Раздел «механика», модель «равноускоренное движение»

Лабораторная работа 1 «Изучение равномерного движения» (этот бланк дан в качестве примера в методических рекомендациях)

Класс............. Фамилия...................................... Имя............................

1. Откройте в разделе «Механика» окно модели «Равноускоренное движение».

2. Установите следующее значение параметра a = 0 м/с².

3. Нажмите кнопку «Старт» и понаблюдайте за происходящим на экране.

4. Прервите движение спортсмена нажатием кнопки «Стоп». Обратите внимание на то, что на экране компьютера отображаются значения координаты спортсмена и пройденного им пути.

5. Для продолжения эксперимента снова нажмите кнопку «Старт».

6. Проведите компьютерные эксперименты.

 

Эксперимент №1

· Выясните, что означает знак «-» перед значением скорости. Для этого установите, нажав кнопку «Выбор», отрицательное значение скорости спортсмена и нажмите кнопку «Старт».

· Напишите, как изменяется движение спортсмена при изменении знака его скорости. …………...........……………………………………………………..

· Напишите, какие графики вы наблюдали на экране компьютера:

· график зелёного цвета – это график...............................……,

· график красного цвета – это график...............................……,

· график синего цвета – это график................................……....

Эксперимент №2

Установите V = 0,6 м/с, проведите эксперимент и ответьте на вопросы:

· Какова координата спортсмена при t = 0? x =............................

· Какова координата спортсмена через 40 с? x =............................

· Какова координата спортсмена через 60 с? x =............................

· Как выглядит график координаты спортсмена? ………………………….
..................................................………………………………………………….

· Как выглядит график скорости спортсмена? ……………………………..
……...…............................................................………………………………....

· Изменяется ли скорость спортсмена при движении?.................................

· Как называется такое движение?...........................................................…..

Эксперимент №3

Установите V = –0,8 м/с, проведите эксперимент и ответьте на вопросы:

· Какова координата спортсмена при t = 0? x =............................

· Какова координата спортсмена через 40 с? x =............................

· Какова координата спортсмена через 60 с? x =............................

· Какой путь проходит спортсмен за 60 с? s =.............................

· Как выглядит график координаты спортсмена? …………………………
…..............................................…………………………………………………

· Как выглядит график пути спортсмена? ………………………….…
……………........................................................………………………………...

 

 

Приложение 2

Лабораторная работа

«Исследование движения тела, брошенного под углом к горизонту»

 10 класс

 

Цель работы: исследовать зависимость дальности полета тела от начальной скорости тела и угла бросания.

Оборудование: компьютерная модель «Максимальная дальность».

 

Ход работы.

 

1. Откройте в разделе «Механика» программы Физикона окно модели «Максимальная дальность» (Пуск – Программы – Программы Физикона – Готово – Лаборатории – Механика – Максимальная дальность).

2. Ознакомьтесь с работой данной модели при заданных параметрах

 (V₀=5 м/с, α =54 ⁰), пронаблюдайте за траекторией движения тела. Какую форму имеет траектория?

3. Рассчитайте, какое значение угла бросания обеспечивает максимальную дальность полета при заданной начальной скорости (V₀=5 м/с). (см. теоретическую справку)

4. Установите этот угол, нажмите «старт» и измерьте дальность полета.

5. Нажмите «сброс».

6. Изменяя значение угла бросания, повторите шаги 4 - 5 и проверьте, верен ли ваш расчет.

7. Установите значение начальной скорости (V₀=10 м/с) и повторите шаги 3-6.

8. Установите значение начальной скорости (V₀=3 м/с) и повторите шаги 3-6.

9. Сделайте выводы из проведенных исследований.

 

Теоретическая справка:

При описании движения систему координат выберем так, чтобы её начало совпало с точкой бросания, а оси были направлены вдоль поверхности Земли и по нормали к ней в сторону начального смещения тела

Движение тела, брошенного под углом к горизонту с определенной начальной высоты можно описать рядом уравнений:

в момент времени t, когда тело упадет на землю, его координаты равны:

x = s; y = - h. (5).

