Номер 1, страница 306 - гдз по физике 9 класс учебник Громов, Родина

Лабораторные работы - номер 1, страница 306.

Условие.

Лабораторная работа 1

ИЗУЧЕНИЕ РАВНОМЕРНОГО ПРЯМОЛИНЕЙНОГО ДВИЖЕНИЯ

Цель работы: изучить равномерное прямолинейное движение воздушного пузырька в трубке с водой; определить скорость его движения; построить графики зависимости скорости, перемещения и координаты от времени.

Оборудование: стеклянная трубка длиной 20—25 см и диаметром 7—8 мм, закрытая с обеих сторон пробками, вода, линейка, полоска белой бумаги, метроном, скотч.

Указания к выполнению работы

1. Наполните трубку водой так, чтобы в ней остался небольшой пузырёк воздуха. Герметично закройте трубку с обеих сторон пробками.

2. Положите на линейку полоску белой бумаги, а сверху трубку с пузырьком воздуха и с помощью скотча закрепите положение трубки и линейки.

3. Расположите линейку так, чтобы пузырёк находился на одном конце трубки, а другой конец трубки немного приподнимите.

4. Включите метроном. С каждым ударом метронома отмечайте положение воздушного пузырька на полоске бумаги.

5. Снимите полоску бумаги. Проведите на ней координатную ось $OX$. По линейке определите координату каждой точки. Результаты измерений занесите в таблицу.

6. В каждой точке вычислите перемещение и скорость движения пузырька воздуха.

Время $\text{t}$, с

Координата $\text{x}$, см

Перемещение $\text{s}$, см

Скорость $\text{v}$, см/с

7. Постройте графики зависимости координаты, перемещения и скорости от времени.

8. По графикам сделайте вывод о характере движения пузырька воздуха.

9. Сделайте вывод, ответив на вопросы:

1) Чему соответствует точка 0 на графике перемещения?

2) Каков вид зависимости перемещения от времени при равномерном движении?

3) Почему не все точки будут на одной прямой (если это так по вашим результатам)?

Решение.

Поскольку это лабораторная работа, для выполнения расчетов и построения графиков необходимо провести эксперимент. В данном решении будут использованы гипотетические (примерные) данные, которые можно было бы получить в ходе такого эксперимента. Предположим, что метronom отбивает удары каждую секунду.

Дано:

Таблица с экспериментальными данными (координата пузырька в разные моменты времени):

Время $\text{t}$, с	0	1	2	3	4	5
Координата $\text{x}$, см	0	4.0	8.1	12.0	16.2	20.1

В системе СИ:

• $x_0 = 0$ м
• $x_1 = 0.040$ м при $t_1 = 1$ с
• $x_2 = 0.081$ м при $t_2 = 2$ с
• $x_3 = 0.120$ м при $t_3 = 3$ с
• $x_4 = 0.162$ м при $t_4 = 4$ с
• $x_5 = 0.201$ м при $t_5 = 5$ с

Найти:

Перемещение $\text{s}$ и скорость $\text{v}$ для каждого момента времени; построить графики $x(t)$, $s(t)$, $v(t)$; сделать выводы о характере движения.

Решение:

6. В каждой точке вычислите перемещение и скорость движения пузырька воздуха.

Перемещение $\text{s}$ при прямолинейном движении равно разности конечной и начальной координат: $s = x - x_0$. Так как в начальный момент времени $t_0 = 0$ координата $x_0 = 0$, то перемещение в любой момент времени будет равно его координате: $s = x$.

Скорость $\text{v}$ при равномерном движении вычисляется по формуле $v = s / t$. Рассчитаем ее для каждого измерения, кроме начального.

• $t=1$ с: $s_1 = 4.0$ см; $v_1 = 4.0 \text{ см} / 1 \text{ с} = 4.0$ см/с
• $t=2$ с: $s_2 = 8.1$ см; $v_2 = 8.1 \text{ см} / 2 \text{ с} = 4.05$ см/с
• $t=3$ с: $s_3 = 12.0$ см; $v_3 = 12.0 \text{ см} / 3 \text{ с} = 4.0$ см/с
• $t=4$ с: $s_4 = 16.2$ см; $v_4 = 16.2 \text{ см} / 4 \text{ с} = 4.05$ см/с
• $t=5$ с: $s_5 = 20.1$ см; $v_5 = 20.1 \text{ см} / 5 \text{ с} \approx 4.02$ см/с

Найдем среднюю скорость: $v_{ср} = (4.0 + 4.05 + 4.0 + 4.05 + 4.02) / 5 \approx 4.024$ см/с.

