Инфоурок / Физика / Другие методич. материалы / Исследовательская работа учащихся 9 класса "Ускорение свободного падения"
Обращаем Ваше внимание: Министерство образования и науки рекомендует в 2017/2018 учебном году включать в программы воспитания и социализации образовательные события, приуроченные к году экологии (2017 год объявлен годом экологии и особо охраняемых природных территорий в Российской Федерации).

Учителям 1-11 классов и воспитателям дошкольных ОУ вместе с ребятами рекомендуем принять участие в международном конкурсе «Я люблю природу», приуроченном к году экологии. Участники конкурса проверят свои знания правил поведения на природе, узнают интересные факты о животных и растениях, занесённых в Красную книгу России. Все ученики будут награждены красочными наградными материалами, а учителя получат бесплатные свидетельства о подготовке участников и призёров международного конкурса.

ПРИЁМ ЗАЯВОК ТОЛЬКО ДО 15 ДЕКАБРЯ!

Конкурс "Я люблю природу"

Исследовательская работа учащихся 9 класса "Ускорение свободного падения"




Московские документы для аттестации!

124 курса профессиональной переподготовки от 4 795 руб.
274 курса повышения квалификации от 1 225 руб.

Для выбора курса воспользуйтесь поиском на сайте KURSY.ORG


Вы получите официальный Диплом или Удостоверение установленного образца в соответствии с требованиями государства (образовательная Лицензия № 038767 выдана ООО "Столичный учебный центр" Департаментом образования города МОСКВА).

ДИПЛОМ от Столичного учебного центра: KURSY.ORG


библиотека
материалов

Кабардино-Балкарская Республика

Прохладненский муниципальный район

Муниципальное казенное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа с. Пролетарского»

__________________________________________________________



Проект на тему


«Ускорение свободного падения»




Выполнили

Учащиеся 9 класса

МКОУ «СОШ с. Пролетарского»

Бобкова Елизавета

Фоос Диана.



Учитель: Бобкова Людмила Николаевна.

2015-2016 уч.год.

Введение.


Много веков длится процесс познания окружающего мира. Добытые сведения передавались из поколения в поколение и вот теперь передаются нам. Огромный труд был затрачен учеными, чтобы мы, современники, обладали этими знаниями. Но в наше время без этих знаний не обойтись никому. Знания нужны не только ученому и инженеру, но и рабочему, и трактористу в поле. Все больше и большей мере люди на работе, да и дома, управляют машинами и механизмами. Чтобы понять, как они работают, чтобы смотреть глазами современного человека, нужно знать законы природы.

Начиная с рождения, все мы в раннем детстве в течение 3 – 5 лет усваиваем солидный «курс физики» - привыкаем к простым истинам и явлениям вокруг нас. Запоминается этот «курс» гораздо прочнее, чем все то, что мы узнаем в последствии. Так мы узнаем, что камень всегда падает вниз, на землю, что есть твердые предметы, о которые можно ушибиться, что огонь может обжечь и т.д.

Однако, как ни важны подобные знания, накапливаемые ребенком и взрослым человеком, они еще не образуют науки. Это частные правила, касающиеся течения отдельных явлений. Они говорят нам о том, что произойдет в обычных условиях, но не отвечают на вопрос, почему те или иные события вообще происходят.

Потребность же в понимании явлений окружающего мира очень велика. Это необходимо для уверенности в завтрашнем дне, для возможности предвидения того, что произойдет.

Людям необходимо понять устройство окружающего мира, чтобы использовать его предметы, его силы для облегчения труда, улучшения условий жизни.

Стремление увидеть в разрозненных событиях нечто общее, понять причины как обычных, так и редко встречающихся явлений привело к зарождению науки.

Конечно, все знания человеку постичь невозможно, но мне хотелось бы познакомить вас с одним из них. Это будет не что иное как ускорение свободного падения. Мы расскажем вам не только о том, где мы можем встретить это явление, но и с чем они связаны.

Но основной нашей задачей будет измерение ускорения свободного падения несколькими способами и определения координат места нахождения нашего села.





























hello_html_64e9635c.gif















Теория.


Галилео Галилей (1564—1642) —великий итальянский физик и астроном,впервые применивший экспериментальныйметод исследования в науке.

Галилей открыл принцип относительно­сти, ввел понятие инерции, исследовал законы падения тел и движения тел по наклонной плоскости, предложил приме­нять маятник для измерения времени.

