| Лабораторная работа ДИНАМИКА | |
| Автор: drug | Категория: Естественные науки / Физика | Просмотров: | Комментирии: 0 | 04-01-2013 18:40 |
Лабораторная работа № 15. ДИНАМИКА
Инструкция по выполнению работы
Цель работы: Научиться разрабатывать экспериментальные установки, проводить опыты по теме «Основы динамики».
Задание 1. Изучите по школьному учебнику тему «Основы динамики». Повторите основные знания, которые должны быть усвоены учащимися в этом разделе и выпишите формулировки их суждений в тетрадь (смотри названия опытов в задании 3).
Задание 2. Изучите по описаниям и инструкциям следующие приборы:
1) вращающийся диск с принадлежностями;
2) электродвигатель с принадлежностями;
2) динамометр демонстрационный;
Задание 3. Разработайте принципиальные схемы и смонтируйте с помощью имеющихся приборов экспериментальные установки для следующих опытов:
1. Первый закона Ньютона;
2. Сравнение масс взаимодействующих тел
3. Второй закон Ньютона;
4. Третий закон динамики.
Задание 4. Подготовьтесь к проведению экспериментов с собранными ЭУ по следующему плану:
1. Цель эксперимента;
2. Разработка метода эксперимента;
3. Проектирование и конструирование ЭУ (или описание готовой ЭУ);
4. Составление плана проведения эксперимента;
5. Анализ полученных результатов;
6. Формулирование вывода из опыта;
7. Формулирование эмпирического вывода;
8. Теория эксперимента.
Задание 5. Подготовьте письменный отчет по выполнению работы, включив в него:
1. Название работы; цель работы;
2. Результаты выполнения задания №1;
3. Краткое описание приборов, используемых в работе;
4. Описание экспериментов по указанному в задании 4 плану с рисунком монтажной схемы сконструированной ЭУ.
Описания приборов, используемых в теме
Вращающийся диск с принадлежностями (рис.1) служит для опытов по вращательному движению. Набор состоит из стального диска 1 диаметром 430 мм, который в центре имеет шарикоподшипник. Диск с подшипником надевают на короткий стержень, зажимают в массивной треноге от универсального шта-тива.
Диск приводится во вращение либо вручную или с помощью уни-версального электродвигателя или центробежной машины. Для этой цели диск снизу имеет двухступенчатый шкив. Вращение диска с помощью электродвигателя по-зволяет плавно регулировать число оборотов изменением напряжения с помощью ре-гулятора РНШ.
Рис.1
К диску прилагаются маятниковый тахометр 2, желоб с делениями 3 и роликом на одном конце, два стальных катка 4 с массами 250 и 500 г, тесьма 5,две стойки 7 и дуга 6 с маятником, трубка с желобом 8 и шарики 9 и другие детали.
Перед началом опыта добиваются строгой горизонтальности диска, подкладывая под треногу деревянные клинышки и выверяя положение уровнем.
Тахометр имеет деления. Если при вращении диска отвес тахометра устанавливается против первого большого деления, то диск делает 0,5 об/с, а если против второго большого деления, то 1 об/с.
Деления на желобе показывают расстояние от центра диска в сантиметрах. Вдоль желоба могут двигаться катки массой 250 и 500 г. За дужку катка можно зацепить тесьму, которую пере¬брасывают через блок, укрепленный на конце желоба, и свобод¬ный конец тесьмы цепляют крючком за динамометр.
Электродвигатель с принадлежностями (рис.2). В комплект электродвигателя с принадлежностями входят коллекторный электродвигатель переменного тока 1, диск с цепочкой 2, насос водяной 3,поплавковое реле 4, фен для опытов по аэродинамике 5, вентиляторная насадка 6, эксцентрик с поводком 7, вибратор 8, стробоскопический диск 9 .
Применяя электродвигатель с принадлежностями, можно продемонстрировать ряд опытов по вращательному движению, механическим колебаниям и волнам, движению тел в газе, моделированию электрической цепи и т.д.
