Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Свидетельство о публикации

Автоматическая выдача свидетельства о публикации в официальном СМИ сразу после добавления материала на сайт - Бесплатно

Добавить свой материал

За каждый опубликованный материал Вы получите бесплатное свидетельство о публикации от проекта «Инфоурок»

(Свидетельство о регистрации СМИ: Эл №ФС77-60625 от 20.01.2015)

Инфоурок / Физика / Другие методич. материалы / Исследовательская работа "Изучение свободного падения"
ВНИМАНИЮ ВСЕХ УЧИТЕЛЕЙ: согласно Федеральному закону № 313-ФЗ все педагоги должны пройти обучение навыкам оказания первой помощи.

Дистанционный курс "Оказание первой помощи детям и взрослым" от проекта "Инфоурок" даёт Вам возможность привести свои знания в соответствие с требованиями закона и получить удостоверение о повышении квалификации установленного образца (180 часов). Начало обучения новой группы: 28 июня.

Подать заявку на курс
  • Физика

Исследовательская работа "Изучение свободного падения"

Выбранный для просмотра документ Работа Рыжова К.docx

библиотека
материалов

Муниципальное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа №1» г. Приозерска Ленинградской области.























Исследовательская работа:

«Исследование свободного падения тел. Измерение ускорения свободного падения разными методами»











Выполнил:

Ученик 10 класса МОУ СОШ №1

Рыжов Константин.

Руководитель:

Николаева Татьяна Борисовна.











2014 г.

Содержание.


























Цель работы:

  • Углубление и расширение знаний по теме «Свободное падение».

  • Ознакомиться с историей открытия свободного падения тел.

  • Провести самостоятельные измерения ускорения свободного падения разными методами. Выяснить, какой из них даёт наиболее точный результат.

  • Совершенствовать навыки физического эксперимента.

Обоснование проблемы:

Проблемы свободного падения изучались еще древними учеными, начиная с Аристотеля. Определенную ясность в этот вопрос внес Галилео Галилей, Исаак Ньютон в своей классической механике уделял большое внимание этой проблеме. В настоящее время существует множество способов практического измерения свободного падения. Часть из них изучается в школьном курсе. Большинство из них требует специального оборудования, которым не всегда располагает школьная лаборатория. В нашу задачу входит исследование свободного падения самыми простыми, иногда подручными средствами.



Для чего измеряют ускорение.

Ускорение свободного падения на Земле на высотах менее 100 метров можно считать постоянным и равным 9,8 м/с2. Все же у поверхности Земли ускорение свободного падения не везде одинаково, причины этого: сплюснутость у полюсов, экваториальный радиус Земли больше полярного на 21 км; вращение Земли, поскольку Земля вращается и вокруг Солнца и вокруг своей оси, то систему отсчета, связанную с Землей, нельзя считать строго инерциальной, а второй закон Ньютона, с помощью которого получена формула для ускорения свободного падения, не выполняется в неинерциальных системах отсчета; плотность пород, когда они значительно отличается от средней плотности Земли. Поэтому измерение ускорения свободного падения (УСП) даёт возможность делать ряд практических выводов.

Например:

  • в метрологии для расчета силовых взаимодействий в гравитационном поле Земли;

  • в геофизике о распределении масс внутри и вне Земли;

  • в геодинамике о вариациях параметров Земли во времени;

  • в геологии - при поиске полезных ископаемых;

  • при траекторных расчетах искусственных спутников Земли.



С другой стороны в школьном курсе физики говорится, что на все тела действует сила тяжести, Fт = mg, где g ускорение свободного падения. Эта сила оказывает большое влияние на движение тел. Нам приходится учитывать силу тяжести при решении задач.

На практике, в процессе выполнения лабораторных работ, мы так же встречаемся с УСП. И его значение не всегда точно совпадает с тем, которое мы привыкли применять при решении задач и других расчетах.

В изучении способов измерения свободного падения еще много вопросов, на которые можно попытаться ответить самостоятельно, поэтому я считаю, что данная тема актуальна.



Ускорение свободного падения.

В Древней Греции механические движения классифицировались на естественные и насильственные. Падение тела на Землю считалось естественным движением, некоторым, свойственным телу стремлением «к своему месту».

Согласно представлению величайшего древнегреческого философа Аристотеля (384—322 до н. э.), тело падает на Землю тем быстрее, чем больше его масса. Это представление являлось результатом примитивного жизненного опыта: наблюдения показывали, например, что яблоки и листья яблони падают с различными скоростями. Понятие ускорения в древнегреческой физике отсутствовало. Впервые выступил против авторитета Аристотеля, утвержденного церковью, великий итальянский ученый Галилео Галилей (1564—1642). Галилей отверг древнегреческую классификацию механических движений. Он впервые ввел понятия равномерного и ускоренного движений и начал исследование механического движения путем измерения расстояний и времени движения. Опыты Галилея с равноускоренным движением тела по наклонной плоскости до сих пор повторяются во всех школах мира.C:\Users\костя\Desktop\загруженное (1).jpg