Впервые в истории человечества с помо­щью изготовленной им зрительной трубы Галилей открыл горы на Луне, спутники Юпитера, звездное строение Млечного Пути, пятна на Солнце, фазы Венеры.

Галилей развил запрещенное в те врё: мена церковью учение Коперника о дви­жении Земли, за что в 1633 г. был осужден римским католическим судом.


П hello_html_m3e757b54.jpghello_html_m2b5e2456.jpgри падении любого тела на землю из состояния покоя его скорость увеличивается. Ускорение, сообщаемое телам земным шаром, направленно вертикально вниз. Долгое время считали, что Земля сообщает разным телам различные ускорения. Простые наблюдения как будто подтверждают это. Птичье перо или лист бумаги падают гораздо медленнее, чем камень. Вот почему со времени Аристотеля (греческого ученого, жившего в IV веке до н.э.) считалось незыблемым мнение, что ускорение, сообщаемое Землей телу, тем больше, чем тяжелее тело.

Только Галилею удалось опытным путем доказать, что в действительности это не так. Нужно учитывать сопротивление воздуха. Именно оно искажает картину свободного падения тел, которую можно было наблюдать в отсутствии земной атмосферы.

Наблюдая падение со знаменитой наклонной Пизанской башни разных тел (пушечное ядро, мушкетная пуля и т.д.), Галилей доказал, что земной шар сообщает всем телам одно и то же ускорение. Особенно прост и убедителен опыт с так называемой трубкой (цилиндром) Ньютона. В стеклянную трубку помещают различные предметы: дробинки, кусочки пробки, пушинки и т.д. Если теперь перевернуть трубку так, чтобы эти предметы могли падать, то быстрее всего промелькнет дробинка, за ней кhello_html_554dbe5b.jpgусочки пробки и, наконец, плавно опустится пушинка. Но если выкачать из трубки воздух, то все произойдет совершенно иначе: пушинка будет нестись, не отставая от дробинки и пробки. Значит, её движение задерживалось ранее сопротивлением воздуха, которое в меньшей степени сказывалось на движении, например, пробки. Когда же на эти тела действует только притяжение к Земле, то все они падают с одним и тем же ускорением. Конечно, на основании данного

Исаак Ньютон (1642-1727) – гениальный английский физик и математик, один из величайших ученых в истории человечества. Ньютон сформулировал основные понятия и законы механики и открыл закон всемирного тяготения. Он разработал также теорию движения небесных тел и впервые вычислил космические скорости для Земли. В оптике Ньютон открыл явление разложения белого света на цвета, объяснил возникновение цвета тел и др. Разработав могучий метод математического исследования природы, Ньютон повлиял на все последующее развитие физики.

о hello_html_me1e1410.jpgпыта еще нельзя утверждать, что ускорение всех тел.

Под действием притяжения Земли строго одинаково. Но и более тонкие опыты, проведенные с помощью самой совершенной современной экспериментальной техники, приводят к таким же результатам.

Итак, земной шар сообщает всем без исключения талам одно и то же ускорение. Если сопротивление воздуха отсутствует, то вблизи поверхности Земли ускорение падающего тела постоянно. Этот факт впервые был установлен Галилеем.

Движение тела только под влиянием притяжения к Земле называют свободным падением.

Соответственно и ускорение, сообщаемое всем телам земным шаром, называют ускорением свободного падения. Свободное падение не обязательно представляет собой движение вниз. Если начальная скорость направлена вверх, то тело при свободном падении некоторое время будет лететь вверх, уменьшая свою скорость, и лишь затем начнет падать вниз.

Ускорение свободного падения



несколько меняется в зависимости от географической широты места на поверхности Земли.

Кhello_html_m3c6d76cd.png примеру в городах, которые находятся на разных широтах ускорение свободного падения будет различно (приведенная ниже таблица показывает численную разность).



Ускорение свободного падения в различных местах Земли, м/с2.


На полюсе

9,83216

На экваторе

9,78030

На широте 450

9,80616

нормальное

9,80665

Значение ускорения свободного падения для некоторых городов, м/с2

Архангельск

9,8228

Одесса

9,8077

Будапешт

9,8085

Париж

9,8094

Вашингтон

9,8078

Рим

9,8037

Ленинград

9,8192

Токио

9,7880

Москва

9,8156




Также ускорение свободного падения будет различно в глубине Земли и на различной высоте над Землей.




