microbik.ru
1 2 ... 7 8
Александр Клименков

Кабинет физики

Ленинградского Областного Института Развития Образования
Проведение лабораторных работ по физике

с использованием учебного компьютерного курса

"Физика в картинках"

НЦ "Физикон"
Описание

В данном пособии приводятся разработки проведения лабораторного практикума с использованием учебного компьютерного курса "Физика в картинках" НЦ "Физикон". Пособие разрабатывалось на основе базовой версии продукта 6.2. Данная методическая разработка представляет из себя набор бланков протоколов лабораторных работ, выдаваемых учащимся и предназначенных для заполнения в ходе выполнения работы. В бланках представлен ряд заданий и варианты ответов на них. Многие задания различаются по вариантам, поэтому имеет смысл перед началом работы распределить учащихся по вариантам. Ученику (или бригаде) выдаются бланки и предоставляется доступ к компьютеру с запущенной программой "Физика в картинках". Если учащиеся слабо знакомы с компьютерной техникой и с данной программой им выдаются специальная инструкция-памятка, образец которой прилагается к данному комплекту.

Работа 1.1

Траектория движения.
ФИО_____________________________________ Класс ________Вариант ___________



  1. Выберите в меню программы раздел "Механика", демонстрацию "Траектория движения".

  2. Ознакомьтесь с системой управления жуком, попробуйте управлять его движением. На экране вы видите жука, ползущего к водопою. Жук ползет с постоянной, абсолютной по величине скоростью. С помощью клавиши "Управление" и стрелок под жуком вы можете изменять направление его движения. С помощью клавиши "Демонстрация" вы можете включить у жука автопилот.

  3. Нажмите на кнопку "Демонстрация" и подождите, пока жук вернется в исходную точку, из которой он начал движение. Наблюдайте за изменением радиус-вектора и вектора скорости.

После завершения опыта:

перемещение

а) равно нулю

б) отлично от нуля

путь

а) равен нулю

б) отличен от нуля

  1. Как двигался жук, если в течении всего времени движения (выберите условие в соответствии со своим вариантом)

1 вариант vx=0

2 вариант vx=vy

3 вариант vy=0

Ваш ответ (нужное вписать):

а) вдоль оси координат _______ (впишите ось)

б) по прямой y= __________ (впишите уравнение)

в) по прямой x= __________ (впишите уравнение)

  1. Попробуйте выбрать другую систему координат с помощью кнопки "Система координат". Изменится ли ответ на предыдущий вопрос, если жук будет двигаться в другой системе координат?

_____________________________________

  1. В некоторый момент времени жук имел координаты (выберите условие в соответствии со своим вариантом):

1 вариант x=4 y=4

2 вариант x=3 y=5

3 вариант x=5 y=3

Как изменятся его координаты, если координатную ось повернуть на 900. Для наглядности воспользуйтесь кнопкой "Система координат".

Ваш ответ:

в новой системе координат x=______ y=________

7. Подведем итог и сделаем выводы. Дайте ответы на следующие вопросы:

а) Существует ли различие между пройденным путем и перемещением? _________

б) Зависят ли координаты коровки от выбора системы координат? _________

в) Зависят ли вектор перемещения и величина пройденного пути

от выбора системы координат? __________

Работа 1.2

Равноускоренное движение
ФИО_____________________________________ Класс ________Вариант ___________


  1. Выберите в меню программы раздел "Механика", демонстрацию "Равноускоренное движение".

  2. На экране вы видите такелажника Федю. Такелажник Федя опаздывает на работу и вынужден двигаться равноускоренно. В данном случае такелажник Федя - это материальная точка. Если вы нажмете на кнопку "Начальн. Скорость", то вы, нажав на левую клавиши мышки и не отпуская ее, сможете перетаскивать красный вектор начальной скорости человечка, тем самым изменяя его скорость. Аналогично можно изменить его ускорение, нажав на кнопку "Ускорение" и перетаскивая черный вектор. Дальше с помощью кнопки "Старт" мы можем отправить Федю в путь. Под картинкой с человечком находятся графики его скорости, пройденного пути и координаты в зависимости от времени.

  3. Потренируйтесь с управлением человечком путем изменения его начальной скорости и ускорения. Пронаблюдайте, как при этом изменяются графики, описывающие его движение.

Попробуйте следующие начальные данные:

v0, м/с

0.2

0

1

1

а, м/с2

0

-0.5

0.1

-0.1




  1. Сделайте так, чтобы человечек, начав движение из точки 0, прошел бы до точки x, там остановился и начал движение в обратном направлении. Координаты точки x:

1 вариант x= -3

2 вариант x= -5

3 вариант x= 4

Совет: можно конечно опытным путем подобрать нужные начальные параметры, но попробуйте предварительно рассчитать их и проверить результат при помощи компьютерного эксперимента.

Ваш ответ:

Начальная скорость v= _________

Ускорение a= _________

  1. Сделайте так, чтобы, начав двигаться из точки 0, Федя достиг бы точки x за t секунд.

