Лабораторная работа №2, страница 257 - гдз по физике 9 класс учебник Закирова, Аширов

Лабораторная работа № 2.

Изучение движения тела, брошенного горизонтально

Цель работы: определить начальную скорость тела, брошенного горизонтально.

Оборудование: штатив, стальной шарик, лабораторный желоб, линейка, листы белой и копировальной бумаги.

Краткая теория. Тело, брошенное горизонтально, движется по вертикали равнопеременно с ускорением свободного падения, по горизонтали равномерно. Начальную скорость определяют по дальности полета: $v_0 = \frac{l}{t}$ (1) время полета по высоте уровня, с которого падает тело: $t = \sqrt{\frac{2h}{g}}$ (2)

Подставив соотношения (2) в (1), получим формулу расчета начальной скорости: $v_0 = l \sqrt{\frac{g}{2h}}$ (3)

Указание к работе

1. Соберите установку, изображенную на рисунке 2.

2. Пустите шарик по желобу от зафиксированной на ней пластинки.

3. Измерьте высоту $\text{h}$ и дальность полета $\text{l}$.

4. Занесите полученные результаты в таблицу 2.

Рис. 2.

Таблица 2

Измерено

Вычислено

№ п/п

Высота $\text{h}$, м

Дальность полета $\text{l}$, м

Начальная скорость $v_0$, м/с

Среднее значение скорости $v_{оср}$, м/с

1

5. Повторите опыт 5 раз, не изменяя уровень спуска шарика по желобу.

6. Рассчитайте значение начальной скорости для каждого опыта по формуле (3), результаты занесите в таблицу.

7. Определите среднее значение скорости: $v_{оср} = \frac{v_{01} + v_{02} + v_{03} + v_{04} + v_{05}}{5}$

8. Оцените погрешность измерений статистическим методом (см. лабораторную работу № 1).

9. Запишите результат измерений в виде: $v_0 = v_{оср} \pm \Delta v_{оср} \text{ при } \varepsilon = \text{...} 100\%.$

Контрольный вопрос

Почему в проведенных опытах нельзя менять уровень, с которого шарик спускается по желобу?

Почему в проведенных опытах нельзя менять уровень, с которого шарик спускается по желобу?

В данной лабораторной работе определяется начальная скорость $v_0$ тела, брошенного горизонтально. Для повышения точности результата и оценки случайной погрешности измерений, эксперимент повторяется несколько раз (в данном случае 5 раз). После этого вычисляется среднее арифметическое значение измеряемой величины.

Фундаментальным условием для корректного применения такого статистического метода является неизменность условий проведения эксперимента во всех его повторениях. Это гарантирует, что измеряемая величина (начальная скорость $v_0$) остается постоянной, а разброс получаемых результатов (например, в дальности полета $l$) обусловлен только случайными факторами и погрешностями измерений.

Начальная горизонтальная скорость $v_0$, которую шарик приобретает в конце желоба, напрямую зависит от высоты, с которой он начинает скатываться. Согласно закону сохранения энергии, потенциальная энергия шарика в начальной точке спуска переходит в его кинетическую энергию в момент вылета из желоба. Чем больше высота спуска, тем больше будет запас потенциальной энергии и, следовательно, тем больше будет итоговая скорость $v_0$.

Если в каждом из опытов менять уровень спуска шарика, то в каждом опыте будет измеряться своя, новая начальная скорость ($v_{01} \neq v_{02} \neq v_{03}$ и т.д.). Усреднять эти заведомо разные величины физически некорректно и бессмысленно. Такое усреднение не даст истинного значения скорости ни для одного из случаев и не позволит правильно оценить погрешность, так как разброс данных будет вызван не случайными ошибками, а целенаправленным изменением начальных условий.

Таким образом, чтобы цель работы — определение конкретного значения начальной скорости $v_0$ и ее погрешности — была достигнута, необходимо обеспечить постоянство этой скорости во всех попытках. Это достигается строгой фиксацией уровня, с которого шарик спускается по желобу.

Ответ: Уровень, с которого спускается шарик по желобу, напрямую определяет его начальную горизонтальную скорость. Для корректного определения этой скорости и ее погрешности методом многократных измерений необходимо, чтобы измеряемая величина оставалась постоянной во всех опытах. Если менять уровень спуска, то в каждом опыте будет измеряться новое значение скорости, и их последующее усреднение будет лишено физического смысла и не позволит достичь цели работы.