Лабораторная работа №4 «Сохранение механической энергии при движении тела под действием сил тяжести и упругости»
(Лабораторная работа в домашних условиях - дистанционная)
Цель работы: Изучить процесс уменьшения потенциальной энергии тела при увеличении кинетической энергии тела, и наоборот.
Задание:
1. Ответить на вопросы (1 балл).
Запишите формулы:
- импульс тела;
- кинетическая энергия;
- потенциальная энергия;
- потенциальная энергия взаимодействия тела и земли;
- потенциальная энергия упругодеформированного тела.
- закон сохранения механической энергии;
- закон сохранения импульса.
2. Решите задачи.
Задача 1 (2 балла) Камень массой m = 1 кг брошен вертикально вверх с начальной скоростью v0 = 9,8 м/с. Построить график зависимости от времени t кинетической Ек, потенциальной Еп и полной Е энергий камня для интервала 0 ͟< t ͟< 2 с. Сделать вывод.
Методические указания по выполнению и оформлению задач
1) Для определения
скорости запишем формулу:
, найдем проекцию
на ось оу: 
Подставляем разные значения времени, которые берем в таблице ниже и считаем скорость. Результаты скорость записываем в таблицу, например:
2) Для определения высоты воспользуемся формулами:
так как тело падает с начальной скоростью вверх, то для нахождения высоты
получим формулу: 
Например:
3) Рассчитайте
кинетическую энергию по формуле при каждом значении скорости
.
Результаты запишите в таблицу
4) Найдите потенциальную энергию Eпот = mgh, при каждом значении высоты. Результаты запишите в таблицу
5) Найдите значения полной механической энергии.
Еполн = Екин + Е пот
6) Заполните таблицу (первая подгруппа – первые 13 человек по списку) и по значения постройте графики.
|
t, с |
0 |
0,2 |
0,4 |
0,6 |
0,8 |
1 |
1,2 |
1,4 |
1,6 |
1,8 |
2 |
|
v, м/с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
h, м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ек |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ер |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Епол |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Заполните таблицу (вторая подгруппа) и по значения постройте графики.
|
t, с |
0 |
0,1 |
0,3 |
0,6 |
0,9 |
1 |
1,1 |
1,3 |
1,6 |
1,9 |
2 |
|
v, м/с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
h, м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ек |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ер |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Епол |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Задача 2 (1 балл). Тело брошено вертикально вверх со скоростью 40 м/с. На какой высоте его кинетическая энергия будет равна потенциальной?
Задача 3 (1 балл). На рисунке приведен график зависимости между удлинением пружины и растягивающей силой. Определить потенциальную энергию пружины, растянутой на 6 см. Указать физический смысл тангенса угла α.
Методические указания к задачам
Пример 1.
Пластилиновый шарик массой m, движущийся со скоростью v, налетает на покоящийся шарик пластилиновый шарик массой 2m. После удара шарики, слипшись, движутся вместе, какова скорость их движения?
Дано:
m
v
u-?
Решение:
Импульс до удара равен mv+2mv, после удара u(m+2m)
Согласно закону сохранения импульса
mv+2mv= u(m+2m)
тогда u= mv/(m+2m)
u=v / 3.
Cкорость уменьшилась в 3 раза
Пример 2.
Найти потенциальную энергию тела массой 3 кг, падающего свободно с высоты 5 м, на расстоянии 2 м от поверхности земли.
Решение:
На высоте 5 метров: Ep=mgh=3·10·5=150дж
На высоте 2 метра: Ep=mgh=30·2=60Дж
Пример 3.
К концу сжатия пружины детского пружинного пистолета на 3 см приложенная к ней сила была равна 20 Н. Найти потенциальную энергию сжатой пружины.
Дано:
l = 3 см = 0,03 м,
F = 20 Н.
Найти: Е
Потенциальная
энергия равна: 
Согласно закону Гука: F = kх, тогда
Решение:
Ответ: Е = 0,3 Дж.
