практическая работа по физике Законы сохранения в механике
учебно-методический материал
Практическая работа Законы сохранения в механике содержит краткую теоретическую часть по теме, алгоритм решения задач, примеры решения задач с пояснениями, 5 задач по 10 вариантам
Скачать:
| Вложение | Размер |
|---|---|
 prakticheskaya_rabota_3.docx | 82.73 КБ |
Предварительный просмотр:
Инструкционная карта на выполнение практической работы № 3
Тема: Законы сохранения в механике
Цель работы: научиться применять законы сохранения импульса и энергии при решении задач.
Основные понятия и законы
Импульс тела (количество движения) - это векторная физическая величина, равная произведению массы тела на скорость движения.
[
].
Физическая величина, равная произведению силы на время ее действия, называется импульсом силы. Импульс силы также является векторной величиной.
Закон сохранения импульса: В замкнутой системе векторная сумма импульсов всех тел, входящих в систему, остается постоянной при любых взаимодействиях тел этой системы между собой.
+
=
+
Для абсолютно упругого взаимодействия: m1υ1±m2υ2= m1υ1՛±m2υ2՛
Для абсолютно неупругого взаимодействия: m1υ1±m2υ2=(m1+m2)υ՛
Работа - это скалярная физическая величина, характеризующая действие силы на определённом перемещении.
A = F ·S·cos α. Единица измерения работы – Джоуль (1 Дж).
Мощность – это отношение работы ко времени, в течение которого она была выполнена. Единица измерения мощности - Ватт (1 Вт).
, или , учитывая, что - скорость, то .
Энергия – это физическая величина, являющаяся количественной мерой движения и взаимодействия всех видов материи. В механике различают два вида энергии: кинетическую и потенциальную. Единица измерения энергии - Джоуль (1 Дж).
Кинетическая энергия – это энергия, которой обладает тело вследствие своего движения.
Eк =.
Потенциальная энергия – энергия, которой обладают тела благодаря взаимному расположению вследствие взаимодействия друг с другом.
- Потенциальная энергия тела, поднятого над Землёй.
Eп=mgh
- Потенциальная энергия деформированной пружины.
Eп=.
Закон сохранения энергии: Энергия не создаётся и не исчезает, а лишь передаётся от одного тела к другому или превращается из одного вида в другой в равных количествах.
Eк1 + Ep1 = Eк2 + Ep2
Eк+Ep= const
Для случая, когда полностью вся энергия переходит из одного вида в другой (например, кинетическая в потенциальную или наоборот), то закон сохранения энергии запишется в виде:
.
Примеры решения задач на закон сохранения импульса
Задача 1. Автомобиль массой 2 т начинает разгоняться из состояния покоя по горизонтальному пути под действием постоянной силы. В течение 10 с он приобретает скорость 43,2 км/ч. Определить величину импульса, полученного автомобилем; величину действующей силы.
Дано: | СИ: | Решение: |
m=2 т | 2000 кг | Определим величину импульса, полученного автомобилем: |
| m | |
t= 10 с | Величину действующей силы можно определить, учитывая, что | |
| 12 м/с | Импульс равен изменению импульса тела (второй закон Ньютона) |
Найти: | Ft= m | |
m | F= | |
F-? | ||
Ответ: | m |
Задача 2. Электровоз массой 180 т, движущийся по инерции с выключенным двигателем со скоростью 0,5 м/с, подъезжает к неподвижному вагону и продолжает движение с ним вместе. Какова масса вагона, если скорость локомотива уменьшилась до 0,4 м/с? Трением локомотива и вагона о рельсы пренебрегаем.
Дано: | СИ: | Решение: |
m1=180 т | 1,8·105 кг | Систему тел можно считать замкнутой. |
| По закону сохранения импульса: | |
| | |
| Выберем направление оси x вдоль движения состава, тогда | |
Найти: | проекции векторов скорости на эту ось будут положительны. | |
m2-? | Учитывая, что | |
| ||
| ||
Ответ: | m2 = |
Задача 3. С лодки массой 200 кг, движущейся со скоростью 1 м/с, прыгает мальчик массой 50 кг в горизонтальном направлении со скоростью 7 м/с (относительно берега). Какова скорость лодки после прыжка мальчика, если мальчик прыгает: а) с кормы в сторону, противоположную движению лодки? б) с носа по ходу движения?
