งานห้องปฏิบัติการเครื่องกลชั้นปีที่ 1 งานห้องปฏิบัติการ
คำนำ
สิ่งพิมพ์ประกอบด้วยแนวทางการปฏิบัติงานห้องปฏิบัติการทางฟิสิกส์ คำอธิบายของงานแต่ละชิ้นประกอบด้วยส่วนต่าง ๆ ดังต่อไปนี้: ชื่องาน; วัตถุประสงค์; เครื่องมือและอุปกรณ์เสริม รูปแบบที่กำลังศึกษาอยู่ คำแนะนำในการสังเกต งานในการประมวลผลผลลัพธ์ คำถามควบคุม
ภารกิจเตรียมงาน
เมื่อเตรียมตัวไปทำงาน นักเรียนจะต้อง:
1) ศึกษาลักษณะงานและคิดคำตอบสำหรับคำถามเพื่อความปลอดภัย
2) เตรียมตัว ส่วนเกริ่นนำของรายงาน: หน้าชื่อเรื่อง ชื่อผลงาน วัตถุประสงค์ของงาน คำอธิบาย (แผนภาพหรือภาพร่าง) ของการจัดเตรียมห้องปฏิบัติการ และคำอธิบายโดยย่อของรูปแบบที่กำลังศึกษา
3) เตรียมโปรโตคอลการสังเกต
ระเบียบปฏิบัติในการสังเกตประกอบด้วย: ชื่อผลงาน; ตารางที่กรอกระหว่างการทำงาน ข้อมูลเกี่ยวกับนักเรียน (ชื่อเต็ม หมายเลขกลุ่ม) รูปแบบของตารางได้รับการพัฒนาโดยนักเรียนอย่างอิสระ
โปรโตคอลการสังเกตและ รายงานห้องปฏิบัติการวาดลงบนกระดาษ A4 ด้านหนึ่งอย่างประณีต
1) หน้าชื่อเรื่อง;
2) ส่วนเกริ่นนำ: ชื่องาน, วัตถุประสงค์ของงาน, เครื่องมือและอุปกรณ์เสริม, สรุปส่วนของคำแนะนำด้านระเบียบวิธี "รูปแบบการวิจัย";
3) ส่วนการคำนวณตาม "งานการประมวลผลผลลัพธ์";
4) ข้อสรุปจากการทำงาน
การคำนวณต้องมีรายละเอียดพร้อมข้อคิดเห็นที่จำเป็น ผลการคำนวณหากสะดวกจะสรุปเป็นตาราง การวาดและกราฟทำด้วยดินสอบนกระดาษกราฟ
งาน 1.1. ศึกษาการเคลื่อนที่ของวัตถุในตัวกลางกระจายตัว
อุปกรณ์และอุปกรณ์เสริม: ภาชนะที่มีของเหลวทดสอบ ลูกบอลที่มีความหนาแน่นมากกว่าความหนาแน่นของของเหลว นาฬิกาจับเวลา; สเกลบาร์
วัตถุประสงค์ของงาน: เพื่อศึกษาการเคลื่อนที่ของร่างกายในสนามแรงสม่ำเสมอเมื่อมีความต้านทานต่อสิ่งแวดล้อมและเพื่อกำหนดค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานภายใน (ความหนืด) ของตัวกลาง
รูปแบบที่กำลังศึกษาอยู่
การเคลื่อนไหวของร่างกายในของเหลวหนืดลูกบอลแข็งขนาดค่อนข้างเล็กที่ตกลงในของเหลวหนืดจะถูกกระทำด้วยแรงสามแรง (รูปที่ 1):
1) แรงโน้มถ่วง mg = 4 3 r 3 πρ g โดยที่ r คือรัศมีของลูกบอล ρ – ความหนาแน่น;
2) แรงลอยตัวของอาร์คิมิดีส F a = 4 3 r 3 πρ c g โดยที่ ρ c คือความหนาแน่นของของเหลว
3) แรงต้านทานปานกลาง (แรงสโตกส์)
Fc = 6 πη rv, |
โดยที่ η คือค่าสัมประสิทธิ์ความหนืดของของไหล v คือความเร็วของลูกบอลที่ตก
สูตร (1.1) ใช้กับลูกบอลแข็งที่เคลื่อนที่ในของเหลวที่เป็นเนื้อเดียวกันด้วยความเร็วต่ำ โดยมีเงื่อนไขว่าระยะห่างถึงขอบเขตของของเหลวมากกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของลูกบอลอย่างมีนัยสำคัญ แรงลัพธ์
F = 4 3 r 3 π(ρ−ρc ) g −6 πηrv
เมื่อ ρ > ρ c ในระยะเริ่มแรกของการเคลื่อนที่ ขณะที่ความเร็ว v น้อย ลูกบอลจะตกลงด้วยความเร่ง เมื่อถึงความเร็วระดับหนึ่ง v ∞ ซึ่งเกิดผลลัพธ์
แรงกลายเป็นศูนย์ การเคลื่อนที่ของลูกบอลจะสม่ำเสมอ ความเร็วของการเคลื่อนที่สม่ำเสมอถูกกำหนดจากเงื่อนไข F = 0 ซึ่งให้สำหรับ v ∞:
v∞ = |
2 หน้า 2 ก |
ρ - ρค |
|
การพึ่งพาเวลาของความเร็ว v(t) ในทุกขั้นตอนของการเคลื่อนไหวอธิบายไว้ในนิพจน์
v (t ) = v ∞ (1 − e − t τ ) , |
ซึ่งได้มาจากการรวมสมการการเคลื่อนที่ของลูกบอลและแทนที่เงื่อนไขเริ่มต้น เวลาที่ τ ในระหว่างที่ร่างกายสามารถไปถึงความเร็วคงที่ v ∞ โดยเคลื่อนที่ด้วยความเร่งสม่ำเสมอด้วยความเร่งเท่ากับค่าเริ่มต้น
เรียกว่าช่วงเวลาผ่อนคลาย (ดูรูปที่ 2) จากการทดลองหาความเร็วในสภาวะคงตัว v ∞ ของการตกที่สม่ำเสมอของลูกบอล เราสามารถหาค่าสัมประสิทธิ์ความหนืดของของเหลวได้
η = |
2r 2 (ρ − ρ c )ก |
η = |
(1 − |
|||||
3 π ดv∞ |
||||||||
9v∞ |
||||||||
โดยที่ D คือเส้นผ่านศูนย์กลางของลูกบอล m = π 6 ρ D 3 คือมวลของมัน
ค่าสัมประสิทธิ์ความหนืด η เท่ากับตัวเลขของแรงเสียดทานระหว่างชั้นของเหลวหรือก๊าซที่อยู่ติดกันโดยมีพื้นที่หน่วยสัมผัสระหว่างชั้นและการไล่ระดับความเร็วของหน่วยในทิศทางตั้งฉากกับชั้น หน่วยความหนืดคือ 1 Pa s = 1 N s/m2
การสูญเสียพลังงานในระบบกระจาย ในสภาวะคงตัวมีการเคลื่อนไหว
ในกรณีนี้ แรงเสียดทานและแรงโน้มถ่วง (โดยคำนึงถึงแรงของอาร์คิมิดีส) จะเท่ากันและการทำงานของแรงโน้มถ่วงจะกลายเป็นความร้อนโดยสมบูรณ์และเกิดการกระจายพลังงาน อัตราการกระจายพลังงาน (การสูญเสียพลังงาน) ในสภาวะคงตัว
หาเป็น P ∞ = F 0 v ∞ โดยที่ F 0 = m a 0 = m v ∞ / τ ; ดังนั้น
P ∞ = ม โวลต์ ∞ 2 / τ .
