Лабораторная работа "ИЗУЧЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ПЕРИОДА КОЛЕБАНИЙ НИТЯНОГО МАЯТНИКА ОТ ДЛИНЫ НИТИ"

Лабораторная работа № 21

Тема: ИЗУЧЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ПЕРИОДА КОЛЕБАНИЙ НИТЯНОГО МАЯТНИКА ОТ ДЛИНЫ НИТИ

Цель: выяснить, как зависит период и частота свободных колебаний нитяного маятника от его длины.

Оборудование: штатив с муфтой и лапкой, шарик с прикреп­ленной к нему нитью , часы с секундной стрелкой или секундомер.

Предметные результаты:

• владение основными методами научного познания, используемыми в физике: наблюдение, описание, измерение, эксперимент;

• умения обрабатывать результаты измерений, обнаруживать зависимость между физическими величинами, объяснять полученные результаты и делать выводы;

• сформированность умения применять полученные знания для объяснения условий протекания физических явлений в природе, в профессиональной сфере и для принятия практических решений в повседневной жизни

Основные теоретические положения

Рассмотрим колебания нитяного маятника, т.е. небольшого тела (например, шарика), подвешенного на нити, длина которой значительно превышает размеры самого тела. Если шарик отклонить от положения равновесия и отпустить, то он начнет колебаться. Сначала маятник движется с нарастающей скоростью вниз. В положении равновесия скорость шарика не равна нулю, и он по инерции движется вверх. По достижении наивысшего положения шарик снова начинает двигаться вниз. Это будут свободные колебания маятника.

С вободные колебания – это колебания, которые возникают  в системе под действием внутренних сил, после того, как система была выведена из положения устойчивого равновесия.

Колебательное движение характеризуют амплитудой, периодом и частотой колебаний.

Амплитуда колебаний - это наибольшее смещение колеблющегося тела от положения равновесия. Обозначается А. Единица измерения - метр [1м].

Период колебаний - это время, за которое тело совершает одно полное колебание. Обозначается Т. Единица измерения - секунда [1с].

Частота колебаний - это число колебаний, совершаемых за единицу времени. Обозначается ν. Единица измерения - герц [1Гц].

Т ело, подвешенное на невесомой нерастяжимой нити называют математическим маятником.

Период колебаний математического маятника определяется формулой:  

где l – длина подвеса, а g – ускорение свободного падения.

Ход работы

ВНИМАНИЕ!

В домашних условиях вместо груза можно взять гайку или болт. Нить подвесить, например, к линейке, укрепленной на краю стола.

1. Установите штатив и укрепите маятник.

2. Для первого опыта установите длину маятника 10 см (длина маятника измеряется от точки подвеса до середины шарика). Отклоните шарик от положения равновесия на небольшую амплитуду (1 -2 см) и отпустите. Измерьте промежуток времени t, за который маятник совершит 30 полных колебаний. Результаты измерений запишите в таблицу. Проведите ещё 2 опыта так же, как и первый для длин маятника 20 и 30 см.

3. Д ля каждого из трех опытов вычислите и запишите в таблицу значения периода Т колебаний маятника. Tэксп = t/N.

4. Вычислите теоретическое значение T нитяного маятника по формуле. Ускорение g = 9,8 м/с².

5. Для каждого из трех опытов рассчитайте значения частоты ν колебаний маятника по формуле: ν = 1/Т_эксп .

6. Полученные ре­зультаты внесите в таблицу.

7. Исходя из цели работы сделайте вывод.

Таблица. Результаты измерений и вычислений

Порядок выполнения отчета по лабораторной работе

Отчет по лабораторной работе оформляется в тетрадях для лабораторных работ и должен содержать:

1. тему работы;

2. цель работы;

3. оборудование;

4. ход работы (включает рисунки, схемы, таблицы, основные формулы для определения величин, а также расчетные формулы для определения погрешностей измеряемых величин);

5. расчеты;

6. вывод.