Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Инфоурок / Физика / Другие методич. материалы / Работа физического практикума "Исследование колебаний физического маятника"
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: 26 апреля.

Подать заявку на курс
  • Физика

Работа физического практикума "Исследование колебаний физического маятника"

библиотека
материалов

Исследование колебаний физического маятника.


При изучении физики в 10 классе на профильном уровне в разделе «Механика» вводится понятие момента инерции абсолютно твёрдого тела. К сожалению, математических знаний учащихся недостаточно для глубокого усвоения этого понятия. Более того, учащиеся не всегда понимают практическое значение момента инерции при вращательном движении абсолютно твёрдого тела.

Частично эти пробелы можно устранить введением в физический практикум работы по изучению колебаний физического маятника, в которой учащиеся увидят, чем колебания физического маятника отличаются от колебаний математического маятника, какова роль момента инерции и как он вычисляется в простейших случаях.


Цель: научиться определять момент инерции абсолютно твёрдого тела относительно произвольной оси вращения, экспериментально проверить формулу периода колебаний физического маятника.

Оборудование: деревянный стержень прямоугольного сечения длиной 50 см и массой 56 г с отверстиями для подвеса; штатив с муфтой и лапкой; ось вращения на деревянном цилиндре; линейка с миллиметровыми делениями; секундомер.


Содержание и метод выполнения работы.

Физическое тело считается абсолютно твёрдым, если в процессе движения оно не меняет ни своей формы, ни размеров.

Движение, при котором все точки твёрдого тела движутся по окружностям, центры которых лежат на одной прямой, называется вращательным движением. Динамика вращательного движения описывается уравнением, аналогичным второму закону Ньютона:

M =

где M – момент силы, действующей на тело, ε – угловое ускорение, а J – момент инерции твёрдого тела относительно оси вращения.

Моментом инерции тела относительно оси называется скалярная величина, равная сумме произведений масс mi всех материальных точек, образующих физическое тело, на квадраты расстояний ri до оси вращения:

J = Σmihello_html_5c76ef03.gif

Для тел правильной геометрической формы моменты инерции можно вычислить аналитически. В случае тела произвольной формы момент инерции находится только опытным путём.

Если известен момент инерции тела относительно оси, проходящей через его центр масс (центр инерции), то момент инерции относительно любой другой параллельной оси определяется теоремой Штейнера: момент инерции тела J относительно любой оси вращения равен моменту его инерции JC относительно параллельной оси, проходящей через центр масс тела, сложенному с произведением массы m тела на квадрат расстояния RC между осями:

J = JC + mhello_html_89c10a6.gif

Таким образом, из теоремы Штейнера следует, что тело имеет минимальный момент инерции, когда вращается вокруг оси, проходящей через его центр масс (инерции).

Одним из важных примеров вращательного движения твёрдого тела является колебание физического маятника. В отличие от математического маятника период его колебаний определяется формулой:

T0 = 2πhello_html_5461aaaa.gif (1)

где J – момент инерции маятника относительно вращения, m – масса маятника, g – ускорение свободного падения, а d – расстояние от оси вращения до центра масс маятника.

В данной работе в качестве физического маятника используется однородный деревянный стержень прямоугольного сечения. Т.к. ширина и толщина стержня много меньше его длины, то стержень можно считать тонким, а т. к. он однородный, то центр масс расположен в его геометрическом центре, т.е. посредине. Для такого стержня момент инерции относительно центра масс равен:

JC = hello_html_m1bcf515d.gif ml2

где l – длина стержня. Если стержень подвешен на расстоянии d от центра масс, то его момент инерции в этом случае по теореме Штейнера равен

J = JC + md2

Меняя точку подвеса маятника, нужно определить в каждом случае момент инерции маятника, а также определить опытным путём период его колебаний, используя известную формулу

T = hello_html_m31ee2141.gif

и сравнить его с теоретическим значением T0.


Порядок выполнения работы.

1.Подготовьте в тетради таблицу для записи результатов измерений и вычислений:



l, м


m, кг


JC,

кг×м2


d, м


J,

кг×м2


T0, с


N


t, с


T, с


εT, %

1





0,5





0,056









2








3








4








5









2.Подвесьте стержень на ось вращения в самой верхней точке и, отклонив стержень на угол ≈ 50, определите время t заданного числа колебаний N. По этим данным определите период колебаний T и запишите его в таблицу. Повторите измерения для других осей вращения.

3.Для каждого опыта измерьте расстояние d от оси вращения до центра масс и рассчитайте по соответствующим формулам JC, J и T0. Данные запишите в таблицу.

4.Для каждого опыта определите относительную погрешность определения периода колебаний по формуле:

εT = hello_html_m2d30f26c.gif ×100%

5.В осях координат Tи d постройте графики зависимости теоретического T0 и экспериментального T периодов колебаний от расстояния от оси вращения до центра масс d (данные эксперимента откладывайте отдельными точками, через теоретические точки проведите плавную кривую). Масштаб: по оси T: в 1 см – 0,05 с (отсчёт начинайте не с нуля, а с 1 с); по оси d: в 1 см – 0,05 м.

6.Используя пункты 4 и 5, сделайте соответствующие выводы.





4


Автор
Дата добавления 27.09.2015
Раздел Физика
Подраздел Другие методич. материалы
Просмотров206
Номер материала ДВ-014268
Получить свидетельство о публикации

"Инфоурок" приглашает всех педагогов и детей к участию в самой массовой интернет-олимпиаде «Весна 2017» с рекордно низкой оплатой за одного ученика - всего 45 рублей

В олимпиадах "Инфоурок" лучшие условия для учителей и учеников:

1. невероятно низкий размер орг.взноса — всего 58 рублей, из которых 13 рублей остаётся учителю на компенсацию расходов;
2. подходящие по сложности для большинства учеников задания;
3. призовой фонд 1.000.000 рублей для самых активных учителей;
4. официальные наградные документы для учителей бесплатно(от организатора - ООО "Инфоурок" - имеющего образовательную лицензию и свидетельство СМИ) - при участии от 10 учеников
5. бесплатный доступ ко всем видеоурокам проекта "Инфоурок";
6. легко подать заявку, не нужно отправлять ответы в бумажном виде;
7. родителям всех учеников - благодарственные письма от «Инфоурок».
и многое другое...

Подайте заявку сейчас - https://infourok.ru/konkurs


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


Идёт приём заявок на международный конкурс по математике "Весенний марафон" для учеников 1-11 классов и дошкольников

Уникальность конкурса в преимуществах для учителей и учеников:

1. Задания подходят для учеников с любым уровнем знаний;
2. Бесплатные наградные документы для учителей;
3. Невероятно низкий орг.взнос - всего 38 рублей;
4. Публикация рейтинга классов по итогам конкурса;
и многое другое...

Подайте заявку сейчас - https://urokimatematiki.ru

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