คำแนะนำในการสังเกต
วัตถุที่กำลังศึกษาการเคลื่อนที่คือลูกบอลเหล็ก (ρ = 7.9.10–3 กก./ซม.3) ที่ทราบเส้นผ่านศูนย์กลาง และตัวกลางคือของเหลวหนืด (น้ำมันหลายชนิด) ภาชนะทรงกระบอกที่มีมาตราส่วนนั้นเต็มไปด้วยของเหลวซึ่งมีเครื่องหมายตามขวางสองอันที่ระดับต่างกัน โดยการวัดเวลาที่ลูกบอลตกไปตามเส้นทาง ∆ l จากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่ง จะพบความเร็วเฉลี่ย ค่าที่พบคือค่าสถานะคงตัวของความเร็ว v ∞ หากระยะห่างจากเครื่องหมายบนถึงระดับของเหลวเกินเส้นทางการผ่อนคลาย l τ = v ∞ τ / 2 ซึ่งทำในงานนี้
1. บันทึกเส้นผ่านศูนย์กลางของลูกบอล ความหนาแน่นของของเหลวที่กำลังศึกษา และความหนาแน่นของวัสดุลูกบอลในโครงการสังเกตการณ์คำนวณมวลของลูกบอลและบันทึกผลลัพธ์ในเกณฑ์การสังเกต เตรียมลูกบอล 5 ลูกสำหรับการวัด
2. สลับกันลดลูกบอลลงในของเหลวผ่านท่อทางเข้าด้วยความเร็วเริ่มต้นเป็นศูนย์ วัดเวลาด้วยนาฬิกาจับเวลาไม่ส่งบอลแต่ละลูก
ระยะห่าง ∆ l ระหว่างเครื่องหมายในภาชนะ ป้อนผลลัพธ์ลงในตาราง
3. วัดระยะทาง ∆ l ระหว่างเครื่องหมาย บันทึกผลลัพธ์ไว้ในระเบียบการสังเกต
งานประมวลผลผลลัพธ์
1. การกำหนดช่วงเวลาผ่อนคลาย. ใช้ข้อมูลที่ได้รับ คำนวณความเร็ว v ของลูกบอลแต่ละลูก คำนวณความเร่งเริ่มต้นโดยใช้สูตร a 0 = g (1 – ρ c / ρ )
สำหรับลูกบอลลูกใดลูกหนึ่ง (ลูกใดลูกหนึ่ง) ให้ประมาณเวลาผ่อนคลาย τ = v ∞ / a 0 การใช้สูตร (1.2) พล็อตการพึ่งพา v (t) สำหรับช่วงเวลา 0< t < 4τ через интервал 0.1 τ . Проанализировать, является ли движение шарика установившимся к моменту прохождения им первой метки, для чего оценить путь релаксации по формуле l τ = v ∞ τ .
2. การประเมินการกระจายพลังงาน. คำนวณพลังของการสูญเสียแรงเสียดทานในสภาวะการเคลื่อนที่คงที่ของลูกบอล โดยพิจารณาจากผลการสังเกตการเคลื่อนที่ซึ่งกำหนดเวลาผ่อนคลาย
3. การหาค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานภายใน . ขึ้นอยู่กับความเร็วของการเคลื่อนที่ของลูกบอลแต่ละลูก ให้กำหนดค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานภายใน (η ) ของเหลว คำนวณค่าเฉลี่ยและความผิดพลาดของความมั่นใจ∆η .
คำถามควบคุม
1. สื่อใดที่เรียกว่า dissipative?
2. เขียนสมการการเคลื่อนที่ของวัตถุลงในตัวกลางกระจาย
3. เวลาผ่อนคลายเรียกว่าอะไรและขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ของร่างกายและสภาพแวดล้อมอย่างไร?
