Шарик скатывается по желобу изогнутому в виде дуги окружности (8 видео)

Шарик скатывается по желобу изогнутому в виде дуги окружности

На рисунке представлена установка по исследованию движения шарика, брошенного горизонтально. Шарик скатывается по изогнутому жёлобу, нижняя часть которого горизонтальна. После отрыва от жёлоба шарик находится в свободном падении. В первый момент времени его скорость направлена горизонтально. Для измерения времени движения шарика имеется секундомер, для измерения дальности полёта шарика имеется мерная лента. Имеется три шарика различной массой: 60 г, 90 г и 120 г. Вам необходимо исследовать, как зависит дальность полёта шарика от высоты, с которой начинается свободное падение шарика.

1. Опишите экспериментальную установку.

2. Опишите порядок действий при проведении исследования.

1. Для проведения опыта используются установка, изображённая на рисунке. В процессе исследования используется один и тот же шарик. В каждом опыте шарик должен проходить по жёлобу одно и то же расстояние, которое измеряется при помощи мерной ленты. При этом в начале падения шарик будет иметь одинаковую скорость в каждом из опытов.

2. В процессе исследования изменяют высоту жёлоба относительно стола и измеряют её при помощи мерной ленты. Проводят два-три опыта, в каждом случае измеряют дальность полёта шарика с помощью мерной ленты.

3. Полученные значения дальности полёта сравниваются.

Видео:Столкновение шаров на уголковом желобеСкачать

Шарик скатывается по желобу изогнутому в виде дуги окружности

Изучение движения тела, брошенного горизонтально.

Цель работы: измерить начальную скорость тела, брошенного горизонтально.

Оборудование : штатив с муфтой и зажимом, изогнутый желоб, металлический шарик, лист бумаги, лист копировальной бумаги, отвес, измерительная лента.

Шарик скатывается по изогнутому желобу, нижняя часть которого горизонтальна. После отрыва от желоба шарик движется по параболе, вершина которой находится в точке отрыва шарика от желоба. Выберем систему координат, как показано на рисунке. Начальная высота шарика h и дальность полета l , связаны соотношением h =

Согласно этой формуле при уменьшении начальной высоты в 4 раза дальность полета уменьшается в 2 раза.

Измерив h и l , можно найти скорость шарика в момент отрыва от желоба

по формуле V ₀ =

Ход работы

Соберите установку, изображенную на рисунке. Нижний участок желоба должен быть горизонтальным, а расстояние h от нижнего края желоба до стола должно быть равным 40 см. Лапки зажима должны быть расположены вблизи верхнего конца желоба.

Положите под желобом лист бумаги, прикрепив его скотчем к столу, чтобы он не сдвигался при проведении опытов. Отметить на этом листе с помощью отвеса точку А, находящуюся на одной вертикали с нижним концом желоба.
Поместите в желоб шарик, предварительно покрасив его фломастером, так, чтобы он касался зажима, и отпустите шарик без толчка. Повторите этот опыт по 3 раза, со стальным и стеклянным шариками, Отметьте какую-либо точку, лежащую между отпечатками. Учтите при этом, что видимых отпечатков может оказаться меньше чем проведенных опытов, потому что некоторые отпечатки могут слиться.
Измерьте расстояние l от отмеченной точки до точки А, а также расстояние L между крайними отпечатками.

Повторите пункты 1-5, опустив желоб так, чтобы расстояние от нижнего края желоба до стола было равно 10 см (начальная вы сота). Измерьте соответствующее значение дальности полета и вычислите V₀ , для двух высот нижнего края желоба

Результаты измерений и вычислений запишите в таблицу, помещенную в тетради для лабораторных работ. Ниже приведен заголовок этой таблицы

Измерения

1) Установив высоту нижнего края желоба на h = 40 см, причем ошибка установки Δh = 2 мм

Таблица №1 Определение дальности горизонтального полета шарика (для h = 40 см)

№ опыта, см	1	2	3	4	5	6	7	Среднее значение l_ср
l	32,1	32,5	32,3	32,2	32,1	32,4	32,3	32,27
\| Δl \| = \| l – l_ср \|	0,17	0,23	0,03	0,07	0,17	0,13	0,03	0,12

Ошибку в определении Δl так же как и Δh берем равной 0,2 см, т.к. это ошибка снятия отсчетов с двух сторон мерной ленты.

