Изменение закона сохранения механической энергии лабораторная работа. Вывод лабораторная работа изучение закона сохранения механической энергии

Практическая работа

ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНА СОХРАНЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

Цель работы: экспериментальная проверка закона сохранения ме­ханической энергии.

Приборы и материалы: два штатива с муфтами и лапками, динамометр, линейка измерительная, шар, нитки.

Краткие теоретические сведения

Если в замкнутой системе отсутствует сила трения, а действуют только консервативные силы (сила упругости и сила всемирного тяготения), то полная механическая энергия системы сохраняется при любых взаимодействиях тел системы. На сколько уменьшается энергия одного тела, на столько же увеличивается энергия других тел системы. Если уменьшается потенциальная энергия, то на столько же увеличивается кинетическая энергия и наоборот.

Потенциальная энергия тела, поднятого над Землей (или над нулевым уровнем), равна:

Е П = mgh , где т - масса тела, g - ускорение свободного падения,

h - высота над нулевым уровнем.

Кинетическая энергия движущегося тела равна: Ек= mv 2 /2

т - масса тела, v - скорость тела.

Выполнение работы.

Соберите установку, изображенную на рисунке.

Отодвиньте шар на столько, чтобы динамометр показывал при­мерно 2-4 Н.

Запишите показания динамометра.

Отпустите шар, при этом потенциальная энергия пружины пере­ходит в кинетическую энергию шара. Заметьте место его падения. Повторите опыт 5 раз. Найдите среднее значение S ср

S ср =(S 1 +S 2 +S 3 + S 4 + S 5 )/5

5. Измерьте удлинение пружины при показании динамометра F из пункта 3.

Вычислите потенциальную энергию растянутой пружины:

Е п =kx 2 /2=Fx/2

Измерьте массу шара.

Измерьте высоту h , с которой падал шар.

v =S /t a t = 2h /g , и v =S g /2h (таким образом

начальная скорость движения выражается через измеряемые в опыте величины) g =9,8м/с 2

Вычислите кинетическую энергию шара в начале движения:

Е к =mv 2 /2=mS 2 g/4h

Результаты вычислений занесите в таблицу.

F упр (Н)

S ср (м)

m(кг)

h (м)

v (м/с)

E к(Дж)

E п(Дж)

E к/E п

1. Сравните E к/E п с единицей.

∆Е п =Е п ε Е п

Е п =Fx/2

ε Е =ε F + ε x =∆F/F+∆x/x

∆Е к =Е к ε Ек

Е к = mS 2 g/4h

ε Ек =ε m +2ε ср +ε q +ε h

Погрешностями ε m ε h ε q по сравнению с погрешностью ε S ср можно пренебречь

ε Ек 2 ε =2∆S ср /S

Сделайте вывод о проделанной роботе.

Контрольные вопросы:

Сформулируйте условия, при которых выполняется закон сохранения механической энергии.

Сформулируйте теорему о кинетической энергии.

Сформулируйте закон сохранения и преобразования энергии.

Выбранный для просмотра документ Лабораторная работа 2.docx

МБОУ СОШ р.п.Лазарев Николаевский район Хабаровский край
Выполнила: учитель физики Т.А.Князева

Лабораторная работа №2. 10 класс

Изучение закона сохранения механической энергии.

Цель работы : научатся измерять потенциальную энергию поднятого над землей тела и упруго деформированной пружины, сравнивать два значения потенциальной энергии системы.

Оборудование : штатив с муфтой и лапкой, динамометр лабораторный с фиксатором, лента измерительная, груз на нити длиной около 25 см.

Определяем вес шарика F 1 =1 Н.

Расстояние l от крючка динамометра до центра тяжести шарика 40 см.

Максимальное удлинение пружины l =5 см.

Сила F =20 Н, F /2=10 Н.

Высота падения h = l + l =40+5=45см=0,45м.

Е р1 = F 1 х(l + l)=1Нх0,45м=0,45Дж.

Е р2 = F /2х L =10Нх0,05м=0,5Дж.

Результаты измерений и вычислений занесем в таблицу:

Лабораторная работа «Изучение закона сохранения механической энергии»

Успейте воспользоваться скидками до 50% на курсы «Инфоурок»

ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНА СОХРАНЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

Цель работы: экспериментально установить, что полная механическая энергия замкнутой системы остается неизменной, если между телами действуют только силы тяготения и упругости.

Оборудование: прибор для демонстрации независимости действия сил; весы, гири, линейка измерительная; отвес; белая и копировальная бумага; штатив для фронтальных работ.

Установка для опыта показана на рисунке. При отклонении стержня А от вертикального положения шар на его конце поднимется на некоторую высоту h относительно начального уровня. При этом система взаимодействующих тел «Земля-шар» приобретает дополнительный запас потенциальной энергии ? E p = mgh .