4. เวลาผ่อนคลายจะเปลี่ยนไปอย่างไรเมื่อความหนาแน่นของตัวกลางเปลี่ยนแปลงไป
งาน 2.1. การกำหนดโมเมนต์ความเฉื่อยของลูกตุ้มโอเบอร์เบ็ค
อุปกรณ์และอุปกรณ์เสริม:ลูกตุ้ม Oberbeck ชุดตุ้มน้ำหนัก นาฬิกาจับเวลา ไม้บรรทัดตาชั่ง
วัตถุประสงค์ของงาน: เพื่อศึกษากฎการเคลื่อนที่แบบหมุนบนลูกตุ้ม Oberbeck ที่เป็นรูปกางเขนเพื่อกำหนดโมเมนต์ความเฉื่อยของลูกตุ้มและโมเมนต์แรงเสียดทาน
ลูกตุ้ม Oberbeck เป็นอุปกรณ์บนโต๊ะ (รูปที่ 1) สาม
วงเล็บ: ด้านบน 2, กลาง 3, ด้านล่าง 4 ตำแหน่งของวงเล็บทั้งหมดบนขาตั้งแนวตั้งได้รับการแก้ไขอย่างเคร่งครัด บล็อก 5 ติดอยู่กับวงเล็บด้านบน 2 เพื่อเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่ของเกลียว 6 ซึ่งโหลด 8 แขวนอยู่ การหมุนของบล็อก 5 ดำเนินการในชุดแบริ่ง 9 ซึ่งทำให้สามารถลดขนาดได้ แรงเสียดทาน แม่เหล็กไฟฟ้า 14 ติดอยู่กับวงเล็บกลาง 3 ซึ่งเมื่อใช้คลัตช์เสียดสีเมื่อแรงดันไฟฟ้าถูกจ่ายเข้าไป จะทำให้ระบบมีโหลดอยู่กับที่ ในวงเล็บเดียวกันจะมีชุดแบริ่ง 10 บนแกนซึ่งมีรอกสองความเร็ว 13 ติดอยู่ที่ด้านหนึ่ง (มีอุปกรณ์สำหรับยึดเกลียว 6) ที่ปลายอีกด้านหนึ่งของแกนจะมีกากบาทซึ่งประกอบด้วยแท่งโลหะสี่แท่งซึ่งมีเครื่องหมายติดไว้ทุก ๆ 10 มม. และจับจ้องไปที่บอส 12 เป็นมุมฉากซึ่งกันและกัน ในแต่ละแท่ง สามารถเคลื่อนย้ายและแก้ไขตุ้มน้ำหนัก II ได้อย่างอิสระ ซึ่งทำให้สามารถเปลี่ยนโมเมนต์ความเฉื่อยของลูกตุ้มข้ามแบบเป็นขั้นเป็นตอน
โฟโตอิเล็กทริคเซนเซอร์ 15 ติดตั้งอยู่ที่วงเล็บด้านล่าง 4 ซึ่งจะส่งสัญญาณไฟฟ้าไปยังนาฬิกาจับเวลา 16 เพื่อสิ้นสุดการนับช่วงเวลา โช้คอัพยาง 17 ติดอยู่บนตัวยึดเดียวกันซึ่งโหลดจะกระทบเมื่อหยุด
ลูกตุ้มมีไม้บรรทัดขนาด 18 มม. ซึ่งใช้กำหนดตำแหน่งเริ่มต้นและตำแหน่งสุดท้ายของตุ้มน้ำหนัก
การติดตั้งช่วยให้สามารถตรวจสอบการทดลองกฎพื้นฐานของพลศาสตร์ของการเคลื่อนที่แบบหมุนได้ M = I ε ลูกตุ้มที่ใช้ในงานนี้คือวงสวิง
วิกซึ่งมีรูปทรงไม้กางเขน (รูปที่ 2) มวล m f สามารถเคลื่อนที่ไปตามแท่งไม้ 4 อันตั้งฉากกัน มีรอกบนแกนทั่วไปโดยมีด้ายพันอยู่รอบ ๆ โยนข้ามบล็อกเพิ่มเติมโดยมีชุดน้ำหนักที่ผูกติดอยู่กับปลาย ภายใต้การกระทำของภาระที่ตกลงมา ม
ด้ายจะคลายออกและทำให้มู่เล่เคลื่อนที่ด้วยความเร่งสม่ำเสมอ การเคลื่อนที่ของระบบอธิบายได้ด้วยสมการต่อไปนี้:
ไมล์ = mig – T1 ; |
|
(T 1 – T 2) r 1 – M tr 0 = ฉัน 1ε 1, |
|
T 2r 2 – M tr = ฉัน 2ε 2; |
โดยที่ a คือความเร่งที่โหลดลดลง ผม 1 – โมเมนต์ความเฉื่อยของบล็อกเพิ่มเติมที่มีรัศมี r 1 Mtr 0 – โมเมนต์ของแรงเสียดทานในแกนของบล็อกเพิ่มเติม I 2 – โมเมนต์ความเฉื่อยรวมของไม้กางเขนพร้อมโหลด รอกสองขั้น และเจ้านายของไม้กางเขน Mtr – โมเมนต์ของแรงเสียดทานในแกนลูกรอก r 2 – รัศมีของรอกที่ด้ายพันอยู่ (r 1 = 21 มม., r 2 = 42 มม.) ε 1, ε 2 – ความเร่งเชิงมุมของบล็อกและ
ลูกรอกตามลำดับ โดยคำนึงถึงว่า ε i = a /r i จาก (2.1) ที่เราได้รับ |
|
ฉัน 2 = (M – M tr)/ε 2 = (r 2 –M tr)r 2 /a, |
|
โดยที่ M คือโมเมนต์ของแรงที่กระทำต่อรอก |
|
หากมวลของบล็อกเพิ่มเติมน้อยกว่า m i มากแสดงว่ามีขนาดเล็ก |
|
เมื่อเปรียบเทียบกับค่า g ของ a นิพจน์ (2.2) จะอยู่ในรูปแบบ |