1 вариант x= -5 t= 4c

2 вариант x= 5 t= 5c

3 вариант x= 0 t= 8c

Ваш ответ:

Начальная скорость v=________

Ускорение a=_________

  1. Установите начальную скорость человека 1м/c.

Каково должно быть начальное ускорение, чтобы человечек

1 вариант прошел 4 секунды и остановился

2 вариант дошел до точки -5 за 8 секунд

3 вариант дошел до точки 5 за 4 секунды

Ваш ответ: _____________________________________

  1. Подведем итог и сделаем выводы. Ответьте, пожалуйста, на вопросы:

а) Скорость и ускорение - ________________ величины (векторные, скалярные).

б) Величинам скорости и ускорения приписывается знак ____ ,если вектора направлены по оси x и знак ____ в противоположном случае.

в) если в начальный момент скорость и ускорение имеют разные знаки, это означает, что ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________


Работа 1.3

Закон сложения скоростей
ФИО_____________________________________ Класс ________Вариант ___________


  1. Выберите в меню программы раздел "Механика", демонстрацию "Закон сложения скоростей".

  2. На экране вы видите такелажника Федю в двух разных системах отсчета вместе с автобусом номер 24, изображенного в виде тележки. Сверху показана лабораторная система отсчета, то есть система отсчета относительно бабушки стоящей на остановке. Нижнюю систему отсчета можно выбирать с помощью кнопки "Система отсчета". Либо это будет система отсчета тележки (пассажира автобуса), либо система отсчета человека (такелажника Феди, бегущего на работу). С помощью кнопки "Скорости" мы можем перетаскивать вектора скорости в верхней системе отсчета, тем самым изменяя их значение. Кнопка "Старт" запускает лабораторную систему "Федя-автобус", а кнопка "Шаг" позволяет продвигать систему в пошаговом режиме.

  3. Запишите закон сложения скоростей в общей векторной форме и поясните значение каждого вектора:

_____= ___________________

_____ - _________________________

_____ - _________________________

_____ - _________________________

Этим законом вы будете пользоваться при ответе на последующие вопросы.

  1. Установите в нижнем окне систему отсчета тележки. В верхнем окне установите такие скорости человека и тележки, чтобы для наблюдателя, сидящего в тележке, которая едет в ту же сторону со скоростью v, он казался неподвижным.

Запишите закон сложения скоростей для этого случая:

________=_________________________

Какое будет отношение между скоростями человека и тележки?

_______________________________________________________________

  1. Какова скорость человека в лабораторной системе отсчета идущего по земле, если для наблюдателя, сидящего в тележке, которая едет в ту же сторону со скоростью v он кажется:

Вариант 1 отстающим от нее со скоростью v/2

Вариант 2 опережающим ее со скоростью v/2

Вариант 3 отстающим от нее со скоростью v

Запишите закон сложения скоростей

________=_________________________

Ваш ответ ___________________________________________________

  1. Тележка едет по земле со скоростью v1. Навстречу ей идет человек со скоростью v2 относительно земли. С какой скоростью едет тележка в системе отсчета, связанной с человеком?

Вариант 1 v1=2v v2= -v

Вариант 2 v1=v v2=2v

Вариант 3 v1= - 2v v2= v

Запишите закон сложения скоростей

________=_________________________

Ваш ответ __________________________________________________

  1. Подведем итоги и сделаем выводы. Ответьте, пожалуйста, на следующие вопросы:

а) Движение

относительно безотносительно

б) В системе отсчета, связанной с Землей, движутся:

_____________________________________________________

в) В системе отсчета, связанной с тележкой, движутся:

_____________________________________________________

г) В системе отсчета, связанной с человечком, движутся:

_____________________________________________________

Работа 1.4

Равномерное вращение
ФИО_____________________________________ Класс ________Вариант ___________


  1. Выберите в меню программы раздел "Механика", демонстрацию "Равномерное вращение".

  2. На экране мы видим равномерное вращение материальной точки по окружности. Изучать этот процесс мы можем с помощью графиков зависимости координат x, y и составляющих скоростей vx и vy от времени. Нажав на кнопку "Выбор" мы можем изменить параметры изучаемой системы. В окошке "Вращение" можно поменять направление вращения. Над этим окошком есть два движка, с помощью которых можно менять радиус R и скорость вращения v. В окошке "Ускорение" выдается текущее ускорение точки. Правее можно выбрать какие графики будут изображаться в верхнем экране. С помощью кнопки "Старт" можно произвести запуск вращения.

  3. Как изменится частота вращения тела, если при той же скорости увеличить в 2 раза радиус окружности? Проведите опыт и дайте ответ.

Ваш ответ:

________________________________________________________________

  1. Найдите величину центростремительного ускорения при заданных значениях для вашего варианта.

Вариант 1: v=1.19 м/c, R=0.68 м

Вариант 2: v=1.26 м/c, R=0.52 м

Вариант 3: v=1 м/c, R=0.63 м

Ваш ответ:

_________________________________________________________________

  1. Найдите угловую скорость вращения тела в предыдущем опыте.

