Лабораторна робота №5: «Дослідження коливань маятника. Вимірювання прискорення вільного падіння»

Про матеріал

Лабораторну роботу ми будемо виконувати на основі комп’ютерної гри Among Us, гра виконана в космічному антуражі. Гра відбувається з видом згори. Група з 4-10-х гравців виступають в ролі астронавтів космічного корабля, колонії на іншій планеті чи повітряної станції. Та виконуючи завдання шукають елементи коробля. Так и ми, клас ділиться на команди астронавтів, я ділю клас на три команди, які отримують відповідні завдання: Учнім потрібно визначити прискорення вільного падіння за допомогою маятника. -команда № 1. Визначення прискорення вільного падіння за допомогою математичного маятника; -команда № 2. Визначення прискорення вільного падіння за допомогою пружинного маятника; -команда №3 Визначення прискорення вільного падіння, за допомогою рівноприскореного руху Наші космонавти будуть виконувати завдання та отримувати за це елементи космічного коробля . в нашому випадку це обладнання до лабораторної роботи, яке вони складають та визначають прискорення вільного падіння. Почитаємо :)

Перегляд файлу

Фізика, 10 клас.

Розділ «Механічні коливання і хвилі. ».

Тема Лабораторна робота №5: «Дослідження коливань маятника. Вимірювання прискорення вільного падіння».

Мета уроку:

Навчальна. У ході дослідницької діяльності закріпити знання про закономірності коливального руху, за допомогою маятника визначити прискорення вільного падіння.

Розвивальна. Сприяти: розвитку спостережливості, уваги, пам’яті, уяви, мислення; виробленню звички до планування своїх дій; формуванню вміння самостійно контролювати проміжні і кінцеві результати роботи; формуванню вміння організовувати своє робоче місце.

Виховна. Виховувати в учнів охайність під час проведення експерименту, дбайливе ставлення до лабораторного обладнання; виховувати учнів працювати в парах та групах.

Тип уроку: урок застосування знань, умінь і навичок.

Наочність і обладнання: штатив із муфтою та лапкою, металева кулька (або тягарець) із петелькою, нитка завдовжки 1,5–2 м, вимірювальна стрічка, пружинка, секундомір.

План

1. Актуалізація опорних знань.

2. Виконання лабораторної роботи.

3. Домашнє завдання.

Хід уроку

Вступне слово:

Лабораторну роботу ми будемо виконувати на основі комп’ютерної гри Among Us

Among Us (з нгл. — «Серед нас») — популярна відеогра на соціальну дедукцію, розроблена американською компанією . Вона була випущена 2018. У 2018 році гра не отримала широкого розголосу, але у вересні 2020 завдяки Twitch,YouTube і іншим платформам вона домоглася популярності.

Гра виконана в космічному антуражі. Гра відбувається з видом згори. Група з 4-10-х гравців виступають в ролі астронавтів космічного корабля, колонії на іншій планеті чи повітряної станції. Та виконуючи завдання шукають елементи коробля.

$C:\Users\Николай\Desktop\images (1).png$ Так и ми клас ділиться на команди астронавтів, я ділю клас на три команди, які отримують відповідні завдання:

Учнім потрібно визначити прискорення вільного падіння за допомогою маятника.

$C:\Users\Николай\Desktop\images.png$ -команда № 1. Визначення прискорення вільного падіння за допомогою математичного маятника;

-команда № 2. Визначення прискорення вільного падіння за допомогою пружинного маятника;

$C:\Users\Николай\Desktop\images (2).png$

-команда №3 Визначення прискорення вільного падіння, за допомогою рівноприскореного руху

Наші космонавти будуть виконувати завдання та отримувати за це елементи космічного коробля . в нашому випадку це обладнання до лабораторної роботи, яке вони складають та визначають прискорення вільного падіння.

Почитаємо :

$C:\Users\38095\AppData\Local\Microsoft\Windows\INetCache\Content.Word\f1e162a6c11ebaafaf2c937c7c45b.jpeg$

Актуалізація опорних знань.

Запитання 1 Що таке присколення вільного падіння.

(зазвичай вимовляється як "ЖЕ") - прискорення, що надається тілу в вакуумі силою тяжіння, тобто гравітаційного силою тяжіння планети (або іншого астрономічного тіла) викликаних її обертанням.