Электродвигатель подключают к регулятору напряжения РНШ, а на провод с наконечниками надевают резиновую трубку так, чтобы наконечники оставались замкнутыми. Скорость вращения электродвигателя можно плавно менять ручкой РНШ. В рабочем положении электродвигатель устанавливают либо непосредственно в треноге универсального штатива, либо в муфте штатива. В последнем случае ось электродвигателя можно установить в любом направле-нии.
Рис.2
Электродвигатель снабжен кронштейном для крепления насоса, фена и вибратора. Оси насоса (фена) и электродвигателя соединяются резиновой трубкой. Диск, вентилятор и эксцентрик устанавливаются непосредственно на оси электродвигателя. Диск и эксцентрик имеют стопорные винты для крепления на оси электродвигателя.
Эксцентрик представляет собой диск, имеющий отверстие, смещенное отно-сительно центра. Через это отверстие пропущен винт, который стопорится фасонной гайкой. Жестко с винтом соединена металлическая планка с роликом. Степень эксцентричности можно менять поворотом планки при отпущенной фасонной гайке. На ролик эксцентрика можно надеть конец поводка.
Рис.3
Стробоскопический диск укрепляют на валу электродвигателя (рис.3)с помощью диска с цепочкой. Вначале на вал электродвигателя насаживают и стопорят диск для цепочки, а затем устанавливают стробоскопический диск, укрепляя его осевым винтом с шайбой. На стробоскопический диск нанесено несколько колец с чередующимися черными и белыми полосами. Если диск вращать с ускорением и освещать светом люминесцентной лампы, то можно заметить поочередную «остановку» его колец.
Динамометр демонстрационный (рис.4) (рис.5 – другое техническое исполнение). Динамометр демонстрационный (ДД) предназначен для демон-страции опытов по механике: сложение и разложение сил; опреде¬ление реакции опор на балку, лежащую на двух опорах; закон Архимеда; условие равновесия рычагов и др.
В комплект прибора (рис.4) входят: два динамометра (1), модель балки дву-таврового сечения с делениями длиной 600 мм (2), два крючка балки (3), две призмы (4), два блока (5), две площадки - столика (6).
Рис.4 Рис.5
Динамометр (рис.4) изготовлен в виде круглого ме¬таллического кожуха, имеющего с одной стороны циферблат со стрелкой, а с другой — механизм.
Механизм состоит из двух спиральных пружин а (рис. 5), на¬детых на оси О, и зубчатой рейки б. Рейка связывает верхнюю ось с нижней и сцеплена с шестеренкой в. К шестерне прикреплена стрелка с.
Механизм закрыт металлической коробкой, из которой выходят концы оси вверх и вниз. При действии силы на ось О (сверху или снизу) рейка перемещается и вращает шестерню в вместе со стрел¬кой влево или вправо.
Посредством стержня Ст каждый динамометр укрепляется на стойке физического штатива. Во время демонстраций динамометр можно поворачивать вме¬сте со стержнем в муфте штатива, на котором он укрепляется.
Регулировка механизма динамометра производится посредст¬вом муфт регулирующих К (рис. 4).
Диск из стекла предохраняет от повреждений стрелку О дина¬мометра и ци-ферблат Ц. Шкала имеет влево и вправо от нуля 12 делений ценой 1Н каждое. Та-ким образом, вся шкала рассчитана на нагрузку 12 Н. Цифры обозначены на шкале че¬рез каждые 2 Н — 0, 2, 4, 6, 8, 10, 12; каждое деление при¬нимается за 1Н. Циферблат вместе со стеклом может с легким трением вращать¬ся относительно стрелки, что дает возможность быстро и удобно устанавливать стрелку прибора на нуль шкалы в разных положе¬ниях.
Варианты экспериментальных установок
Опыт 1. Первый закона Ньютона
Вариант 1:Оборудование: шарик, желоб, установленный наклонно, лист картона с насыпанным песком, кусок сукна, лист стекла.
Скатывают шарик поочередно сначала на поверхность с песком, потом на сукно, затем – на стекло. Сравнивают изменение скорости при уменьшении действия силы трения. Завершая эксперимент мысленно, делают вывод о изменении скорости шарика при отсутствии действия других тел или скомпенсированности их действия.