Расчетная формула:

_____________________

Ваш ответ:

_____________________

  1. Найдите величину центростремительного ускорения в пунктах 4 и 5.

Расчетная формула:

_____________________

Ваш ответ:

_____________________

  1. Найдите период вращения в пунктах 4,5,6.

Расчетная формула:

_____________________

Ваш ответ:

_____________________

  1. Впишите "увеличиться", "уменьшиться" или "останется постоянным".

а) R увеличивается, v=const. T __________________ а ____________________

б) v увеличивается, R=const. T __________________ a ____________________

  1. Ответьте на вопросы:

а) Как направлено центростремительное ускорение?

Центростремительное ускорение направлено по ______________________________

к __________________________

б) Какой точке на разных графиках соответствует нулевое значение проекции скорости?

________________________________________________________________________

Работа 1.5

Неравномерное вращение
ФИО_____________________________________ Класс ________Вариант ___________


  1. Выберите в меню программы раздел "Механика", демонстрацию "Неравномерное вращение".

  2. На экране вы можете наблюдать движение тела при неравномерном вращении. В правой части экрана вырисовываются графики зависимости от времени координат и проекций скоростей. В любой момент мы можем включить постоянное по величине и направленное по касательной к окружности ускорение, которое может ускорять или тормозить вращение. Для этого достаточно нажать на одну из двух кнопок со стрелками и держать не отпуская до тех пор, пока необходимо действие. С помощью кнопки "График" в окне "График" можно выбирать отображаемые графики. В окне "Ускорения" приведены формулы, описывающие систему. В окне "Текущие значения" отображаются текущее значение модуля вектора скорости.

  3. При наличии касательного ускорения координаты x, y и проекции скоростей vx и vy изменяются

периодически

не периодически

  1. Ответьте на вопросы:

а) Как направленно центростремительное ускорение?

_________________________________________________________________

б) Что происходит с вектором полного ускорения при наличии касательного ускорения?

__________________________________________________________________

  1. Тело движется по окружности с радиусом R=1. Определите угол наклона вектора полного ускорения к радиусу через время t, если в начальный момент скорость тела v0, а касательное ускорение a.

Вариант 1 t=3 c; v0=2 м/c; а=1 м/c2

Вариант 2 t=2 c; v0=1 м/c; а=2 м/c2

Вариант 3 t=3 c; v0=1 м/c; а=2 м/c2

Ниже приведите свое решение и ответ:

Работа 1.6

Вес тела в движущемся лифте
ФИО_____________________________________ Класс ________Вариант ___________


  1. Выберите в меню программы раздел "Механика", демонстрацию "Вес тела в движущемся лифте".

  2. На экране мы видим такелажника Федю в лифте. Для Феди на картинке указаны векторы N, mg, текущей скорости v и текущего ускорения a. Под картинкой указаны численные текущие значения скорости, ускорения и текущего времени. Левее есть вертикальный движок, с помощью которого мы можем придавать лифту различное ускорение. В левой части экрана вырисовываются графики зависимости ускорения и скорости от времени. Обратите внимание на точку "-g" - ускорение свободного падения. С помощью кнопки "Стоп" можно остановить лифт. С помощью кнопки "Сброс t" можно сбросить секундомер и начать отсчет времени заново. Обратите внимание на то, что в данном компьютерном эксперименте за положительное направление ускорения и скорости выбрано направление вверх. Вес тела P равен по величине силе реакции опоры N, которая показана на экране.

  3. Феде надо подняться на высоту h за время t. Составьте алгоритм управления лифтом путем изменения ускорения движения, чтобы Федя прибыл на нужную высоту вовремя и лифт остановился на этой высоте. После проведения расчетов и составления алгоритма проверьте его работу с помощью эксперимента.

Вариант 1 h=200 м, t=30 с

Вариант 2 h=250 м, t=50 c

Вариант 3 h=300 м, t=55 c

Ваш алгоритм занесите в таблицу:



Высота

Скорость

Ускорение

Время

Вес тела

0

0

0

0

P=mg




не постоянна







P=







0




P=




не постоянна







P=

h

0

0

t

P=mg



  1. По дополнительному указанию учителя нарисуйте схематические графики скорости и ускорения на одной координатной плоскости в предыдущем опыте.



  1. Сделайте так, чтобы Федя оказался в состоянии невесомости.

Каким в этом случае должно быть ускорение лифта? ________________

  1. Каким должно быть ускорение, чтобы Федю прижало к потолку лифта?

равным g

меньше -g

больше g

  1. Во время равномерного движения:

вес тела равен силе тяжести

вес тела в два раза больше силы тяжести

вес тела в два раза меньше силы тяжести

  1. К человеку или к лифту (опоре) приложенны:

вес тела P приложен к _______________

сила реакции опоры N приложена к ______________

9. Вес тела P равен силе тяжести mg при a= ________ м/c

следующая страница >>