Методические указания по проведению практической работы «Расчет основных кинематических величин» по учебной дисциплине "Физика"

УПРАВЛЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ ЛИПЕЦКОЙ ОБЛАСТИ

ГОАПОУ «Липецкий металлургический колледж»

 

Методические указания по проведению практических работ  по дисциплине «Физика»

Раздел 1 «Механика»
Практические занятия
№1. «Расчет основных кинематических величин»
	для специальности(группы специальностей):1 курса 13.02.11 Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (по отраслям), 15.02.01 Монтаж и техническая эксплуатация промышленного оборудования (по отраслям), 15.02.07 Автоматизация технологических процессов и производств (по отраслям), 22.02.01 Металлургия черных металлов 22.02.05 Обработка металлов давлением 09.02.01 Компьютерные системы и комплексы 09.02.04 Информационные системы (по отраслям) 09.02.05 Прикладная информатика (по отраслям) 15.02.03 Техническая эксплуатация гидравлических машин, гидроприводов и гидропневмоавтоматики
	Липецк-2015

Методические указания по проведению практических работ по
дисциплине ОДп 12 «Физика» для специальностей 13.02.11 Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (по отраслям), 22.02.01 Металлургия черных металлов, 22.02.05 Обработка металлов давлением, 15.02.01 Монтаж и техническая эксплуатация промышленного оборудования (по отраслям), 15.02.07 Автоматизация технологических процессов и производств (по отраслям), 09.02.01 Компьютерные системы и комплексы, 09.02.04 Информационные системы (по отраслям), 09.02.05 Прикладная информатика(по отраслям), 15.02.03 Техническая эксплуатация гидравлических машин, гидроприводов и гидропневмоавтоматики по разделу «Механика».

Составитель:       Красникова Л.Н., преподаватель математических дисциплин

ОДОБРЕНО Цикловой комиссией МОЕНД Председатель: _______________ /Красникова Л.Н./

Заместитель директора по учебной работе: _________________/Перкова Н. И./

Методические указания по проведению практических работ предназначены для студентов ГОАПОУ «Липецкий металлургический колледж» специальности 1 курса для подготовки к практическим работам с целью освоения практических умений и навыков по разделу 1 «Механика».

Методические указания по проведению практических работ составлены в соответствии с рабочей программой ОДп 12 для специальностей 13.02.11 Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (по отраслям), 22.02.01 Металлургия черных металлов, 22.02.05 Обработка металлов давлением, 15.02.01 Монтаж и техническая эксплуатация промышленного оборудования (по отраслям), 15.02.07 Автоматизация технологических процессов и производств (по отраслям), 09.02.01 Компьютерные системы и комплексы, 09.02.04 Информационные системы (по отраслям), 09.02.05 Прикладная информатика(по отраслям), 15.02.03 Техническая эксплуатация гидравлических машин, гидроприводов и гидропневмоавтоматики

Введение

Методические указания по выполнению практической работы разработаны согласно рабочей программе ОДп 12 «Физика» для специальностей 1 курса по разделу 1 «Механика».

Практические работы направлены на овладение следующими знаниями и умениями.

В результате изучения раздела студенты должны:

знать:

-   - виды механического движения в зависимости от формы траектории и скорости перемещения тела

-   понятие траектории, пути, перемещения;

-   различие классического и релятивистского законов сложения скоростей; относительность понятий длины и промежутков времени.

уметь:

-    формулировать понятия: механическое движение, скорость и ускорение, система отсчета;

-   изображать графически различные виды механических движений;

-   решать задачи с использованием формул для равномерного и равноускоренного движений.

- приобретения практического опыта деятельности, предшествующей профессиональной, в основе которой лежит данный учебный предмет.

Практические работы следует проводить по мере прохождения студентами теоретического материала.

Практические работы рекомендуется производить в следующей последовательности:

- вводная беседа, во время которой кратко напоминаются теоретические вопросы по теме работы, разъясняется сущность, цель выполнения работы;

- самостоятельное выполнение заданий;

- защита практической работы в форме собеседования.

Методические указания к выполнению практической работы для студентов

1.                К выполнению практической работы необходимо приготовиться до начала занятия, используя рекомендованную литературу и конспект лекций.

2.                Студенты обязаны иметь при себе линейку, карандаш, калькулятор, тетрадь.

3.                При подготовке к сдаче практической работы, необходимо ответить на предложенные контрольные вопросы.

Практическая работа №1

Тема:  «Расчет основных кинематических величин».

Цель:  Научиться применять основные формулы равноускоренного движения при расчете основных кинематических величин для различных случаев равноускоренного движения.