Если стержень освободить, то он возвратится в вертикальное положение, где будет остановлен специальным упором. Считая силу трения очень малой, можно принять, что во время движения стержня на шар действуют только гравитационные силы и силы упругости. На основании закона сохранения механической энергии можно ожидать, что кинетическая энергия шара в момент прохождения исходного положения будет равна изменению его потенциальной энергии:

Вычислив кинетическую энергию шара и изменение его потенциальной энергии, и сравнив полученные результаты, можно экспериментально проверить закон сохранения механической энергии. Чтобы вычислить изменение потенциальной энергии шара, нужно определить его массу тна весах и измерить с помощью линейки высоту h подъема шара.

Для определения кинетической энергии шара необходимо измерить модуль его скорости?. Для этого прибор укрепляют над поверхностью стола, отводят стержень с шаром в сторону до высоты H + h и затем отпускают. При ударе стержня об упор шар соскакивает со стержня.

Скорость шара во время падения изменяется, однако горизонтальная составляющая скорости остается неизменной и равной по модулю скорости? шара в момент удара стержня об упор. Поэтому скорость? шара в момент срыва со стержня можно определить из выражения

V = l / t , где l - дальность полета шара, t - время его падения.

Время t свободного падения с высоты H (см. рис. 1) равно: , поэтому

V = l / v 2Н/g. Зная массу шара, можно найти его кинетическую энергию: E к = mv 2 /2 и сравнить ее с потенциальной энергией.

Порядок выполнения работы

1. Укрепите прибор в штативе на высоте 20-30 см над столом, как показано на рисунке. Наденьте шар отверстием на стержень и сделайте предварительный опыт. На месте падения
шара закрепите липкой лентой лист белой бумаги и накройте его листом копировальной бумаги.

3. Надев снова шар на стержень, отведите стержень в сторону, измерьте высоту подъема шара h по отношению к первоначальному уровню и отпустите стержень. Сняв лист копировальной бумаги, определите расстояние l между точкой на столе под шаром в его начальном положении, найденной по отвесу, и отметкой на листе бумаги в месте падения шара.

4. Измерьте высоту шара над столом в начальном положении. Взвесьте шар и вычислите изменение его потенциальной энергии? E p и кинетическую энергию Ек в момент прохождения шаром положения равновесия.

5. Повторите опыт при двух других значениях высоты h и сделайте измерения и вычисления. Результаты занесите в таблицу.

7. Сравните значения изменений потенциальной энергии шара с его кинетической энергией и сделайте вывод о результатах вашего эксперимента

Решебник по физике за 9 класс (И.К.Кикоин, А.К.Кикоин, 1999 год),
задача №7
к главе «ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ».

измерительная; 3) груз из набора по механике; масса груза равна (0,100 ±0,002) кг.

Материалы: 1) фиксатор;

2) штатив с муфтой и лапкой.

а энергия пружины при ее деформации увеличивается на

Порядок выполнения работы

Лабораторная работа № 7 «Изучение закона сохранения механической энергии»

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ > номер 7

Цель работы: сравнить две величины-уменьшение потенциальной энергии прикрепленного к пружине тела при его падении и увеличение потенциальной энергии растянутой пружины.

1) динамометр, жесткость пружины которого равна 40 Н/м; 2) линейка

Измерительная; 3) груз из набора по механике; масса груза равна (0,100 ±0,002) кг.

Материалы: 1) фиксатор;

2) штатив с муфтой и лапкой.

Для работы используется установка, показанная на рисунке 180. Она представляет собой укрепленный на штативе динамометр с фиксатором 1.

Пружина динамометра заканчивается проволочным стержнем с крючком. Фиксатор (в увеличенном масштабе он показан отдельно - помечен цифрой 2) - это легкая пластинка из пробки (размерами 5 Х 7 X 1,5 мм), прорезанная ножом до ее центра. Ее насаживают на проволочный стержень динамометра. Фиксатор должен перемещаться вдоль стержня с небольшим трением, но трение все же должно быть достаточным, чтобы фиксатор сам по себе не падал вниз. В этом нужно убедиться перед началом работы. Для этого фиксатор устанавливают у нижнего края шкалы на ограничительной скобе. Затем растягивают и отпускают.

Фиксатор вместе с проволочным стержнем должен подняться вверх, отмечая этим максимальное удлинение пружины, равное расстоянию от упора до фиксатора.

Если поднять груз, висящий на крючке динамометра, так, чтобы пружина не была растянута, то потенциальная энергия груза по отношению, например, к поверхности стола равна mgH. При падении груза (опускание на расстояние x = h) потенциальная энергия груза уменьшится на

А энергия пружины при ее деформации увеличивается на

Порядок выполнения работы

1. Груз из набора по механике прочно укрепите на крючке динамометра.