Дано: | Решение: |
m1=200 кг | Мальчика и лодку можно принять за замкнутую систему. |
| Воспользуемся законом сохранения импульса: |
m2=50 кг |
|
| До прыжка мальчик двигался вместе с лодкой со скоростью 1 м/с, и тогда |
Найти: | Начальный импульс системы будет ( |
| координат по направлению лодки. |
а) ( | |
б) если мальчик прыгает с носа лодки по ходу движения, то | |
( | |
Знак "-" означает, что лодка изменила направление своего движения | |
на противоположное. | |
Ответ: | а) |
Задача 4. Какую скорость относительно ракетницы приобретает ракета массой 600 г, если газы массой 15 г вылетают из неё со скоростью 800 м/с?
Дано: | СИ: | Решение: |
m1=600 г | 0,6 кг | Начальный импульс ракеты с газами равен нулю, т.к. |
m2=15 г | 0,015 кг | ракета неподвижна, следовательно, согласно закону |
| сохранения импульса: | |
| Получим: 0= | |
Найти: | ||
| ||
Знак "-" показывает, что газы движутся в сторону, | ||
противоположную направлению движения ракетницы. | ||
Ответ: | ||
Примеры решения задач на закон сохранения энергии
Задача 1. Камень брошен вертикально вверх со скоростью 16 м/с. На какой высоте кинетическая энергия камня будет равна его потенциальной энергии? Сопротивлением воздуха пренебречь.
Дано: | Решение: |
| Применяя закон сохранения энергии: |
| Eк1 + Ep1 = Eк2 + Ep2 |
Т.к. камень брошен с земли, то | |
Найти: | Eк1 = Eк2 + Ep2 |
h2-? |
|
| |
Следовательно, | |
Ответ: |
Задача 2. Из пружинного пистолета стреляют шариком вертикально вверх. Шарик поднялся на высоту 1 м. Определить деформацию пружины перед нажатием курка, если коэффициент жёсткости пружины 400 Н/м, а масса шарика 0,01 кг. Принять g=10 м/с2.
Дано: | Решение: |
m=0,01 кг | Работа силы тяжести при перемещении шарика внутри ствола пистолета |
k=400 Н/м | незначительна, поэтому ею в данном случае можно пренебречь. |
h= 1 м | Воспользуемся законом сохранения энергии. |
g=10 м/с2 | Шарик приходит в движение за счёт энергии сжатой пружины, т.е.: |
Найти: | |
x-? | |
Но при полёте вверх кинетическая энергия шарика переходит в потенциальную энергию. Принимая, что в начальной точке свободного | |
полёта шарика потенциальная энергия была равна нулю Ep1=0, получим: | |
| |
x= | |
x= | |
Ответ: | x=2,2 см |
Задача 3. Мяч массой 100 г брошен вертикально вверх со скоростью 20 м/с. Чему равна его потенциальная энергия в высшей точке подъёма? Сопротивлением воздуха не учитывать.
Дано: | СИ: | Решение: |
m=100 г | 0,1 кг | Согласно закону сохранения энергии: |
| Eк1 + Ep1 = Eк2 + Ep2 | |
| Но на поверхности Земли | |
В верхней точке подъёма | ||
Найти: |
| |
| Получим: Eк1= Ep2 | |
| ||
| ||
Ответ: | ||
Задача 1. Тело движется прямолинейно, обладая начальным импульсом p0. В течение времени Δt на тело действует сила F, в результате чего импульс достигает значения p. Определите значения величин, обозначенных «?». Направление силы совпадает с направлением начальной скорости.
Вариант | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
p0, кг·м/с | 40 | 70 | 45 | ? | 30 | 105 | 50 | ? | 85 | 75 |
Δt, с | 8,5 | 4,5 | ? | 6,5 | 3,5 | 0,5 | ? | 7,5 | 5 | 1,5 |
p, кг·м/с | ? | 160 | 90 | 150 | ? | 120 | 95 | 325 | ? | 105 |
F, Н | 60 | ? | 30 | 20 | 80 | ? | 10 | 40 | 15 | ? |
Задача 2. Модель ракеты массой m1 заполнена горючим массой m2. Горючее вырывается со скоростью 2, при этом ракета приобретает скорость
1 и поднимается на высоту h. Определите значения величин, обозначенных «?».
Вариант | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
m1, кг | ? | 5 | 1 | 2 | ? | 8 | 10 | 20 | ? | 2 |
m2, кг | 4 | 1 | ? | 0,4 | 1 | 6 | 5 | ? | 0,9 | ? |
| ? | ? | 15 | ? | ? | ? | ? | 8 | 10 | 15 |
| 20 | 40 | 30 | ? | 48 | 32 | ? | 10 | 20 | 30 |
3,2 | ? | ? | 7,2 | 7,2 | ? | 12,5 | ? | ? | ? |
Задача 3. Рыбак массой m запрыгивает в неподвижно стоящую на воде у берега озера лодку массой M. При этом лодка приходит в движение со скоростью Горизонтальная составляющая лодки рыбака в момент прыжка равна
Определите значения величин, обозначенных «?».
Вариант | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
m, кг | 60 | 70 | 80 | ? | 70 | 80 | 60 | ? | 80 | 60 |
M, кг | 40 | 50 | ? | 40 | 50 | 60 | ? | 40 | 60 | 40 |
1,2 | ? | 3,4 | 1,8 | 2,9 | ? | 1,1 | 2,5 | 2,8 | ? | |
? | 4 | 6 | 3 | ? | 6 | 2 | 4 | ? | 2 |
Задача 4. Пружину игрушечного пистолета сжимают на длину x и совершают выстрел в горизонтальном направлении; при этом шарик массой m вылетает со скоростью . Жёсткость пружины пистолета равна k. Определите значение величины, обозначенной «?».
Вариант | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
x, см | ? | 3 | 4 | 5 | ? | 4 | 5 | 3 | ? | 5 |
m, г | 5 | ? | 6 | 5 | 4 | ? | 5 | 4 | 6 | ? |
| 5 | 6 | ? | 4 | 6 | 4 | ? | 6 | 4 | 5 |
k, Н/м | 150 | 200 | 250 | ? | 200 | 250 | 150 | ? | 250 | 150 |
Задача 5. Камень массой m брошен вертикально вверх. Начальная скорость камня , начальная кинетическая энергия E0. На высоте h скорость камня
. Определите значения величин, обозначенных «?». Сопротивление воздуха не учитывайте, ускорение свободного падения примите равным 10 м/с2.
Вариант | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
m, кг | ? | 0,3 | 0,4 | ? | 0,25 | 0,3 | ? | 0,2 | 0,2 | ? |
| 12 | ? | ? | ? | 8 | 10 | 15 | ? | ? | ? |
E0, Дж | 14,4 | 15 | 45 | 16,4 | ? | ? | 22,5 | 40 | 30 | 12,4 |
h, м | 6 | 4 | ? | 8 | 3 | ? | ? | 10 | ? | 12 |
| ? | ? | 10 | 2 | ? | 3 | 6 | ? | 2 | 3 |
По теме: методические разработки, презентации и конспекты
Дифференцированная контрольная работа по теме "Законы сохранения в механике"
Здесь размещены четыре варианта контрольной работы, каждый из которых содержит по две задачи трех видов сложности....
Контрольная работа по физике, " Законы постоянного тока", 2 вариант, 8 класс
2 вариант, КР по физике...
Практическая работа по физике "Динамика материальной точки"
Практическая работа по физике "Динамика материальной точки" содержит: краткую теоретическую часть по теме; примеры решения задач; алгоритм выполнения задач; 5 задач по 10 вариантам....
Практическая работа по физике «Наблюдение интерференции и дифракции света» для студентов 1 курса
Цель работы: обобщение знаний по теме «Волновые свойства света», применить теоретические знания для объяснения явлений природы. Составлена для обучения в дистанционном формате....
Методические рекомендации для проведения практических работ по физике для специальности 13.02.11 Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (по отраслям)
Методические рекомендации для проведения практических занятий по физике: учебное пособие для студентов среднего профессионального образования по специальностям: 13.02.11 Техническая эксплуатация и обс...
Практические работы по физике
Выполнение практических работ по физике – это вид работы, в которой кроме умения работать с информацией используются практические навыки по наглядному пространственному ее отображению. Осно...
МУ по выполнению практических работ по Физике
Методические указания по выполнению практических работ по УП Физика. МУ содержат 22 практические работы по различным темам УП Физика....