2) Расчет начальной скорости шарика по формуле := 0,3227 = = 1,130 м/c

3) Ошибку ΔV₀ считаем по готовой формуле ΔV₀ = V₀ = 1,13·0,0088 = 0,010 м/с

Следовательно, V₀ = (1,13 ± 0,01) м/с.

4) Установив высоту нижнего края желоба на h = 10 см, причем ошибка установки Δh = 2 мм
Таблица №2 Определение дальности горизонтального полета шарика (для h = 10 см)

№ опыта, см	1	2	3	4	5	6	7	Среднее значение l_ср
l	15,7	15,6	15,6	15,3	15,6	15,7	15,5	15,57
\| Δl \| = \| l – l_ср \|	0,12	0,08	0,18	0,12	0,32	0,22	0,08	0,16

Ошибку в определении Δl так же как и Δh берем равной 0,2 см, т.к. это ошибка снятия отсчетов с двух сторон мерной ленты и она больше чем разброс измерений.

2) Расчет начальной скорости шарика по формуле := 0,1557 = = 1,090 м/c

3) Ошибку ΔV₀ считаем по готовой формуле ΔV₀ = V₀ = 1,09·0,023 = 0,024 м/с

Следовательно, V₀ = (1,09 ± 0,024) м/с.

Вывод:

Горизонтальный полет шарика не зависит от материала, из которого сделан шарик.
Начальная скорость шарика V₀ = 1,11 м/с .

Видео:Центростремительное ускорение. 9 класс.Скачать

ТЕСТОВЫЕ ЗАДАЧИ ДЛЯ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ (с ответами)

1. Если и – тангенциальная и нормальная составляющие вектора ускорения, то соотношения: , справедливы для…

!TRUE прямолинейного равноускоренного движения	!FALSE прямолинейного равномерного движения
!FALSE равномерного движения по окружности	!FALSE равномерного криволинейного движения

2. Материальная точка А замедленно движется по дуге окружности со скоростью . Направление вектора полного ускорения правильно показано на рисунке …

!TRUE

Шарик скатывается по желобу изогнутому в виде дуги окружности

!FALSE

3. Диск радиуса R вращается вокруг вертикальной оси

равноускоренно против часовой стрелки.

Вектор углового ускорения направлен вдоль линии …

!True 3

!False 2

!False 4

!False 1

7. Перечень контролируемых учебных элементов

Студент должен знать:

1) вектор скорости,

2) вектор ускорения,

3) составляющие ускорения – тангенциальное и нормальное ускорения;

5) вектор углового перемещения,

6) вектор угловой скорости,

7) вектор углового ускорения;

4) устанавливать графическую интерпретацию зависимости величин, входящих в закон;

5) применять закон для анализа процессов на качественном уровне;

6) определять направление векторных величин;

8) анализировать информацию, представленную в виде графика, рисунка

9) применять закон для анализа процессов на расчетном уровне;

5. Материальная точка M движется по окружности со скоростью . На рис.1 показан график зависимости проекции скорости от времени ( – единичный вектор положительного направления, – проекция на это направление).

При этом вектор полного ускорения на рис.2 имеет направление …

!True 4

!False 1

!False 2

!False 3

6. Материальная точка движется по окружности. На чертеже изображена зависимость ее скорости от времени. Точка имеет наибольшее нормальное ускорение в момент времени …

!TRUE t₁

!FALSE t₂

!FALSE t₃

!FALSE t₄

7. Тангенциальное ускорение точки меняется согласно графику.