Занесем результаты в таблицу:

Время t, с	0	1	2	3	4	5
Координата x, см	0	4.0	8.1	12.0	16.2	20.1
Перемещение s, см	0	4.0	8.1	12.0	16.2	20.1
Скорость v, см/с	—	4.0	4.05	4.0	4.05	4.02

Ответ: Расчеты перемещения и скорости занесены в таблицу.

7. Постройте графики зависимости координаты, перемещения и скорости от времени.

Построение графиков выполняется на миллиметровой бумаге или с помощью программных средств.

• График зависимости координаты от времени $x(t)$: На оси абсцисс откладывается время $\text{t}$ в секундах, на оси ординат — координата $\text{x}$ в сантиметрах. Точки, полученные из таблицы $((0; 0), (1; 4.0), (2; 8.1), ...)$, наносятся на график. Эти точки должны лежать примерно на одной прямой, выходящей из начала координат.
• График зависимости перемещения от времени $s(t)$: Поскольку в данном опыте $x_0 = 0$, то $s = x$. Таким образом, график $s(t)$ будет полностью совпадать с графиком $x(t)$. Это прямая линия, проходящая через начало координат.
• График зависимости скорости от времени $v(t)$: На оси абсцисс откладывается время $\text{t}$, на оси ординат — скорость $\text{v}$ в см/с. Точки из таблицы $((1; 4.0), (2; 4.05), ...)$ располагаются близко к горизонтальной прямой, соответствующей среднему значению скорости $v \approx 4.02$ см/с.

Ответ: График $x(t)$ и $s(t)$ — прямая линия, проходящая через начало координат и под углом к оси времени. График $v(t)$ — линия, параллельная оси времени, с небольшим разбросом точек вокруг среднего значения.

8. По графикам сделайте вывод о характере движения пузырька воздуха.

Анализ построенных графиков позволяет сделать следующие выводы:

• График скорости $v(t)$ представляет собой точки, лежащие вблизи прямой, параллельной оси времени. Это означает, что скорость движения пузырька практически не менялась, то есть $v \approx const$.
• Графики координаты $x(t)$ и перемещения $s(t)$ являются прямыми линиями. Это характерно для движения, при котором за равные промежутки времени тело проходит равные пути.

Ответ: Движение пузырька воздуха в трубке является равномерным и прямолинейным.

9. Сделайте вывод, ответив на вопросы:

1) Чему соответствует точка 0 на графике перемещения?

Точка 0 (начало координат) на графике зависимости перемещения от времени $s(t)$ соответствует начальному моменту времени ($t=0$), когда тело еще не начало двигаться и его перемещение равно нулю ($s=0$). Это точка отсчета движения.

Ответ: Точка 0 на графике перемещения соответствует начальному положению тела в начальный момент времени.

2) Каков вид зависимости перемещения от времени при равномерном движении?

При равномерном прямолинейном движении перемещение тела прямо пропорционально времени. Эта зависимость выражается формулой $s = v \cdot t$, где $\text{v}$ — постоянная скорость. Графиком такой зависимости является прямая линия, проходящая через начало координат.

Ответ: Зависимость перемещения от времени при равномерном движении — линейная ($s = v \cdot t$).

3) Почему не все точки будут на одной прямой (если это так по вашим результатам)?

В реальном эксперименте точки на графиках (особенно $x(t)$ и $v(t)$) не всегда ложатся строго на одну прямую. Это связано с наличием погрешностей измерений. Основные причины:

• Погрешность измерений: неточность при определении положения пузырька по линейке.
• Человеческий фактор: задержка реакции при отметке положения пузырька в момент удара метронома.
• Неидеальность условий: движение пузырька может быть не строго равномерным из-за трения о стенки трубки, изменения угла наклона или наличия микропузырьков.

Ответ: Точки могут не лежать строго на одной прямой из-за неизбежных погрешностей при проведении измерений и неидеальности условий эксперимента.