Методична розробка (7 клас) - лабораторна робота: «Дослідження коливань нитяного маятника»

Про матеріал

Методична розробка (7 клас) - лабораторна робота: «Дослідження коливань нитяного маятника» Як відомо з фізики, математичний маятник здійснює гармонічні коливання. Формулу для періоду коливань математичного маятника було виведено і перевірено на дослідах голландським фізиком Хрістіаном Гюйгенсом (1629-1695) і її часто називають формулою Гюйгенса. • Період коливань нитяного маятника можливо обчислити за формулою Гюйгенса: Лабораторну роботу можливо провести і в домашніх умовах, як це показано на фото 1. На фото 2 показано повне відхилення кульки Для виконання лабораторної роботи в фізичному кабінеті - дослідження коливань нитяного маятника необхідно слідуюче обладнання: • штатив; • лапка; • металева кулька з наскрізним отвором; • терези; • нитка, довжиною 50 – 60 см; • лінійка; • сірник (дерев’яна паличка); * За допомогою терезів виявимо масу металевої кульки з дерев’яною паличкою в отворі – вона становить 19 г (в принципі, кулька може мати і іншу масу). * Пропускаємо нитку крізь отвір в кульці і фіксуємо за допомогою за допомогою дерев’яної палички, проводимо вимірювання довжини нитки – до кульки. * Закріплюємо лапку на певній висоті на штативові, підвішуємо нитку з кулькою так щоб між столом і кулькою була деяка відстань в стані спокою. Таким чином підготовка до проведення дослідів закінчена. • Відводимо кульку вліво на деякий кут і відпускаємо нижній кінець нитки. • Вмикаємо секундомір в момент відпускання кульки і вимикаємо секундомір на десятому повертанні кульки в лівий бік – фіксуємо час за 10 коливальних періодів; • Обчислимо період Т коливального руху кульки за формулою:

Перегляд файлу

Методична розробка (7 клас) - лабораторна робота:

«Дослідження коливань нитяного маятника»

Як відомо з фізики, математичний маятник здійснює гармонічні коливання.

Формулу для періоду коливань математичного маятника було виведено і перевірено на дослідах голландським фізиком Хрістіаном Гюйгенсом

(1629-1695) і її часто називають формулою Гюйгенса.

• Період коливань нитяного маятника можливо обчислити за формулою Гюйгенса:

Лабораторну роботу можливо провести і в домашніх умовах, як це показано на фото 1. На фото 2 показано повне відхилення кульки

Для виконання лабораторної роботи в фізичному кабінеті - дослідження коливань нитяного маятника необхідно слідуюче обладнання:

• штатив;

• лапка;

• металева кулька з наскрізним отвором;

• терези;

• нитка, довжиною 50 – 60 см;

• лінійка;

• сірник (дерев’яна паличка);

* За допомогою терезів виявимо масу металевої кульки з дерев’яною паличкою в отворі – вона становить 19 г (в принципі, кулька може мати і іншу масу).

* Пропускаємо нитку крізь отвір в кульці і фіксуємо за допомогою за допомогою дерев’яної палички, проводимо вимірювання довжини нитки – до кульки.

* Закріплюємо лапку на певній висоті на штативові, підвішуємо нитку з кулькою так щоб між столом і кулькою була деяка відстань в стані спокою.

Таким чином підготовка до проведення дослідів закінчена.

• Відводимо кульку вліво на деякий кут і відпускаємо нижній кінець нитки. • Вмикаємо секундомір в момент відпускання кульки і вимикаємо секундомір на десятому повертанні кульки в лівий бік – фіксуємо час за 10 коливальних періодів; • Обчислимо період Т коливального руху кульки за формулою:

де: t – час; N – кількість коливань.

• Обчислимо частоту n коливального руху кульки за формулою:

де: t – час; N – кількість коливань.

Наведемо приклад виконання лабораторної роботи.

Нитяний маятник з довжиною нитки 0,36 м робить 10 коливань за 12 с, тобто період коливань становить 1,2 с.

При довжині нитки 0,36 м і визначеному періоді 1,2 с розрахунок n становить: n = 10/1,2 = 8,33 – частота коливального руху.

Зробимо розрахунок для періоду коливань:

Значення Т_{розрах.} близьке до виміряного. Проведемо розрахунок відносної похибки вимірювань при проведенні досліду.

Ԑ = |1 - Т _{розрах.} /Т _вим.| × 100% = = |1 - 1,2036/1,2| × 100% = 0,3%.

Завдання для відмінників:

«Визначення прискорення вільного падіння за допомогою нитяного маятника»

• Період коливань нитяного маятника можливо обчислити за формулою Гюйгенса:

Звідки знаходимо g і отримаємо потрібну формулу:

Зрозуміло, що не варто брати для розрахунку Т_{розрах.} , бо при цьому завідомо отримаєм 9,8 м/с² – візьмемо для розрахунку g – T_вимір. = 1,2 с.

При довжині нитки 0,36 м і визначеному періоді 1,2 с розрахунок g становить: g = (2 • 3.14)² • 0,36 / (1,2)² = 9,86 м/с²

Розрахунок відносної похибки Ԑ = |1 – g_дійсне /g _{розрах.|} × 100% = = |1 - 9,8/9,86| × 100% = 0,6%.

Відносна похибка становить 0,6%, що цілком допустимо.

Зрозуміло, що при іншій довжині нитки буде інший період коливань.

Висновок: згідно довідника з фізики, g = 9,8 м/c² має планета Земля.

Слід зауважити, що в різних місцях Землі g може трохи відрізнятись. Прискорення вільного падіння не однакове скрізь на Землі. Стандартне значення приблизно відповідає прискоренню падіння тіла на широті 45° і на висоті рівня моря.Відхилення від стандартної величини обумовлено низкою причин:

• Обертанням Землі. Внаслідок обертання Землі, завдяки дії доцентрової сили , прискорення вільного падіння тіла на полюсах вище, ніж на екваторі.

• Формою Землі. Земля неідеальна сфера, а має сплюснуту на полюсах форму.

• Висотою над рівнем моря.

• Неоднорідністю Землі.