Особое внимание Галилей уделил экспериментальному исследованию свободного падения тел. Мировую известность получили его опыты на наклонной башне в Пизе. По свидетельству Вивианн, Галилей бросал с башни одновременно полуфунтовый шар и стофунтовую бомбу. Вопреки мнению Аристотеля, они достигли поверхности Земли почти одновременно: бомба опередила шар всего на несколько дюймов. Эту разницу Галилей объяснил наличием сопротивления воздуха. Такое объяснение было тогда принципиально новым. Дело в том, что со времен Древней Греции утвердилось следующее представление о механизме перемещения тел: двигаясь, тело оставляет за собой пустоту; природа же боится пустоты (существовал ложный принцип боязни пустоты). Воздух устремляется в пустоту и толкает тело. Таким образом, считалось, что воздух не замедляет, а, напротив, ускоряет тела.C:\Users\костя\Desktop\images.jpg

Далее Галилей устранил еще одно многовековое заблуждение. Считалось, что если движение не поддерживается какой-нибудь силой, то оно должно прекратиться, даже если не существует препятствий. Галилей впервые сформулировал закон инерции. Он утверждал, что если на тело действует сила, то результат ее действия не зависит от того, покоится тело или движется. В случае свободного падения на тело постоянно действует сила притяжения, и результаты этого действия непрерывно суммируются, ибо согласно закону инерции, вызванное, раз действие сохраняется. Это представление является основой его логического построения, приведшего к законам свободного падения.

Галилей определил ускорение свободного падения с большой ошибкой. В «Диалоге» он утверждает, что шар падал с высоты 60 м в течение 5 с. Это соответствует значению g, почти в два раза меньшему истинного.

Галилей, естественно, не мог точно определить g, поскольку не имел секундомера. Песочные, водяные часы или изобретенные им часы с маятником не способствовали точному отсчету времени. Ускорение свободного падения было достаточно точно определено лишь Гюйгенсом в 1660 г.

Чтобы достигнуть большей точности измерений, Галилей искал способы уменьшения скорости падения. Это и привело его к опытам с наклонной плоскостью.

Галилей уменьшает скорость падения применением наклонной плоскости. В доске был сделан желоб, выстланный для уменьшения трения пергаментом. По желобу пускался отполированный латунный шар. Для точного измерения времени движения Галилей придумал следующее. В дне большого сосуда с водой проделывалось отверстие, через которое вытекала тонкая струя. Она направлялась в маленький сосуд, который предварительно взвешивался. Промежуток времени измерялся по приращению веса сосуда! Пуская шар с половины, четверти и т. д. длины наклонной плоскости, Галилей установил, что пройденные пути относились как квадраты времени движения.C:\Users\костя\Desktop\загруженное.jpg

S1:S2:S3 = t12:t22:t32

 Вскоре после Галилея были созданы воздушные насосы, которые позволили произвести эксперименты со свободным падением в вакууме. С этой целью Ньютон выкачал воздух из длинной стеклянной трубки и бросил сверху одновременно птичье перо и золотую монету. Даже столь сильно различающиеся по своей плотности тела падали с одинаковой скоростью. Именно этот опыт дал решающую проверку предположения Галилея. Опыты и рассуждения Галилея привели к простому правилу, точно справедливому в случае свободного падения тел в вакууме. Это правило в случае свободного падения тел в воздухе выполняется с ограниченной точностью. Поэтому верить в него, как в идеальный случай нельзя. Для полного изучения свободного падения тел необходимо знать, какие при падении происходят изменения температуры, давления, и др., то есть исследовать и другие стороны этого явления. Но такие исследования были бы запутанными и сложными, заметить их взаимосвязь было бы трудно, поэтому так часто в физике приходится довольствоваться лишь тем, что правило представляет собой некое упрощение единого закона. Итак, еще ученые Средневековья и Возрождения знали о том, что без сопротивления воздуха тело любой массы падает с одинаковой высоты за одно и тоже время. Галилей не только проверил опытом и отстаивал это утверждение, но и установил вид движения тела, падающего по вертикали: “...говорят, что естественное движение падающего тела непрерывно ускоряется.





C:\Users\костя\Desktop\загруженное (2).jpgC:\Users\костя\Desktop\images (1).jpg

Методы измерения ускорения свободного падения.

Существует много способов определения ускорения свободного падения, в своей работе мы расскажем о наиболее интересных для нас способах:

  • Определение ускорения свободного падения, с помощью вращающегося диска. (Опыт 1)

  • Определение ускорения свободного падения с помощью математического маятника. (Опыт № 2)

  • Определение ускорения свободного падения с помощью двойного математического маятника. (Опыт № 3)

  • Определение ускорения свободного падения с помощью машины Атвуда.

  • Определение ускорения свободного падения традиционным способом (как делал Галилей). (Опыт № 4)

Некоторые из этих опытов не требуют какого-либо специального оборудования и особых знаний, достаточно знать формулу,hello_html_1effe1c8.gif где h высота падения тела, t время за которое тело достигло земли.

Например: Определение ускорения свободного падения традиционным способом (как делал Галилей).







Машина Атвуда.

