Лабораторная работа на тему "математический маятник" (10 класс)

ФИО__________________________________________________________

Класс___________дата__________________________________________

Определение ускорения свободного падения при помощи математического маятника

Цель работы

определив период колебаний математического маятника, рассчитать ускорение свободного падения.

Теоретические основы работы

Период малых колебаний математического маятника определяется длиной нити l и зависит от сил, действующих на груз. В поле тяготения Земли в инерциальной системе отсчёта справедлива формула:

         (1)

откуда можно найти ускорение свободного падения:

        (2)

При колебаниях нить маятника действует на точку подвеса с силой F, значения которой изменяются тоже по колебательному закону. За полное колебание маятник дважды проходит через положение равновесия, поэтому период колебаний силы Т_F.в два раза меньше периода Т₀:

         (3)

Оборудование

·        грузик на нити

·        мерная лента

·        штатив

·        Карманный Компьютер (КПК) и/или ПК

·        Измерительный Интерфейс

·        Датчик силы

·        Датчик расстояния

Монтаж экспериментальной установки

Соберите установку в соответствии с рис.1.

1. Закрепите датчик силы (2) в штативе.
2. Подвесьте на крюк датчика нить маятника.
3. Установите датчик расстояния так, чтобы он фиксировал изменение положения грузика маятника.
4. Подключите датчики.

Установка параметров измерения

·        частота – 20 замеров в секунду

·        длительность – 10 секунд или Вручную

Порядок проведения эксперимента

1. Измерьте и запишите в протокол длину нити l.
2. Подготовьте КПК (или ПК) для проведения опыта.
3. Проведите пробный эксперимент и предварительную регистрацию данных. Убедитесь в удачном выборе параметров измерений или выберите другие.
4. Начните регистрацию данных. Отклоните грузик от положения равновесия, так чтобы нить составила с вертикалью угол не более 10⁰ и отпустите без толчка.
5. Сохраните результат эксперимента.

Обработка и анализ результатов

1. Откройте файл опыта на КПК или ПК.
2. Определите по графикам или по таблице значения периодов изменения координаты грузика Т₀  и силы натяжения нити Т_F для нескольких участков графика_.

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

3. Найдите средние значения Т₀ и Т_F  и убедитесь в справедливости соотношения (3).

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

4. Распечатайте графики или постройте их на миллиметровке, используя табличные данные.

 

5. Используя формулу (2), вычислите ускорение свободного падения по среднему значению Т_0.

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

6. Сравните полученное значение с табличным и сделайте выводы.

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

Вопросы для предварительного опроса и защиты ЛР

1. Что такое ускорение свободного падения?

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

2. Почему ускорение свободного падения не зависит от массы тела?

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

3. Что такое сила тяжести?

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

4. Сформулируйте закон всемирного тяготения.

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

5. Что такое период колебаний?

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

6. Чем определяется период колебаний математического маятника?

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

7. Запишите уравнение второго закона Ньютона для грузика при прохождении им положения равновесия.

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

8. Что измеряет датчик силы в этой работе?

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

9. Какие величины измеряются при выполнении лабораторной работы?

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

10. Какие величины нужно рассчитать при обработке результатов экспериментов?

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________