№1 зертханалық жұмыс. Теңүдемелі қозғалыс кезіндегі дененің үдеуін анықтау
Жұмыста арбашаны (немесе шарикті) көлбеу науаның жоғарғы ұшынан бастапқы жылдамдықсыз жібереді, жүрген жолын s өлшеуіш таспамен, ал қозғалыс уақытын t секундомермен немесе фотоқақпамен өлшейді. a = 2s/t² формуласы бойынша үдеуді тауып, жол мен жылдамдықтың уақытқа тәуелділік графиктерін тұрғызады.
Жұмыстың мақсаты. Бастапқы жылдамдықсыз теңүдемелі қозғалған дененің үдеуін эксперименттік жолмен анықтау, s(t) және v(t) графиктерін тұрғызу және нәтиженің дәлдігіне әсер ететін факторларды талдау.
Осы тақырыпқа ҚМЖ жасауОқу мақсаттары
- 9.2.1.7теңүдемелі қозғалыс кезіндегі дененің үдеуін эксперименттік жолмен анықтау
- 9.1.3.2эксперименттің нәтижесіне әсер ететін факторларды талдау және экспери-ментті жүргізуді жақсарту жолдарын ұсыну
- 9.2.1.8теңүдемелі қозғалыс кезiндегi орын ауыстырудың және жылдамдықтың уақытқа тәуелділік графиктерін тұрғызу және оларды түсіндіру
Құрал-жабдықтар
- ұзындығы 1–1,5 м көлбеу науа (бағыттауыш)
- арбаша немесе болат шарик
- муфтасы мен қысқышы бар штатив
- жол соңындағы металл тірек (цилиндр)
- өлшеуіш таспа немесе сызғыш
- секундомер немесе фотоқақпалы уақыт датчигі
- белгі қоюға арналған бор немесе маркер
Жұмыс барысы
- 1
Науаны штатив қысқышына аздаған бұрышпен көлбеу бекітіңіз (жоғарғы ұшы 10–20 см биіктікте), төменгі ұшына тірек қойыңыз.
- 2
Науаның жоғарғы ұшына бормен бастапқы белгі салыңыз. Белгіден тірекке дейінгі s жолын өлшеуіш таспамен өлшеп, кестеге жазыңыз.
- 3
Арбашаны белгіге қойып, итермей жіберіңіз де, сол сәтте секундомерді қосыңыз. Арбаша тірекке соғылған сәтте секундомерді тоқтатыңыз.
- 4
Сол белгіден тағы 2 рет жіберіп, орташа уақыт t-ны табыңыз.
- 5
Тіректі жылжытып, жолды қысқартыңыз (мысалы, бастапқы жолдың 3/4, 1/2 және 1/4 бөлігі) және әр жол үшін уақытты қайта өлшеңіз.
- 6
Әр тәжірибе үшін үдеуді a = 2s/t² және жол соңындағы жылдамдықты v = 2s/t формуласымен есептеңіз.
- 7
Кесте деректері бойынша s(t) және v(t) графиктерін тұрғызыңыз. v(t) нүктелерінің координаттар басы арқылы өтетін түзуге жақын жатқанын тексеріңіз.
- 8
Үдеудің орташа мәнін табыңыз, өлшеу қателігін бағалаңыз және тәжірибені дәлірек жүргізу жолдарын ұсыныңыз.
Қысқаша теория
Дененің жылдамдығы кез келген бірдей уақыт аралықтарында бірдей шамаға өзгеретін қозғалысты теңүдемелі қозғалыс деп атайды. Жылдамдықтың өзгеру шапшаңдығын үдеу сипаттайды: a = (v − v₀) / t. ХБЖ-да үдеу метр бөлінген секунд квадратпен (м/с²) өлшенеді.
Дене тыныштық күйден қозғала бастаса (v₀ = 0), оның жылдамдығы v = a·t заңымен, ал жолы s = a·t² / 2 заңымен артады. Демек үдеуді тек жол мен уақытты өлшеп табуға болады: a = 2s / t². Бөліктегі орташа жылдамдық s / t-ға тең, ал бөліктің соңындағы жылдамдық одан екі есе үлкен: v = 2s / t.
Теңүдемелі қозғалыста жылдамдықтың уақытқа тәуелділік графигі — координаттар басынан шығатын түзу, оның көлбеулігі үдеуге тең. Жолдың уақытқа тәуелділік графигі — парабола тармағы: қозғалыс басталғаннан кейінгі 1 с, 2 с және 3 с ішінде дене жүрген жолдар 1 : 4 : 9 қатынасындай болады. Денені бір белгіден жіберіп, әр түрлі қашықтыққа кететін уақытты өлшесе, бұл заңдылықты нүктелер арқылы тексеруге болады.
Нәтижеге секундомер ұстаған адамның реакция уақыты (шамамен 0,1–0,2 с), тіректің дәл қойылмауы, жібергендегі итеру және үйкеліс әсер етеді. Сондықтан әр тәжірибе бірнеше рет қайталанып, уақыттың орташа мәні алынады.
Виртуалды тәжірибе
«Механикалық зертхананың» «Қозғалыс» режимінде «Арба және фотоқақпа» тәжірибесін ашыңыз. Көлбеулік бұрышын беріп, фотоқақпаны бастаудан s қашықтыққа қойыңыз да, арбаны жіберіңіз; t уақытын алдымен фотоқақпамен, содан кейін қолдағы секундомермен өлшеңіз. Қақпаның бірнеше орны үшін s пен t мәндерін жазып, a = 2s/t² есептеңіз және фотоқақпамен алынған нәтиже қолмен өлшенгеннен қаншалықты өзгеше екенін салыстырыңыз.
