Разработка систем экспериментальных заданий по теме «Кинематика твердого тела». Методические рекомендации по применению на уроках физики

На изучение темы Кинематика отводится 3 часа, и включает в себя следующие разделы:

Механическое движение и его относительность. Поступательное и вращательное движение твердого тела. Материальная точка. Траектория движения. Равномерное и равноускоренное движение. Свободное падение. Движение тела по окружности. По этой теме нами предложено следующее экспериментальное задание:

Цель работы

Экспериментальная проверка основного уравнения динамики вращательного движения твердого тела вокруг закрепленной оси.

Идея эксперимента

В эксперименте исследуется вращательное движение закрепленной на оси системы тел, у которой может меняться момент инерции (маятник Обербека). Различные моменты внешних сил создаются грузами, подвешенными на нити, намотанной на шкив.

Экспериментальная установка

Ось маятника Обербека закреплена в подшипниках, так что вся система может вращаться вокруг горизонтальной оси. Передвигая грузы по спицам, можно легко изменять момент инерции системы. На шкив виток к витку наматывается нить, к которой привязана платформа известной массы. На платформу накладываются грузы из набора. Высота падения грузов измеряется с помощью линейки, укрепленной параллельно нити. Маятник Обербека может быть снабжен электромагнитной муфтой - пускателем и электронным секундомером. Перед каждым опытом маятник следует тщательно отрегулировать. Особое внимание необходимо обратить на симметричность расположения грузов на крестовине. При этом маятник оказывается в состоянии безразличного равновесия.

Проведение эксперимента

Задание 1. Оценка момента силы трения, действующей в системе

Измерения

1. Устанавливают грузы m1 на крестовине в среднее положение, размещая их на равном расстоянии от оси таким образом, чтобы маятник находился в положении безразличного равновесия.

2. Накладывая небольшие грузы на платформу, определяют приближенно минимальную массу m0 , при которой маятник начнет вращаться. Оценивают момент силы трения из соотношения

Мтр = m0gR

где R - радиус шкива, на который намотана нить.

Дальнейшие измерения желательно проводить с грузами массой m 10m0.

Задание 2. Проверка основного уравнения динамики вращательного движения

Измерения

1. Укрепляют грузы m1 на минимальном расстоянии от оси вращения. Балансируют маятник. Измеряют расстояние r от оси маятника до центров грузов.

2. Наматывают нить на один из шкивов. По масштабной линейке выбирают начальное положение платформы, производя отсчет, например, по ее нижнему краю. Тогда конечное положение груза будет находиться на уровне поднятой приемной платформы. Высота падения груза h равна разности этих отсчетов и может быть оставлена во всех опытах одинаковой.

3. Кладут на платформу первый груз. Расположив груз на уровне верхнего отсчета, фиксируют это положение, зажимая нить электромагнитной муфтой. Подготавливают к измерению электронный секундомер.

4. Отпускают нить, предоставив грузу возможность падать. Это достигается отключением муфты. При этом автоматически включается секундомер. Удар о приемную платформу останавливает падение груза и останавливает секундомер.

5. Измерение времени падения при одном и том же грузе выполняется не менее трех раз.

6. Проводят измерения времени падения груза m при других значениях момента Мн. Для этого либо добавляют на платформу дополнительные перегрузки, либо перебрасывают нить на другой шкив. При одном и том же значении момента инерции маятника необходимо провести измерения не менее чем с пятью значениями момента Мн .

Другое о педагогике:

Поливинилхлорид и материалы на его основе
Поливинилхлорид (ПВХ) один из наиболее широко применяемых полимерных материалов и объемы производства его неуклонно возрастают, так как растет спрос на изделия из него. Это связано с тем, что механические свойства ПВХ материалов меняются в очень широких пределах, например от полной гибкости (искусс ...

Применение исследовательских методов обучения на уроках информатики и их влияние на развитие творческого потенциала одаренных детей
Высокие показатели этих способностей (обычно рассматриваемых как беглость, гибкость, оригинальность и способность обнаруживать, разрабатывать и переопределять проблемы) не гарантируют творческих достижений их обладателю. Высокий уровень этих способностей, однако, увеличивает шансы личности стать тв ...

Особенности методики обучения детей младшего школьного возраста
В процессе физического воспитания детей младшего школьного возраста применяются методы упражнения, методы использования слова и методы обеспечения наглядности. Применительно к возрасту занимающихся привлечение названных методов сопряжено с некоторыми особенностями, на которые учителю следует обрати ...