Изучение закона сохранения энергии.

Лабораторная работа
ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНА СОХРАНЕНИЛ ЭНЕРГИИ
(СРАВНЕНИЕ ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ЭНЕРГИИ
РАСТЯНУТОЙ ПРУЖИНЫ С КИНЕТИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИЕЙ ТЕЛА)
Цель работы: экспериментально проверить справедливость закона сохранения механической энергии
и оценить правдоподобность полученных результатов.
О б о р у д о в а н и е: два штатива для фронтальных работ, динамометр учебный; шар, нитки; листы
белой и копировальной бумаги, линейка с миллиметровыми делениями; весы учебные; разновес.
Содержание и метод выполнения работы
На основании закона сохранения и превращения энергии при взаимодействии тел
силами упругости изменение потенциальной энергии растянутой пружины должно быть
равно изменению кинетической энергии связанного с ней тела, взятому с противоположным знаком: Ер = -Ек.
Для экспериментальной
проверки этого утверждения
можно воспользоваться установкой, изображенной на риh
сунке. В лапке штатива закрепляют динамометр. К его крючку привязывают шар на нити
длиной б0—80см. На другом
штативе на одинаковой высоте
s
с динамометром укрепляют в
лапке желоб. Установив шар на краю желоба и удерживая его, отодвигают второй штатив
от первого на длину нити. Если отодвинуть шар от края желоба на х, то в результате деkx2
, где k — жестформации пружина приобретет запас потенциальной энергии Е р 
2
кость пружины.
Затем шар отпускают. Под действием силы упругости шар приобретает скорость.
Пренебрегая потерями, вызванными действием силы трения, можно считать, что потенциальная энергия растянутой пружины полностью превратится в кинетическую энергию шара.
Скорость шара можно определить, измерив дальность его полета s при свободном
падении с высоты h.
2h
s
g
Из выражений: v  и t 
следует, что v  s
.
t
g
2h
mv2 ms2 g

Тогда получим Ek 
.
2
4h
kx2 ms 2 g

.
2
4h
F x ms2 g
 kx получим равенство: упр 
.
2
4h
Целью работы является проверка равенства:
С учетом равенства Fупр
Лабораторная работа «Изучение закона сохранения энергии»
2
Порядок выполнения работы
1. Укрепите на штативах динамометр и желоб на одинаковой высоте примерно h=40 см от поверхности стола. Зацепите за крючок динамометра нить, привязанную другим концом к шару. На предполагаемое
место падения шара положите лист белой бумаги и сверху него лист копировальной бумаги.
Расстояние между штативами должно быть таким, чтобы шар находился на краю желоба при натянутой нити и отсутствии деформации пружины динамометра.
2. Отодвигайте шар от края желоба до тех пор, пока показания динамометра не станут равными 2 Н –
4 Н. Отпустите шар и заметьте место его падения на стол по отметке на листе бумаги.
Опыт повторите не менее 3 раз. Определите среднее значение дальности полета
З. Измерьте деформацию х пружины динамометра при выбранной величине силы упругости. Вычислите потенциальную энергию растянутой пружины.
4. Измерьте массу шара с помощью весов.
5. По результатам измерений произведите необходимые расчеты потенциальной и кинетической энергий (g = 9,81 м/с2).
6. Вычислите погрешности измерения потенциальной энергии растянутой пружины. Так как потенциальная энергия
Ep 
Fy x
2
Fy
, то относительная погрешность равна: E p 
Fy

x
.
x
Абсолютная погрешность потенциальной энергии равна: E p  E p E p .
7. Вычислите погрешности измерения кинетической энергии шара. Так как кинетическая энергия выражается равенством
Ek 
m 2s h
ms 2 g


, то относительная погрешность равна: Ek 
. Поm
s
h
4h
грешностью ускорения свободного падения можно пренебречь. Абсолютная погрешность измерения кинетической энергии шара равна: Ek  Ek Ek .
Примечание: При использовании весов, в соответствии с требованиями к процедуре взвешивания тел
на рычажных весах в физическом эксперименте, приходится учитывать, чаще всего, погрешность гирь и
погрешность самих весов. В школьных условиях для измерения массы тел используется набор гирь (разновес) 4-го класса точности. Погрешность гирь, входящих в набор гирь (разновес) 4-го класса точности, приведена в таблице.
Номинальное
зна-
чение массы гирь
10, 20,
100 г
50 г
20 г
10 г
5 г 2 г 1 г 500 мг
200 мг
50 и
100 мг
Погрешность (в мг)
40
30
20
12
8
6
4
3
2
1
Погрешность весов (чувствительность прибора) равна половине массы наименьшей гири, которая
выводит весы из равновесия.
Погрешность измерения массы тела, таким образом, равна сумме погрешностей использованных при
взвешивании гирь и чувствительности весов.
8. Сделайте вывод о проделанной работе и о выполнении закона сохранения механической энергии,
Ek  Ek .
проверив, имеют ли общие точки интервалы E p  E p и




Контрольные вопросы
1. В каких случаях выполняется закон сохранения механической энергии?
2. Чем можно объяснить неточное равенство изменений потенциальной энергии
пружины и кинетической энергии шара?