Ускорение свободного падения в глубине Земли

(r – расстояние от поверхности Земли)

r, км

g, м/с2

r, км

g, м/с2

0

9,81

2500

10,04

10

9,82

2900

10,37

33

9,85

4000

8,03

100

9,89

4500

6,96

600

10,01

5000

6,24

1000

9,95

5500

4,11

1500

9,87

6000

1,77

2000

9,86

6371

0



Ускорение свободного падения на различной высоте h над Землей


h, км

g, м/с2

h, км

g, м/с2

0

9,8066

20

9,7452

0,05

9,8065

30

9,7147

0,1

9,8063

50

9,6542

0,5

9,8051

100

9,505

1

9,8036

500

8,45

2

9,8005

5000

3,08

3

9,7974

10 000

1,50

5

9,7912

50 000

0,13

10

9,7759

400 000

0,0025


Но на изменение ускорения свободного падения играют не только эти факторы. К примеру, при падении тел в воздухе на их движение влияет сопротивление воздуха. Поэтому ускорение тел не равно g. Но когда движутся сравнительно массивные тела с небольшими скоростями (камень, спортивное ядро и т.д.), сопротивление воздуха влияет незначительно и движение тел можно рассматривать как свободное падение. Лишь при больших скоростях (снаряд, пуля и т.д.) сопротивление воздуха существенно и его влиянием нельзя пренебречь.

Вряд ли кто со мной не согласится, что кроме нашей планеты существуют и другие. Ускорение свободного падения, как это не странно, на всех планетах тоже различно. Их соотношение показано на диаграмме, а конкретные цифры можно увидеть на фоне этих планет.


hello_html_m1eda9252.png



Диаграмма, показывающая различность ускорения свободного падения на планетах.

hello_html_4f75a2e3.png

hello_html_m8e10525.gif















hello_html_3cd87fbd.jpgНа тело массой m, находящееся на поверхности Земли, действует сила тяготения hello_html_56549fba.gif, где M – масса Земли, а R – ее радиус.

Вследствие вращения Земли вокруг своей оси NS одновременно с планетой вращается и тело, находящееся на ней. На вращающееся тело действует центростремительная сила hello_html_m63d0ee41.gif. Здесь r – радиус вращения тела относительно оси NS, зависящей от широты местности.

Выражая линейную скорость U через угловую скорость вращения Земли hello_html_2fcf5c2b.gif, получим hello_html_a5a782f.gif, т.е. центростремительная сила, действующая на тело, которое вращается вместе с Землей с постоянной угловой скоростью, пропорциональна радиусу вращения. Таким образом, центростремительная сила изменяется с изменением широты местности; она больше там, где больше радиус вращения.

Зная величину и направление одной составляющей силы тяготения – центростремительной силы Fц, можно найти величину и направление второй составляющей – веса тела Р, достроив параллелограмм. Тогда hello_html_7fbc8423.gif, где P – вес тела. Отсюда следует, что hello_html_233a0778.gif, т.е. вес тела является векторной величиной, равной геометрической разности между силой тяготения и центростремительной силой. Так как центростремительная сила на полюсе Земли равна нулю, вес тела на полюсе Земли максимален и равен величине силы тяготения (приведенные рассуждения действительны для безвоздушного пространства). На экваторе Земли центростремительная сила максимальна, и ее направление совпадает с направлением силы тяготения, поэтому вес тела меньше силы тяготения на величину центростремительной силы.

Следует учитывать также, что Земля не является шаром: она сплющена у полюсов, т.е. расстояние от центра Земли до тела, находящегося на ее поверхности у полюса, несколько меньше, чем в других местах, а значит, и сила тяготения на полюсах наибольшая (сила обратно пропорциональная квадрату расстояния R2). Таким образом, вес любого тела на полюсе Земли больше, чем на экваторе, по двум причинам: вследствие меньшей центростремительной силы, которая здесь равна нулю, и вследствие меньшего радиуса Земли. Всякое тело, перенесенное с полюса на экватор, уменьшается в весе приблизительно на 0,005 его веса на полюсе.

Поскольку hello_html_m77042794.gif, ускорение свободного падения изменяется на различных широтах так же, как и вес тела.

В заключение необходимо отметить, что масса тела не зависит от широты местности, так же как и от высоты поднятия тела над земной поверхностью.

