μελέτη ευθύγραμμης ομαλά επιταχυνόμενης κίνησης (μελέτη με φωτοπύλες και ηλεκτρονικά χρονόμετρα)

Transcript

1 φυσική Α τάξης λυκείου εργαστηριακή άσκηση μελέτη ευθύγραμμης ομαλά επιταχυνόμενης κίνησης (μελέτη με φωτοπύλες και ηλεκτρονικά χρονόμετρα) ΠΕ φυσικός [1]

2 Α' Τάξη Λυκείου Φύλλο Εργασίας Άσκηση: Μελέτη ευθύγραμμης ομαλά επιταχυνόμενης κίνησης. (μελέτη με φωτοπύλες και ηλεκτρονικά χρονόμετρα) Ομάδα: α/α 1. Ονοματεπώνυμο Στόχοι της άσκησης Να πραγματοποιήσετε ευθύγραμμη ομαλά επιταχυνόμενη κίνηση Να πάρετε μετρήσεις με τη βοήθεια φωτοπυλών και ηλεκτρονικών χρονομέτρων και να συμπληρώσετε τον πίνακα μετρήσεων. Να κατασκευάσετε τη γραφική παράσταση της θέσης x συναρτήσει της ταχύτητας u και να επαληθεύσετε τη σχέση της ευθύγραμμης ομαλά επιταχυνόμενης κίνησης. ΠΕ φυσικός []

3 . Μελέτη με φωτοπύλες Όργανα Συσκευές Υλικά που θα χρειαστούμε: 1. Ξύλινες ράβδοι (). Σφιγκτήρες τύπου «G» (5) 3. Μεταλλικές βάσεις (5) 4. Μεταλλικές ράβδοι μεγάλες (5) 5. Μεταλλικοί σύνδεσμοι (6) 6. Τροχαλίες () 7. Νήμα 8. Βαριδάκι ΠΕ φυσικός [3]

4 9. Αμαξίδιο με χαρτονάκι στερεωμένο 10. Φωτοπύλες (4) 11. Ηλεκτρονικό χρονόμετρο με τροφοδοτικό Πειραματική διάταξη Η πειραματική διάταξη που θα κατασκευάσουμε θα έχει ως εξής: Στις δύο άκρες του τραπεζιού στερεώνουμε τις δύο ξύλινες ράβδους με τη βοήθεια 4 σφιγκτήρων τύπου G (οι ξύλινες ράβδοι λειτουργούν και σαν «στοπ» για το αμαξίδιο). Στη μια πλευρά του τραπεζιού στερεώνουμε τη μεταλλική βάση, πάνω σε αυτή τη μεγάλη μεταλλική ράβδο και πάνω στη μεταλλική ράβδο τις δύο τροχαλίες με τη βοήθεια των δύο μεταλλικών συνδέσμων. Περνάμε το νήμα από τις τροχαλίες και τη μία άκρη τη δένουμε στο αμαξίδιο (το οποίο έχει κολλημένο ένα χαρτονάκι, ώστε περνώντας από τη φωτοπύλη, να σκιάζει το φωτοκύτταρο) και στην άλλη άκρη κρεμάμε το βαριδάκι. Σε κάθε μία από τις τέσσερις μεταλλικές βάσεις συνδέουμε τη μεγάλη μεταλλική ράβδο. Πάνω στη μεταλλική ράβδο, συνδέουμε με τη βοήθεια ενός μεταλλικού συνδέσμου τη μικρή ΠΕ φυσικός [4]

5 μεταλλική ράβδο, πάνω στην οποία στερεώνουμε τη φωτοπύλη. Συνδέουμε τη φωτοπύλη με το ηλεκτρονικό χρονόμετρο και αυτό με το τροφοδοτικό. Τοποθετούμε τις βάσεις με τις φωτοπύλες κατά μήκος της διαδρομής του αμαξίδιου ρυθμίζοντας το ύψος τους ώστε το χαρτονάκι να σκιάζει το φωτοκύτταρο καθώς περνά από τη φωτοπύλη. φωτοπύλη φωτοκύτταρο χαρτόνι u Κόβουμε ένα κομμάτι χαρτοταινία (όσο περίπου το μήκος του τραπεζιού) και την κολλάμε δίπλα από τη διαδρομή του αμαξίδιου. Μετρώντας με τον μεταλλικό χάρακα, σημειώνουμε πάνω στη χαρτοταινία τις θέσεις των τεσσάρων φωτοπυλών, καθώς και το σημείο που ξεκινά το χαρτονάκι x= 0. ( ) Δx αμαξίδιο χαρτονάκι Φωτοπύλη 1 Φωτοπύλη Φωτοπύλη 3 Φωτοπύλη 4 x=0 x1 x x3 x4 χαρτοταινία ΠΕ φυσικός [5]

6 Εκτέλεση του πειράματος Φέρνουμε το αμαξίδιο σε εκείνη την πλευρά του τραπεζιού, απέναντι από την πλευρά που στηρίζεται η τροχαλία που κρέμεται το βαριδάκι και το κρατάμε ακίνητο. Θέτουμε τα τέσσερα ηλεκτρονικά χρονόμετρα στη λειτουργία F1 και τα μηδενίζουμε. Αφήνουμε ελεύθερο το αμαξίδιο να κινηθεί. Το αμαξίδιο παρασύρεται από το βαριδάκι με το οποίο είναι συνδεδεμένο και εκτελεί ευθύγραμμη ομαλά επιταχυνόμενη κίνηση. Εφόσον η ταχύτητα του αμαξίδιου συνεχώς αυξάνεται, οι χρόνοι που καταγράφουν τα ηλεκτρονικά χρονόμετρα μειώνονται. Επεξεργασία πειραματικών δεδομένων Καταγράφουμε στον παρακάτω πίνακα μετρήσεων: - Τις ενδείξεις των τεσσάρων ηλεκτρονικών χρονομέτρων. - Το πλάτος του χαρτονιού. - Τις θέσεις των τεσσάρων φωτοπυλών. Υπολογίζουμε τη στιγμιαία ταχύτητα σε καθεμία από τις θέσεις των τεσσάρων φωτοπυλών: Πίνακας Μετρήσεων Αρχικά Φωτοπύλη 1 Φωτοπύλη Φωτοπύλη 3 Φωτοπύλη 4 x0 = 0 x1= x= x3= x4= Δt1= Δt= Δt3= Δt4= Πλάτος χαρτονιού Δx= Δx Ταχύτητα υ = Δt υ0 = 0 υ1= υ= υ3= υ4= Κατασκευάστε τη γραφική παράσταση απομάκρυνσης - ταχύτητας (x-υ) Συνδυάζοντας τις εξισώσεις της ευθύγραμμης ομαλά επιταχυνόμενης κίνησης και απαλοίφοντας το χρόνο, προκύπτει: υ υ= α t t= α 1 υ 1 x = α x υ 1 = α α x = α t Δηλαδή μια εξίσωση της μορφής y = α x, δηλαδή περιμένουμε μια γραφική παράσταση παραβολής. ΠΕ φυσικός [6]