Лабораторная работа № 1 «Изучение закона сохранения импульса»

Лабораторная работа № 1

«Изучение закона сохранения импульса»

Цель: Экспериментально проверить закон сохранения импульса тел при упругом соударении.

Оборудование: Два шарика разной массы (масса пластмассового шарика  г) на длинных подвесах, весы с разновесами, линейка, штатив лабораторный.

Теоретическая часть

В любой замкнутой системе тел геометрическая сумма их импульсов остается неизменной. Проверить закон сохранения импульса можно  взаимодействием тел при прямом ударе упругих шаров. Закон сохранения импульса определяется формулой:mх1+ mх2 = mu1 + mu2, где m1, m2- масса шаров (кг); - скорости шаров до столкновения (м/с); u1,u2 - скорости шаров после столкновения (м/с). Для определения скорости шаров до и после удара можно воспользоваться законом сохранения механической энергии. Потенциальная энергия шара в положении максимального отклонения равна его кинетической энергии при ударе: mgh = m х2/2, отсюда

х = gh. Высоту h подъёма шара можно определить по его максимальному отклонению S от положения равновесия, т. е.  h =S2/2ℓ. Следовательно, величины скорости можно выразить так: = S0,  u1 = S1, u2 = S2 где S0 - максимальное отклонения первого шара до удара, S1 - максимальное отклонения первого шара после удара, S2 - максимальное отклонение второго шара после удара. Для экспериментальной проверки закона сохранения импульса необходимо определить импульс одного шара перед столкновением и сравнить этот импульс с суммой импульсов двух шаров после столкновения.

Ход работы

1. Подготовьте таблицу в тетради для записи результатов измерений и вычислений

№ опыта	m1, кг	m2, кг	ℓ, м	S0, м	S1, м	S2, м	х1, м/с	u1, м/с	u2, м/с	m1х1, кг∙м/с	m1u1, кг∙м/с	m2u2, кг∙м/с
1	-	-	-	-	-	-
2	-	-	-	-	-	-	-	-	-
среднее значение	-	-

2. Измерьте длину подвесов.

3. Отклоните шар большей массы на 5 см от положения равновесия (S0) и отпустить его.

Заметьте максимальное отклонение S1 и S2 шариков после удара.

4. Повторите опыт, отклоните шар большей массы на 7 см от положения равновесия (S0) и отпустить его,  найдите среднее значение отклонения  S1 и S2. 

5. Рассчитайте скорость шаров по формуле: х1= S0,  u1 = S1, u2 = S2, и их импульсы по формуле: m1х1;  m1u1;  m2u2.

6. Заполните таблицу данными.

7. Сравните импульс шара до и после удара с суммой импульсов шаров после удара по формуле: mх1 = mu1 + mu2

8. Напишите вывод о выполнении закона сохранения импульса.

  рис.1

Лабораторная работа № 2

«Изучение закона сохранения механической энергии»

Цель: Сравнить изменение потенциальной энергии падающего тела с изменением энергии пружины, растянутой при его падении.

Оборудование: Динамометр пружинный, груз на капроновой леске длиной 25 – 20 см, фиксатор, линейка, штатив лабораторный.

Теоретическая часть

  Закон сохранения механической энергии: Полная механическая энергия замкнутой системы тел, взаимодействующих силами тяготения или силами упругости, остаётся неизменной при любых движениях тел системы: Ер1+ Ек1 = Ер2 + Ек2. Сравнить изменения потенциальной энергии падающего груза с изменением потенциальной энергии пружины, растянутой при его падении поможет установка, показанная на рисунке 2. Деформацию пружины х можно измерить по изменению положения фиксатора ( 5х7х2 мм.).При поднятии груза на высоту изменяется его потенциальная энергия, которая определяется по формуле: ∆Ер = mg(Н1-Н2), где m – масса груза  (100 гр.); Н1-начальная высота груза над столом (м), Н2- конечная высота груза над столом (м), измеряются линейкой; g - ускорение свободного падения ( 9,8 м/с2). Изменение потенциальной энергии груза вызывает изменение потенциальной энергии растянутой пружины, которое определить: ∆Ер = kх2/2, где х – растяжение пружины, измеряется линейкой (м); k – жесткость пружины (40 Н/м). Для экспериментальной проверки закона сохранения энергии, нужно определить изменение энергии груза и энергии растянутой пружины и сравнить их между собой.

Ход работы

  1.Подготовьте таблицу в тетради для записи результатов измерений и вычислений.

№ опыта	m, кг	H1, м	H2, м	k, Н/м	x, м	∆Ер1, Дж	∆Ер2, Дж
1	-	-
2	-	-	-	-
среднее значение	-	-	-

2. К крючку динамометра подвесьте груз, измерьте линейкой деформацию х (перемещение указателя) пружины и вычислите жесткость по формуле: k = F/х

3. Соберите установку для работы исходя из рис. 1. Поднимите груз так, чтобы его центр был против крючка динамометра. Опустите фиксатор вниз по стержню и измерьте высоту H1 груза над столом.

4. Отпустите груз и после того как он совершит несколько колебаний, осторожно рукой погасить колебания и измерить его высоту H2 над столом.

5. Снова поднимите груз рукой вверх и измерить деформацию пружины х ( расстояние между начальным и конечным положением фиксатора).

6. Вычислите изменение потенциальной энергии груза ∆Ер1 и изменение потенциальной энергии пружины ∆Ер2,  по формулам: ∆Ер1 = mg(Н1-Н2), ∆Ер2  = kх2/2.

7. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу.

8. Сравните результаты и сделайте вывод.

  Рис.1

Лабораторная работа № 4

«Определение коэффициента поверхностного натяжения»

Цель: Измерить коэффициент поверхностного натяжения воды методом отрыва капель

Оборудование: капиллярная трубка с делениями, измерительная линейка, вода, мерный стаканчик, сборник задач

Теоретическая часть

Поверхностное натяжение можно определить методом отрыва капель. Под действием силы тяжести происходит образование и отрыв капель. По мере роста капли сила тяжести увеличивается,  как только она станет равной силе поверхностного натяжения, капля оторвётся

Fн = mк g, где mк  - масса капли. Сила поверхностного натяжения действует по периметру ℓ шейки капли и равна  Fн = уℓ, где ℓ = рd, где d– диаметр шейки капли. Таким образом:

  , где   , n – число капель, масса капель воды, и тогда 

Ход работы

  1.Подготовьте таблицу в тетради для записи результатов измерений и вычислений

№ опыта	n	V, м3	, кг/м3	m, кг	ℓ, м	d, м	у, Н/м
1	1000
2	1000
3	1000
среднее значение	1000

2. Набрать  воду в капиллярную трубку, для этого опустите её в сосуд с водой и закройте пальцем отрытый конец трубки.

3. Определите объём воды в капиллярной трубке по делениям (1 мл = 1 ∙10-6 м3)

4. Посчитайте количество капель воды в данном объёме, для этого откройте закрытый конец трубки

5. Рассчитайте массу воды в капиллярной трубке по формуле

6. Рассчитайте длину окружности капиллярной трубки по формуле ℓ = рd

7. Определите коэффициент поверхностного натяжения воды по формуле

8. Повторите опыт два раза

9. Рассчитайте погрешность по формуле 100%

( - стр.165 табл. № 3 сборник задач)

10.Сделать вывод