|
ผม 2 = (r 2 –M tr)r 2 /a. |
|
ถ้าเราคำนึงถึงโมเมนต์ของแรง แรงเสียดทาน ที่กระทำกับลูกรอกเท่านั้น แล้วจึงสมการ |
|
ความสัมพันธ์ (2.2) จะเขียนอยู่ในรูป |
|
ผม 2 = ร 2 /ก. |
|
โดยที่ a สามารถพบได้จากนิพจน์ S = ที่ 2 /2 |
|
ความยาวเส้นทาง S และเวลาในการลดโหลด t จะวัดที่การติดตั้ง เนื่องจาก |
|
เนื่องจากไม่ทราบช่วงเวลาของแรงเสียดทานจึงแนะนำให้ทำการทดลองเพื่อหา I 2 |
|
ศึกษาการพึ่งพา M ใน ε 2 อย่างละเอียด เช่น |
|
M = ฉัน ε 2 + M tr . |
|
ค่าต่างๆ ของ ε 2 จัดทำโดยชุดน้ำหนัก m i ที่แขวนลอยจากเธรด
ดังนั้นเมื่อได้รับคะแนนทดลองของการพึ่งพาเชิงเส้นของ M บน ε 2 จึงเป็นไปได้โดยใช้ (2.3) เพื่อค้นหาทั้งค่าของ I 2 และ M tr I 2 และ Mtr ถูกกำหนดโดยใช้สูตรการถดถอยเชิงเส้น (วิธีกำลังสองน้อยที่สุด)
คำแนะนำในการสังเกต
1. วางตุ้มน้ำหนักบนแท่งขวางสี่แท่งตั้งฉากกันโดยห่างจากปลายแท่งเท่ากัน
ปรับตำแหน่งของฐานโดยใช้ส่วนรองรับที่ปรับได้ โดยใช้ด้ายที่มีน้ำหนักหลักเป็นเส้นดิ่ง (ตุ้มน้ำหนักควรเคลื่อนที่ขนานกับไม้บรรทัดมิลลิเมตร โดยเลื่อนลงมาตรงกลางหน้าต่างการทำงานของเซ็นเซอร์รับแสง)
3. หมุนกากบาททวนเข็มนาฬิกาย้ายภาระหลักไปที่ตำแหน่งด้านบนแล้วพันเกลียวบนดิสก์ที่มีรัศมีใหญ่กว่า
4. กดปุ่ม "POWER" ที่แผงด้านหน้าของนาฬิกาจับเวลา (ไฟของเซ็นเซอร์ภาพและตัวบ่งชี้ดิจิตอลของนาฬิกาจับเวลาควรสว่างขึ้น เช่นเดียวกับที่คลัตช์แม่เหล็กไฟฟ้าควรทำงาน) และยึดครอสส์สซี
วี ตำแหน่งที่ได้รับ
5. กดปุ่ม "RESET" และตรวจสอบให้แน่ใจว่าตัวบ่งชี้ถูกตั้งค่าเป็นศูนย์
6. กดปุ่ม "START" (น้ำหนักหลักเริ่มเคลื่อนที่) และกดค้างไว้ตรวจสอบให้แน่ใจว่าแม่เหล็กไฟฟ้าถูกยกเลิกพลังงานแล้ว crosspiece เริ่มคลายตัวนาฬิกาจับเวลานับเวลาถอยหลังและในขณะที่น้ำหนักหลัก ข้ามแกนแสงของโฟโตเซ็นเซอร์ เวลาจะหยุดลง หลังจากหยุดนับเวลาแล้ว ให้คืนปุ่ม "START"
วี ตำแหน่งเริ่มต้น ในกรณีนี้ คลัตช์แม่เหล็กไฟฟ้าควรทำงานและทำให้ครอสส์ซีซช้าลง
7. เมื่อคุณกดปุ่ม "เริ่มต้น" ให้เพิ่มน้ำหนักไปที่ตำแหน่งด้านบนโดยพันด้ายลงบนจานที่มีรัศมีใหญ่กว่า คืนปุ่ม "START" กลับสู่ตำแหน่งเดิมแล้วจดค่าของสเกลไม้บรรทัด h 1 ตรงข้ามซึ่งเป็นขอบล่างของหลัก
สินค้าที่ ตำแหน่งของแกนแสงของโฟโตเซ็นเซอร์สอดคล้องกับค่า h 0 = 495 มม. บนสเกลไม้บรรทัด รีเซ็ตตัวแสดงนาฬิกาจับเวลาโดยกดปุ่ม "RESET"
8. ปฏิบัติตามคำแนะนำในย่อหน้าที่ 6 ให้นับเวลาในการลดภาระ บันทึกผลลัพธ์ลงในตาราง
9. การวัดตามย่อหน้า ทำ 7 และ 8 3 ครั้ง
10. เพิ่มอันเพิ่มเติมให้กับโหลดหลัก วัด 3 ครั้งสำหรับแต่ละค่าของมวลของโหลดที่แขวนลอยส และ เสื้อ: S = ชั่วโมง 0 – ชั่วโมง 1.
11. การวัดตามย่อหน้า ดำเนินการ 8..10 โดยพันด้ายบนดิสก์ที่มีรัศมีเล็กกว่า
12. พัฒนาประเภทตารางด้วยตัวเอง
งานการประมวลผลผลลัพธ์
จากสมการ (2.3) โดยใช้วิธีกำลังสองน้อยที่สุด (LSM) ให้หา
ฉัน 2 และ M tr.
ก) เมื่อต้องการทำเช่นนี้โดยใช้สูตร (2.4) และ (2.5) สำหรับค่าทั้งหมดของ mi และ I 2 คำนวณค่าของ M k และ ε 2 k (รวมค่าทั้งหมด 18 คู่)
b) เปรียบเทียบการพึ่งพาเชิงเส้น Y = aX + b และสมการ (2.3) ที่เราได้รับ
X = ε 2, Y = M, a = ฉัน 2, b = M tr.