Такому движению соответствует зависимость скорости от времени …

!TRUE

!FALSE

8. Диск радиуса R начинает вращаться из состояния покоя в горизонтальной плоскости вокруг оси Z, проходящей перпендикулярно его плоскости через его центр. Зависимость проекции углового ускорения от времени показана на графике.

Тангенциальные ускорения точки на краю диска в моменты времени 2 с и 10 с …

!TRUE равны друг другу

!FALSE отличаются в 16 раз

!FALSE отличаются в 4 раза

!FALSE отличаются в 2,5 раза

9. Диск радиуса R начинает вращаться из состояния покоя в горизонтальной плоскости вокруг оси Z, проходящей перпендикулярно его плоскости через его центр. Зависимость проекции угловой скорости от времени показана на графике.

Нормальные ускорения точки на краю диска в моменты времени 2 с и 7 с …

!TRUE отличаются в 4 раза

!FALSE отличаются в 2 раза

!FALSE равны друг другу, но не равны нулю

!FALSE оба равны нулю

10. Радиус-вектор частицы изменяется во времени по закону .

В момент времени 1 с частица оказалась в некоторой точке А.

Скорость частицы в этот момент времени имеет направление …

!TRUE 2

!FALSE 1

!FALSE 3

!FALSE 4

11. Твердое тело начинает вращаться вокруг оси Z с угловой скоростью, проекция которой изменяется во времени, как показано на графике.

Через 11 с тело окажется повернутым относительно начального положения на угол (рад) …

12. Тангенциальное ускорение точки меняется согласно графику.

Такому движению соответствует зависимость скорости от времени …

!TRUE

!FALSE

12. Материальная точка движется по окружности. На чертеже изображена зависимость ее скорости от времени. Точка имеет только нормальное ускорение в момент времени …

!TRUE t₂

!FALSE t₁

!FALSE t₃

!FALSE t₄

13. Легкий диск радиуса R начинает вращаться в горизонтальной плоскости вокруг оси Z, проходящей перпендикулярно его плоскости через его центр. Зависимость угла поворота от времени показана на графике.

Величины нормальных ускорений точки на краю диска в моменты времени с и с …

!TRUE отличаются в 9 раз

!FALSE отличаются в 3 раза

!FALSE отличаются примерно в 1,1 раза

!FALSE равны нулю

14. В начальный момент времени твердому телу придали угловую скорость 5 рад/с вокруг оси Z и в дальнейшем тело испытывает угловое ускорение, проекция которого изменяется со временем, как показано на графике.

Нормальное ускорение некоторой точки этого тела через 5 с после начала вращения …

!TRUE увеличится в 4 раза

!FALSE увеличится в 2 раза

!FALSE увеличится в 1,5 раза

!FALSE не изменится

15. На тело, брошенное под углом к горизонту, во время полета действует горизонтальная сила. Сопротивлением воздуха пренебречь. От величины этой силы зависит…

!True дальность полета

!False высота подъема

!False время полета

16. Вес тела массой m в лифте, поднимающемся вверх с ускорением равен…

!TRUE

!FALSE

17. Система состоит из трех шаров c массами кг, кг, кг, которые движутся так, как показано на рисунке.

Если скорости шаров равны м/с, м/с, м/с, то величина скорости центра масс этой системы в м/c равна…

!True

!False

!False 4

!False 10

18. В момент времени t₁ автомобиль поднимался по участку дуги.

Направление результирующей всех сил, действующих на автомобиль в этот момент времени правильно отображает вектор …

!TRUE 4

!FALSE 1

!FALSE 2

!FALSE 3

!FALSE 5

19. Импульс тела изменился под действием кратковременного удара и стал равным , как показано на рисунке.

В момент удара сила действовала в направлении …

!TRUE 2

!FALSE 1

!FALSE 3

!FALSE 4

20. На материальную точку действует сила . Если начальный импульс точки , то ее импульс через время с равен …

!True

!False

21. Теннисный мяч летел с импульсом в горизонтальном направлении, когда теннисист произвел по мячу резкий удар с средней силой 50 Н. Изменившийся импульс мяча стал равным (масштаб указан на рисунке).