Результирующая скорость в момент падения равна:

Из уравнений (4) и (5) можно найти время полета:

(7)

Решая уравнения (2), (4) и (5) относительно начального угла бросания α, получим:

 (8), поскольку угол бросания не может быть мнимым, то это выражение имеет смысл лишь при условии, что

, т.е.  откуда следует, что максимальное перемещение тела по горизонтальному направлению равно  (9). Подставляя выражение для s = s max в формулу (8), получим для угла α, при котором дальность полета наибольшая следующее выражение:

 (10)

 

Приложение 3

Практическая работа

«Исследование магнитного поля кругового витка с током»

Класс

Цель работы: исследовать магнитное поле кругового витка с током в зависимости от силы тока в проводнике и от расстояния до проводника.

 

Оборудование: компьютерная модель «Магнитное поле кругового витка с током»

 

Ход работы.

 

1. Откройте в разделе «Электродинамика» программы Физикона окно модели «Магнитное поле кругового витка с током» (Пуск – Программы – Программы Физикона – Готово – Лаборатории – Электродинамика – Магнитное поле кругового витка с током).

2. Изучите изображение магнитного поля кругового витка с током при заданных параметрах I=5A и х=5 см.

3. Перечертите изображение данного поля в тетрадь и объясните почему вектор В направлен в указанную на чертеже сторону (вправо).

4. Установите переключатель в положение пункта «Железные опилки» и пронаблюдайте качественную структуру магнитного поля.

5. Измените параметры тока I=10A (I=5A) оставив параметр х без изменения. Как изменилось магнитное поле при заданных значениях тока? Изобразите магнитные поля при заданных значениях тока. Чему равно значение В при заданных значениях тока?

6. Пронаблюдайте за изменениями длины вектора В и его значения по мере приближения или удаления от проводника с током (т.е. в зависимости от координаты х).

7. Сделайте выводы.

Приложение 4

Лабораторная работа

«Изучение явления электромагнитной индукции»

Класс

Цель работы: качественно проверить зависимость ЭДС индукции от скорости движения проводника, от модуля магнитной индукции, площади и угла наклона рамки.

 

Оборудование: миллиамперметр; катушка – моток; магниты; провод соединительный; компьютерная модель «Явление электромагнитной индукции».

 

 

Ход работы.

1. Подключить катушку – моток к зажимам миллиамперметра;

2. Надевайте и снимайте катушку на один из полюсов магнита, изменяя скорость движения и полюса магнита, при этом отмечайте для каждого случая максимальную силу индукционного тока. Сделайте вывод о зависимости ЭДС от скорости движения проводника.

3. Запустите программу «Физика 7-11 кл. БНП». Опишите установку, используемую в компьютерной модели (состав используемых устройств в компьютерном эксперименте)

4. Исследуя работу компьютерной модели «Явление электромагнитной индукции» установите способы изменения магнитного потока.

5. Изменяя модуль магнитной индукции от 0 до 5 Тл, определите, как изменяется ЭДС индукции.

6. Изменяя площадь рамки от 3 до 5 ед. и наклон рамки (от 0 до 45 ⁰ и от 0 до -45⁰) установите зависимость ЭДС от данных параметров. Сделайте вывод.

7. Смените направление тока в обмотках и выполните пункты 5 и 6.

8.  Сделайте вывод.

 

Приложение 5

Практическая работа

 «Генератор переменного тока».

Класс

 

Цель работы: исследовать зависимость магнитного потока Ф и ЭДС индукции, вращающейся рамки в магнитном поле (простейшего генератора)от индукции магнитного поля, частоты вращения и её площади.

 

Ход работы.

1. Запустите программу «Физикон» виртуальную лабораторию раздела электродинамики, компьютерную модель «Генератор переменного тока».

2. Нажмите кнопку «Старт» и пронаблюдайте работу модели при заданных параметрах (В=0,1 Тл, f = 10 Гц).