Вес тела и его масса являются разными понятиями, они связаны следующей зависимостью: P=mg. Вес – это сила, а масса – мера инертности тела. Масса тела характеризует также его гравитационные свойства (что следует из закона всемирного тяготения) и полную энергию тела (что следует из закона взаимосвязи и полной энергии тела).

Иногда грубо массу отожествляют с количеством вещества в теле, однако такое утверждение является ошибочным.

На практике часто пользуются единицей силы(веса) 1 кГ. Это объясняется следующим. При создании метрической системы мер не было четкого разграничения понятий массы и веса, и по прежним международным соглашениям вес международного прототипа килограмма, изготовленного из платино-иридиевого сплава в виде гири, на уровне моря для географической широты 450 принимался за единицу веса (силы) 1 кГ. По международному соглашению в системе СИ масса этого же прототипа килограмма принята за единицу массы. Вследствие вышеизложенного вес тела, выраженный в килограммах, совпадает с массой тела, также выраженной в килограммах, на уровне моря на широте 450. Приблизительно такое же численное равенство существует между весом тела и его массой и для других широт. Вот поему, если известен вес тела, например 20 кг, 14кг, 10т и т.д. и наоборот, если известна масса тела, известен его вес.

Численные значения массы и веса с системе СИ не совпадают, и связь между ними устанавливается по формуле P = mg. Вес как сила в системе СИ измеряется ньютонами, а масса килограммами.




































hello_html_m7487c1f0.gif










































Тhello_html_57db1b05.jpgак как ускорение свободного падения зависит от широты местности, то зная ускорение свободного падения можно определить широту местности соответствующую этой широте.

Мы знаем, что вес тела равен геометрической разности между силой тяготения и центростремительной силой P=FFц. Сила тяготения равна hello_html_md9d4c35.gif, а центростремительная сила равна hello_html_582c4804.gif. Прежде чем подставлять эти формулы в исходную необходимо найти радиус r малой окружности через радиус большой окружности. Рассматривая треугольник ОВО1 видно, что hello_html_m1542c048.gif. Подставляя данные формулы получаем hello_html_69a87ef9.gif. Так как F=mg, то hello_html_5af834bb.gif. Отсюда hello_html_m66ff59ac.gif.

Теперь необходимо найти ускорение свободного падения. Его мы будем искать 2 способами. 1- падение мяча с высоты, 2- колебание математического маятника.




Опыт первый.

Измерение ускорения свободного падения с помощью прибора для изучения движения тел.


Кhello_html_4d718c81.pngак мы уже знаем, тело брошенное вертикально в низ обладает ускорением свободного падения. В свою очередь свободное падение является одним из видов равноускоренного, при таком движении расстояние можно найти по формуле hello_html_6d85b2be.gif. При свободном падении тел отсутствует начальная скорость и начальная координата, поэтому высоту которую он пролетает за время своего полета можно определить по формуле hello_html_m60a8b1a3.gif(1). Отсюда ускорение свободного падения равно hello_html_6639f4dc.gif(2). Высота с которой мы будем бросать тело равно 4,9 метров. Для более точного определения ускорения свободного падения будем бросать тело 10 раз, при этом каждый раз засекая время. После чего определим среднее время и подставим во вторую формулу.


Таблица времени.


Время. t,с.

1

1,011

2

0,999

3

0,978

4

0,976

5

1,009

6

1,041

7

0,909

8

0,998

9

0,970

10

1,100


Вычислим hello_html_m2466462c.gif=0,9997 с.

Теперь у нас есть все величины, при помощи которых можно вычислить ускорение свободного падения. hello_html_6639f4dc.gif=hello_html_m2b279989.gif=9,8058 м/с2.

Имея ускорение свободного падения можно приступить к вычислению широты местности. hello_html_m66ff59ac.gif=hello_html_m1ae35575.gif=

=0,71548341. Теперь найдем угол, который будет соответствовать широте нашей местности. hello_html_17c50f4.gif= 44,3170, что действительно соответствует нашей географической широте.





Опыт второй.

Определение ускорения свободного падения при помощи математического маятника.



Для измерения ускорения свободного падения применяются разнообразные гравиметры, в частности маятниковые приборы. С их помощью удается измерить ускорение свободного падения с абсолютной погрешностью порядка 10-5 м/с2.

