Лабораторная работа №6.
Тема: Измерение потенциальной и кинетической энергии падающего шарика.
Приборы и принадлежности: прибор Гримзеля, масштабная линейка, стальной шарик, длинные полоски белой бумаги, копировальная бумага.
Теория метода и описание установки.
Прибор Гримзеля устроен следующим образом. На горизонтальной доске укреплена вертикальная стойка N, в которой имеются две горизонтальные перекладины n и nI (рис. 1). На двух других вертикальных стойках укреплена металлическая дуга Д, по которой перемещается электромагнит ЭМ. По обмотке электромагнита проходит ток от аккумуляторов. Ток может замыкаться и размыкаться помощью рубильника К, укрепленного на подставке прибора.
К стойке N бифилярно подвешено медное кольцо так, что при отвесном положении нитей отверстия кольца совпадает с промежутком между перекладинами n и nI. В кольцо вставляется с легким трением стальной шарик. Если кольцо с шариком отведем сторону в положение А, и включить ток, то электромагнит удержит шарик в этом положении. При размыкании тока шарик придет в движение по траектории, обозначенной пунктиром АВС. Перемещая электромагнит по дуге, можно менять высоту поднятия шарика.
В точке А шарик обладает потенциальной энергией
WПА = mgh1
В точке В потенциальной энергией
WПВ = mgh2
На пути АВ произошло изменение потенциальной энергии шарика на
ДWП = WПА – WПВ = mg (h1 –h2) (1)
одновременно шарик приобрел кинетическую энергию
(2)
где х –скорость шарика в точке В.
Чтобы подсчитать кинетическую энергию шарика в точке В, надо определить скорость этой точки. Скорость в точке В может найдена исходя из следующих соображений: в случае отсутствия тяготения шарик равномерно двигался бы по инерции и по направлению ВС, в случае если бы шарик не имел в точке В начальной скорости и был отпущен, он бы свободно падать по вертикали ВВ. Время падении определяется из формулы:
При наличии же в точке В горизонтальной скорости х и под действием тяготения шарик будет перемещается по кривой ВС, причем его горизонтальная скорость, оставаясь постоянной, будет равна скорости х в точке В. Шарик, упав на доску, покрытую листом бумаги с копировкой, оставит на ней след.
Таким образом, легко измерить с помощью масштаба горизонтальное перемещение шарика
l = BI CI = B C = хt
Так как время перемещения шарика t по прямой ВС равно времени свободного падении по вертикали ВВI, то скорость шарика в точке В равна
(3)
из формул (2) и (3) кинетическая энергия шарика в точке В равна
(4)
По закону сохранения энергии величина кинетической энергии шарика в точке В (формула 2) равна изменению потенциальной энергии между точками А и В (формула 2),
рис. 1.
Измерения и выполнение работы.
Взвешивают шарик и определяют высоту h2. Отводят шарик в точку А, измеряют высоту поднятия шарика h1 и вычисляют разность высот Дh. Размыкают ключ К и измеряют расстояния l предварительно положив лист бумаги с копировкой на столик прибора. Подсчитывают величину кинетической и потенциальной энергии по уравнением (1) и (4). Опыт проделывают пять раз, меняя высоту h1. Сравнивают полученные значения WК и ДWП. Результатов измерений и вычислений заносят в таблицу.
№ | h1 (м) | h2 (м) | Дh (м) | l (м) | WK (Дж) | WП (Дж) |
1. | ||||||
2. | ||||||
3. | ||||||
Сред. значение |
Контрольные вопросы.
Что называется потенциальной энергией? Что называется кинетической энергией? Что такое полная механическая энергия? Расскажите ход и выполнения работы? От каких параметров зависят кинетическая и потенциальная энергия? Объясните выполнения работы?
Лабораторные работы: http://fanfan37.narod. ru/
Мусульманский лунный календарь: http://takvim2008.narod. ru/
Библия о Мухаммаде (с. а.вс): http://akahon. narod. ru/