3.  Нажимая кнопку «Стоп» в моменты когда магнитный поток равен нулю, Ф = 10 ^-3 Вб, Ф = -10^-3 Вб проследите изменение положения рамки к направлению вектора магнитной индукции В,

4. Обратите внимание, что изменение ЭДС индукции отстает от изменения магнитного потока по фазе на угол π / 2. Перечертите график зависимости магнитного потока Ф от времени и ЭДС от времени.

5. Измените значение магнитной индукции В = 0,2 Тл и установите как при этом изменились амплитуда магнитного потока и ЭДС. Перечертите график зависимости магнитного потока Ф от времени и ЭДС от времени.

6. Установите значение магнитной индукции В = - 0,2 Тл., установите как при этом изменились графики зависимости магнитного потока Ф и ЭДС от времени. Перечертите график зависимости магнитного потока Ф от времени и ЭДС от времени.

7. Изменяя значение частоты обращения рамки от f =20 Гц до f =2 Гц, установите, как изменялись амплитуды магнитного потока и ЭДС и начертите данные графики. 

8. Изменяя площадь рамки от S = 0,5 *10 ^-2 м ² до S = 1,2*10^{-2 м 2} , установите, как изменялись амплитуды магнитного потока и ЭДС и начертите данные графики

9. Сделайте вывод.

 

Приложение 6

Бланк – задание для учащихся

«Моделирование упругих соударений»

Вариант 1.

 

 

Класс………….Фамилия……………………..Имя…………………………..

 

1. Запустите программу «Физика 7-11 кл. Библиотека наглядных пособий».

Порядок действий: Пуск – Программы – Образовательные комплексы – Физика 7-11 Библиотека наглядных пособий – Готово

 

2. Откройте в разделе «Механика» окно модели «Закон сохранение импульса и энергии при упругом столкновении шаров»

 

Порядок действий: Библиотека – Содержание – Разделы физики – Модели - из списка моделей выбрать с 11-20 модель – Закон сохранения импульса и энергии при упругом столкновении шаров

 

3. Задав начальные значения координат шаров: х₀₁=100 ед, у₀₁=200 ед, х₀₂ = 250 ед, у₀₂ = 200 ед. (центрального упругого столкновения), скоростей шаров V₁= 5 м/с и V₂= 0 м/с. Нажмите кнопку «Пуск/ пауза», пронаблюдайте за происходящим на экране

4. Обратите внимание на то, что на экране компьютера отображаются значения импульсов и кинетической энергии тележек как до, так и после соударений.

5. Проведите компьютерные эксперименты:

 

Экспериментальная задача №1.

 

Установите, нажав кнопку «В начало» следующие параметры эксперимента:

· Шар 1

V₁ = 15м/с, m₁ = 2 кг;

· Шар 2

V₂ = 5 м/с, m₂ = 0,5 кг.

Рассчитайте импульсы и кинетическую энергию тележек до соударения (проверьте свои расчеты со значениями на экране):

· Р₁ =

 

· Wk₁ =

 

 

· Р₂ =

 

 

· Wk₂ =

 

Нажмите кнопку «Пуск / пауза». Обратите внимание на изменение величин кинетической энергии и импульсов шаров после неупругого соударения.

 

Запишите полученные значения исследуемых величин после соударения

· Р’₁ =

 

· W’ _k1 =

 

 

· Р’₂ =

 

 

· W’ _k2 =

Ответьте на следующие вопросы:

 

· Выполняется ли закон сохранения импульса при упругом соударении? Ответ обоснуйте:

 

до соударения Р = Р₁+ Р₂ =

 

после соударения P’ = …………………=……………………………

 

Таким образом, Р ……………P’ значит, при упругом соударении закон сохранения импульса………………………………………………..

 

 

· Выполняется ли закон сохранения механической энергии при упругом соударении? Ответ обоснуйте:

 

До соударения W₀ =………………..=………………………………………..

 

После соударения W’₀ = …………………=………………………………….

 

Таким образом,…………………значит, при упругом соударении закон сохранения

 

механической энергии…………………………………………………………….

 

 Приложение 7

Экспериментальная задача №2.

Первый шар, массой m₁= 0,5 кг двигаясь со скоростью V₁= 5 м/с и сталкивается с неподвижным шаром, массой m₂= 2 кг. Определите скорость второго шара и направления движения первого шара, если после абсолютно упругого (центрального) соударения модуль скорости первого шара равен 3 м/с.