Сила действовала на мяч в течении …

!TRUE 0,1 с

!FALSE 0,01 с

!FALSE 0,05 с

!FALSE 0,5 с

22. Направления векторов момента импульса и момента сил для равноускоренного вращения твердого тела правильно показаны на рисунке…

!TRUE

!FALSE

23. Алюминиевый и стальной цилиндры имеют одинаковую высоту и равные массы. Относительно моментов инерции этих цилиндров справедливо следующее суждение:

!TRUE момент инерции алюминиевого цилиндра больше момента инерции стального цилиндра

!FALSE момент инерции стального цилиндра больше момента инерции алюминиевого цилиндра

!FALSE моменты инерции цилиндров равны

24. Абсолютно твердое тело вращается с угловым ускорением, изменяющимся по закону , где — некоторая положительная константа. Момент инерции тела остается постоянным в течение всего времени вращения. Зависимость от времени момента сил, действующих на тело, определяется графиком …

!True

!False

25. Из жести вырезали три одинаковые детали в виде эллипса. Две детали разрезали: одну — пополам вдоль оси симметрии, а вторую — на четыре одинаковые части. Затем все части отодвинули друг от друга на одинаковое расстояние и расставили симметрично относительно оси OO’.

Для моментов инерции относительно оси OO’ справедливо соотношение …

!TRUE

!FALSE

26. При расчете моментов инерции тела относительно осей, не проходящих через центр масс, используют теорему Штейнера.

Если ось вращения тонкого кольца перенести из центра масс на край, то момент инерции относительно новой оси увеличится в….

!True 2 раза

!False 3 раза

!False 4 раза

!False 1.5 раза

27. Диск вращается равномерно с некоторой угловой скоростью . Начиная с момента времени , на него действует момент сил, график временной зависимости которого представлен на рисунке.

График, правильно отражающий зависимость угловой скорости диска от времени, представлен на рисунке …

!TRUE

!FALSE

28. В однородном диске сделано круглое отверстие с центром в точке А и вынутый цилиндр положен так, что его ось проходит через точку В. Цифрами 1, 2, 3, 4, 5 обозначены оси, перпендикулярные поверхности диска.

В результате такого перемещения вещества суммарный момент инерции диска и цилиндра увеличится относительно осей …

!TRUE 2, 4

!FALSE 3, 5

!FALSE 1, 3

!FALSE 1, 5

29. Физический маятник совершает колебания вокруг оси, проходящей через точку О и перпендикулярной плоскости рисунка.

Для данного положения маятника момент силы тяжести относительно т.О направлен…

!True перпендикулярно плоскости рисунка к нам

!False перпендикулярно плоскости рисунка от нас

!False в плоскости рисунка вниз

!False в плоскости рисунка вверх

30. Шарик скатывается по желобу, изогнутому в виде дуги окружности. Стрелкой указано направление линейной скорости центра масс шарика. Для положения 4 правильно указаны следующие направления углового ускорения и момента внешних сил…

!True угловое ускорение и момент сил направлены к нам перпендикулярно плоскости рисунка

!False угловое ускорение направлено к нам, а момент сил направлен от нас перпендикулярно плоскости рисунка

!False угловое ускорение и момент сил направлены от нас перпендикулярно плоскости рисунка

!False угловое ускорение и момент сил совпадают с направлением скорости

31. Шар массы совершает центральный абсолютно упругий удар о покоящийся шар массы . Если массы шаров одинаковы, то…

!True первый шар остановится, а второй будет двигаться в том же направлении

!False оба шара будут продолжать движение в том же направлении

!False после удара оба шара придут в движение с одинаковыми скоростями

!False первый шар полетит после удара в обратном направлении, покоящийся шар придет в движение

32. Шарику в точке А была сообщена начальная кинетическая энергия достаточная для прохождения в поле силы тяжести без трения через подъем и впадину.