Вариант 2:Оборудование: (рис.6) Прибор по кинематике и динамике с тележкой, лезвие, ящик с песком.
К тележке из комплекта подвешивают груз на нити. Лезвие укрепляют в лапке штатива на пути движения нити. Рельс устанавливают наклонно и пускают по нему тележку. После перерезания нити наблюдают за поведением груза и делают вывод.
Рис.6
ОПЫТ 2. Сравнение масс взаимодействующих тел
Вариант 1:Оборудование: Штатив, шары разной массы (равной массы) и объема, желоб, брусок, указатели (4 шт.), тележки, нить, прибор для де-монстрации взаимодействия тел, гиря (2 кг).
Желоб устанавливают наклонно с помощью штатива. В нижней части желоба кладут гирю. Спуская по желобу поочередно шары разной массы, и наблюдая за перемещением гири, делают вывод о зависимости изменения скорости от массы.
Вариант 2: Оборудование: (рисцентробежная машина, два связанных и укрепленных на оси шара (цилиндра), массы которых относятся как 1:3 (например, стальной и алюминиевый, одинакового объема). Ось крепится в рамке, которая может вращаться с помощью центробежной машины.
Измеряя радиусы вращения и зная отношение масс грузов устанавливают соотношение между массами грузов и ускорениями их при взаимодействии.
Рис.7 Рис.8
Вариант 2: Оборудование: Продумайте несколько демонстраций, подтвер-ждающих, что масса является мерой инертности тела, используя установки, изображенные на рисунках 8, 9, 10.
Рис.9 Рис.10
Рис.11
ОПЫТ 3. Второй закон Ньютона
Вариант 1:Оборудование: диск, вращающийся с принадлежностями, электродвигатель, штатив универсальный, регулятор напряжения, РНШ, динамо-метр с круглой шкалой, динамометр трубчатый.
При вращении диска (рис.11) тесь¬ма тянет груз с силой, которую показывает динамометр, т. е. с силой, вызывающей центростремительное ускорение. В предлагае¬мой установке выполняют две регулировки: изменение числа обо¬ротов с помощью РНШ и подбор радиуса вращения груза пере-мещением динамометра в вертикальном направлении. Динамо¬метр перемещают при отпущенных винтах муфты, скользящей вдоль стального стержня штатива. Радиус вращения можно ме¬нять изменением длины тесьмы.
Опыт проводят в следующей последовательности. Груз массой 0,5 кг уста-навливают на желоб и зацепляют его за тесьму. Регулировкой длины тесьмы и пе-ремещением динамометра устанавливают ра¬диус вращения 20 см при показании динамометра 1 Н. Включают электродвигатель. Изменением скорости вращения с помощью РНШ добиваются такого состояния, при котором динамометр по-казывает 1 Н. По маятниковому тахометру замечают, что диск делает 0,5 об/с. Сравнивают два значения ускорения, одно из ко¬торых подсчитывают по формуле а = F/m, а другое по формуле а1 = 4п2 п2 R.
Регулятором напряжения РНШ увеличивают скорость враще¬ния, доведя до такого значения, при котором динамометр показы¬вает 4 Н. По тахометру отмечают, что диск делает 1 об/с. Убеж¬даются, что ускорение в этом случае в 4 раза больше.
Рис. 12 Рис. 13
Опыт 4. Третий закон динамики
Вариант 1:Оборудование: динамометры с круглой шкалой, штатив уни-версальный, электромагнит разборный, батарея аккумуляторов (3,5 В), выключа-тель демонстрационный, проводники (рис.12.).
Вариант 1:Оборудование: динамометры с круглой шкалой, штатив, груз, стакан с водой.
Измеряют динамометрами силы, с которыми действуют друг на друга тела при взаимодействии, сравнивают их по модулю и направлению, делают вывод
Инструкция по выполнению работы
Цель работы: Научиться разрабатывать экспериментальные установки, проводить опыты по теме «Основы динамики».