Машина Атвуда предназначена для исследования закона движения тела в поле земного тяготения. Естественнее всего, конечно, изучить этот закон, исследуя свободное падение тел. Этому мешает, однако, большая величина ускорения свободного падения. Такой опыт возможен только при очень большой высоте прибора (большей, чем высота комнаты) или при помощи специальных методов, позволяющих точно измерить небольшие промежутки времени (доли секунды). Так, например, время свободного падения тела с высоты h=1м., составляет порядка 0.45с.

Машина Атвуда позволяет избежать этих трудностей и замедлить движение до удобных скоростей. Схема машины Атвуда, являющейся составной частью комплексной лабораторной установки, показана на рис.1. Через легкий блок, свободно вращающийся вокруг оси, перекинута нить, на которой закреплены грузы массой М каждый. На один из грузов кладется перегрузок массой m, в результате чего система грузов выходит из равновесия и начинает двигаться ускоренно. Найдем ускорение движения  грузов, пренебрегая действием сил трения и предполагая, что блок и нить невесомы.

Согласно 2 закону Ньютона ускорение системы грузов будет определяться формулой:hello_html_1035750a.gif. Отсюда мы можем выразить ускорения свободного падения:
hello_html_1e979c62.gif.

Описанный метод измерения ускорения свободного падения являеться достаточно точным, но требует определённого оборудования которым лаборатория нашей школы не распологает, и поэтому мы представляем этот опыт только в теории.

В курсе 9 класса выполняется лабораторная работа по уже готовым данным, но в такомы варианте она не способствует совершенствованию эксперементальных навыков. По этому мы решили рассмотреть эксперементальные методы не требующие сложного оборудования которые можно выполнить в условиях школьной лаборатории.C:\Users\костя\Desktop\загруженное (4).jpg

C:\Users\костя\Desktop\загруженное (3).jpg

Практическая чать.

Опыт №1.C:\Users\костя\Desktop\Безымянный.png

Тема: Определение ускорения свободного падения, с помощью вращающегося диска.

В этом опыте, как и в большинстве случаев для определения ускорения свободного падения g надо знать высоту h и время падения t. Измерение высоты не вызывает затруднений, а изменение малого промежутка времени при небольших значениях высоты h требует особого приёма. Время свободного падения с высоты h равно:

hello_html_m23ad83e9.gif

Если же вместо одного падающего тела использовать два тела, падающих с разных высот h1 и h2 , время падения их будет отличаться на

hello_html_m7b7aaed0.gif.

Отсюда ускорение свободного падения можно выразить:

hello_html_71d48327.gif.

В данной работе для измерения интервала времени Δt применяется равномерно вращающийся диск электропроигрывателя. Над диском электропроигрывателя укрепляют с помощью штатива небольшую пластинку, через которую перекидывают нить с одинаковыми шарами. При этом шары должны находиться над диском на разной высоте и располагаться строго над одним из радиусов. Если включить проигрыватель и пережечь нить, то шары упадут на вращающийся диск в разные моменты времени t1 и t2. Между радиусами, проведёнными на диске через точки падения шаров, образуется некоторый центральный угол φ.

Измерив этот угол в градусах, можно определить интервал времени Δt, который рассчитывается исходя из того что диск делает 78 оборотов в минуту по формуле:

hello_html_4afba43f.gif




Оборудование: электропроигрыватель; линейка измерительная с миллиметровыми делениями; транспортир; 2 шара равной массы; штатив c муфтой и лапкой; 2 круга из белой и копировальной бумаги; спички.

Ход работы:

  1. Собрали установку, как показано на рисунке.

  2. Расположили шары над прочерченным радиусом на разной высоте

  3. Включили проигрыватель с частотой 78 оборотов в минуту.

  4. Пережгли нить.

  5. Сняли белый круг, метки оставленные шарами соединили прямыми линиями с центром круга и измерили получившейся угол.

  6. По углу рассчитали время hello_html_m1881c9e2.gif и ускорение свободного падения g.

  7. Повторили опыт при других значениях высоты.

  8. Результаты измерений и вычислений занесли в таблицу.

Таблица:

опыта

Высота падения первого шара h1, м.

Высота падения второго шара h2, м.

Интервал времени между падением шаров

hello_html_m1881c9e2.gif,с.

Ускорение свободного падения

g, м/c2

среднее значение ускорения свободного падения gср, м/c2.

1

0.15

0.375

0.1

10.13





10.33

2

0.275

0.455

0.068

9.75

3

0.19

0.42

0.091

10.86

4

0.28

0.435

0.056

10.84

5

0.21

0.365

0.065

10.08



Опыт №2.C:\Users\костя\Desktop\загруженное (5).jpg

Тема: Определение ускорения свободного падения с помощью математического маятника.



Период колебаний нитяного маятника вычисляют по формуле hello_html_m29ddc705.gif, где l – длина нити. Из этой формулы следует, что квадрат периода пропорционален длине нити. Поэтому, если уменьшить длину нити в 4 раза, период должен уменьшиться в 2 раза.