โดยใช้สูตรการถดถอยเชิงเส้นปกติที่เราพบ , ∆ และ , ∆ b สำหรับความน่าจะเป็นของความเชื่อมั่นที่กำหนด
ใช้พารามิเตอร์ของการพึ่งพาเชิงเส้นที่พบโดยใช้กำลังสองน้อยที่สุด สร้างกราฟของการพึ่งพา M บน ε 2 พล็อตจุด (ε 2 i , M i ) (i =1..18) บนกราฟ
คำถามควบคุม
1. กำหนดความเร็วเชิงมุมและความเร่งเชิงมุม
2. กำหนดและอธิบายความหมายทางกายภาพของโมเมนต์ความเฉื่อยของจุด วัตถุประกอบ และวัตถุที่เป็นของแข็ง
3. เขียนสมการพลศาสตร์ของการเคลื่อนที่แบบหมุน ระบุทิศทางของปริมาณเวกเตอร์ที่รวมอยู่ในสมการในรูป
4. โมเมนต์ความเฉื่อยของส่วนใดของลูกตุ้มที่ถูกกำหนดโดยการทดลองในงานนี้
5. หาสูตรคำนวณโมเมนต์ความเฉื่อยของลูกตุ้ม
6. รูปร่างของการพึ่งพาความเร่งเชิงมุมต่อโมเมนต์ของแรงจะเปลี่ยนไปอย่างไร ถ้าเราถือว่าไม่มีโมเมนต์แรงเสียดทาน? วาดการพึ่งพาทั้งสอง
ε = f(M) บนกราฟ
งาน 3.1. การกำหนดโมเมนต์ความเฉื่อยในเครื่องแอทวูด
อุปกรณ์และอุปกรณ์เสริม: เครื่อง Atwood, ชุดตุ้มน้ำหนัก, นาฬิกาจับเวลา, ไม้บรรทัดสเกล
วัตถุประสงค์ของงาน: ศึกษาการเคลื่อนที่แบบหมุนและการแปลบนเครื่อง Atwood การกำหนดโมเมนต์ความเฉื่อยของบล็อกและโมเมนต์แรงเสียดทานในแกนของบล็อก
คำอธิบายการติดตั้งและรูปแบบการศึกษา
เครื่อง Atwood (รูปที่ 1) เป็นอุปกรณ์ตั้งโต๊ะ บนเสาแนวตั้ง 1 ของฐาน 2 มีวงเล็บสามอัน: 3 ล่าง, กลาง 4 และ 5 บน บนวงเล็บด้านบน 5 จะมีการติดตั้งบล็อกที่มีชุดประกอบแบริ่งกลิ้งซึ่งจะมีการโยนด้ายที่มีโหลด 6 ที่วงเล็บด้านบนมีแม่เหล็กไฟฟ้า 7 ซึ่งใช้คลัตช์แบบเสียดทาน โดยการใช้แรงดันไฟฟ้าจะทำให้ระบบมีโหลดอยู่กับที่ เซ็นเซอร์รับภาพ 8 ติดตั้งอยู่ที่วงเล็บกลาง 4 คุณ
ให้สัญญาณไฟฟ้าเมื่อสิ้นสุดการนับเวลาการเคลื่อนย้ายสินค้าด้วยความเร่งสม่ำเสมอ มีเครื่องหมายบนวงเล็บตรงกลางซึ่งตรงกับแกนออปติคัลของโฟโตเซนเซอร์ กะโหลกเป็นแท่นที่มียาง
(ทำงานเกี่ยวกับเครื่องกลทั้งหมด)
กลศาสตร์
ลำดับที่ 1. การวัดทางกายภาพและการคำนวณข้อผิดพลาด
ทำความคุ้นเคยกับวิธีการวัดทางกายภาพและการคำนวณข้อผิดพลาดในการวัดโดยใช้ตัวอย่างการกำหนดความหนาแน่นของวัตถุแข็งที่มีรูปร่างปกติ
ดาวน์โหลด .jpg){kind=icon}
ลำดับที่ 2. การหาโมเมนต์ความเฉื่อย โมเมนต์แรง และความเร่งเชิงมุมของลูกตุ้มโอเบอร์เบค
กำหนดโมเมนต์ความเฉื่อยของมู่เล่ (กากบาทพร้อมตุ้มน้ำหนัก) กำหนดการพึ่งพาโมเมนต์ความเฉื่อยกับการกระจายตัวของมวลสัมพันธ์กับแกนหมุน กำหนดโมเมนต์แรงที่ทำให้มู่เล่หมุน กำหนดค่าที่สอดคล้องกันของการเร่งความเร็วเชิงมุม
ดาวน์โหลด .jpg){kind=icon}
ลำดับที่ 3. การหาโมเมนต์ความเฉื่อยของวัตถุโดยใช้สารแขวนลอยแบบไตรฟิลาร์ และการตรวจสอบทฤษฎีบทของสไตเนอร์
การกำหนดโมเมนต์ความเฉื่อยของวัตถุบางส่วนโดยวิธีการสั่นสะเทือนแบบบิดโดยใช้ระบบกันสะเทือนแบบไตรฟิลาร์ การตรวจสอบทฤษฎีบทของสทิเนอร์
ดาวน์โหลด .jpg){kind=icon}
ลำดับที่ 5. การกำหนดความเร็วของ "กระสุน" โดยวิธีขีปนาวุธโดยใช้ระบบกันสะเทือนแบบยูนิฟิลาร์
การกำหนดความเร็วในการบินของ "กระสุน" โดยใช้ลูกตุ้มแบบบิดและปรากฏการณ์ของการกระแทกที่ไม่ยืดหยุ่นอย่างแน่นอนตามกฎการอนุรักษ์โมเมนตัมเชิงมุม
ดาวน์โหลด .jpg){kind=icon}
ลำดับที่ 6. ศึกษากฎการเคลื่อนที่ของลูกตุ้มสากล
การหาค่าความเร่งโน้มถ่วง ความยาวลดลง ตำแหน่งของจุดศูนย์ถ่วง และโมเมนต์ความเฉื่อยของลูกตุ้มสากล
ดาวน์โหลด .jpg){kind=icon}
ลำดับที่ 9. ลูกตุ้มของแม็กซ์เวลล์ การกำหนดโมเมนต์ความเฉื่อยของร่างกายและการตรวจสอบกฎการอนุรักษ์พลังงาน
