Лабораторна робота в симуляції Phet "Вивчення закону збереження механічної енергії" (9 клас).

Лабораторна робота

Вивчення закону збереження механічної енергії.

Мета: переконатись у справедливості закону збереження механічної енергії для замкненої механічної системи. Перевірити експериментально закон збереження механічної енергії. Навчитись визначати потенціальні енергії тіла піднятого на певну висоту та деформованої пружини.

Обладнання: інтерактивна симуляція phet «Маси і пружини».

Теоретичні відомості:

Для виконання роботи можна використати експериментальну установку, зображену              на рис.             

Попередньо позначивши на лінійці положення 

покажчика у випадку ненавантаженого шнура

або пружини (позначка 0), до петлі шнура

підвішують  тягарець, який потім відтягують

униз (стан 1), надаючи шнуру деякого

видовження x₁ (рис.). У стані 1 повна механічна

енергія системи «шнур – тягарець – Земля»

дорівнює потенціальній енергії розтягненого шнура:

  (1),

де    – модуль сили пружності шнура за його розтягнення на x₁.

Далі тягарець відпускають і відзначають положення покажчика в той момент, коли тягарець досягне              максимальної висоти (стан 2). У цьому стані повна механічна енергія системи дорівнює сумі потенціальної енергії              піднятого на висоту h тягарця й потенціальної енергії розтягнутого шнура:

  (2),

де    – модуль сили пружності шнура за умови його розтягнення на x₂; 

P = mg – вага тягарця.

ВКАЗІВКИ ДО РОБОТИ

Підготовка до експерименту

1. Відкрийте симуляцію  «Маси і пружини» за посиланням:

https://phet.colorado.edu/sims/html/masses-and-springs/latest/masses-and-springs_all.html?locale=uk

Оберіть вкладку «Лабораторія».

2. "Встановіть" лінійку, перетягнувши її з панелі інструментів до пружини. Встановіть позначку на "Зміщення. Довжина без навантаження" - це буде відмітка "положення 0". Виставіть масу 100 г. Жорсткість пружини можете виставляйте довільну, але не змінюйте під час виконання лабораторної роботи. Поставте позначку на "Шлях за період" - для зручності і точності визначення положення "стану 2".

Експеримент

Результати вимірювань відразу заносьте до таблиці

1. Вважайте вагу тягарця масою 100 г P = 1 Н (P=mg)

2. Прикріпіть тягарець до пружини. Відтягнувши тягарець униз, позначте на лінійці положення покажчика, біля позначки поставте цифру 1.

3. Відпустіть тягарець. Помітивши положення покажчика в момент, коли тягарець сягнув найбільшої висоти, поставте у відповідному місці позначку 2. Зверніть увагу: якщо позначка 2 розташується вище, ніж позначка 0, дослід необхідно повторити, зменшивши розтягнення шнура та відповідно змінивши положення позначки 1.

4. Виміряйте сили пружності F₁ і F₂, в разі  розтягнення на х₁ і х₂ відповідно. Виміряти сили можливо через визначення сили тяжіння: збільшуючи масу тягарця досягаємо опускання його до позначки "стану 1" (наприклад, 162 г) і потім цю масу множимо на прискорення вільного падіння (0,162 кг * 10 м/с² = 1,62 Н); аналогічно визначаємо силу пружності в "стані 2" - зменшуємо масу і досягаємо підняття тягарця до позначки "стану 2" і потім цю масу множимо на прискорення вільного падіння (наприклад,

57 г) (0,057 кг * 10 м/с² = 0,57 Н).

5. Вимірявши відстані між відповідними позначками, визначте видовження х₁ і х₂ , а також максимальну висоту h підйому тягарця.

6. Повторіть дії, описані в пунктах 1-5, підвісивши до пружини тягарець масою 200 г (вага 2 Н).

Опрацювання результатів експерименту

Для кожного досліду визначте: 1) повну механічну енергію системи у стані 1 (формула 1); 2) повну механічну енергію               системи у стані 2 (формула 2). Закінчіть               заповнення               таблиці.

Аналіз результатів експерименту

Проаналізуйте експеримент та його результати. Сформулюйте висновок, у якому: 1) порівняйте одержані вами значення повної механічної енергії системи у стані 1; у стані 2; 2) зазначте причини можливої розбіжності результатів; 3) укажіть фізичні величини, вимірювання яких, на ваш погляд, дало найбільшу похибку.

Завдання «із зірочкою»

За формулою  оцініть відносну похибку експерименту.

Творче завдання

Прикріпіть тягарець довільної маси до пружини. За результатами розтягування пружини визначте жорсткість пружини. Запишіть результати обчислення.