В работе используется простейший маятниковый прибор – шарик на нити. При малых размерах шарика по сравнению с длиной нити и небольших отклонениях от положения равновесия период колебания равен hello_html_f685f51.gif. Для увеличения точности измерения периода нужно измерить время t достаточно большого числа N полных колебаний маятника. Тогда период hello_html_m4e73b55f.gif, и ускорение свободного падения может быть вычислено по формуле hello_html_m548419b1.gif.


Проведение эксперимента.

  1. Установить на краю стола штатив. У его верхнего конца укрепить с помощью муфты кольцо и подвесить к нему шарик на нити. Шарик должен висеть на расстоянии 1-2 см от пола.

  2. Измерить лентой длину l маятника.

  3. Возбудить колебания маятника, отклонив шарик в сторону на 5-8 см и отпустив его.

  4. Измерить в нескольких экспериментах время t 45 колебаний маятника и вычислить tср : hello_html_5f226332.gifГде n – число опытов по измерению времени.




Таблица измерений


Время t

l

Число колебаний, N

1

100,14

1,2

45

2

110,222

1,2

45

3

90,035

1,2

45

4

95,04

1,2

45


Значит hello_html_m5d228e5c.gifс.

  1. вычислим ускорение свободного падения по формуле hello_html_m548419b1.gif отсюда следует, что hello_html_5a77538f.gifм/с2.


Определение широты местности при помощи ускорения свободного падения.

Как мы уже знаем ускорение свободного падения зависит от широты местности, поэтому, имея формулуhello_html_m66ff59ac.gif, найдем нашу широту.

coshello_html_6f95504e.gif=hello_html_m5f0e5780.gif=0.7125119, отсюда следует, что hello_html_6f95504e.gif=44,5600.



Заключение.

Мы изучили теорию по теме «Ускорение свободного падения» и провели ряд опытов, которые позволили определить это ускорение. При помощи полученного ускорения мы определили широту нашей местности, которая составила 44,50 и 44,30. Полученная широта совпадает с географической. Мы достигли поставленного результата, доказав опытным путём изученную теорию.

Использованная литература.


  1. Г.Я. Мякишев «Физика 8 класс».

  2. А.И. Гаева «Справочник по физике для поступающих в вузы».

  3. Б.И. Спасский «Хрестоматия по физике для 8-10 классов».

  4. Г.Я. Мякишев «Физика 11 класс».

  5. С.П. Мясников «Пособие по физике»

  6. Г.С. Ландсберг «Элементарный учебник физики».

  7. О.Ф. Кабардин «Справочные материалы по физике».




СОДЕРЖАНИЕ.





    1. Введение.

    2. Теория

      1. Опыты позволяющие определить существование ускорения свободного падения.

        • Опыт Галилея

        • Опыт Ньютона.

      2. Зависимость ускорения свободного падения.

        • От широты

        • От глубины Земли.

        • От высоты над Землей.

        • От космического тела.

      3. Зависимость ускорения свободного падения тел от широты местности.

    3. Практика

      1. опыт №1.

      2. опыт №2.

    4. Заключение.













Самые низкие цены на курсы переподготовки

Специально для учителей, воспитателей и других работников системы образования действуют 50% скидки при обучении на курсах профессиональной переподготовки.

После окончания обучения выдаётся диплом о профессиональной переподготовке установленного образца с присвоением квалификации (признаётся при прохождении аттестации по всей России).

Обучение проходит заочно прямо на сайте проекта "Инфоурок", но в дипломе форма обучения не указывается.

Начало обучения ближайшей группы: 20 декабря. Оплата возможна в беспроцентную рассрочку (10% в начале обучения и 90% в конце обучения)!

Подайте заявку на интересующий Вас курс сейчас: https://infourok.ru


Общая информация

Номер материала: ДВ-197201
Курсы профессиональной переподготовки
133 курса

Выдаем дипломы установленного образца

Заочное обучение - на сайте «Инфоурок»
(в дипломе форма обучения не указывается)

Начало обучения: 20 декабря
(набор групп каждую неделю)

Лицензия на образовательную деятельность
(№5201 выдана ООО «Инфоурок» 20.05.2016)


Скидка 50%

от 13 800  6 900 руб. / 300 часов

от 17 800  8 900 руб. / 600 часов

Выберите квалификацию, которая должна быть указана в Вашем дипломе:
... и ещё 87 других квалификаций, которые Вы можете получить

Похожие материалы

Получите наградные документы сразу с 38 конкурсов за один орг.взнос: Подробнее ->>