{11,96}{3} \text{ м/с}^2 \approx 3,99 \text{ м/с}^2$

Ответ: Среднее ускорение бруска при втором угле наклона составляет $a_{\text{ср2}} = 3,99 \text{ м/с}^2$.

Результаты измерений и вычислений

Заполним таблицу на основе проведенных измерений и вычислений.

№ опыта	$s, \text{ м}$	$t, \text{ с}$	$a, \text{ м/с}^2$	$a_{\text{ср}}, \text{ м/с}^2$
1.1	1,2	1,03	2,26	2,28
1.2	1,2	1,00	2,40
1.3	1,2	1,05	2,18
2.1	1,2	0,78	3,95	3,99
2.2	1,2	0,76	4,16
2.3	1,2	0,79	3,85

Сравнение и вывод

Сравним средние значения ускорений, полученные для двух разных углов наклона плоскости:

$a_{\text{ср1}} = 2,28 \text{ м/с}^2$

$a_{\text{ср2}} = 3,99 \text{ м/с}^2$

Как видно из результатов, $a_{\text{ср2}} > a_{\text{ср1}}$.

Вывод: В ходе лабораторной работы было экспериментально установлено, что ускорение тела, соскальзывающего по наклонной плоскости, зависит от угла наклона этой плоскости к горизонту. С увеличением угла наклона ускорение тела возрастает. Это объясняется тем, что при увеличении угла наклона увеличивается составляющая силы тяжести, направленная вдоль наклонной плоскости, которая и является причиной ускоренного движения тела (за вычетом силы трения).