2. Поднимите рукой груз, разгружая пружину, и установите фиксатор внизу у скобы.

3. Отпустите груз. Падая, груз растянет пружину. Снимите груз и по положению фиксатора измерьте линейкой максимальное удлинение х пружины.

4. Повторите опыт пять раз.

6. Результаты занесите в таблицу:

7. Сравните отношение

С единицей и сделайте вывод о погрешности, с которой был проверен закон сохранения энергии.

Закон сохранения механической энергии. Полная механическая энергия замкнутой системы тел, взаимодействующих силами тяготения или силами упругости, остается неизменной при любых движениях тел системы

Рассмотрим такое тело (в нашем случае рычаг). На него действуют две силы: вес грузов P и сила F (упругости пружины динамометра), чтобы рычаг находился в равновесии и моменты этих сил должны быть равны по модулю меду собой. Абсолютные значения моментов сил F и P определим соответственно:

Рассмотрим груз, прикрепленный к упругой пружине таким образом, как показано на рисунке. Вначале удерживаем тело в положении 1, пружина не натянута и сила упругости, действующая на тело равна нулю. Затем отпускаем тело и оно падает под действием силы тяжести до положения 2, в котором сила тяжести полностью компенсируется силой упругости пружины при удлинении ее на h (тело покоится в этот момент времени).

Рассмотрим изменение потенциальной энергии системы при переходе тела из положения 1 в положение 2. При переходе из положения 1 в положение 2 потенциальная энергия тела уменьшается на величину mgh, а потенциальная энергия пружины возрастает на величину

Целью работы является сравнение этих двух величин. Средства измерения: динамометр с известной заранее жесткостью пружины 40 Н/м, линейка, груз из набора по механике.

Ход лабораторной работы 5. Изучение закона сохранения механической энергии

1. Соберите установку, изображенную на рисунке.

2. Привяжите груз на нити к крючку динамометра (длина нити 12-15 см). Закрепите динамометр в зажиме штатива на такой высоте, чтобы груз, поднятый до крючка, при падении не доставал до стола.

3. Приподняв груз так, чтобы нить провисала, установите фиксатор на стержне динамометра вблизи ограничительной скобы.

МБОУ СОШ р.п.Лазарев Николаевский район Хабаровский край
Выполнила: учитель физики Т.А.Князева

Лабораторная работа №2. 10 класс

Изучение закона сохранения механической энергии.

Цель работы : научатся измерять потенциальную энергию поднятого над землей тела и упруго деформированной пружины, сравнивать два значения потенциальной энергии системы.

Оборудование : штатив с муфтой и лапкой, динамометр лабораторный с фиксатором, лента измерительная, груз на нити длиной около 25 см.

Определяем вес шарика F 1 =1 Н.

Расстояние l от крючка динамометра до центра тяжести шарика 40 см.

Максимальное удлинение пружины l =5 см.

Сила F =20 Н, F /2=10 Н.

Высота падения h = l + l =40+5=45см=0,45м.

Е р1 = F 1 х( l + l )=1Нх0,45м=0,45Дж.

Е р2 = F /2х L =10Нх0,05м=0,5Дж.

Результаты измерений и вычислений занесем в таблицу:

F 1 =mg (H)

L ( см )

L (см)

h( см)

F (H)

Е р1 (Дж)

Е р2 (Дж)

0,45

0,5

Вывод : Опытным путем измерили потенциальную энергию поднятого над землей тела и упруго деформированной пружины. При измерениях и вычислениях получили примерно одинаковые потенциальные энергии, что подтверждает закон сохранения энергии.

Контрольные вопросы

Каким выражением определяется потенциальная энергия деформированной пружины?

Каким выражением определяется кинетическая энергия тела?

При каких условиях выполняется закон сохранения механической энергии?

Тест Закон сохранения энергии.

Вариант № 1.

1. При падении тела с высоты 2 м сила тяжести совершила работу в 12 Дж. Чему равна масса тела?

а) 6 кг б) 0,6 кг в) 24 кг г) 12 кг.

2. При торможении тело изменило свою скорость с 20 м/с до 5м/с. При этом сила трения совершила работу в 188 Дж. Чему равна масса тела?

3. Процесс работы - это…

г) среди ответов нет «правильного».

4. Какие из перечисленных тел обладают кинетической энергией:

б) летящий самолет;

в) растянутая пружина;

г) летящий воздушный шарик?

а) катящийся по земле шар;

б) лук с натянутой тетивой;

в) сжатый в баллоне газ;

г) кабинка колеса обозрения.

6. Стальной шарик, летящий горизонтально, упруго ударяется о стальной брусок, подвешенный на нити. Укажите все правильные утверждения.