На рисунке шарик имеет наибольшую кинетическую энергию в точке …

!True D

!False B

!False C

!False E

33. В потенциальном поле сила пропорциональна градиенту потенциальной энергии . Если график зависимости потенциальной энергии от координаты x имеет вид, представленный на рисунке,

то зависимость проекции силы на ось X будет….

!True

!False

34. Тело массой m начинает двигаться под действием силы . Если зависимость скорости тела от времени имеет вид , то мощность, развиваемая силой в момент времени t равна…

!True

!False

35. Небольшая шайба начинает движение без начальной скорости по гладкой ледяной горке из точки А. Сопротивление воздуха пренебрежимо мало. Зависимость потенциальной энергии шайбы от координаты х изображена на графике .

Кинетическая энергия шайбы в точке С …

!TRUE в 2 раза больше, чем в точке В

!FALSE в 2 раза меньше, чем в точке В

!FALSE в 1,75 раза больше, чем в точке В

!FALSE в 1,75 раза меньше, чем в точке В

36. Если зависимость работы, совершаемой силой над телом, от времени представлена выражением , то зависимость мощности, развиваемой этой силой, от времени имеет вид…

!True

!False

37. Небольшая шайба начала движение без начальной скорости по гладкой ледяной горке из точки А. Сопротивление воздуха пренебрежимо мало. Зависимость потенциальной энергии шайбы от координаты х изображена на графике . В точке В шайба, потеряв 50% кинетической энергии при столкновении со стенкой, повернула назад.

Шайба остановится в точке .

!TRUE D

!FALSE C

!FALSE E

!FALSE F

38. Сплошной и полый цилиндры, имеющие одинаковые массы и радиусы, вкатываются без проскальзывания на горку. Если начальные скорости тел одинаковы, то…

!TRUE выше поднимется полый цилиндр

!FALSE выше поднимется сплошной цилиндр

!FALSE оба тела поднимутся на одну и ту же высоту

39. Два маленьких массивных шарика закреплены на невесомом длинном стержне на расстоянии r₁ друг от друга. Стержень может вращаться без трения в горизонтальной плоскости вокруг вертикальной оси, проходящей посередине между шариками. Стержень раскрутили из состояния покоя до угловой скорости , при этом была совершена работа А₁. Шарики раздвинули симметрично на расстояние r₂=3r₁ и раскрутили до той же угловой скорости.

При этом была совершена работа …

!TRUE

!FALSE

40. Планета массой m движется по эллиптической орбите, в одном из фокусов которой находится звезда массой М.

Если – радиус-вектор планеты, то справедливым является утверждение…

!True Момент импульса планеты относительно центра звезды при движении по орбите не изменяется

!False Момент силы тяготения, действующей на планету, относительно центра звезды, не равен нулю

!False Для момента импульса планеты относительно центра звезды справедливо выражение:

41. Два невесомых стержня длины b соединены под углом a₁=60° и вращаются без трения в горизонтальной плоскости вокруг вертикальной оси О с угловой скоростью . На конце одного из стержней прикреплен очень маленький массивный шарик. В некоторый момент угол между стержнями самопроизвольно увеличился до a₂=90°.

Система стала вращаться с угловой скоростью …

!TRUE

!FALSE 2

!FALSE

42. На борту космического корабля нанесена эмблема в виде геометрической фигуры.

Из-за релятивистского сокращения длины эта фигура изменяет свою форму. Если корабль движется в направлении, указанном на рисунке стрелкой, со скоростью, сравнимой со скоростью света, то в неподвижной системе отсчета эмблема примет форму, указанную на рисунке …

!TRUE

!FALSE

43. Предмет движется со скоростью 0,6с (с – скорость света в вакууме) относительно неподвижной системы отсчета. Тогда его длина .

