Методична розробка (7 клас НУШ) - лабораторна робота № 1 «Визначення середньої швидкості руху тіла».
В лабораторній робота з визначення середньої швидкості руху тіла необхідно провести вимірювання пройденого тілом шляху (S) та часу (t) його руху за допомогою вимірювальної стрічки та секундоміра. Визначивши ці величини, середню швидкість (v) обчислюють за формулою: V = S / t .
Мета роботи
Дослідити нерівномірний рух тіла (металевої кільки), виміряти шлях та час, а потім обчислити середню швидкість руху.
Обладнання
Вимірювальна стрічка (рулетка)
Секундомір
Жолоб (1-1,5 м)
Металева кулька
Штатив із муфтою та лапкою
Металевий циліндр для зупинки кульки
Хід роботи
Підготовка:
Закріпити жолоб на штативі.
Розмістити циліндр в нижній частині жолоба.
Вимірювання шляху:
За допомогою вимірювальної стрічки визначити відстань (S) від верхньої позначки жолоба до циліндра. Це буде пройдений шлях кульки.
Вимірювання часу:
Розмісттити кульку у верхній частині жолоба, відпустити кульку і одночасно ввімкнути секундомір. При попаданні кульки в циліндр – зупинити відлік часу. Зафіксувати час (t), за який кулька пройде відстань від верхньої частини жолоба до циліндру.
Повторення:
Повторіть дослід ще 3 рази і обчислити середнє значення часу скочування кульки.
Записування результатів:
Дані вимірювань занести до таблиці.
Розрахунок:
За формулою V = S / t обчислити середню швидкість руху кульки.
Ще краще автоматизувати процес вимірювання часу проходження кульки, що описано нижче.
Автоматичне визначення часу в лабораторній роботі по визначенню середньої швидкості при скочуванні кульки по жолобу
Щоб виміряти середню швидкість кульки, що скочується по похилому жолобу зазвичай проводять декілька замірів часу скочування кульки і беруть середню величину. Щоб похибка вимірювання часу була менша, автор пропонує автомат; суть якого в тому, що учень за допомогою перемикача вмикає електронний секундомір і в цей же час електромагніт «відпускає» залізну кульку і вона скочується по металевому жолобу і в кінці жолоба кулька, скотившись, попадає в корзинку і висмикує її з роз’єма і ланцюг роботи електронного секундоміра переривається- секундомір визначає час скочування кульки. Ясно, що необхідно виміряти відстань від кульки, яка знаходиться коло електромагніту і до дна корзинки і це буде шлях, пройдений кулькою. Маючи дані шляху і час скочування кульки, можливо обчислити середню швидкість за формулою:
V = S/t
Де S- шлях, пройдений кулькою по жолобу, м
t- час пройдений кулькою, с
Принципова електрична схема автомата приведена на рис. 1. Як видно з схеми- є два незалежних електричних ланцюга: в положенні перемикача SA1- «I»- замкнутий ланцюг, де послідовно ввімкнуті електролампочка і електромагніт і при цьому необхідно кульку прикласти до електромагніту і вона буде утримуватись електромагнітом. Для електромагніту взято осердя від реле РПН і намотано на ньому 500 витків ізольованого дроту ПЕВ-2 ø 0,43 мм. В принципі, електромагніт можливо взяти і готовий, від реле на 6 В. Електролампа EL1 ввімкнена для обмеження струму. Батарея на 4,5 В зібрана з трьох елементів, типу АА, ввімкнених послідовно. В принципі, можливо використовувати і акумулятори на 4,8…6 В. При перемиканні перемикача в положення «II»- ланцюг живлення електромагніту «обривається» і кулька скочується, або вільно падає. При перемиканні перемикача в положення «II»- вмикається ланцюг для відліку часу скочування кульки. Коли кулька досягає дна корзини - вона відштовхує корзину і перемичка (металевий диск) висмикується з гнізд Гн.5, Гн.6, переривається ланцюг і облік часу закінчується. Електронний секундомір, який було описано раніше дає точність відліку 0,01 сек.- цього досить для замірів часу, навіть при малому шляху скочування кульки.
Виготовити пристрій для лабораторної робіт зовсім не складно. Для жолоба підходить металевий (алюмінієвий), пластмасовий, дерев’яний кутник. Автор використав алюмінієвий кутник довжиною 95 см (такий попався під руки). В принципі, краще використовувати жолоб, якомога довший. Внизу жолоба прикріплена корзина, в яку падає кулька і висмикує перемичку з гніздового роз’єма. В якості перемички взято металевий диск діаметром 40 мм, який прикріплено до корзини. Зовнішній вигляд нижнього вузла, разом з роз’ємом показано на фото 1.
Фото 1
Роз’єм прикріплюється внизу жолоба, як це показано на фото 2.
Фото 2. Роз’єм прикріплений до жолоба і перемичка вставлена в роз’єм
Тумблер SA1 на фото 2 знаходиться в «II» положенні (вниз), тобто при підключенні джерела живлення електромагніт не буде працювати. При подачі напруги на електромагніт переключивши тумблер в «I» положення (вверх) буде світити також електролампа EL1, що вказує- електромагніт під напругою; при такому положенні можна до нього прикласти залізну кульку і вона буде утримуватись. Довго подавати струм в електромагніт не бажано, щоб не розрядити батарею. Коли кулька знаходиться коло електромагніту необхідно підготовити секундомір, тобто зробити «обнулення». При перемиканні тумблера SA1 в «II» положення (вниз) замкнеться ланцюг для відліку часу, і одночасно електромагніт відпустить залізну кульку і вона буде скочуватись (вільно падати) і попаде в корзину, яка від маси кульки висмикнеться з роз’єма - відлік часу закінчиться. Гніздовий роз’єм відрегульовано так, щоб диск (прикріплений до корзини) легко висмикувався.
Верхня частина роз’єма показана на фото 3. На кінці жолоба укріплено кільце, в якому є отвір через який просилено екранований двохжильний кабель. На кабелі є зажим- таким чином можливо змінювати місце розташування електромагніту, тобто змінювати шлях (висоту) скочування (падіння) залізної кульки. Електромагніт кріпиться до екрана кабеля, а два провідника кабеля підключаються до обмотки електромагніту.
Фото 3. Електромагніт під напругою і утримує залізну кульку
Зовнішній вигляд пристрою-автомата, повністью, показаний на фото 4. Тумблер SA1 в верхньому положенні- на електромагніт поступає напруга (електролампа EL1 світить) і він утримує залізну кульку. Жолоб знаходиться у вертикальному положенню.
Фото 4. Жолоб в вертикальному положенні, на електромагніт
подана напруга- залізна кулька утримується електромагнітом.