ตรวจสอบกฎการอนุรักษ์พลังงานในกลศาสตร์ กำหนดโมเมนต์ความเฉื่อยของลูกตุ้ม
ดาวน์โหลด .jpg){kind=icon}
ลำดับที่ 11. การศึกษาการเคลื่อนที่ด้วยความเร่งสม่ำเสมอของวัตถุบนเครื่อง Atwood
การหาความเร่งของการตกอย่างอิสระ การกำหนดโมเมนต์ของแรงต้านทาน "ประสิทธิผล" สำหรับการเคลื่อนตัวของโหลด
ดาวน์โหลด .jpg){kind=icon}
หมายเลข 12. ศึกษาการเคลื่อนที่แบบหมุนของลูกตุ้มโอเบอร์เบค
การตรวจสอบการทดลองสมการพื้นฐานสำหรับพลศาสตร์ของการเคลื่อนที่แบบหมุนของวัตถุแข็งเกร็งรอบแกนคงที่ การหาโมเมนต์ความเฉื่อยของลูกตุ้มโอเบอร์เบคที่ตำแหน่งต่างๆ ของน้ำหนัก การกำหนดโมเมนต์ของแรงต้านทาน "ประสิทธิผล" สำหรับการเคลื่อนตัวของโหลด
ดาวน์โหลดไฟฟ้า
.jpg){kind=icon}
ลำดับที่ 1. การศึกษาสนามไฟฟ้าสถิตโดยวิธีการสร้างแบบจำลอง
การสร้างภาพสนามไฟฟ้าสถิตของตัวเก็บประจุแบบแบนและทรงกระบอกโดยใช้พื้นผิวที่มีศักย์เท่ากันและเส้นสนาม การเปรียบเทียบค่าแรงดันไฟฟ้าทดลองระหว่างแผ่นตัวเก็บประจุแผ่นใดแผ่นหนึ่งและพื้นผิวที่มีศักย์เท่ากันกับค่าทางทฤษฎี
ดาวน์โหลด .jpg){kind=icon}
ลำดับที่ 3. ศึกษากฎของโอห์มทั่วไปและการวัดแรงเคลื่อนไฟฟ้าด้วยวิธีชดเชย
ศึกษาการพึ่งพาความต่างศักย์ในส่วนของวงจรที่มี EMF กับความแรงของกระแสไฟฟ้า การคำนวณ EMF และความต้านทานของส่วนนี้
ดาวน์โหลดแม่เหล็ก
.jpg){kind=icon}
ลำดับที่ 2. ตรวจสอบกฎของโอห์มสำหรับกระแสสลับ
กำหนดความต้านทานโอห์มมิกและอุปนัยของคอยล์และความต้านทานแบบคาปาซิทีฟของตัวเก็บประจุ ตรวจสอบกฎของโอห์มสำหรับกระแสสลับที่มีองค์ประกอบวงจรต่างกัน
ดาวน์โหลดการสั่นและคลื่น
เลนส์
.jpg){kind=icon}
ลำดับที่ 3. การหาความยาวคลื่นของแสงโดยใช้ตะแกรงเลี้ยวเบน
ทำความคุ้นเคยกับตะแกรงเลี้ยวเบนแบบโปร่งใสเพื่อกำหนดความยาวคลื่นของสเปกตรัมของแหล่งกำเนิดแสง (หลอดไส้)
ดาวน์โหลดฟิสิกส์ควอนตัม
.jpg){kind=icon}
ลำดับที่ 1. ทดสอบกฎคนผิวดำ
การศึกษาการพึ่งพา: ความหนาแน่นสเปกตรัมของความส่องสว่างของพลังงานของวัตถุสีดำสนิทกับอุณหภูมิภายในเตาเผา แรงดันไฟฟ้าที่เทอร์โมคัปเปิลจากอุณหภูมิภายในเตาโดยใช้เทอร์โมคัปเปิล
สื่อการสอนในหัวข้อ "กลศาสตร์และฟิสิกส์โมเลกุล" (1 ภาคการศึกษา) สำหรับนักศึกษาชั้นปีที่ 1 (1 ภาคการศึกษา) AVTI, IRE, IET, IEE, InEI (IB)
สื่อการสอนในหัวข้อ "ไฟฟ้าและแม่เหล็ก" (ภาคการศึกษาที่ 2) สำหรับนักศึกษาปีที่ 1 (ภาคการศึกษาที่ 2) AVTI, IRE, IET, IEE, InEI (IB)
สื่อการสอนในหัวข้อ "ทัศนศาสตร์และฟิสิกส์อะตอม" (ภาคการศึกษาที่ 3) สำหรับนักศึกษาชั้นปีที่ 2 (ภาคการศึกษาที่ 3) AVTI, IRE, IET, IEE และปีที่ 3 (ภาคการศึกษาที่ 5) InEI (IB)
วัสดุภาคเรียนที่ 4
รายชื่อผลงานห้องปฏิบัติการสำหรับวิชาฟิสิกส์ทั่วไป
กลศาสตร์และฟิสิกส์โมเลกุล
1. ข้อผิดพลาดในการวัดทางกายภาพ การวัดปริมาตรของกระบอกสูบ
2. การหาความหนาแน่นของสารและโมเมนต์ความเฉื่อยของกระบอกสูบและวงแหวน
3. ศึกษากฎการอนุรักษ์การชนกันของลูกบอล
4. ศึกษากฎการอนุรักษ์โมเมนตัม
5. การกำหนดความเร็วกระสุนโดยใช้วิธีลูกตุ้มทางกายภาพ
6. การหาค่าแรงต้านทานดินโดยเฉลี่ยและการศึกษาการชนกันแบบไม่ยืดหยุ่นของน้ำหนักบรรทุกและเสาเข็มโดยใช้แบบจำลองตัวขับเสาเข็ม
7. ศึกษาพลวัตของการเคลื่อนที่แบบหมุนของวัตถุแข็งเกร็งและการหาโมเมนต์ความเฉื่อยของลูกตุ้มโอเบอร์เบค
8. ศึกษาพลวัตการเคลื่อนที่ของระนาบของลูกตุ้มแมกซ์เวลล์
9. การกำหนดโมเมนต์ความเฉื่อยของมู่เล่
