Нужно решить Лабораторная работа № 2 по теме:

«ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНА СОХРАНЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ».
Цель работы: научиться измерять потенциальную энергию поднятого над землей тела и
упругодеформированной пружины; сравнить два значения потенциальной энергии
системы.
Оборудование: штатив с муфтой и лапкой, динамометр лабораторный, линейка, груз
массой m на нити длиной около 25 см, набор картонок, толщиной порядка 2 мм, краска и
кисточка.

Теоретическая часть.

Эксперимент проводится с грузом, прикрепленным к одному концу нити длиной l.
Другой конец нити привязан к крючку динамометра. Если поднять груз, то пружина
динамометра становится недеформированной и стрелка динамометра показывает ноль,
при этом потенциальная энергия груза обусловлена только силой тяжести. Груз
отпускают, и он падает, вниз растягивая пружину. Если за нулевой уровень отсчета
потенциальной энергии взаимодействия тела с Землей взять нижнюю точку, которую он
достигает при падении, то очевидно, что потенциальная энергия тела в поле силы
тяжести переходит в потенциальную энергию деформации пружины динамометра:
где Δl – максимальное удлинение пружины, k - ее жесткость.

Трудность эксперимента состоит в точном определении максимальной деформации
пружины, т.к. тело движется быстро.

Ход работы:

1. Соберите установку, показанную на рисунке. Укрепите динамометр в лапке штатива.
2. Привяжите груз к нити, другой конец нити привяжите к крючку
динамометра и измерьте вес груза. В данном случае
P = F Т = mg. Р = .
3. С линейки измерьте длину нити l, на которой
привязан груз. l = .
4. На нижний конец груза нанесите немного краски.
5. Поднимите груз до точки закрепления нити.
6. Отпустите груз и убедитесь по отсутствию краски на столе, что
груз не касается его при падении.
7. Повторяйте опыт, каждый раз подкладывая картонки до тех
пор. Пока на верхней картонке не появятся следы краски.
8. Взявшись за груз рукой, растяните пружину до его соприкосновения с верхней
картонкой и измерьте динамометром максимальную силу упругости F упр и линейкой
максимальное растяжение пружины Δl пр , отсчитывая его от нулевого деления
динамометра. F упр = , Δl пр = .
9. Вычислите высоту, с которой падает груз: h = l + Δl пр (это высота, на которую
смещается центр тяжести груза).
h =
10. Вычислите потенциальную энергию поднятого груза (т.е. перед началом падения):

11. Вычислите потенциальную энергию деформированной пружины :

где .

Подставив выражение для k в формулу для энергии получим:

ОЦЕНКА

12. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу.
Вес
груза
P,
(Н)

Длина
нити
l ,
(м)
Максимальное
растяжение
пружины
Δl пр ,
(м)

Максимальная
сила
упругости
F упр ,
(Н)

Высота,
с
которой
падает
груз
h = l + Δl
(м)
Потенциальная
энергия
поднятого
груза
(Дж)

Энергия
деформированной
пружины :
,
(Дж)

1 0.2 0.06 16
13. Сравните значения потенциальной энергии в первом и во втором состояниях
системы:
ВЫВОД:



Дополнительно:
1. От чего зависит потенциальная энергия системы?
2. От чего зависит кинетическая энергия тел?
3. В чем состоит закон сохранения полной механической энергии?


4. Отличия и сходства силы тяжести от силы упругости (определения, обозначения,
направление, единицы измерения в СИ).



5. Вычислите относительные и абсолютные погрешности измерения энергии:
; ;
; .
6. Решить задачу:
Мяч массой 100г брошен вертикально вверх со скоростью 20 м/с. Чему равна
потенциальная энергия его в высшей точке подъема? Сопротивление воздуха не
учитывать.
Дано: СИ: Решение:

Добрый день! Для выполнения лабораторной работы по изучению закона сохранения механической энергии, мы будем использовать следующее оборудование: штатив с муфтой и лапкой, динамометр, линейка, груз массой m на нити длиной около 25 см, набор картонок, толщиной порядка 2 мм, краска и кисточка.

Теперь перейдем к самой лабораторной работе. Для начала, нам нужно собрать установку, как показано на рисунке. Закрепим динамометр в лапке штатива.

Затем привяжем груз к одному концу нити, а другой конец нити привяжем к крючку динамометра. Измерим вес груза при помощи динамометра. В данном случае, вес груза (P) можно определить как произведение массы груза (m) на ускорение свободного падения (g): P = Fт = m*g.

Далее, возьмем линейку и измерим длину нити (l), на которой привязан груз.

На нижний конец груза нанесем немного краски. Затем поднимем груз до точки закрепления нити и отпустим его, убедившись, что груз не касается стола при падении.

Далее, будем повторять опыт, каждый раз подкладывая картонки до тех пор, пока на верхней картонке не появятся следы краски.

Затем, возьмем груз рукой и растянем пружину до его соприкосновения с верхней картонкой. Измерим при помощи динамометра максимальную силу упругости (Fупр) и максимальное растяжение пружины (Δlпр), отсчитывая его от нулевого деления динамометра.

Теперь, вычислим высоту, с которой падает груз. Высоту, на которую смещается центр тяжести груза, можно определить как сумму длины нити (l) и максимального растяжения пружины (Δlпр): h = l + Δlпр.

Далее, вычислим потенциальную энергию поднятого груза (Epоднятого груза). Формула для вычисления потенциальной энергии груза, поднятого над землей, выглядит следующим образом: Epоднятого груза = m*g*h.

Теперь, вычислим потенциальную энергию деформированной пружины (Epпружины). Формула для вычисления потенциальной энергии деформированной пружины выглядит следующим образом: Epпружины = (1/2)*k*(Δlпр)^2, где k - жесткость пружины.

Подставив выражение для k в формулу для вычисления Epпружины, получим: Epпружины = (1/2)*Fупр*(Δlпр)^2.

После решения всех вычислений, занесем полученные значения в таблицу.

Теперь, сравним значения потенциальной энергии в первом и втором состояниях системы и сделаем выводы.

Ответим также на дополнительные вопросы:

1. Потенциальная энергия системы зависит от высоты падения груза и его массы.

2. Кинетическая энергия тела зависит от его массы и скорости движения.

3. Закон сохранения полной механической энергии состоит в том, что полная механическая энергия системы, состоящей из потенциальной энергии и кинетической энергии, остается постоянной, если система не взаимодействует с внешними силами.

4. Сила тяжести определяется массой тела и ускорением свободного падения, имеет направление вниз и измеряется в ньютонах. Сила упругости определяется жесткостью пружины, имеет направление противоположное смещению и измеряется также в ньютонах.

5. Для вычисления относительной погрешности измерений энергии используем формулу: относительная погрешность = (измеренное значение - точное значение) / точное значение * 100%. Для вычисления абсолютной погрешности измерений энергии используем формулу: абсолютная погрешность = измеренное значение - точное значение.

6. Для решения задачи, где мяч массой 100г брошен вертикально вверх со скоростью 20 м/с, мы можем определить потенциальную энергию его в высшей точке подъема используя формулу Ep = m*g*h. С учетом того, что сопротивление воздуха не учитывается.

Все вычисления и ответы занесем в соответствующие таблицы и выводы. Следуя этим инструкциям, ученик сможет успешно выполнить данную лабораторную работу.