Галілео Галілей довів, що прискорення вільного падіння не залежить від маси тіл і є сталою величиною. Також воно залежить від географічної широти місцезнаходження тіла, його відстані від центра планети, часу доби та інших факторів

Згідно з рішенням третьої Генеральної конференції мір та ваг у 1901 році, було прийняте стандартне значення прискорення вільного падіння g=9,80665 м/с². Реальне прискорення вільного падіння на поверхні Землі знаходиться у діапазоні від 9,780 м/с² на екваторі до 9,832 м/с² на полюсах. Ця різниця значень зумовлена обертанням Землі навколо своєї осі.

Запитання 2 Що таке математичний маятник, пружинний маятник.

Математичним маятником називають тіло невеликих розмірів, підвішене на тонкій нерозтяжній нитці, масою якої можна знехтувати, тобто вона мала в порівнянні з масою тіла.

Із формули періоду коливань отримуємо вираз для розрахунку прискорення вільного падіння:

g=4·π² ·l/T²,

де l-довжина маятника, T–період коливань. Таким чином, для визначення значення прискорення вільного падіння треба визначити довжину підвісу l, та період коливань T

Пружинний маятник — це тіло масою m, закріплене на пружині, яке коливається під дією сили пружності.

Із цієї формули можна отримати вираз для знаходження коефіцієнта жорсткості пружини

k=4·π^2·m/T² (1)

З іншого боку, якщо тягарець знаходиться у рівновазі, тоді згідно із першим законом Ньютона маємо

g=k·Δx/m (2). Підставивши (2) в (1), маємо остаточну формулу для розрахунку: g=4·π²·Δx/T²

Таким чином, для визначення значення прискорення вільного падіння треба визначити видовження пружини Δx та період коливань T

Запитання 3 . як можно знайти прискорення вільно падіння іншим способом?

За допомогою рівноприскореного руху . Рух тіла під дією тільки однієї сили тяжіння називається вільним падінням, а прискорення, якого набуває при цьому тіло - прискоренням вільного падіння g.

Формула для знаходження висоти Вільного падіння . З формули отримуємо

Час падіння кульки береться як четверта частина періоду коливань математичного маятника. А висоту падіння, як довжину маятника.

Запитання 4 Що таке період . та як його визначити?

Період коливань дорівнює часу поділеному на кількість коливань.

Всі команди активно працювали отримують… ( тагарці )

$C:\Users\38095\AppData\Local\Microsoft\Windows\INetCache\Content.Word\1.jpg$

2. Виконання роботи

Тема Лабораторна робота №5: «Дослідження коливань маятника. Вимірювання прискорення вільного падіння».

Тема: Дослідження коливань маятника. Вимірювання прискорення вільного падіння»..

Мета: виміряти прискорення земного тяжіння, за допомогою маятника.

Обладнання: штатив з тримачем, тягарець, нитка,пружинка, лінійка, секундомір.

Перед початком роботи згадаємо

Інструкція з безпеки під час виконання лабораторної роботи

I. Загальні положення

1.1. Перебувати учням у приміщенні кабінету (лабораторії) фізики і в лаборантській дозволяється лише в присутності вчителя фізики або лаборанта.

1.2. Будьте уважній дисципліновані, точно виконуйте вказівки вчителя.

1.3. Не починайте виконувати роботу без дозволу вчителя.

II. Вимоги безпеки перед початком роботи

2.1. Ознайомтеся з описом роботи і продумайте хід її виконання.

2.2. Приберіть все зайве зі столу.

2.3. Перевірте наявність приладів та матеріалів, необхідних для виконання роботи та їх справність.

2.4. Розміщуйте обладнання і прилади на робочому місці так, щоб уникнути їх падіння.

III. Вимоги безпеки під час виконання роботи

3.1. Склавши установку за інструкцією, приступайте до виконання роботи.

3.2. Добре закріплюйте обладнання в штативі.

3.3. Не відхиляйте кульку математичного маятника на великі кути.

3.4. Дотримуйтесь правил експлуатації вимірювальних приладів.

3.5. Користуйтесь приладами лише за їх призначенням.

IV. Вимоги безпеки після закінчення роботи

4.1. Розберіть установку.

4.2. Складіть обладнання так, як воно було складено до початку роботи.

V. Вимоги безпеки в аварійних ситуаціях

5.1. При виявленні несправностей чи інших дефектів у приладах чи установках необхідно припинити роботу і повідомити про це учителя.