10. การหาค่าโมเมนต์ความเฉื่อยของท่อและการศึกษาทฤษฎีบทของสไตเนอร์
11. ศึกษาพลศาสตร์ของการเคลื่อนที่เชิงแปลและการหมุนโดยใช้อุปกรณ์ Atwood
12. การหาโมเมนต์ความเฉื่อยของลูกตุ้มทางกายภาพแบบแบน
13. การหาค่าความร้อนจำเพาะของการตกผลึกและการเปลี่ยนแปลงของเอนโทรปีระหว่างการทำให้โลหะผสมดีบุกเย็นลง
14. การหามวลโมลของอากาศ
15. การหาอัตราส่วนความจุความร้อน Cp/Cv ของก๊าซ
16. การหาเส้นทางอิสระเฉลี่ยและเส้นผ่านศูนย์กลางประสิทธิผลของโมเลกุลอากาศ
17. การหาค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานภายในของของไหลโดยใช้วิธีสโตกส์
ไฟฟ้าและแม่เหล็ก
1. ศึกษาสนามไฟฟ้าโดยใช้อ่างอิเล็กโทรไลต์
2. การหาค่าความจุไฟฟ้าของตัวเก็บประจุโดยใช้บัลลิสติกกัลวาโนมิเตอร์
3. สเกลแรงดันไฟฟ้า
4. การหาค่าความจุของสายโคแอกเซียลและตัวเก็บประจุแบบแผ่นขนาน
5. ศึกษาคุณสมบัติไดอิเล็กทริกของของเหลว
6 การหาค่าคงที่ไดอิเล็กตริกของอิเล็กทริกของเหลว
7. การศึกษาแรงเคลื่อนไฟฟ้าโดยวิธีชดเชย
8 การหาค่าการเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กโดยเครื่องกำเนิดการวัด
9. การวัดความเหนี่ยวนำของระบบคอยล์
10. การศึกษากระบวนการชั่วคราวในวงจรที่มีความเหนี่ยวนำ
11. การวัดความเหนี่ยวนำซึ่งกันและกัน
12. ศึกษากราฟแรงดึงดูดของเหล็กโดยใช้วิธีสโตเลตอฟ
13. การทำความคุ้นเคยกับออสซิลโลสโคปและการศึกษาลูปฮิสเทรีซิส
14. การหาประจุจำเพาะของอิเล็กตรอนโดยใช้วิธีแมกนีตรอน
คลื่นและเลนส์ควอนตัม
1. การวัดความยาวคลื่นของแสงโดยใช้เฟรสไบปริซึม
2. การหาความยาวคลื่นของแสงโดยวิธีวงแหวนนิวตัน
3. การหาความยาวคลื่นของแสงโดยใช้ตะแกรงเลี้ยวเบน
4. การศึกษาการเลี้ยวเบนของรังสีคู่ขนาน
5. การศึกษาการกระจายตัวเชิงเส้นของอุปกรณ์สเปกตรัม
6. การศึกษาการเลี้ยวเบนของฟรอนโฮเฟอร์ที่สลิตหนึ่งและสองสลิต
7. การตรวจสอบการทดลองกฎของมาลู
8. การศึกษาสเปกตรัมการแผ่รังสีเชิงเส้น
9 การศึกษาคุณสมบัติของรังสีเลเซอร์
10 การหาศักยภาพในการกระตุ้นของอะตอมโดยใช้วิธีแฟรงค์และเฮิรตซ์
11. การหาค่าช่องว่างของแถบซิลิกอนโดยพิจารณาจากขอบเขตสีแดงของเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริคภายใน
12 การหาขีดจำกัดสีแดงของเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริคและฟังก์ชันการทำงานของอิเล็กตรอนจากโลหะ
13. การวัดอุณหภูมิของไส้หลอดไฟโดยใช้ออปติคัลไพโรมิเตอร์
ฟิสิกส์ภาพเปิดโอกาสให้ครูได้ค้นพบวิธีการสอนที่น่าสนใจและมีประสิทธิภาพที่สุด ทำให้ชั้นเรียนน่าสนใจและเข้มข้นยิ่งขึ้น
ข้อได้เปรียบหลักของฟิสิกส์เชิงภาพคือความสามารถในการแสดงปรากฏการณ์ทางกายภาพจากมุมมองที่กว้างขึ้นและศึกษาปรากฏการณ์เหล่านั้นอย่างครอบคลุม งานแต่ละชิ้นครอบคลุมสื่อการเรียนรู้จำนวนมาก รวมถึงจากสาขาฟิสิกส์ต่างๆ นี่เป็นโอกาสที่เพียงพอในการรวมความสัมพันธ์แบบสหวิทยาการเพื่อสรุปและจัดระบบความรู้ทางทฤษฎี
การทำงานเชิงโต้ตอบในวิชาฟิสิกส์ควรดำเนินการในบทเรียนในรูปแบบของการประชุมเชิงปฏิบัติการเมื่ออธิบายเนื้อหาใหม่หรือเมื่อสำเร็จการศึกษาในหัวข้อใดหัวข้อหนึ่ง อีกทางเลือกหนึ่งคือการทำงานนอกเวลาเรียนในวิชาเลือกแบบรายวิชา