Из приведённой формулы для периода колебаний получаем, что hello_html_7e409f25.gif. Таким образом, изменив длину маятника и период его колебаний, можно определить на опыте значения свободного падения g.



Оборудование: штатив с муфтой, шарик с отверстием, нить, секундомер, линейка с миллиметровыми делениями.

Ход работы:

  1. Собрали установку, как показано на рисунке.

  2. Измерили расстояние l от точки подвеса до центра шарика.

  3. Отклонили шарик на 5 – 10 см. и отпустили его.

  4. Измерили время t, в течение которого маятник совершает 40 полных колебаний. Период колебаний вычислили по формуле hello_html_6dd3e8ed.gif.

  5. Вычислили hello_html_56e2a9b0.gif и сравнили его с табличным значением ускорения свободного падения hello_html_m69f408c0.gif.

  6. Уменьшили длину нити, и повторили эксперимент.

  7. Результаты записали в таблицу.

Таблица:

l, м

N

tср, c

T

gэксп , hello_html_m7303e3cc.gif

hello_html_m55553530.gif

1,25

40

89,08

2,23

9,94

1,01

1

40

80,55

2,01

9,77

0,99

0,75

40

70,41

1,76

9,55

0,97

Среднее значение свободного падения: 9,75 hello_html_m7303e3cc.gif.

Опыт №3.C:\Users\костя\Desktop\images (2).jpg

Тема: Определение ускорения свободного падения с помощью двойного математического маятника

Двойной маятник вращается вокруг вертикальной оси так, что обе нити лежат в одной плоскости и составляют с вертикалью постоянные углы

Если двойной маятник вывести из равновесия произвольным образом и предоставить самому себе, то каждый из шариков будет, вообще говоря, совершать довольно сложное движение, в котором трудно уловить какую-либо закономерность. Однако при некоторых начальных условиях движение маятника оказывается очень простым: оба шарика совершают чисто гармоническое колебание с одной и той же частотой, причем амплитуды и фазы этих колебаний находятся во вполне определенном соотношении друг с другом.

Измерение с помощью двойного механического маятника основано на законе сохранения -0полной механической энергии hello_html_2974dc7f.gif.

Так как математический вывод формул слишком сложен, в своей работе мы воспользовались готовой формулой, связывающей период колебаний двойного маятника и ускорение свободного падения.

hello_html_1b078424.gif

Период двойного маятника.

hello_html_m46496cd4.gif

Ускорение свободного падения.



Оборудование: штатив с муфтой,2 груза, нить, линейка с миллиметровыми делениями, весы, секундомер.

Ход работы:

  1. Собрали установку, как показано на рисунке.

  2. Измерили расстояние от нижнего груза до точки подвеса, и от верхнего до точки подвеса.

  3. Отклонили грузы на 5 – 10 см. и отпустили.

  4. Измерили время t, в течение которого маятник совершает 50 полных колебаний. Период колебаний вычислили по формуле hello_html_6dd3e8ed.gif.

  5. Вычислили hello_html_2a656840.gif и сравнили его с табличным значением ускорения свободного падения hello_html_501521a4.gif.

  6. Результаты записали в таблицу.







Таблица:

lв,м

lн

мв

мн

t, c

tср

N

T

gср

hello_html_mc15b40e.gif



0,4



1,18



6,07*10-3



20,07*10-3

97,18



97,96




50



1,96



8,2



0,84

97,62

99,08

Опыт №4.C:\Users\костя\Desktop\загруженное (6).jpg

Тема: Определение ускорения свободного падения традиционным способом.

Для определения ускорения свободного падения «традиционным способом» достаточно знать высоту и время падения тела. Расчёты ведутся по формуле:

hello_html_1effe1c8.gif.

Для большей точности высота падения должна быть большёй, а прибор для измерения времени высокоточный.

Оборудование: рулетка, электронный секундомер, тела для бросания.







Ход работы:

  1. Отмерили высоту падения h=9 .

  2. Бросили без начальной скорости тело с указанной высоты.

  3. Измерили время падения t.

  4. Повторили опыт 5 раз.

  5. Результаты измерения занесли в таблицу.

  6. Посчитали среднее значение времени.

  7. Вычислили значения свободного падения.

Таблица:

опыта

h, м.

t, c.

tср, c.

gэксп, hello_html_m7303e3cc.gif.

1.





9

1,19





1,3





10,65

2.

1,38

3.

1,24

4.

1,48

5.

1,21



Заключение.

Ознакомившись с проблемой измерения свободного падения и историей его открытия, я самостоятельно провел измерение этой величины различными способами. не требующими сложного лабораторного оборудования. поскольку ускорение свободного падения величина известная для всех географических широт, я хотел выяснить, какой из этих способов даст максимально точный результат. Для широты соответствующей географическим координатам нашей местности g=9,819 м/с2.