а) Механическая энергия системы “шарик и брусок” при взаимодействии не изменяется;

в) Импульс шарика при взаимодействии изменяется.

а) сумма потенциальной и кинетической энергии во время движения мячика остается неизменной;

б) импульс мячика при падении увеличивается по модулю;

Вариант № 2.

1. Стальной шарик, летящий горизонтально, упруго ударяется о стальной брусок, подвешенный на нити. Укажите все правильные утверждения.

а) Механическая энергия системы “шарик и брусок” при взаимодействии не изменяется,

б) Импульс системы “шарик и брусок” при взаимодействии не изменяется.

в) Импульс шарика при взаимодействии изменяется.

2. При падении тела с высоты 2 м сила тяжести совершила работу в 12 Дж. Чему равна масса тела?

а) 6 кг б) 0,6 кг в) 24 кг г) 12 кг,

3. Какие из перечисленных тел обладают кинетической энергией:

а) камень, поднятый над землей;

б) летящий самолет;

в) растянутая пружина;

г) летящий воздушный шарик?

4. Процесс работы - это…

а) любой процесс превращения энергии;

б) процесс превращения энергии, не связанный с движением тел;

в) процесс превращения энергии при действии сил на движущееся тело;

г) среди ответов нет «верного».

5. Какие из перечисленных тел обладают потенциальной энергией:

а) катящийся по земле шар;

б) лук с натянутой тетивой;

в) сжатый в баллоне газ;

г) кабинка колеса обозрения.

6. При торможении тело изменило свою скорость с 20 м/с до 5м/с. При этом сила трения совершила работу в 188 Дж. Чему равна масса тела?

а) 15 кг б) 376 кг в) 1 кг г) 25 кг.

7. Из окна мальчик бросил горизонтально мячик. Считая, что сопротивлением воздуха можно пренебречь, укажите все правильные утверждения.

а) сумма потенциальной и кинетической энергии во время движения мячика остается неизменной.

б) импульс мячика при падении увеличивается по модулю.

в) кинетическая энергия мячика при падении увеличивается.

Тема: Изучение закона сохранения механической энергии.

Цель работы: научиться измерять потенциальную энергию поднятого над землей тела и деформированной пружины; сравнить два значения потенциальной энергии системы..

Оборудование:

• штатив с муфтой и лапкой;
• динамометр лабораторный;
• линейка;
• груз массой m на нити длиной l ;
• набор картонок, толщиной порядка 2 мм;
• краска и кисточка.

Теоретическая часть

Эксперимент проводится с грузом, прикрепленным к одному концу нити длиной l . Другой конец нити привязан к крючку динамометра. Если поднять груз, то пружина динамометра становится недеформированной и стрелка динамометра показывает ноль, при этом потенциальная энергия груза обусловлена только силой тяжести. Груз отпускают и он падает вниз растягивая пружину. Если за нулевой уровень отсчета потенциальной энергии взаимодействия тела с Землей взять нижнюю точку, которую он достигает при падении, то очевидно, что потенциальная энергия тела в поле силы тяжести переходит в потенциальную энергию деформации пружины динамометра:
mg (l+Δl) = kΔl 2 /2 , где Δl - максимальное удлинение пружины, k - ее жесткость.

Трудность эксперимента состоит в точном определении максимальной деформации пружины, т. к. тело движется быстро.

Указания к работе

Для выполнения работы собирают установку, показанyую на рисунке. Динамометр укрепляется в лапке штатива.

1. Привяжите груз к нити, другой конец нити привяжите к крючку динамометра и измерьте вес груза F т = mg (в данном случае вес груза равен его силе тяжести).

2. Измерьте длину l нити, на которой привязан груз.

3. На нижний конец груза нанесите немного краски.

4. Поднимите груз до точки закрепления нити.

5. Отпустите груз и убедитесь по отсутствию краски на столе, что груз не касается его при падении.

6. Повторяйте опыт, каждый раз подкладывая картонки до тех пор, пока на верхней картонке не появятся следы краски.

7. Взявшись за груз рукой, растяните пружину до его соприкосновения с верхней картонкой и измерьте динамометром максимальную силу упругости F ynp и линейкой максимальное растяжение пружины Δl , отсчитывая его от нулевого деления динамометра.

8. Вычислите высоту, с которой падает груз: h = l + Δl (это высота, на которую смещается центр тяжести груза).

9. Вычислите потенциальную энергию поднятого груза Е" п = mg (l + Δl) .

10. Вычислите энергию деформированной пружины E" п = kΔl 2 /2, где k = F упр /Δl

Подставив, выражение для k в формулу для энергии E" п получим E" п = ;F упр Δl/2

11. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу.

12. Сравните значения энергий Е" п и E" п . Подумайте, почему значения этих энергий совпадают не совсем точно