Осы тақырыптағы тағы бір симуляция: Кинематика: бірқалыпты және бірқалыпты үдемелі қозғалыс
Өлшеу кестесі
№1 зертханалық жұмыс · Физика, 9 сынып. Теңүдемелі қозғалыс кезіндегі дененің үдеуін анықтау
Аты-жөні, сыныбы: ____________________ Күні: __________
| Тәжірибе № | Жол s, м | t₁, с | t₂, с | t₃, с | Орташа уақыт t, с | Үдеу a, м/с² | Жылдамдық v = 2s/t, м/с |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | |||||||
| 2 | |||||||
| 3 | |||||||
| 4 |
Есептеу және қорытынды
Үдеу: a = 2s / t²; жол соңындағы жылдамдық: v = 2s / t = a·t.
Мысалы, s = 0,80 м және орташа уақыт t = 1,6 с болса: a = 2 · 0,80 / 1,6² = 1,60 / 2,56 ≈ 0,63 м/с², v = 2 · 0,80 / 1,6 = 1,0 м/с.
Үдеудің орташа мәні: aорт = (a₁ + a₂ + a₃ + a₄) / 4.
Салыстырмалы қателік: ε = Δs/s + 2·Δt/t. Мысалы, Δs = 0,005 м және Δt = 0,1 с болғанда: ε ≈ 0,006 + 0,125 ≈ 0,13, яғни шамамен 13 %. Қателіктің негізгі бөлігі уақытты өлшеуден шығатыны көрінеді.
Абсолют қателік: Δa = ε · aорт; жауап a = aорт ± Δa түрінде жазылады.
Қорытынды үлгісі: Жұмыс барысында көлбеу науамен төмен қозғалған дененің үдеуін анықтадым: a = … ± … м/с². v(t) графигі … болып шықты, s(t) графигі — …. Ең үлкен қателікті … береді; дәлдікті арттыру үшін … ұсынамын.
Бақылау сұрақтары
Қандай қозғалысты теңүдемелі деп атайды?
Жауабын көру
Дененің жылдамдығы кез келген бірдей уақыт аралықтарында бірдей шамаға өзгеретін, яғни үдеуі тұрақты қозғалысты.
Есептеу үшін неге жол мен уақытты өлшеу жеткілікті?
Жауабын көру
Дене тыныштық күйден қозғалады, сондықтан s = a·t²/2, ал осы формуладан үдеу a = 2s/t² түрінде өрнектеледі.
Науаның көлбеулік бұрышын арттырса, үдеу қалай өзгереді?
Жауабын көру
Үдеу артады, өйткені ауырлық күшінің науа бойымен бағытталған құраушысы үлкейеді.
v(t) графигі бойынша үдеуді қалай табады?
Жауабын көру
Үдеу түзудің көлбеулігіне тең: графиктен екі нүкте алып, жылдамдықтың өзгерісін сәйкес уақыт аралығына бөлу керек.
Нәтижені қандай факторлар бұрмалайды және оларды қалай азайтуға болады?
Жауабын көру
Тәжірибе жасаушының реакция уақыты, жібергендегі итеру, үйкеліс және жолдың дәл өлшенбеуі. Уақыт датчиктері (фотоқақпа), ұзынырақ жол және тәжірибені қайталап, орташа мәнін алу көмектеседі.
Қауіпсіздік техникасы
- Тәжірибе кезінде сырғып кетпеуі үшін науаны штатив қысқышына мықтап бекітіңіз.
- Арбаша немесе шарик еденге құламауы үшін науаның соңына тірек қойыңыз.
- Науаны тым тік қоймаңыз: жылдам қозғалған денені тоқтату да, уақытын дәл өлшеу де қиын.
- Домалап кеткен шарикті бірден жинап алыңыз, оны ешкім басып кетпесін.
Мұғалімге
Осы жұмыстың тақырыбына ҚМЖ мен БЖБ-ны Bilim Plus Ұстаз кабинетінде ЖИ оқу мақсаттарының коды бойынша жинайды. Симуляцияны сыныпқа беруге не тақтаға шығаруға болады.
Жиі қойылатын сұрақтар
- Жұмысты құрал-жабдықсыз орындауға бола ма?
- Иә, «Механикалық зертханада» («Қозғалыс» → «Арба және фотоқақпа») виртуалды зертханалық жұмыс жасауға болады. Оны нақты тәжірибенің орнына зертханалық журналға есептеу-есептемеуді мұғалім шешеді.
- Қорытындыны қалай дұрыс жазу керек?
- Табылған үдеуді қателігімен және өлшем бірлігімен көрсетіңіз, s(t) және v(t) графиктерінің түрін сипаттаңыз, қателіктің негізгі көзін атап, тәжірибені жақсарту жолын ұсыныңыз.
- Неліктен әр тәжірибеде үдеу сәл әртүрлі шығады?
- Кездейсоқ қателіктерге байланысты: реакция уақыты әр жолы аздап өзгереді, денені бірдей жіберу де қиын. Сондықтан тәжірибені қайталап, орташа мәнін есептейді.