Мы получили следующие результаты:

  • Измерение с помощью вращающегося диска дало значение 10, 33 м/с2, относительная погрешность 5%. (Предполагаемая причина ошибки – неточность в измерении углов)

  • Измерение с помощью двойного маятника 8,2 м/с2, относительная погрешность 16% (Предполагаемая причина ошибки - несовершенство прибора)

  • Измерение классическим методом 10,65 м/с2, относительная погрешность 8%. (Предполагаемая причина ошибки – человеческий фактор)

  • Измерение с помощью математического маятника 9,75 м/с2, относительная погрешность 0,7 %

Как видно, самым точным оказалось измерение с помощью математического маятника.





Литература.

  1. Практикум по физике в средней школе. Под редакцией В.А. Бурова, Ю. И. Дика

  2. Физический практикум для классов с углублённым изучением физики. Под редакцией Ю. И. Дика, О. Ф. Кабардина.

  3. физика 10 класс, Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н. Н. Сотский.

  4. Физика 10 – 11 класс. В. А. Касьянов.

  5. В. А. Касьянов, В. А. Коровин. Тетрадь для лабораторных работ.

  6. http://physics-lab.ucoz.ru

  7. http://ru.wikipedia.org/wiki







Приложение.

C:\Users\костя\Desktop\20140422_143542.jpgC:\Users\костя\Desktop\20140422_143608.jpg

Опыт с вращающимся диском

C:\Users\костя\Desktop\20140422_143901.jpg

Опыт с математическим маятником.



C:\Users\костя\Desktop\20140422_144102.jpgC:\Users\костя\Desktop\20140422_144137.jpg

Опыт с двойным маятником

Выбранный для просмотра документ СО№1, Рыжов Костя.pptx

библиотека
материалов
Исследовательская работа: «Исследование свободного падения тел. Измерение уск...
Цель работы: Углубление и расширение знаний по теме «Свободное падение». Озна...
Для чего измеряют ускорение. Измерение ускорения свободного падения (УСП) да...
История измерения ускорения свободного падения. Скорость падения зависит от м...
Методы измерения ускорения свободного падения. Определение ускорения свободно...
Машина Атвуда. .
Определение ускорения свободного падения, с помощью вращающегося диска.
Определение ускорения свободного падения, с помощью вращающегося диска. № опы...
Определение ускорения свободного падения с помощью математического маятника.
Определение ускорения свободного падения с помощью математического маятника....
Определение ускорения свободного падения с помощью двойного математического м...
Определение ускорения свободного падения с помощью двойного математического м...
Определение ускорения свободного падения традиционным способом
Определение ускорения свободного падения традиционным способом № опыта h,м. t...
Заключение. Как видно самым точным оказалось измерение с помощью математическ...
Литература. Практикум по физике в средней школе. Под редакцией В.А. Бурова, Ю...
16 1

Подайте заявку сейчас на любой интересующий Вас курс переподготовки, чтобы получить диплом со скидкой 50% уже осенью 2017 года.


Выберите специальность, которую Вы хотите получить:

Обучение проходит дистанционно на сайте проекта "Инфоурок".
По итогам обучения слушателям выдаются печатные дипломы установленного образца.

ПЕРЕЙТИ В КАТАЛОГ КУРСОВ

Описание презентации по отдельным слайдам:

№ слайда 1 Исследовательская работа: «Исследование свободного падения тел. Измерение уск
Описание слайда:

Исследовательская работа: «Исследование свободного падения тел. Измерение ускорения свободного падения разными методами» МУНИЦИПАЛЬНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА №1» Г.ПРИОЗЕРСКА Выполнил: Ученик 10 класса Рыжов Константин Руководитель: Николаева Т.Б.

№ слайда 2 Цель работы: Углубление и расширение знаний по теме «Свободное падение». Озна
Описание слайда:

Цель работы: Углубление и расширение знаний по теме «Свободное падение». Ознакомиться с историей открытия свободного падения тел. Провести самостоятельные измерения ускорения свободного падения разными методами. Выяснить, какой из них даёт наиболее точный результат. Совершенствовать навыки физического эксперимента.

№ слайда 3 Для чего измеряют ускорение. Измерение ускорения свободного падения (УСП) да
Описание слайда:

Для чего измеряют ускорение. Измерение ускорения свободного падения (УСП) даёт возможность делать ряд практических выводов. Например: в метрологии для расчета силовых взаимодействий в гравитационном поле Земли. в геофизике о распределении масс внутри и вне Земли. в геодинамике о вариациях параметров Земли во времени. в геологии - при поиске полезных ископаемых; при траекторных расчетах искусственных спутников Земли.

№ слайда 4 История измерения ускорения свободного падения. Скорость падения зависит от м
Описание слайда:

История измерения ускорения свободного падения. Скорость падения зависит от массы тела. Аристотель. Скорость падения не зависит от массы тела. Галилей. В вакууме все тела падают одинаково. Ньютон.

№ слайда 5 Методы измерения ускорения свободного падения. Определение ускорения свободно
Описание слайда:

Методы измерения ускорения свободного падения. Определение ускорения свободного падения, с помощью вращающегося диска. Определение ускорения свободного падения с помощью математического маятника. Определение ускорения свободного падения с помощью двойного математического маятника. Определение ускорения свободного падения с помощью машины Атвуда. Определение ускорения свободного падения традиционным способом (как делал Галилей).