Лабораторная работа №4 «Сохранение механической энергии при движении тела под действием сил тяжести и упругости»
(Лабораторная работа экспериментальная - выполняется на занятии в техникуме)
Цель работы: Изучить процесс уменьшения потенциальной энергии тела при увеличении кинетической энергии тела, и наоборот.
Задание:
1. Ответить на вопросы (1 балл).
Запишите формулы:
- импульс тела;
- кинетическая энергия;
- потенциальная энергия;
- потенциальная энергия взаимодействия тела и земли;
- потенциальная энергия упругодеформированного тела.
- закон сохранения механической энергии;
- закон сохранения импульса.
2. Решите задачи.
Задача 1(2 балла).
Установка по выполнению опыта показана на рисунке. Если несколько раз пускать шарик в неизменных условиях опыта, то значения дальности полета будут иметь некоторый разброс из-за влияния различных причин, которые невозможно учесть. В таких случаях за значение измеряемой величины принимается среднее арифметическое результатов, полученных в нескольких опытах.
Высота стола h =0,8м
Значения дальности полета l,м шарика в трех опытах у вас представлены в таблице.
2. Рассчитайте начальную скорость шарика v0, с которой он отрывается от поверхности стола.
Для получения
расчетной формулы определения начальной скорости
v0,
воспользуемся системой уравнений: 
преобразуем их для
нашего случая и получим, что
(1), 
(2)
Выразим время из
первого уравнения
и
подставим во второе
.
Тогда начальную
скорость можем определить зная
h
и
l
,
(4)
g
= 10
м/с2
Результаты начальной скорости шарика в каждом из опытов при разных значениях l запишите в таблицу.
3.
Зная начальную скорость в каждом из опытов, рассчитайте время падения шарика по
формуле
4.
Когда тело отрывается от поверхности стола, оно имеет начальную скорость,
следовательно, обладает кинетической энергией Екин 1, найдите ее по
формуле 
.
Масса шарика m= 0,032кг.
Находясь на высоте h, тело обладает также потенциальной энергией Епот 1, найдите ее по формуле Епот = mgh. Результаты запишите в таблицу.
5. При ударе тела о землю, оно приобретает скорость v. Посчитайте значения скорости в момент падения тела.
Запишем формулу для
равноускоренного движения тела
Находим проекции скоростей на оси х и у:
Окончательно:
, подставляем
проекции и получаем расчетную формулу 
и
рассчитайте ее в каждом опыте.
Результаты занесите в таблицу.
6.
При ударе тела о пол, оно имеет только кинетическую энергию
Екин 2. рассчитайте ее
по формуле 
.
Масса шарика m= 0,032кг. Значения конечной скорости v, возьмите из таблицы в предыдущей колонке.
Потенциальная энергия при ударе шарика о пол Епот2 = 0, так как тело падает на землю и h=0
7. Проверьте выполнение закона сохранения энергии Еполн1 = Еполн2,
где Еполн1 – полная энергия в первом положении тела, она равна Еполн1 = Екин1 + Епот1
Еполн2 – полная энергия во втором положении тела, она равна Еполн2 = Екин2
|
№ |
h,м |
l,м |
v0, м/с |
t, с |
Екин 1, Дж |
Епот 1, Дж |
v, м/с |
Екин 2, Дж |
Епол1 = Епол2 |
| 1 | |
|
|
Епот=mgh | |
|
Екин1 + Епот1 = Екин2 | ||
| 2 | |||||||||
| 3 | |||||||||
| 4 | |||||||||
| 5 |
Задача 2 (1 балл). Тело брошено вертикально вверх со скоростью 40 м/с. На какой высоте его кинетическая энергия будет равна потенциальной?
Задача 3 (1 балл). На рисунке приведен график зависимости между удлинением пружины и растягивающей силой. Определить потенциальную энергию пружины, растянутой на 6 см. Указать физический смысл тангенса угла α.
Критерии оценки
5 баллов – отлично 4 балла – хорошо
3 балла – удовлетворительно 1-2 балла – неудовлетворительно