Порядок выполнения работы:

1.    Внимательно прочитать теоретическую часть и план решения задач

2.    Рассмотреть примеры решения задач

3.    Ответить на контрольные вопросы.

4.    Получить и выполнить индивидуальные задания.

Теоретическая часть

Наименование	В векторном виде	В проекциях на ось Ох	В скалярном виде
Равномерное прямолинейное движение
Скорость
Координата (управление движения)	-		-
Равноускоренное прямолинейное движение
Средняя скорость		-	-
Мгновенная скорость
Уравнение скорости	-		-
Перемещение
Координата (уравнение движения)	-		-
Криволинейное движение
Линейная скорость	-	-
Период	-	-
Частота	-	-
Циклическая частота	-	-
Центростремительное ускорение	-	-

План решения задач

1.    Внимательно прочитать задачу, проанализировать условие, выяснить характер движения (равномерное, равноускоренное, прямолинейное, криволинейное). Выписать числовые значения заданных величин.

2.    Сделать схематический чертеж, отображающий описанное в задаче движение. Изобразить на нем траекторию движения, векторы скорости, ускорения, перемещения.

3.    Выбрать систему координат, при этом координатные оси направить так, чтобы проекции векторов на них выражались возможно более простым образом. Отметить координаты движущегося тела в заданные и интересующие нас моменты времени, спроектировать векторы скоростей и ускорений на оси координат.

4.    Составить для данного движения уравнения, отражающие математическую связь между проекциями векторов на оси координат. Составить уравнения, отражающие дополнительные условия задачи. Число уравнений должно быть равно числу неизвестных величин.

5.    Решить составленную систему уравнений относительно искомых величин и получить ответ сначала в аналитическом виде (т.е. получить расчетные формулы).

6.    Подставить в расчетные формулы вместо обозначений физических величин обозначения их единиц в СИ, произвести преобразования и убедиться, получаются ли в результате единицы искомых величин.

7.     Подставить в расчетные формулы числовые значения физических величин и произвести вычисления. Оценить реальность полученного результата.

Примеры решения задач

Пример 1.

Моторная лодка проходит расстояние между А и В за 3 часа, а плот – за 12 часов. Сколько времени затратит моторная лодка на обратный путь?

Дано: t1=3 ч tпл=12 ч	Решение: Введем следующие обозначения: L - расстояние между А и В, vp- скорость течения реки, vл - собственная скорость лодки.
t2-?

Тогда скорость лодки по течению равна (v_p + v_л), против течения - (v_p - v_л). Используя формулу  и условие задачи, получим:

      (1)

    (2)

   (3)

Выразим из (1) и (2) L и приравняем правые части полученных выражений:

Тогда из (3) Þ         (4)

Из (1) Þ .

Подставим полученное выражение для L в (4):

Ответ: t₂ = 6ч.

Пример 2.

При равноускоренном движении тело прошло в первые два равных последовательных промежутка времени 3 с путь 18 м и 54 м. Найти начальную скорость и ускорение.

Дано: t=3 с S1=18м S2=54м	Решение: ,  (1)   (2) где v0 - начальная скорость движения для первого участка пути, v'0 - для второго участка. Так как эти участки являются последовательными, то v'0является одновременно конечной скоростью для S1.
V0-? a -?

Следовательно  (3)

Из (2) и (3) Þ.

Вычитая почленно из полученного выражения (1), получаем:

,

Из (1) Þ

Ответ:

Пример 3.

Расстояние между двумя пунктами 1,5 км. Первую половину этого расстояния автомобиль проходит равноускоренно, вторую – равнозамедленно с тем же по модулю ускорением. Максимальная скорость автомобиля 54 км/ч. Найти ускорение и время движения автомобиля между пунктами.

Дано: v= 54 км/ч = 15 м/с l =1,5 км = 1500 м	Решение: Для первой половины пути, учитывая, что V 0 = 0: откуда выражаем а:
a - ? t - ?

Конечная скорость для первой половины путиоткуда время движения по первой половине пути

Время движения по второй половине пути t₂ будет равно t₁. Действительно, учитывая, что конечная скорость для второго участка пути равна нулю, получаем:

, т.е.

Следовательно, полное время движения автомобиля

Ответ:

Пример 4.

В последнюю секунду свободного падения тело прошло пятую часть своего пути. С какой высоты оно упало?

Дано: t1=1 c	Решение: Для решения задачи введем обозначения: Н - высота, с которой падает тело, t0 - время всего полета, v0 - начальная скорость для участка пути, пройденного в последнюю секунду
H - ?