!True уменьшается на 20 %

!False увеличивается на 20 %

!False уменьшается на 10 %

!False увеличивается на 10 %

44. При движении частицы по кривой со скоростью, близкой к скорости света, правильные направления ее полного ускорения и приложенной к ней силы представлены на рисунке …

!TRUE

!FALSE

45. На рисунках изображены силовые линии электрических полей, созданных положительными зарядами q₁ и q₂.

!TRUE равномерно движутся вдоль оси Х, причем q₂ быстрее, чем q₁

!FALSE равномерно движутся вдоль оси Х, причем q₂ медленнее, чем q₁

!FALSE равномерно движутся вдоль оси Y, причем q₂ медленнее, чем q₁

!FALSE равномерно движутся вдоль оси Y, причем q₂ быстрее, чем q₁

ТЕРМОДИНАМИКА И МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА

1. Состояние идеального газа определяется значениями параметров: , , , где – термодинамическая температура, – давление, – объем газа. Определенное количество газа перевели из состояния в состояние . При этом его внутренняя энергия …

!TRUE увеличилась

!FALSE уменьшилась

!FALSE не изменилась

2. На рисунке изображен цикл для постоянной массы газа в координатах – объем, – давление.

Из указанных на графике четырёх точек наибольшей температуре соответствует точка…

!True 3

!False 1

!False 2

!False 4

3. На рисунке представлен график функции распределения молекул идеального газа по скоростям (распределение Максвелла), где – доля молекул, скорости которых заключены в интервале скоростей от v до v+dv в расчете на единицу этого интервала.

Для этой функции верным утверждением является…

!TRUE с ростом температуры максимум кривой смещается вправо

!FALSE с ростом температуры площадь под кривой растет

!FALSE с ростом температуры величина максимума растет

4. В трех одинаковых сосудах находится одинаковое количество газа, причем

Распределение скоростей молекул в сосуде с температурой Т₃ будет описывать кривая.

!True 1

!False 2

!False 3

5. В сосуде, разделенном на равные части неподвижной теплоизолирующей перегородкой, находится одинаковое количество идеального газа, причем давление Р₁>P₂ .

Распределение молекул газа по скоростям для обеих частей сосуда правильно указано на рисунке.

!True

!False

6. На рисунке приведены две кривые распределение молекул одного газа по абсолютным скоростям при разных значениях температур. Отношение температур равно…

!True 25/16

!False 16/25

!False 5/4

!False 4/5

15. Средняя кинетическая энергия молекулы идеального газа при температуре T равна . Здесь , где , и – число степеней свободы поступательного, вращательного и колебательного движений молекулы. Для гелия (He) число i равно …

!TRUE 3

!FALSE 1

!FALSE 5

!FALSE 7

16. На каждую степень свободы движения молекулы приходится одинаковая энергия, равная (k – постоянная Больцмана, T –температура по шкале Кельвина). Средняя кинетическая энергия атомарного водорода равна .

!True

!False

17. Теплоемкость произвольного количества идеального газа при изотермическом процессе равна …

!TRUE ∞

!FALSE

!FALSE 0

!FALSE

18. Молярные теплоемкости гелия в процессах 1-2 и 1-3 равны С₁ и С₂ соответственно.

Тогда составляет…

!TRUE

!FALSE

19. Давление газа, находящегося в закрытом сосуде при некоторой температуре, можно рассчитать и как для идеального газа по уравнению Менделеева-Клапейрона, и как для реального газа по уравнению Ван-дер-Ваальса. Анализ показывает, что …

TRUE всегда

!FALSE всегда

!FALSE отношение давлений зависит от температуры и концентрации молекул

20. На рисунке представлен набор экспериментальных изотерм реального газа.

Область, в которой пар находится в динамическом равновесии с жидкостью, обозначена цифрой …

!TRUE 2

!FALSE 1

!FALSE 3

!FALSE 4

21. Если – изменение внутренней энергии идеального газа, А – работа газа, Q – теплота, сообщаемая газу, то для адиабатного расширения газа справедливы соотношения…