ฟิสิกส์เสมือนจริง(หรือ ฟิสิกส์ออนไลน์) เป็นทิศทางใหม่ที่ไม่เหมือนใครในระบบการศึกษา ไม่เป็นความลับเลยที่ข้อมูล 90% เข้าสู่สมองของเราผ่านทางเส้นประสาทตา และไม่น่าแปลกใจที่จนกว่าบุคคลจะมองเห็นตัวเองเขาจะไม่สามารถเข้าใจธรรมชาติของปรากฏการณ์ทางกายภาพบางอย่างได้ชัดเจน ดังนั้นกระบวนการเรียนรู้จึงต้องได้รับการสนับสนุนด้วยสื่อภาพ และเป็นเรื่องมหัศจรรย์อย่างยิ่งเมื่อคุณไม่เพียงแต่สามารถมองเห็นภาพนิ่งที่แสดงถึงปรากฏการณ์ทางกายภาพใดๆ เท่านั้น แต่ยังมองเห็นปรากฏการณ์ที่กำลังเคลื่อนไหวนี้อีกด้วย แหล่งข้อมูลนี้ช่วยให้ครูแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนไม่เพียงแต่การทำงานของกฎพื้นฐานของฟิสิกส์เท่านั้น แต่ยังช่วยดำเนินการห้องปฏิบัติการออนไลน์ด้านฟิสิกส์ในหลักสูตรการศึกษาทั่วไปส่วนใหญ่อีกด้วย ตัวอย่างเช่นคุณจะอธิบายหลักการทำงานของทางแยก pn ด้วยคำพูดได้อย่างไร? มีเพียงการแสดงภาพเคลื่อนไหวของกระบวนการนี้ให้เด็กเห็นเท่านั้นที่จะทำให้ทุกอย่างชัดเจนสำหรับเขาในทันที หรือคุณสามารถสาธิตกระบวนการถ่ายโอนอิเล็กตรอนได้อย่างชัดเจนเมื่อแก้วถูบนผ้าไหม และหลังจากนั้นเด็กจะมีคำถามเกี่ยวกับธรรมชาติของปรากฏการณ์นี้น้อยลง นอกจากนี้โสตทัศนอุปกรณ์ยังครอบคลุมเกือบทุกส่วนของฟิสิกส์อีกด้วย เช่นอยากอธิบายกลไก? ต่อไปนี้เป็นภาพเคลื่อนไหวที่แสดงกฎข้อที่สองของนิวตัน กฎการอนุรักษ์โมเมนตัมเมื่อวัตถุชนกัน การเคลื่อนที่ของวัตถุในวงกลมภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงและความยืดหยุ่น ฯลฯ หากคุณต้องการศึกษาหมวดทัศนศาสตร์ ไม่มีอะไรจะง่ายไปกว่านี้อีกแล้ว! การทดลองเกี่ยวกับการวัดความยาวคลื่นของแสงโดยใช้ตะแกรงเลี้ยวเบน การสังเกตสเปกตรัมการปล่อยแสงต่อเนื่องและเส้น การสังเกตการรบกวนและการเลี้ยวเบนของแสง และการทดลองอื่นๆ อีกมากมายแสดงให้เห็นอย่างชัดเจน แล้วไฟฟ้าล่ะ? และส่วนนี้ก็มีอุปกรณ์ช่วยการมองเห็นค่อนข้างน้อย เช่น มี การทดลองเพื่อศึกษากฎของโอห์มสำหรับวงจรที่สมบูรณ์ การวิจัยการเชื่อมต่อตัวนำผสม การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ฯลฯ
ดังนั้นกระบวนการเรียนรู้จาก "งานบังคับ" ที่เราทุกคนคุ้นเคยจะกลายเป็นเกม มันจะน่าสนใจและสนุกสำหรับเด็กที่จะดูแอนิเมชั่นของปรากฏการณ์ทางกายภาพและไม่เพียงทำให้ง่ายขึ้น แต่ยังช่วยเร่งกระบวนการเรียนรู้อีกด้วย เหนือสิ่งอื่นใด อาจเป็นไปได้ที่จะให้ข้อมูลแก่เด็กมากกว่าที่เขาจะได้รับในรูปแบบการศึกษาปกติ นอกจากนี้ภาพเคลื่อนไหวจำนวนมากสามารถแทนที่บางส่วนได้อย่างสมบูรณ์ เครื่องมือในห้องปฏิบัติการดังนั้นจึงเหมาะสำหรับโรงเรียนในชนบทหลายแห่ง ที่ซึ่งแม้แต่อิเล็กโตรมิเตอร์แบบสีน้ำตาลก็ไม่มีจำหน่ายเสมอไป ฉันจะพูดอะไรได้บ้าง อุปกรณ์จำนวนมากไม่ได้อยู่ในโรงเรียนธรรมดาในเมืองใหญ่ด้วยซ้ำ บางทีการนำอุปกรณ์ช่วยการมองเห็นดังกล่าวเข้าสู่โปรแกรมการศึกษาภาคบังคับ หลังจากสำเร็จการศึกษา เราจะดึงดูดผู้ที่สนใจวิชาฟิสิกส์ ซึ่งในที่สุดจะกลายเป็นนักวิทยาศาสตร์รุ่นเยาว์ ซึ่งบางคนจะสามารถค้นพบสิ่งใหม่ๆ ที่ยิ่งใหญ่ได้! ด้วยวิธีนี้ ยุควิทยาศาสตร์ของนักวิทยาศาสตร์ในประเทศผู้ยิ่งใหญ่จะได้รับการฟื้นคืนชีพขึ้นมา และประเทศของเราจะสร้างสรรค์เทคโนโลยีที่ล้ำสมัยเช่นเดียวกับในสมัยโซเวียตอีกครั้ง ดังนั้นฉันคิดว่าจำเป็นต้องเผยแพร่แหล่งข้อมูลดังกล่าวให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้เพื่อแจ้งให้ทราบไม่เพียง แต่กับครูเท่านั้น แต่ยังรวมไปถึงเด็กนักเรียนด้วยเพราะหลายคนจะสนใจที่จะเรียน ปรากฏการณ์ทางกายภาพไม่เพียงแต่ในบทเรียนที่โรงเรียนเท่านั้น แต่ยังอยู่ที่บ้านในเวลาว่างด้วยและไซต์นี้เปิดโอกาสให้พวกเขา! ฟิสิกส์ออนไลน์น่าสนใจ ให้ความรู้ มีภาพ และเข้าถึงได้ง่าย!
