ЛР №6. Изучение движения тела, брошенного горизонтально

Что исследуем

Найдём скорость шарика по двум измеряемым длинам. Фотосцена иллюстративна: горизонтальность выхода и надёжность реальной установки проверяет учитель. Работа выполняется под его руководством на столе с ограничителем.

Откуда измерять

Закрепить жёлоб с горизонтальным выходом над столом. Отметить положение пуска; шарик отпускать без толчка. Пробным пуском определить зону попаданий, закрепить белую и копировальную бумагу. Отвесом отметить проекцию выхода. Выполнить 5 пусков с одной метки; пронумеровать следы. Бумагу не сдвигать. Для каждого опыта записать h от центра шарика на выходе до центра при первом контакте и l между вертикальными проекциями центра на выходе и при контакте. Для одинакового шарика h равна перепаду высот опорных поверхностей. Найти средние h и l, затем v₀=lср√(g/(2hср)).

Вывод формулы

В вертикальном движении $h=gt^2/2$, в горизонтальном $l=v_0t$. Поэтому $v_0=l\sqrt{g/(2h)}$. В этой лабораторной g=9,81 м/с². Скорость косвенно вычисляется по средним h и l.

Подготовь оборудование

Нужны штатив, жёлоб, шарик, линейка, отвес, белая и копировальная бумага, скотч и мягкий ограничитель. Пуск, отметку и измерение распределите между тремя участниками; каждый ведёт собственную запись.

Пять повторов

Сохраняйте одну метку пуска и не толкайте шарик. Все пять исходных значений остаются в таблице. Если сдвинули бумагу или установку, запишите нарушение и проведите новую серию. Не удаляйте неудобные результаты без причины.

Оцени погрешность

Для пяти повторов: dᵢ=|lᵢ−lср|; dср=(d₁+…+d₅)/5; Δlслуч=3dср; Δl=Δlсист+Δlслуч; εl=Δl/lср·100%. Δlсист учитель задаёт для установленного прибора и способа отсчёта. В учебных данных Δlсист=0,002 м. Промежуточные числа не округлять; итоговую Δl округлить до одной значащей цифры, lср — до того же разряда. ε вычислить до округления и округлить до десятых процента.

Сделай вывод

Укажи полученную v₀, результат l в интервальной форме, относительную погрешность и одно ограничение опыта. Погрешность косвенной скорости здесь отдельно не оцениваем. При отсутствии установки используй явно обозначенные учебные данные в заданиях А–В ниже; не называй их своими измерениями.

Перенос модели

Объясни, какая часть метода перестанет работать, если выход жёлоба наклонён вверх. Начальная вертикальная скорость уже не нулевая, поэтому t=√(2h/g) без изменения применять нельзя.

Проверь себя

Запиши решение до открытия ключей. g=9,81 м/с². Шарик выходит горизонтально, сопротивлением пренебрегаем. Для модельных задач используем только данные условия; реальные результаты не подгоняем под них.

А. Учебные данные, не результаты класса: h₁…h₅=0,200 м; l=0,396; 0,398; 0,400; 0,402; 0,404 м; Δlсист=0,002 м; g=9,81 м/с². Найди средние h, l и начальную скорость.

Б. Для серии из А найди пять dᵢ, dср, Δlслуч, полную Δl и εl. Запиши результат l в интервальной форме. Используй правила обработки, приведённые в уроке.

В. Ученик сдвинул бумагу после второго пуска и измерил l от края стола вместо проекции выхода. Можно ли усреднять такую серию? Как исправить опыт?

Новая попытка после ошибки. После исправления закрой ответы и реши: В новой учебной серии hср=0,200 м, lср=0,300 м. Найди v₀ при g=9,81 м/с².

Показать ответ после выполнения

Домашняя работа

Учебный результат: l=(0,250±0,010) м. Найди εl и границы интервала. Назови один способ уменьшить случайный разброс пусков.

Главное

Пять пусков при одинаковых условиях → средние h и l → v₀. Разброс и приборная составляющая входят в Δl. Результат содержит число, единицу и оценку погрешности.