 

Ответ…………………………………………………….

 

Решите задачи, а затем, используя компьютерную модель, проверьте полученные вами ответы.

 

Расчетные задачи:

 

1. Первый шар, массой m₁= 2 кг двигаясь со скоростью V₁= 5 м/с и сталкивается с неподвижным шаром, массой m₂= 2 кг. Определите скорость второго шара, если после абсолютно упругого соударения, если первый шар останавливается.

 

Решение.

 

Составьте уравнение закона сохранения импульса для неупругого соударения:

 

………………………………………………………………………………………….

Решите уравнение относительно скорости U₂

 

U₂ =……………………………………………………………………………………

Выполните проверку размерности

 

[U ]= ……………………………………………………………………………………….

Подставьте числовые значения и получите ответ:

 

U =………………………………=……………………………………………………

 

Ответ. ………………………………………………………………………………….

 

 

2. Шар массой m₁= 2 кг движется со скоростью V₁= 5 м/с и сталкивается со вторым неподвижным шаром. Определите массу второго шара, если после абсолютно упругого соударения первый шар движется со скоростью u₁=3 м/с, а второй со скоростью u₂ = 8 м/с.

 

Ответ m₂ =………………………………

 

• Первый шар массой 2 кг догоняет второй шар массой 0,5 кг, движущийся со скоростью 5 м/с. Какова должна быть скорость первого тела, чтобы после упругого столкновения первый шар приобрел скорость равную 11 м/с, а второй 21 м/с?

 

Ответ: Первый шар движется…………………., V₁ =……………………………….

 

3. Два шара массами m₁ = 0,5 кг и m₂ = 2 кг движутся со скоростями V₁= 10 м/с и V₂ = 5 м/с сонаправлено. Определите какую часть энергии отдает первый второму при абсолютно упругом столкновении шаров.

 

Ответ:…………………………………………………………………………………..

 

 

Исследовательская задача.

 

· Проведите необходимые компьютерные эксперименты, и определите: при каком соотношении масс шаров, движущийся шар передает неподвижному максимум энергии

 

Ответ: Максимум энергии передается, если

…………………………………………………………………………………………..

 

m_1/ m₂ = ………………………………………………………………………………...

 

………………………………………………………………………………………….

 

…………………………………………………………………………………………

 

 

Количество выполненных заданий: ___________Количество ошибок_________

 

Ваша оценка ___________

Приложение 8

Бланк – задание для учащихся

«Моделирование неупругих соударений»

Вариант 1.

 

 

Класс………….Фамилия……………………..Имя…………………………..

 

6. Запустите программу «Физика 7-11 кл. Библиотека наглядных пособий».

Порядок действий: Пуск – Программы – Образовательные комплексы – Физика 7-11 Библиотека наглядных пособий – Готово

 

7. Откройте в разделе «Механика» окно модели «Закон сохранение импульса и энергии при неупругом столкновении шаров»

 

Порядок действий: Библиотека – Содержание – Разделы физики – Модели - из списка моделей выбрать с 11-20 модель – Закон сохранения импульса и энергии при неупругом столкновении шаров

 

8. Задав начальные значения скоростей шаров V₁= 5 м/с и V₂=-5м/с. Нажмите кнопку «Пуск/ пауза», пронаблюдайте за происходящим на экране

9. Обратите внимание на то, что на экране компьютера отображаются значения импульсов и кинетической энергии тележек как до, так и после соударений.

10. Проведите компьютерные эксперименты:

 

Экспериментальная задача №1.

 

Установите, нажав кнопку «В начало» следующие параметры эксперимента:

· Шар 1

V₁ = 12 м/с, m₁ = 0, 5 кг;

· Шар 2

V₂ = - 4 м/с, m₂ = 2 кг.

Рассчитайте импульсы и кинетическую энергию тележек до соударения (проверьте свои расчеты со значениями на экране):

· Р₁ =

 

· Wk₁ =

 

 

· Р₂ =

 

 

· Wk₂ =

 

Нажмите кнопку «Пуск / пауза». Обратите внимание на изменение величин кинетической энергии и импульсов шаров после неупругого соударения.