Задание 1. Изучите по школьному учебнику тему «Основы динамики». Повторите основные знания, которые должны быть усвоены учащимися в этом разделе и выпишите формулировки их суждений в тетрадь (смотри названия опытов в задании 3).
Задание 2. Изучите по описаниям и инструкциям следующие приборы:
1) вращающийся диск с принадлежностями;
2) электродвигатель с принадлежностями;
2) динамометр демонстрационный;
Задание 3. Разработайте принципиальные схемы и смонтируйте с помощью имеющихся приборов экспериментальные установки для следующих опытов:
1. Первый закона Ньютона;
2. Сравнение масс взаимодействующих тел
3. Второй закон Ньютона;
4. Третий закон динамики.
Задание 4. Подготовьтесь к проведению экспериментов с собранными ЭУ по следующему плану:
1. Цель эксперимента;
2. Разработка метода эксперимента;
3. Проектирование и конструирование ЭУ (или описание готовой ЭУ);
4. Составление плана проведения эксперимента;
5. Анализ полученных результатов;
6. Формулирование вывода из опыта;
7. Формулирование эмпирического вывода;
8. Теория эксперимента.
Задание 5. Подготовьте письменный отчет по выполнению работы, включив в него:
1. Название работы; цель работы;
2. Результаты выполнения задания №1;
3. Краткое описание приборов, используемых в работе;
4. Описание экспериментов по указанному в задании 4 плану с рисунком монтажной схемы сконструированной ЭУ.
Описания приборов, используемых в теме
Вращающийся диск с принадлежностями (рис.1) служит для опытов по вращательному движению. Набор состоит из стального диска 1 диаметром 430 мм, который в центре имеет шарикоподшипник. Диск с подшипником надевают на короткий стержень, зажимают в массивной треноге от универсального шта-тива.
Диск приводится во вращение либо вручную или с помощью уни-версального электродвигателя или центробежной машины. Для этой цели диск снизу имеет двухступенчатый шкив. Вращение диска с помощью электродвигателя по-зволяет плавно регулировать число оборотов изменением напряжения с помощью ре-гулятора РНШ.
Рис.1
К диску прилагаются маятниковый тахометр 2, желоб с делениями 3 и роликом на одном конце, два стальных катка 4 с массами 250 и 500 г, тесьма 5,две стойки 7 и дуга 6 с маятником, трубка с желобом 8 и шарики 9 и другие детали.
Перед началом опыта добиваются строгой горизонтальности диска, подкладывая под треногу деревянные клинышки и выверяя положение уровнем.
Тахометр имеет деления. Если при вращении диска отвес тахометра устанавливается против первого большого деления, то диск делает 0,5 об/с, а если против второго большого деления, то 1 об/с.
Деления на желобе показывают расстояние от центра диска в сантиметрах. Вдоль желоба могут двигаться катки массой 250 и 500 г. За дужку катка можно зацепить тесьму, которую пере¬брасывают через блок, укрепленный на конце желоба, и свобод¬ный конец тесьмы цепляют крючком за динамометр.
Электродвигатель с принадлежностями (рис.2). В комплект электродвигателя с принадлежностями входят коллекторный электродвигатель переменного тока 1, диск с цепочкой 2, насос водяной 3,поплавковое реле 4, фен для опытов по аэродинамике 5, вентиляторная насадка 6, эксцентрик с поводком 7, вибратор 8, стробоскопический диск 9 .
Применяя электродвигатель с принадлежностями, можно продемонстрировать ряд опытов по вращательному движению, механическим колебаниям и волнам, движению тел в газе, моделированию электрической цепи и т.д.
Электродвигатель подключают к регулятору напряжения РНШ, а на провод с наконечниками надевают резиновую трубку так, чтобы наконечники оставались замкнутыми. Скорость вращения электродвигателя можно плавно менять ручкой РНШ. В рабочем положении электродвигатель устанавливают либо непосредственно в треноге универсального штатива, либо в муфте штатива. В последнем случае ось электродвигателя можно установить в любом направле-нии.
