ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСКОРЕНИЯ СВОБОДНОГО ПАДЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МАЯТНИКА

Теория. Математическим маятником называется материальная точка, подвешенная на невесомой и нерастяжимой нити. Моделью такого маятника может служить шарик, подвешенный на длинной нити. На основании многочисленных опытов установлены законы колеба­ния математического маятника: 1. Период колебаний не зависит, от массы маятника и амплитуды его колебаний, если угол размаха не пре­вышает 6°. 2. Период колебаний математиче­ского маятника прямо пропорциона­лен корню квадратному из длины ни­ти и обратно пропорционален корню квадратному из ускорения свободно­го падения:

T= 2π √ l/g

Из этой формулы можно найти уско­рение свободного падения.

Оборудование. 1. Штатив с дер­жателем. 2. Шарик с нитью длиной не менее 1 м. 3. Пробка с прорезью в боковой поверхности. 4. Метровая ли­нейка. 5. Секун­домер.

Порядок выполнения работы. 1. Поместить штатив с держателем на край стола.

2. Укрепить свободный конец нити шарика в прорези пробки и зажать пробку в держателе (рис.).

3. Измерить длину нити до центра шарика ли­нейкой.

4. Отклонить шарик на небольшой угол и отпустить. По секун­домеру определить.время t, за которое маятник совершит п полных колебаний, например 50.

Вычислить период полного колебания маятника: T= t/ n.

6. Используя формулу периода колебаний математического ма­ятника, вычислить ускорение свободного падения.

7. Опыт повторить 2—3 раза, меняя длину маятника (протяги­вая нить через пробку) и число полных колебаний его.

8. Определить среднее значение g_ср и найти относительную по­грешность.

9. Результат измерений и вычислений записать в табл.

10. Сравнить результат опыта с табличным значением ускорения свободного падения для данной географической

широты.

Номер опыта	Длина нити l, м.	Диаметр шарика d, м	Длина маятника l, м.	Число полных колебаний, п.	Время полных колебаний t, с.	Период полного колебания Т, с.	Ускорение свободно го падения g, м/с.2	Среднее значение ускорения свободн падения g м/с.2	Относительная пог­решность δ = [g- gср]*100%/gср

Методические указания. 1. В работе можно использовать свин­цовый или стальной шарик диаметром 1—4, 5 см.

2. Длину нити измерять от нижнего края пробки до шарика, дли­ну маятника — от нижнего края пробки до центра тяжести шарика.

3. Если нет секундомера, можно воспользоваться любым метро­номом или часами с секундной стрелкой.

4. При измерении периода колебаний определить время как мож­но большего числа колебаний.

Контрольные вопросы. 1. Вместо шарика к нити прикреплена воронка, наполненная песком. Изменится ли ускорение свободного падения, если в процессе колебаний из воронки будет высыпаться пе­сок?

2. Можно ли пользоваться маятниковыми часами в условиях не­весомости?

3. В каких положениях действующая на шарик возвращающая сила будет максимальна? равна нулю?

4. Наибольшая скорость у шарика в момент, когда он проходит положение равновесия. Каким по модулю и направлению при этом будет ускорение шарика?

5. Наблюдая за движением шарика в течение одного периода, ответьте на вопрос: будет ли оно равноускоренным?

Лабораторная работа №13_____________________________ Зачтено________________________________

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ КОЛЕБАНИЙ С ПОМОЩЬЮ ОСЦИЛЛОГРАФА

Оборудование: 1) осциллограф лабораторный ЛО-70 или ОМШ; 2) трансформатор лабораторный; 3) панель с однопериодным выпрямителем; 4) панель с двухполупериодным выпрямителем; 5) резистор сопротивлением 1 кОм; 6) батарея конденсаторов БК-58; 7) камертон «ля» на резонаторном ящике с резиновым молоточком; 8) телефон головной; 9) комплект проводов соединительных.

Содержание и метод выполнения работы

Электронный осциллограф — это сложный универсальный измерительный прибор, при помощи которого можно наблюдать графики переменного тока и напряжения и исследовать различ­ные колебательные процессы. Осциллограф позволяет измерять напряжение, силу тока, частоту, разность фаз переменных токов. Основными частями осциллографа являются: электроннолуче­вая трубка, усилители вертикального и горизонтального откло­нения луча, блок питания. Электроннолучевая трубка позволяет получить узкий сфоку­сированный пучок электронов. По пути к экрану он проходит между двумя парами пластин, из которых одна расположена вертикально и отклоняет пучок в горизонтальном направлении, а вторая — горизонтально и отклоняет его в вертикальном направ­лении. На горизонтально отклоняющие пластины подается пилооб­разное напряжение от генератора развертки. Под действием этого напряжения луч движется горизонтально равномерно в одну сторону, а затем почти мгновенно возвращается назад. Этот про­цесс повторяется многократно. На вертикально отклоняющие пластины через усилитель верти­кального отклонения луча подается исследуемое напряжение. Попадая на экран, покрытый люминофором, электронный луч, двигаясь под действием обеих пар пластин, вычерчивает на экране трубки график исследуемого процесса. Этот график называется осциллограммой. В данной работе следует ознакомиться с органами управле­ния осциллографа, научиться получать на экране осциллограммы переменных токов промышленной и звуковой частот и пульсирую­щих токов.