5.2. При отриманні травм, порушенні правил безпеки звернутися до вчител

Для того щоб отримати обладнання пройдіть тест, перейдіть за посиланням.

https://naurok.com.ua/test/join?gamecode=5311661

Код доступу 5311661

використайте цей код, відкривши посилання join.naurok.ua

ХІД РОБОТИ

Порядок виконання роботи:

$C:\Users\Николай\Desktop\123946.002.jpg$ 1.Складіть установку як показано на малюнку. Поставте штатив в якому закріплений маятник на краю стола.

2. Відхиліть маятник на невеликий кут (5 - 10°) і без поштовху відпустіть.

3. Пропустіть декілька коливань, а потім за допомогою секундоміра визначте час t, за який маятник здійснює N повних коливань.

4. Період коливань розрахуйте за формулою:

$C:\Users\Николай\Desktop\images (1).png$

5 Обчисліть значення прискорення вільного падіння, використовуючи результати проведених дослідів

-команда № 1. Визначення прискорення вільного падіння за допомогою математичного маятника:

g=4·π² ·l/T²,

$C:\Users\Николай\Desktop\images.png$ -команда № 2. Визначення прискорення вільного падіння за допомогою пружинного маятника:

g=4·π²·Δx/T²

$C:\Users\Николай\Desktop\images (2).png$ -команда №3 Визначення прискорення вільного падіння, за допомогою рівноприскореного руху:

6. Повторіть вимірювання тричі. Результати занесіть в таблицю.

№ п\п	, с Час коливань	N, Кількість коливань маятника	Т, с Період коливань	,м Відстань, пройдена кулькою	Δx,м Різниця відстаней, пройдена кулькою	g,м/с² прискорення вільного падіння	Середнє значення прискорення вільного падіння	g , Табличне значення прискорення вільного падіння	ɛ, абсолютна похибка
1								9,806 м/с²
2								9,806 м/с²
3								9,806 м/с²

9. Розрахуйте середнє значення прискорення вільного падіння

10. Порівняйте отримані значення gсер з величиною g=9,80665 м/с²

11. Обчисліть абсолютну похибку для прискорення вільного падіння, використовуючи данні з таблиці

обчислюється за формулою: ɛ=

Висновок:__________________

Контрольні запитання:

1. Які методи визначення прискорення вільного падіння можете ви запропонувати?

2. Чи залежить прискорення вільного падіння від місцевості?

3. Чи можна користуватися маятниковим годинником в умовах невагомості?

. Домашнє завдання.

Задача 1. На рисунку зображено тіла, які можуть коливатися, якщо їх вивести з положення рівноваги (тобто відхилити чи відсунути від лінії ОО′). Яка спільна риса притаманна руху цих тіл?

а) нитка; б) гумовий шнур; в) металева лінійка; г) струна

Задача 2. Частота коливань струни дорівнює 800 Гц. Скільки коливань здійснить точка струни за 0,2 хв? Який шлях проходить за цей час точка струни, амплітуда коливань якої дорівнює 3 мм?

. Задача 3 Маятник завдовжки 150 см за 300 с робить 120 коливання. Чому дорівнює прискорення вільного падіння?

Задача4. .Важок масою 110 г коливається на пружині з частотою 2 Гц. Яка жорсткість пружини?

. Задача 5 Яка частота коливань тіла масою 200 г, що здійснює коливання в горизонтальній площині на пружинні жорсткістю 16 Н/м?

Висновоки вчителя :

-визначення прискорення вільного падіння в данній місцевості за допомогою наочного обладнання стає таким простим, що дозволяє досягти одразу декілька цілей, а саме: визначати цю величину одночасно різними способами, що дає можливість аналізу, контроль знань та умінь учнів, запровадження на уроці групових методів;

-значною перевагою виконання цієї роботи за допомогою простого обладнання є те, що не потрібно рахувати певну кількість коливань маятника за певний час, для того щоб розрахувати період коливань. Це дуже економить час, та зменшує похибки;

-також, цей метод дає можливість показати розгорнуту у часі динаміку процесу, що, в свою чергу допомагає розвитку головної, на мій погляд, якості людського інтелекту: аналізу.

ДАТА ____________КЛАС______________Прізвище, ім’я _______________________________

Оцінка:

Лабораторна робота №5:

Тема: Дослідження коливань маятника. Вимірювання прискорення вільного падіння»..

Мета: виміряти прискорення земного тяжіння, за допомогою маятника.

Обладнання: штатив з тримачем, тягарець, нитка,пружинка, лінійка, секундомір.

