Инфоурок / Физика / Другие методич. материалы / Работа физического практикума "Исследование колебаний физического маятника"
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"

Работа физического практикума "Исследование колебаний физического маятника"




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

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


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: 13 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-014268
Курсы профессиональной переподготовки
133 курса

Выдаем дипломы установленного образца

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

Начало обучения: 13 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 ->>