Порядок выполнения работ

Задание 1.Знакомство с осциллографом и органами его управления

Осциллограф лабораторный учебный Н3013 (рис. 1) обеспе­чивает наблюдение периодических сигналов в диапазоне частот от 0 до 10 кГц и амплитудой от 20 мВ до 50 В.

1. Заземлите корпус осциллографа.

2. Установите органы управления в следующие положения: ручку «Яркость» - против часовой стрелки до отказа; ручку «Фокус»-в среднее положение; ручки усиления каналов «X» и «У» - против часовой стрелки до отказа; ручки вертикального и горизонтального перемещения луча - в среднее положение; ручку «Частота» - в среднее положение; кнопки «Разв.», «Синхр.», «1 Гц- 10 кГц» отпущены.

3. Соедините кабель питания прибора с сетью питания и включите тумблер «Сеть».

4. Через 2—3 мин после включения, поворачивая ручку «Яркость», наблюдайте за изменением яркости светящегося пятна, а поворачивая ручку «Фокус» — за изменением его диа­метра. Предупреждение. Яркую неподвижную точку не рекомендуется долго держать на экране, так как концентрация электронов в одном и том же месте экрана вызывает разогревание и испарение люминофора. Поэтому без необходимости ручку «Яркость» вправо до упора не поворачивайте. Медленно вращая ручку горизонтального и вертикального перемещения луча, наблюдайте за его движением. Установите световое пятно в центре экрана. Нажмите кнопки «Разв.» и «1 Гц—10 кГц». Поверните ручку усиления канала «X» по часовой стрелке. Наблюдайте за движением луча. Горизонтальное отклонение луча регули­руйте ручкой усиления канала «X». Вращая ручку «Частота» по и против часовой стрелки, наблюдайте различное время развертки.

Задание 2 Наблюдение осциллограмм звуковых колебаний

Ко входу «У» осциллографа подключите головной телефон. Ударьте по камертону резиновым молоточком. Поднесите телефон к резонатору камертона. Ручкой «Частота» подберите такую часто­ту развертки, при которой на экране было бы видно несколько периодов синусоидальных колебаний. Чтобы осциллограмма не смещалась в горизонтальном направлении, нажмите кнопку «Синхр.». Опыт повторите несколько раз и наблюдайте, как меняется амплитуда колебаний луча с течением времени. Перед телефоном произнесите громко несколько слов и наблю­дайте осциллограмму. Объясните отличие осциллограмм, получен­ных от звучащего камертона и человеческой речи.

 Задание 3 Наблюдение осциллограммы напряжения переменного тока

1. Ознакомьтесь с устройством школьного трансформатора и схемой соединения его секций.

2. К зажимам с обозначением «4, 4 В» вторичной катушки трансформатора присоедините резистор на 1000 Ом. Для исследования напряжения на нем подключите резистор к входу «У»
осциллографа (рис. 2). Трансформатор установите подальше от осциллографа.

3. После разрешения учи­теля включите осциллограф в сеть. Первичную обмотку транс­форматора соедините с источ­ником (U = 36 В). Наблюдайте за вертикальными колебания­ми луча. Ручкой «У» изменяйте вертикальное отклонение. Нажмите на кнопки «Разв.» и «1 Гц—10 кГц», а ручкой«Частота» подберите такую частоту развертки, чтобы на экране образовались один или несколько периодов синусоиды. Нажмите на кнопку «Синхр.» и ручкой «Частота» добейтесь стабиль­ности осциллограммы. Зарисуйте полученную осциллограмму, а затем выключите осциллограф и трансформатор.

Дополнительное задание1.Наблюдение осциллограмм напряжений при однополупериодном и двухполупериодном выпрямлении переменного тока.

1. Соберите электрическую цепь по схеме, изображенной на рисунке 3. Для этого вторичную катушку трансформатора подсоедините к входу панели с однополупериодным выпрями­телем. Выход выпрямителя подключите ко входу «У» осциллографа. Наблюдайте осциллограмму выпрямленного напряже­ния. Если на осциллограмме наблюдаются отрицательные полуволны, поменяйте между собой провода на входе «У». Зари­суйте осциллограмму.

2. Параллельно выходу однополупериодного выпрямителя под­ключите батарею конденсаторов. Увеличивая емкость, наблюдай­те сглаживание пульсаций. Зарисуйте осциллограммы.

3. Вместо панели с однополупериодным выпрямителем подключите к осциллографу панель с выпрямителем, собранным по мостиковой схеме (рис. 4). Зарисуйте осциллограммы. Вновь подключите батарею конденсаторов и наблюдайте сглаживание пульсаций. Разберите схему.

Контрольные вопросы

1. Какие осциллограммы (тока или напряжения) вы наблюдали на экране осциллографа при выполнении заданий?

2. От чего зависит число установившихся периодов синусоид напряжения на экране?

3. Почему в работе следует располагать трансформатор не очень близко от осциллографа?

4. Почему включение конденсатора приводит к сглаживанию пульсаций?

5. Почему телефон может выполнять функцию микрофона?

                                                                                         

 

 

Лабораторная работа №14_____________________________ Зачтено________________________________

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Поделиться: