Лабораторная работа : "Сравнение работы силы упругости с изменением кинетической энергии тела"
методическая разработка по физике (10 класс) по теме

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №

Сравнение работы силы упругости с изменением кинетической энергии тела

Цель:  экспериментальная проверка теоремы о кинетической энергии.

Оборудование:  1) штативы для фронтальных работ — 2 шт.;

                              2) динамометр учебный;

                              3) шар;

                              4) нитки;

                             5) линейка измерительная 30 см с миллиметровыми                           делениями;

                              6) весы учебные;

Краткая теория:

Теорема о кинетической энергии утверждает, что работа силы, приложенной к телу, равна изменению кинетической энергии
тела:

Для экспериментальной проверки этого утверждения можно воспользоваться установкой, изображенной на рисунке.

В лапке штатива закрепляют горизонтально динамометр. К его крючку привязывают шар на нити длиной 60—80 см. На другом штативе на такой же высоте, как и динамометр, закрепляют лапку. Установив шар на краю лапки, штатив вместе с шаром отодвигают от первого штатива на такое расстояние, чтобы на шар действовала сила упругости Fynp со стороны пружины динамометра. Затем шар отпускают. Под действием силы упругости шар приобретает скорость , его кинетическая энергия изменяется от 0 до . Следовательно, изменение кинетической энергии будет равно:

.

Для определения модуля скорости v шара, приобретенной под действием силы упругости Fупр, можно измерить дальность полета s шара при свободном падении с высоты Н. Так как скорость при падении шара можно определить по формуле:  ,     а время, затраченное на падение, по формуле:  .

Отсюда модуль скорости v равен: , а  изменение кинетической энергии равно соответственно:

.

Сила упругости во время действия на шар по закону Гука изменяется линейно от  до  Fynp2=0, тогда среднее значение силы упругости равно:

.

Измерив  деформацию пружины (ее удлинение) динамометра x, можно вычислить работу силы упругости: .

Задача настоящей работы состоит в проверке равенства:
,      т.е. .

Порядок выполнения работы:

1. Укрепите на штативах динамометр и лапку для шара на одинаковой высоте Н = 40 см от поверхности стола. Зацепите за крючок динамометра нить с привязанным шаром.

2. Удерживая шар на лапке, отодвигайте штатив до тех пор, пока показание динамометра станет равным  = 2 Н.

         Измерьте деформацию пружины динамометра х при данной силе.
Отпустите шар с лапки и заметьте место его падения на столе. Опыт повторите 2—3 раза  и  определите среднее  значение  дальности  полета S  шара: Sср = (S1 + S2 + S3 )/3   и среднее значение деформации пружины динамометра  хср . Данные занести в таблицу.

3. Измерьте массу шара с помощью весов (или используйте готовую, если масса известна) и вычислите изменение кинетической энергии шара под  действием силы упругости используя среднее значение дальности полета (Sср):

Где g = 9,8 м/с2 – ускорение свободного падения. Данные занести в таблицу.

4.  Вычислите работу А силы упругости и занести данные в таблицу:

5. Сравните полученные значения работы А силы упругости и изменения кинетической энергии Ек шара. Сделайте вывод.

Таблица