Применяем формулу , учитывая, что при свободном падении а = g и заменяя S на Н:

   (1)

  (2)

где t = 1 с.

Кроме того, v₀ можно выразить как конечную скорость для участка пути, пройденного за время (t₀ - t):

Подставим полученное выражение в (2):

(3)

Решая совместно (1) и (3), и учитывая, что t = 1 с, получаем квадратное уравнение

, откуда

Условию задачи удовлетворяет только t₀₁, т.к. t₀₂< t. Подставим значение t₀₁ в (1):

.

Ответ: H = 442 м.

Пример 5.

Из одной точки вертикально вверх брошены два тела с одинаковыми начальными скоростями и интервалом времени 2 с. Определить их начальные скорости, если тела встретились через 5 с после бросания первого тела.

Дано: t0 = 2 с t = 5 с	Решение: Тела двигаются вверх равнозамедленно с ускорением свободного падения g. Согласно условию первое тело двигалось до встречи в течение времени t, второе – (t – t0).
v0 - ?

Направляя ось Y вертикально вверх, запишем, соответственно, координаты первого и второго тела:

В момент встречи y₁ = y₂ следовательно

.

Выражаем v₀:

,

Ответ: v₀ = 39,2 м/с.

Пример 6.

Под каким углом к горизонту нужно бросить с Земли тело, чтобы его максимальная высота подъема была в четыре раза меньше дальности полета.

Дано: H = l/4	Решение:
v0 - ?

Вектор начальной скорости v₀ разложим на проекции вдоль осей X и Y

.

Вдоль оси Y тело движется равнозамедленно до наивысшей точки траектории, затем равноускоренно до падения на Землю. Высота подъема:

,  (1)

где t - время подъема (такое же время тело падает вниз). В верхней точке траектории y = 0, следовательно,

.   (2)

Вдоль оси X тело движется равномерно со скоростью v₀x в течение времени 2t. Дальность полета

     (3)

Подставим (2) в (1) и в (3):

,

.

Учтем, что 4H = l:

,

Ответ:.

Пример 7.

Длина минутной стрелки башенных часов равна 4,5 м. С какой линейной скоростью перемещается конец стрелки? Какова угловая скорость движения стрелки?

Дано: l = 4,5 м	Решение: Период вращения минутной стрелки Т = 1 ч = 3600 с. Находим угловую скорость:
v - ? w - ?

.

Длина стрелки l является радиусом вращения конца стрелки, поэтому, линейная скорость

Ответ:

Контрольные вопросы для самопроверки

1.     Какое движение называется механическим?

2.     Какое тело можно считать материальной точкой?

3.     Чем различаются понятия «система отсчета» и «система координат»?

4.     Что такое траектория движения?

5.     Что такое вектор перемещения?

6.     Что характеризует скорость движения тела?

7.     Как направлен вектор мгновенной скорости?

8.     Какое движение называют прямолинейным?

9.     Что характеризует ускорение?

10. Что характеризует тангенциальное и нормальное ускорение? Как они направлены?

11.  Какое прямолинейное движение называют равноускоренным; равнозамедленным?

12.  Дайте определение ускорения свободного падения.

13.  Чем отличается падение тел в воздухе от падения в вакууме?

14.  По какой траектории движется тело, брошенное под углов к горизонту?

15.  Как влияет сила сопротивления воздуха на дальность полета снарядов?

16.  Что такое период движения?

17.  Дайте определение угловой скорости.

18.  Почему равномерное движение по окружности является ускоренным?

19.  Чему равно центростремительное ускорение и куда оно направленно?

20.  Какая связь существует между линейной и угловой скоростями?

Индивидуальные задания к практической работе №1

Вариант №1

1.     Тело движется равноускоренно с ускорением 1 м/с². Начальная скорость равно нулю. Какова скорость тела через 5с после начала движения?

2.    Велосипедист движется под уклон с ускорением 0,1 м/с² . Какая скорость будет через 30 с, если его начальная скорость 5 м/с?

3.    Тело движется прямолинейно. В начале и в конце движения модуль скорости одинаков. Могло лм тело двигаться с постоянным ускорением?

Вариант №2

1.                С каким ускорением движется трогающийся с места трамвай, если он набирает скорость 36км/ч за 25 с?

2.                Автомобиль через 10 с приобретает скорость  20 м/с. С каким ускорением двигался автомобиль? Через какое время его скорость станет равной 108 км/ч, если он будет двигаться с тем же ускорением?

3.                Поезд движется с ускорением а(а>0). Известно, что к концу четвертой секунды скорость поезда равно 6 м/с. Что можно сказать о пути, пройденном за четвертую секунду: будет этот путь больше, меньше или равен 6м?