№ слайда 6 Машина Атвуда. .
Описание слайда:

Машина Атвуда. .

№ слайда 7 Определение ускорения свободного падения, с помощью вращающегося диска.
Описание слайда:

Определение ускорения свободного падения, с помощью вращающегося диска.

№ слайда 8 Определение ускорения свободного падения, с помощью вращающегося диска. № опы
Описание слайда:

Определение ускорения свободного падения, с помощью вращающегося диска. № опыта Высота падения первого шараh1, м. Высота падения второго шараh2, м. Интервал времени между падением шаров ∆t,с. Ускорение свободного падения g, м/c2 среднее значение ускорения свободного паденияgср, м/c2. 1 0.15 0.375 0.1 10.13 10.33 2 0.275 0.455 0.068 9.75 3 0.19 0.42 0.091 10.86 4 0.28 0.435 0.056 10.84 5 0.21 0.365 0.065 10.08

№ слайда 9 Определение ускорения свободного падения с помощью математического маятника.
Описание слайда:

Определение ускорения свободного падения с помощью математического маятника.

№ слайда 10 Определение ускорения свободного падения с помощью математического маятника.
Описание слайда:

Определение ускорения свободного падения с помощью математического маятника. l,м N tср, c T gэксп,м/c2 1.25 40 89.08 2.23 9.94 1.01 1 40 80.55 2.01 9.77 0.99 0.75 40 70.41 1.76 9.55 0.97

№ слайда 11 Определение ускорения свободного падения с помощью двойного математического м
Описание слайда:

Определение ускорения свободного падения с помощью двойного математического маятника.

№ слайда 12 Определение ускорения свободного падения с помощью двойного математического м
Описание слайда:

Определение ускорения свободного падения с помощью двойного математического маятника. lв,м lн,м мв ,кг мн,кг t, c tср N T gср,м/c2 gср/g 0.4 1.18 6.07*10-3 20.07*10-3 97.18 97.62 99.08 97.96 50 1.96 8.2 0.84

№ слайда 13 Определение ускорения свободного падения традиционным способом
Описание слайда:

Определение ускорения свободного падения традиционным способом

№ слайда 14 Определение ускорения свободного падения традиционным способом № опыта h,м. t
Описание слайда:

Определение ускорения свободного падения традиционным способом № опыта h,м. t, c. tср,c. gэксп,м/c2. 1. 9 1.19 1.3 10.65 2. 1.38 3. 1.24 4. 1.48 5. 1.21

№ слайда 15 Заключение. Как видно самым точным оказалось измерение с помощью математическ
Описание слайда:

Заключение. Как видно самым точным оказалось измерение с помощью математического маятника. (для нашей местности g=9,819 м/c2 ) название опыта значениеg,м/c2 погрешность причина Измерение с помощью вращающегося диска 10. 33 5% неточность в измерении углов Измерение с помощью двойного маятника 8.2 16% несовершенство прибора Измерение классическим методом 10.65 8% человеческий фактор Измерение с помощью математического маятника 9.75 0.7% -

№ слайда 16 Литература. Практикум по физике в средней школе. Под редакцией В.А. Бурова, Ю
Описание слайда:

Литература. Практикум по физике в средней школе. Под редакцией В.А. Бурова, Ю. И. Дика Физический практикум для классов с углублённым изучением физики. Под редакцией Ю. И. Дика, О. Ф. Кабардина. физика 10 класс, Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н. Н. Сотский. Физика 10 – 11 класс. В. А. Касьянов. В. А. Касьянов, В. А. Коровин. Тетрадь для лабораторных работ. http://physics-lab.ucoz.ru http://ru.wikipedia.org/wiki

Выбранный для просмотра документ выступление костя.doc

библиотека
материалов

Тема: «Исследование свободного падения тел. Измерение ускорения свободного падения разными методами»

Цель работы:

  • Углубление и расширение знаний по теме «Свободное падение».

  • Ознакомиться с историей открытия свободного падения тел.

  • Провести самостоятельные измерения ускорения свободного падения разными методами. Выяснить, какой из них даёт наиболее точный результат.

  • Совершенствовать навыки физического эксперимента.

Обоснование проблемы:

Проблемы свободного падения изучались еще древними учеными, начиная с Аристотеля. Определенную ясность в этот вопрос внес Галилео Галилей, Исаак Ньютон в своей классической механике уделял большое внимание этой проблеме. В настоящее время существует множество способов практического измерения свободного падения. Часть из них изучается в школьном курсе.

Ускорение свободного падения на Земле на высотах менее 100 метров можно считать постоянным и равным 9,8 м/с2. Все же у поверхности Земли ускорение свободного падения не везде одинаково.

Измерение ускорения свободного падения (УСП) даёт возможность делать ряд практических выводов.

(ВЫВЕСТИ НА СЛАЙД И НЕ ЧИТАТЬ)

  • в метрологии для расчета силовых взаимодействий в гравитационном поле Земли;

  • в геофизике о распределении масс внутри и вне Земли;

  • в геодинамике о вариациях параметров Земли во времени;

  • в геологии - при поиске полезных ископаемых;

  • при траекторных расчетах искусственных спутников Земли.



