ИНСТРУКЦИОННО — ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА

ИНСТРУКЦИОННО — ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА

На выполнение лабораторной работы № 4

По дисциплине «Физика»

Тема: Определение ускорения свободного падения при помощи маятника

Цель работы: определить ускорение свободного падения при помощи нитяного маятника

Приобретаемые умения и навыки: отработать умения и навыки по работе секундомером.

Техника безопасности: поддерживать дисциплину и чистоту на рабочем месте; не принимать пищу в лаборатории; мыть руки после работы с физическим оборудованием.

Место проведения: Физическая лаборатория.

Норма времени: 2 часа.

Оснащение рабочего места: часы с секундной стрелкой, измерительная лента с погрешностью Δ_л = 0,5 см, шарик с отверстием, нить, штатив с муфтой и кольцом, инструкционные карты.

Литература: Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б. «Физика» 11 кл.

Ход работы

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСКОРЕНИЯ СВОБОДНОГО ПАДЕНИЯ ПРИ ПОМОЩИ МАЯТНИКА

Теория. Для измерения ускорения свободного падения применяются разнообразные гравиметры, в частности маятниковые приборы. С их помощью удается измерить ускоре­ние свободного падения с абсолютной погрешностью порядка 10 ^-5 м/с².

В работе используется простейший маятниковый прибор — шарик на нити. При малых размерах шарика по сравнению с длиной нити и небольших отклонениях от положения равновесия период колебания равен

Для увеличения точности измерения периода нужно из­мерить время t достаточно большого числа N полных колебаний маятника. Тогда период

T=t/N

и ускорение свободного падения может быть вычислено по формуле

Порядок выполнения работы

1. Установить на краю стола штатив. У его верхнего конца укрепить с помощью муфты кольцо и подвесить к нему шарик на нити. Шарик должен висеть на расстоянии 1—2 см от пола.

2. Измерить лентой длину l маятника.

3. Возбудить колебания маятника, отклонив шарик в сторону на 5—8 см и отпустив его.

4. Измерить в нескольких экспериментах время t 50 колебании маятника и вычислить t_cp:

где n— число опытов по измерению времени.

5. Вычислить среднюю абсолютную погрешность изме­рения времени

и результаты занести в таблицу.

6. Вычислить ускорение свободного падения по фор­муле

7. Определить относительную погрешность измерения времени ε_t.

8. Определить относительную погрешность измерения длины маятника ε_l=Δl/l. Значение Δl складывается из по­грешности мерной ленты и погрешности отсчета, равной половине цены деления ленты: Δl = Δl_л + Δl _отсч.

9. Вычислить относительную погрешность измерения g по формуле

ε_g=ε_l+2ε_π+2ε_t

учитывая, что погрешностью округления π можно прене­бречь, если π = 3,14; также можно пренебречь ε_l, если она в 4 (и более) раз меньше 2ε_t.

10. Определить Δg= ε_g g_ср и записать результат измере­ния в виде

g_cp-Δg ≤ g ≤ g_cp+Δg.

Убедиться в достоверности измерений и проверить при­надлежность известного значения g полученному интер­валу.

Контрольные вопросы для зачета

1. Какие колебания называются свободными?

2. Какие колебания называются гармоническими?

3. Запишите уравнение свободных гармонических колебаний.

4. Что такое частота колебаний, их период и амплитуда?

5. Какие характеристики гармонических колебаний не изменяются с течением времени?

6. Какие характеристики колебаний являются гармоническими функциями времени?

7. Дайте определение моменту инерции материальной точки и моменту инерции тела.

8. Дайте определение математическому маятнику. Чему равен его момент инерции? Как можно изменить момент инерции математического маятника?