Рис.2
Электродвигатель снабжен кронштейном для крепления насоса, фена и вибратора. Оси насоса (фена) и электродвигателя соединяются резиновой трубкой. Диск, вентилятор и эксцентрик устанавливаются непосредственно на оси электродвигателя. Диск и эксцентрик имеют стопорные винты для крепления на оси электродвигателя.
Эксцентрик представляет собой диск, имеющий отверстие, смещенное отно-сительно центра. Через это отверстие пропущен винт, который стопорится фасонной гайкой. Жестко с винтом соединена металлическая планка с роликом. Степень эксцентричности можно менять поворотом планки при отпущенной фасонной гайке. На ролик эксцентрика можно надеть конец поводка.
Рис.3
Стробоскопический диск укрепляют на валу электродвигателя (рис.3)с помощью диска с цепочкой. Вначале на вал электродвигателя насаживают и стопорят диск для цепочки, а затем устанавливают стробоскопический диск, укрепляя его осевым винтом с шайбой. На стробоскопический диск нанесено несколько колец с чередующимися черными и белыми полосами. Если диск вращать с ускорением и освещать светом люминесцентной лампы, то можно заметить поочередную «остановку» его колец.
Динамометр демонстрационный (рис.4) (рис.5 – другое техническое исполнение). Динамометр демонстрационный (ДД) предназначен для демон-страции опытов по механике: сложение и разложение сил; опреде¬ление реакции опор на балку, лежащую на двух опорах; закон Архимеда; условие равновесия рычагов и др.
В комплект прибора (рис.4) входят: два динамометра (1), модель балки дву-таврового сечения с делениями длиной 600 мм (2), два крючка балки (3), две призмы (4), два блока (5), две площадки - столика (6).
Рис.4 Рис.5
Динамометр (рис.4) изготовлен в виде круглого ме¬таллического кожуха, имеющего с одной стороны циферблат со стрелкой, а с другой — механизм.
Механизм состоит из двух спиральных пружин а (рис. 5), на¬детых на оси О, и зубчатой рейки б. Рейка связывает верхнюю ось с нижней и сцеплена с шестеренкой в. К шестерне прикреплена стрелка с.
Механизм закрыт металлической коробкой, из которой выходят концы оси вверх и вниз. При действии силы на ось О (сверху или снизу) рейка перемещается и вращает шестерню в вместе со стрел¬кой влево или вправо.
Посредством стержня Ст каждый динамометр укрепляется на стойке физического штатива. Во время демонстраций динамометр можно поворачивать вме¬сте со стержнем в муфте штатива, на котором он укрепляется.
Регулировка механизма динамометра производится посредст¬вом муфт регулирующих К (рис. 4).
Диск из стекла предохраняет от повреждений стрелку О дина¬мометра и ци-ферблат Ц. Шкала имеет влево и вправо от нуля 12 делений ценой 1Н каждое. Та-ким образом, вся шкала рассчитана на нагрузку 12 Н. Цифры обозначены на шкале че¬рез каждые 2 Н — 0, 2, 4, 6, 8, 10, 12; каждое деление при¬нимается за 1Н. Циферблат вместе со стеклом может с легким трением вращать¬ся относительно стрелки, что дает возможность быстро и удобно устанавливать стрелку прибора на нуль шкалы в разных положе¬ниях.
Варианты экспериментальных установок
Опыт 1. Первый закона Ньютона
Вариант 1:Оборудование: шарик, желоб, установленный наклонно, лист картона с насыпанным песком, кусок сукна, лист стекла.
Скатывают шарик поочередно сначала на поверхность с песком, потом на сукно, затем – на стекло. Сравнивают изменение скорости при уменьшении действия силы трения. Завершая эксперимент мысленно, делают вывод о изменении скорости шарика при отсутствии действия других тел или скомпенсированности их действия.
Вариант 2:Оборудование: (рис.6) Прибор по кинематике и динамике с тележкой, лезвие, ящик с песком.
К тележке из комплекта подвешивают груз на нити. Лезвие укрепляют в лапке штатива на пути движения нити. Рельс устанавливают наклонно и пускают по нему тележку. После перерезания нити наблюдают за поведением груза и делают вывод.