ХІД РОБОТИ

І.Перед початком роботи згадаємо Інструкцію з безпеки під час виконання лабораторної роботи

Для того щоб отримати обладнання пройдіть тест, перейдіть за посиланням. join.naurok.ua Код доступу 5311661

$C:\Users\Николай\Desktop\123946.002.jpg$ ІІ. Порядок виконання роботи:

1.Складіть установку як показано на малюнку. Поставте штатив в якому закріплений маятник на краю стола.

2. Відхиліть маятник на невеликий кут (5 - 10°) і без поштовху відпустіть.

4. Період коливань розрахуйте за формулою:

$C:\Users\Николай\Desktop\images (1).png$ 5 Обчисліть значення прискорення вільного падіння, використовуючи результати проведених дослідів

-команда № 1. Визначення прискорення вільного падіння за допомогою математичного маятника:

$C:\Users\Николай\Desktop\images.png$ g=4·π² ·l/T²,

-команда № 2. Визначення прискорення вільного падіння за допомогою пружинного маятника:

g=4·π²·Δx/T²

6. Повторіть вимірювання тричі. Результати занесіть в таблицю.

№ п\п	, с Час коливань	N, Кількість коливань маятника	Т, с Період коливань	,м Відстань, пройдена кулькою	Δx,м Різниця відстаней, пройдена кулькою	g,м/с² прискорення вільного падіння	Середнє значення прискорення вільного падіння	g , Табличне значення прискорення вільного падіння	ɛ, абсолютна похибка
1								9,806 м/с²
2								9,806 м/с²
3								9,806 м/с²

9. Розрахуйте середнє значення прискорення вільного падіння

10. Порівняйте отримані значення gсер з величиною g=9,80665 м/с²

11. Обчисліть абсолютну похибку для прискорення вільного падіння, використовуючи данні з таблиці

обчислюється за формулою: ɛ=

Висновок:__________________

Контрольні запитання: 1 Які методи визначення прискорення вільного падіння можете ви запропонувати?.

2. Чи залежить прискорення вільного падіння від місцевості?

3. Чи можна користуватися маятниковим годинником в умовах невагомості?

Для того щоб отримати обладнання пройдіть тест, перейдіть за посиланням.

https://naurok.com.ua/test/join?gamecode=5311661

Код доступу 5311661

Попросіть учнів використати цей код,

відкривши посилання

join.naurok.ua

Домашнє завдання.

а) нитка; б) гумовий шнур; в) металева лінійка; г) струна

. Задача 3 Маятник завдовжки 150 см за 300 с робить 120 коливання. Чому дорівнює прискорення вільного падіння?

Задача4. .Важок масою 110 г коливається на пружині з частотою 2 Гц. Яка жорсткість пружини?

Висновок (Команда №1)

-команда № 1. Ми Визначали прискорення вільного падіння за допомогою математичного маятника:

Ми важаємо , що Математичний маятник Це ідеальна коливальна система. На тіло діятимуть (якщо знехтувати силами тертя і опору повітря) сила тяжіння m·g, сила натягу нитки , рівнодійна яких буде надавати матеріальній точці прискорення. Це прискорення буде напрямлене в бік положення рівноваги. При малому відхилені математичний маятник здійснює гармонічні коливання. Якщо відхилення велике, то коливання маятника періодичні, але не гармонічні.

отримали середне значення прискорення………….., при цьому Абсолютна похибка у нас вийшла……..

Висновок (Команда № 2)

Ми Визначали прискорення вільного падіння за допомогою пружинного маятника:

У пружиному маятнику .На тіло діятимуть (якщо знехтувати силами тертя і опору повітря) сила тяжіння m·g, сила пружності , рівнодійна яких буде надавати важку прискорення.

Таким чином, для визначення значення прискорення вільного падіння треба визначити видовження пружини Δx та період коливань T., що ми и зробили отримали середне значення прискорення………….., при щому пошибка склала,…………….

Висновок (Команда № 3)

Ми Визначали прискорення вільного падіння, за допомогою рівноприскореного руху:

Як вже зазначили: Рівноприскореним називають рух, при якому тіло за будь-які рівні проміжки часу змінює швидкість на однакову величину. Прикладом такого руху можна вважати падіння кульки з невеликої висоти, де ми використали математичний маятник Висота падіння ми брали , як довжину нитки., а Час падіння кульки брали як четверта частина періоду коливань математичного маятника.

отримали середне значення прискорення………….., при щому пошибка склала,…………….