Тема: «Изучение закона сохранения полной механической энергии»

Цель работы: — сравнить экспериментально уменьшение потенциальной энергии пружины с увеличением кинетической энергии тела, связанного с пружиной.

Средства обучения:

· оборудование: штатив, динамометр, шарик на нити, лист белой и лист копировальной бумаги, линейка, весы;

· методические указания к выполнению лабораторной работы, калькулятор.

Ход выполнения лабораторной работы

Допуск к выполнению лабораторной работы

Выполните тест:

1. Тело массой m движется со скоростью υ. Какова кинетическая энергия тела?

А. ; Б. ; В. m∙υ; Г. m∙υ².

2. Тело массой m поднято над поверхностью Земли на высоту h. Какова потенциальная энергия тела? А. mg; Б. mgh; В. mh; Г. gh.

3. Пружина жесткостью k под действием силы растянута на Δх м. Какова потенциальная энергия упругой деформации пружины?

А. k∙│Δх│; Б. k∙Δх²; В. ; Г. .

4. Мяч брошен с поверхности Земли вертикально вверх. Он достиг высшей точки траектории и затем упал на Землю. В какой момент времени движения полная механическая энергия мяча имела максимальное значение? Сопротивлением воздуха пренебречь.

А. В момент начала движения вверх; Б. В верхней точки траектории;

В. В момент падения на Землю; Г. В течение всего времени полета.

5. Рассчитайте потенциальную энергию тела массой 500г, брошенного вертикально вверх со скоростью 10м/с, в высшей точке подъема.

А. 2500Дж; Б. 25Дж; Г. 250Дж; Д. 0,25Дж.

Ответы занесите в таблицу:

Теоретическая часть

На основании закона сохранения полной механической энергии при взаимодействии тел силами упругости в замкнутой системе изменение потенциальной энергии растянутой пружины должно быть равно изменению кинетической энергии тела связанного с пружиной, взятому с обратным знаком.

Для проверки этого утверждения можно воспользоваться установкой изображённой на рисунке 1. Закрепив динамометр в лапке штатива, к пружине прикрепляют нить с шариком и натягивают ее, держа нить горизонтально. В данном случае полная механическая энергия системы «тело-пружина» равна: Е₁=Е_к1+Е_р1=0+Е_р1= . Когда шар отпускают, он под действием силы упругости приобретает скорость . При этом потенциальная энергия пружины переходит в кинетическую энергию шарика. Полная механическая энергия в этом случае будет равна: Е₂=Е_к2+Е_р2= Е_к2+0= .

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Лабораторная работа № 2

По закону сохранения полной механической энергии Е₁=Е₂, т.е. .

Скорость шарика можно определить, измерив, дальность его полёта S при падении с высоты h по параболе. Из выражений и → (υ₀=0) следует, что , а .

Целью данной работы является проверка равенства: , т.е .

С учётом закона Гука: , получим: .

Лист

Лист

Лист

3. Вычисления и измерения

1. Соберите установку (см. рис.1). На место падения шарика положите лист белой, а сверху лист копировальной бумаги.

2. Соблюдая горизонтальность нити натяните пружину динамометра до значения 1Н. Отпустите шарик и по отметке на листе белой бумаги найдите дальность его полёта. Повторите опыт три раза и найдите среднее расстояние S_1cp.

S₁= __________; S₂= __________; S₃= __________;

S_cp1 = _____________=_________________= ________;

 

3. Измерьте деформацию пружины при силе упругости 1Н и вычислите изменение потенциальной энергии пружины: Δх ₁=__________; Δ Е_р1 =__________=_________= ______;

4. Повторите п.2,3 задавая силу упругости 2Н и 3Н соответственно:

F_упр= 2Н; S₁= __________; S₂= __________; S₃= __________;

S_cp2 = _____________=________; Δх ₂=________; Δ Е_р2 =__________=_________= ______;

F_упр= 3Н; S₁= __________; S₂= __________; S₃= __________;

S_cp3 = _____________=________; Δх ₃=________; Δ Е_р3 =__________=_________= ______;

 

5. Измерьте массу шарика и вычислите увеличение его кинетической энергии: m= _____­­­­­­­­­­­­__________;

S_cp1 = __________; ΔE_k1=________________=_________________= ________;

S_cp2 = __________; ΔE_k2=________________=_________________= ________;

S_cp3 = __________; ΔE_k3=________________=_________________= ________;

Результаты измерений и вычислений занесите в отчетную таблицу 1.

Таблица 1 – Результаты измерений и вычислений

№	Fупр, Н	S, м	Sср, м	Δх, м	ΔЕр, Дж	m, кг	DЕк, Дж

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Лабораторная работа № 2

Для доказательства справедливости закона сохранения полной механической энергии сравните полученные значения изменений потенциальной энергии пружины и кинетической энергии тела, связанного с пружиной: _______________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________

 

Сделайте вывод по проделанной работе.

Вывод: _______________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________

5. Контрольные вопросы

1. Что называется полной механической энергией системы?

2. Какие превращения энергии происходят при свободном падении шара с некоторой высоты?

3. В каких случаях выполняется закон сохранения полной механической энергии?

4. Чем можно объяснить неточное выполнение исследуемых равенств в работе?

Ответы:

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Лабораторная работа № 3

Лабораторная работа №3