Рис.6
ОПЫТ 2. Сравнение масс взаимодействующих тел
Вариант 1:Оборудование: Штатив, шары разной массы (равной массы) и объема, желоб, брусок, указатели (4 шт.), тележки, нить, прибор для де-монстрации взаимодействия тел, гиря (2 кг).
Желоб устанавливают наклонно с помощью штатива. В нижней части желоба кладут гирю. Спуская по желобу поочередно шары разной массы, и наблюдая за перемещением гири, делают вывод о зависимости изменения скорости от массы.
Вариант 2: Оборудование: (рисцентробежная машина, два связанных и укрепленных на оси шара (цилиндра), массы которых относятся как 1:3 (например, стальной и алюминиевый, одинакового объема). Ось крепится в рамке, которая может вращаться с помощью центробежной машины.
Измеряя радиусы вращения и зная отношение масс грузов устанавливают соотношение между массами грузов и ускорениями их при взаимодействии.
Рис.7 Рис.8
Вариант 2: Оборудование: Продумайте несколько демонстраций, подтвер-ждающих, что масса является мерой инертности тела, используя установки, изображенные на рисунках 8, 9, 10.
Рис.9 Рис.10
Рис.11
ОПЫТ 3. Второй закон Ньютона
Вариант 1:Оборудование: диск, вращающийся с принадлежностями, электродвигатель, штатив универсальный, регулятор напряжения, РНШ, динамо-метр с круглой шкалой, динамометр трубчатый.
При вращении диска (рис.11) тесь¬ма тянет груз с силой, которую показывает динамометр, т. е. с силой, вызывающей центростремительное ускорение. В предлагае¬мой установке выполняют две регулировки: изменение числа обо¬ротов с помощью РНШ и подбор радиуса вращения груза пере-мещением динамометра в вертикальном направлении. Динамо¬метр перемещают при отпущенных винтах муфты, скользящей вдоль стального стержня штатива. Радиус вращения можно ме¬нять изменением длины тесьмы.
Опыт проводят в следующей последовательности. Груз массой 0,5 кг уста-навливают на желоб и зацепляют его за тесьму. Регулировкой длины тесьмы и пе-ремещением динамометра устанавливают ра¬диус вращения 20 см при показании динамометра 1 Н. Включают электродвигатель. Изменением скорости вращения с помощью РНШ добиваются такого состояния, при котором динамометр по-казывает 1 Н. По маятниковому тахометру замечают, что диск делает 0,5 об/с. Сравнивают два значения ускорения, одно из ко¬торых подсчитывают по формуле а = F/m, а другое по формуле а1 = 4п2 п2 R.
Регулятором напряжения РНШ увеличивают скорость враще¬ния, доведя до такого значения, при котором динамометр показы¬вает 4 Н. По тахометру отмечают, что диск делает 1 об/с. Убеж¬даются, что ускорение в этом случае в 4 раза больше.
Рис. 12 Рис. 13
Опыт 4. Третий закон динамики
Вариант 1:Оборудование: динамометры с круглой шкалой, штатив уни-версальный, электромагнит разборный, батарея аккумуляторов (3,5 В), выключа-тель демонстрационный, проводники (рис.12.).
Вариант 1:Оборудование: динамометры с круглой шкалой, штатив, груз, стакан с водой.
Измеряют динамометрами силы, с которыми действуют друг на друга тела при взаимодействии, сравнивают их по модулю и направлению, делают вывод
Не Пропустите:
- Лабораторная работа № 14. Кинематика Инструкция по выполнению работы
- Задание: Анализ динамики доли рынка На основе данных представленных в таблице, приведите анализ динамики доли рынка товара А, выявите причины, повлиявшие на изменение доли рынка.
- Лабораторная работа №2 Тема: «Проверка закона Ома для участка цепи.
- Лабораторная работа № КСЕ-02 Изучение ДИНАМИЧЕСКИХ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ на механической модели – МАШИНЕ АТВУДА
- Лабораторная работа "Исследование СТАТИЧЕСКИх И ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРОПРИВОДА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН И МЕХАНИЗМОВ"