 

Запишите полученные значения исследуемых величин после соударения

· Р’₁ =

 

· W’ _k1 =

 

 

· Р’₂ =

 

 

· W’ _k2 =

Ответьте на следующие вопросы:

 

· Выполняется ли закон сохранения импульса при неупругом соударении? Ответ обоснуйте:

 

до соударения Р = Р₁+ Р₂ =

 

после соударения P’ = …………………=……………………………

 

Таким образом, Р ……………P’ значит, при неупругом соударении закон сохранения импульса………………………………………………..

 

 

· Выполняется ли закон сохранения механической энергии при неупругом соударении? Ответ обоснуйте:

 

До соударения W₀ =………………..=………………………………………..

 

После соударения W’₀ = …………………=………………………………….

 

Таким образом,…………………значит, при неупругом соударении закон сохранения

 

механической энергии…………………………………………………………….

 

· Каковы потери механической энергии при столкновении шаров?

 

D Wk = …………………………………………………..

 

· В какую форму перешла часть механической энергии шаров при столкновении?

 

……………………………………………………………………………………..

 Приложение 9

Экспериментальная задача №2.

Два шара массами m₁ = 1 кг и m₂ = 2 кг движутся навстречу друг другу. Скорость первого шара V₁= 5м/с. Какова должна быть скорость второго шара V₂, чтобы после неупругого соударения оба шара остановились?

 

Ответ…………………………………………………….

 

Решите задачи, а затем, используя компьютерную модель, проверьте полученные вами ответы.

 

Расчетные задачи:

 

4. Шар массой m₁= 0,5 кг движется со скоростью V₁= 5 м/с и сталкивается с неподвижным шаром m₂= 2 кг. Определите скорость шаров U после абсолютно неупругого соударения.

 

Решение.

 

Составьте уравнение закона сохранения импульса для неупругого соударения:

 

………………………………………………………………………………………….

Решите уравнение относительно скорости U

 

U =………………………………………………………………………………………

Выполните проверку размерности

 

[U ]= ……………………………………………………………………………………….

Подставьте числовые значения и получите ответ:

 

U =………………………………=……………………………………………………

 

Ответ. ………………………………………………………………………………….

 

 

5. Шар массой m₁= 0,5 кг движется со скоростью V₁= 4 м/с и сталкивается со вторым неподвижным шаром. Определите массу второго шара, если после неупругого соударения шары движутся со скоростью 0,8 м/с.

 

Ответ m₂ =………………………………

 

6. Два шара массами m₁ = 1 кг и m₂ = 2 кг движутся навстречу друг другу. Скорости шаров V₁= 1,5 м/с и V₂ = 2 м/с соответственно. Определите направление и модуль скорости шаров после абсолютно неупругого соударения.

 

Ответ: Шары движутся…………………., U =……………………………….

 

7. Два шара массами m₁ = 1 кг и m₂ = 2 кг движутся со скоростями V₁= 2 м/с и V₂ = 4 м/с навстречу друг другу. Определите количество теплоты, которое выделится при неупругом соударении шаров.

 

Ответ:…………………………………………………………………………………..

 

 

Исследовательская задача.

 

Проведите необходимые компьютерные эксперименты, и определите: при каком соотношении масс шаров относительные потери механической энергии при неупругом соударении минимальны. Рассмотрите следующие случаи:

· Один из шаров до соударения покоится;

· Шары движутся навстречу друг другу.

 

Ответ: Относительные потери механической энергии минимальны, если

…………………………………………………………………………………………..

 

m_1/ m₂ = ………………………………………………………………………………...

 

………………………………………………………………………………………….

 

Например, при V₁= ………………..м/с и V₂ = ……………………….. м/с потери

 

составляют ………………% и тем меньше, чем меньше …………………………

 

…………………………………………………………………………………………

 

 

Количество выполненных заданий: ___________Количество ошибок_________

 

Ваша оценка ___________

 

 

 

Приложении 10