В школьном курсе физики говорится, что на все тела действует сила тяжести и нам приходится учитывать ее при решении задач.

На практике, в процессе выполнения лабораторных работ, мы так же встречаемся с УСП. И его значение не всегда точно совпадает с тем, которое мы привыкли применять при решении задач и других расчетах.

В изучении способов измерения свободного падения еще много вопросов, на которые можно попытаться ответить самостоятельно, поэтому я считаю, что данная тема актуальна.

В Древней Греции механические движения классифицировались на естественные и насильственные. Падение тела на Землю считалось естественным движением, некоторым, свойственным телу стремлением «к своему месту».

Согласно представлению величайшего древнегреческого философа Аристотеля, тело падает на Землю тем быстрее, чем больше его масса. Это утверждение ошибочно. Понятие ускорения в древнегреческой физике отсутствовало.

Впервые выступил против авторитета Аристотеля, Галилео Галилей. Он отверг древнегреческую классификацию механических движений и впервые ввел понятия равномерного и ускоренного движений и начал исследование механического движения путем измерения расстояний и времени движения.

Галилей впервые сформулировал закон инерции. Он утверждал, что если на тело действует сила, то результат ее действия не зависит от того, покоится тело или движется.

Галилей определил ускорение свободного падения с большой ошибкой, примерно в 2 раза.

Ускорение свободного падения было достаточно точно определено лишь Гюйгенсом в 1660 г.

После изобретения насосов, Ньютон смог провести опыт по падению тел в вакууме, в результате сильно различающиеся по своей плотности тела падали с одинаковой скоростью.

Существует много способов определения ускорения свободного падения, в своей работе мы расскажем о наиболее интересных для нас способах:

(ВЫВЕСТИ НА СЛАЙД И НЕ ЧИТАТЬ)

  • Определение ускорения свободного падения, с помощью вращающегося диска.

  • Определение ускорения свободного падения с помощью математического маятника.

  • Определение ускорения свободного падения с помощью двойного математического маятника.

  • Определение ускорения свободного падения с помощью машины Атвуда.

  • Определение ускорения свободного падения традиционным способом (как делал Галилей).

Некоторые из этих опытов не требуют какого-либо специального оборудования и особых знаний, достаточно знать формулу.

Например: Определение ускорения свободного падения традиционным способом (как делал Галилей).



Машина Атвуда предназначена для исследования закона движения тела в поле земного тяготения, но УСП и скорости падения велики. Машина Атвуда позволяет замедлить движение до удобных скоростей.

Этот методявляеться достаточно точным, но требует оборудования, которым лаборатория нашей школы не распологает, и поэтому в работе этот опыт представлен только в теории.

В курсе 9 класса выполняется лабораторная работа по уже готовым данным, но в такомы варианте она не способствует совершенствованию эксперементальных навыков. Поэтому рассмотрим эксперементальные методы не требующие сложного оборудования которые можно выполнить в условиях школьной лаборатории.



Опыты

1

Особенностью этого опыта являеться способ которым вычисляеться время.

Так как измерение малых провемежудков времени процесс сложный и поэтому я подвесил два одинаковых шарика на разной высоте. Так как они находятся на разной высоте, то и время падения у них разное, так как диск крутиться и за время падения он совершит поворот на некоторый угол, а по углу между точками падения можно вычислить время падения. Зная высоты на которых были подвешены шарики и раздницу во времени падения можно найти ускорения свободного падения по следующей формуле.

Я получили средний результат: 10.33 м/с2.

2

Шарик подвешаный на нити может быть использован в качестве математического маятника. Используя его я нахожу период колебаний по формуле которая показанна на слайде. Я измерил время за которое совершаеться 40 колебаний, повторил опыт несколько раз и по среднему времени расчитал период колебаний. И по формуле которцю вы видите на слайде, я вычислил ускорение свободного падения. Повторил уменьшив длину маятника.

Я получил среднее значение: 9,75 hello_html_6333e22a.gif.

3

Двойной маятник представляет собой два груза разной массы подвешанные на разной высоте. При малых углах откланения от вертикали оба шарика совершают чисто гармоническое колебание с одной и той же частотой, причем амплитуды и фазы этих колебаний находятся во вполне определенном соотношении друг с другом. Так как математический вывод формул слишком сложен, в своей работе мы воспользовались готовой формулой, связывающей период колебаний двойного маятника и ускорение свободного падения. Формула представлена на слайде.

Я измерил время за которое совершаеться 50 колебаний, повторил опыт несколько раз и по среднему времени расчитал период колебаний. И по формуле которцю вы видите на слайде, я вычислил ускорение свободного падения.

Получил среднее значение: 8,2 м/с2.

4

Классический метод измерения ускорения свободного падения, в котором надо знать высоту и время падения тела, для большей точности измерения ускорения свободного падения высота должна быть большёй. Бросая металлические шарики с высоты 9 метров, это максимальная высота которую мы смогли найти, и с помощью электронного секундомера измерил время падения. По среднему значению рассчитал ускорение .

Я получил среднее значение: 10,65 м/с2.



Заключение.

Ознакомившись с проблемой измерения свободного падения и историей его открытия, я самостоятельно провел измерение этой величины различными способами. не требующими сложного лабораторного оборудования. поскольку ускорение свободного падения величина известная для всех географических широт, я хотел выяснить, какой из этих способов даст максимально точный результат. Для широты соответствующей географическим координатам нашей местности g=9,819 м/с2.

Мы получили следующие результаты: (ВЫВЕСТИ НА СЛАЙД И НЕ ЧИТАТЬ)

  • Измерение с помощью вращающегося диска дало значение 10, 33 м/с2, относительная погрешность 5%. (Предполагаемая причина ошибки – неточность в измерении углов)

  • Измерение с помощью двойного маятника 8,2 м/с2, относительная погрешность 16% (Предполагаемая причина ошибки - несовершенство прибора)

  • Измерение классическим методом 10,65 м/с2, относительная погрешность 8%. (Предполагаемая причина ошибки – человеческий фактор)

  • Измерение с помощью математического маятника 9,75 м/с2, относительная погрешность 0,7 %

Как видно, самым точным оказалось измерение с помощью математического маятника.











Выбранный для просмотра документ тезисы свободное падение.docx

библиотека
материалов

«Исследование свободного падения тел. Измерение ускорения свободного падения разными методами»

Авторы: Рыжов Константин, Тишков Илья.

10 класс, Муниципальное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа №1» Города Приозерска

Руководитель: Николаева Татьяна Борисовна

Цели исследования:

  • Углубление и расширение знаний по теме «Свободное падение».

  • Ознакомиться с историей открытия свободного падения тел.

  • Провести самостоятельные измерения ускорения свободного падения разными методами. Выяснить, какой из них дает наиболее точный результат.

  • Совершенствовать навыки физического эксперимента.





Введение (постановка проблемы).



Проблемы свободного падения изучались еще древними учеными, начиная с Аристотеля. Определенную ясность в этот вопрос внес Галилео Галилей, Исаак Ньютон в своей классической механике уделял большое внимание этой проблеме. В настоящее время существует множество способов практического измерения свободного падения. Часть из них изучается в школьном курсе. Большинство из них требует специального оборудования, которым не всегда располагает школьная лаборатория. В нашу задачу входит исследование свободного падения самыми простыми, иногда подручными средствами.



Ход работы:

  1. Изучить теоретические обоснования проблемы.

  2. Ознакомиться с опытом ученых, занимавшихся изучением этого вопроса, их способами измерения и полученными результатами.

  3. Рассмотреть лабораторные методы, рекомендованные в курсе общеобразовательной школы.

  4. Отобрать методы измерения ускорения свободного падения, не требующие сложного оборудования: падение тела с определенной высоты, измерение с помощью математического маятника, измерение с помощью вращающегося диска и др.

  5. Произвести измерения каждым из предложенных способов.

  6. Получить значение ускорения свободного падения и оценить погрешность полученных результатов.

  7. Сделать вывод, какой из проверенных способов дает максимально точный результат.





Список литературы:

  1. Буров В. А., Зворыкин Б. С., Кабардин О. Ф. и др. Практикум по физике в средней школе. Дидактический материал. М., «Просвещение», 1977.

  2. Википедия. Электронная энциклопедия.

  3. Перышкин А. В., Гутник Е. М. Физика. 9 класс. Учебник для общеобразовательных учреждений. Дрофа, Москва, 2003.

  4. Учебное электронное издание «Физика». Интерактивный курс физики для 7-11 классов.

  5. Храмов Ю. А. Физики. Биографический справочник. Москва, «Наука», Главная редакция физико-математической литературы, 1983.

  6. Савельев И.В. Курс общей физики (т.1).

  7. Трофимова Т.И. Курс физики. М.: Высш. Шк., 2004.

  8. Справочное руководство по физике. Ч.1. Механика, молекулярная физика, электричество, магнетизм: Учеб.-метод. пособие.-Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 2009.




Подайте заявку сейчас на любой интересующий Вас курс переподготовки, чтобы получить диплом со скидкой 50% уже осенью 2017 года.


Выберите специальность, которую Вы хотите получить:

Обучение проходит дистанционно на сайте проекта "Инфоурок".
По итогам обучения слушателям выдаются печатные дипломы установленного образца.

ПЕРЕЙТИ В КАТАЛОГ КУРСОВ

Краткое описание документа:

Работа ученика 10 класса была представлена на школьной научно -исследовательской конференции учащихся, где была отмечена дипломом 1 степени, так же на муниципальной конференции учащихся "Сферы знаний".

Позже на конференции с международным участием "Наука настоящего и будущего", проводимой электротехническим университетом ЛЭТИ для учащихся 7 - 11 классов.

Автор
Дата добавления 20.11.2015
Раздел Физика
Подраздел Другие методич. материалы
Просмотров1369
Номер материала ДВ-173250
Получить свидетельство о публикации
Похожие материалы

Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.
Специальное предложение
Вверх