Вариант №3

1.                 Поезд, отходя от станции, набирает скорость 15 м/с за 1 мин. Каково его ускорение?

2.                Отъезжая от остановки, автобус за 10 с развил скорость 10 м/с. Определите ускорение автобуса. Каким будет ускорение автобуса в системе отсчета, связанной с равномерно движущимся автомобилем, проезжающим мимо остановки автобуса со скоростью 15 м/с?

3.                Два поезда идут навстречу друг другу: один – разгоняется в направлении на север; другой – тормозит в южном направлении. Как направлены ускорения поездов?

Вариант №4

1.    За какое время автомобиль, трогаясь с места с ускорением 0,5 м/с² , приобретает скорость 20 м/с ?

2.    Тело движется равноускоренно. Сколько времени оно будет двигаться в том же направлении, что и в начальный момент, если u_0х= 20 м/с, а_х= - 4 м/с²?

3.    Ось ОХ направлена вдоль траектории прямолинейного движения тела. Что вы можете сказать о движении, при котором: а)u_х<0 , а_х>0; б) u_х<0, а_х<0; в) u_х>0, а_х=0

Вариант №5

1.    Зависимость скорости от времени при разгоне автобуса задана формулой u_х=0,6t. Найти скорость автобуса через 5 с.

2.    За 1-ю секунду равноускоренного движения скорость тела увеличилась с 3 м/с до 5м/с. Каково ускорение тела? Какой станет скорость к концу 3-й секунды?

3.    Ось ОХ направлена вдоль траектории прямолинейного движения тела. Что вы можете сказать о движении, при котором: а)u_х>0 , а_х>0; б) u_х>0, а_х<0; в) u_х<0, а_х=0

Вариант №6

1.    Скорость автомобиля за 10 с уменьшилась 54 км/ч до 36 км/ч. Определите ускорение автомобиля.

2.    Тело движется равноускоренно без начальной скорости. Через 7 с после начала движения u_х = 6 м/с. Как найти скорость тела в конце 14-ой секунды после начала движения, не вычисляя ускорения?

3.    Нет ли ошибки в следующем описании прямолинейного движения: на первом этапе движения u_х>0, а_х=0; на втором - u_х>0 , а_х>0; на третьем - u_х<0 , а_х>0; и наконец, на четвертом этапе u_х<0, а_х=0? Обоснуйте свой ответ.

Вариант №7

1.                Какой путь прошел вагон поезда за 15 с, двигаясь с ускорением 0,3 м/с² , если его начальная скорость была 1 м/с?

2.                Двигаясь равноускоренно вдоль прямой, за 20 с тело прошло путь 6 м. В процессе движения скорость тела возросла в 5 раз. Определите начальную скорость тела.

3.                Самолет затрагивает на разбег 24 с. Рассчитайте длину разбега самолета и скорость  в момент отрыва, если на половине длины разбега он имел скорость, равную 30 м/с.

Вариант №8

1.                Гору длиной 50 м лыжник прошел за 10 с, двигаясь с ускорением 0,4 м/с². Чему равна скорость лыжника в начале пути?

2.                Шарик, скатываясь по наклонной плоскости из состояния покоя, за первую секунду прошел путь 10 см. Какой путь он пройдет за первые 3 с?

3.                Поезд, трогаясь из состояния покоя, движется равноускоренно. На первом километре скорость поезда возросла на 10 м/с. На сколько возрастет скорость на втором километре пути?

Вариант №9

1.                Автомобиль начинает движение из состояния покоя с постоянным ускорением. За первые 10 с он проходит путь 150 м. Чему равно ускорение тела автомобиля?

2.                Шайба скользит до остановки 5 м, если ей сообщить начальную скорость 2 м/с. Какой путь пройдет до остановки шайба, если ей сообщить начальную скорость 4 м/с? Ускорение шайбы постоянно.

3.                В течение 6 с тело движется равнозамедленно, причем в начале шестой секунды его скорость 2 м/с, а в конце – равна нулю. Какова длина пути, пройденного телом?

Вариант №10

1.                Автомобиль, двигаясь равноускоренно с начальной скоростью 5 м/с, прошел за первую секунду путь 6 м. Найдите ускорение автомобиля.

2.                В конце уклона лыжник развил скорость 8 м/с. Найдите начальную скорость лыжника и ускорение, с которым он двигался, если весь уклон длиной в 100м он прошел за 20 с.

3.                За первую секунду равнозамедленного движения автомобиль прошел половину тормозного пути. Определите полное время торможения.