Ознакомление с содержанием раздела "Механические колебания и волны" в основной и старшей школе. Выполнение демонстрационных опытов "Свободные колебания на нити и груза на пружине", "Запись колебательного движения", страница 4

          1. Железный шарик подтягивают за нить вверх до отказа, а свинцовый и алюминиевый приподнимают над столом так, чтобы они при колебаниях не задевали треноги штатива При помощи колков тщательно уравнивают длины маятников, так как от этого главным образом зависит успех опыта. Затем оба шарика линейкой отводят в сторону от положения равновесия (на угол не более 5°) и одновременно отпускают. В течение примерно ми­нуты наблюдают одинаковую частоту колебаний шариков и делают вывод о независимости периода колебания нитяного маят­ника от его массы.

Изменяют в небольших пределах амплитуду колебания у од­ного из маятников. Наблюдают, что маятники качаются синхрон­но, т. е. при малых углах отклонения период колебания не зависит от амплитуды.

2. На нити оставляют один свинцовый шарик, а железный и алюминиевый поднимают вверх до отказа. Освободившиеся кон­цы нитей спускают вдоль стойки штатива, чтобы они не мешали демонстрации опыта.

Штатив с ма­ятником устанавливают на краю стола. Свинцовый шарик опус­кают ниже крышки стола, чтобы длина маятника от точки подве­са. до центра шарика была равна 100 см. Длину маятника из­меряют с помощью демонстрационного метра.

Маятник отводят немного в сторону и отпускают. В момент, когда он проходит крайнее положение, включают демонстрацион­ный секундомер и измеряют время десяти полных колебаний, от­считывая их вслух. Определяют период колебаний.

Опыт повторяют, уменьшив длину маятника до 25 см, т. е. в четыре раза, и убеждаются, что период уменьшился в два раза. Из результатов проведенного опыта делают вывод: период колебания маятника прямо пропор­ционален корню квадратному из его длины.

3. Чтобы показать зависимость периода колебания от ускоре­ния силы тяжести, надо иметь возможность изменять это ускоре­ние. Для этого можно воспользоваться железным шариком и по­местить под ним электромагнит -(рис. 7).

Катушка электромагнита на 220 в. Обмотка электро­магнита соединена через выключатель с батареей аккумуляторов напряжением около 4 в.

Подбирают длину маятника такой величины, чтобы шарик в положении равновесия отстоял от сердечника электромагнита на расстоянии 3—5 мм и не прикасался к нему при включении тока. Затем сообщают маятнику колебательное движение с малой ам­плитудой при разомкнутой цепи электромагнита. После несколь­ких колебаний включают ток в момент, когда шарик проходит положение равновесия. Частота колебаний резко увеличивается. Не дожидаясь остановки маятника, выключают ток и наблюдают восстановление периода. Опыт повторяют и убеждаются, что вся­кий раз при наличии магнитного поля частота колебаний маят­ника возрастает.

ОПЫТ  Б   Законы колебания пружинного маятника.

Оборудование: 1) пружина спиральная с держателем, 2) гири мас­сой 250 г. и 1 кг, 3) секундомер демонстрационный, 4) штатив универсаль­ный, 5) метр демонстрационный.

При изучении законов колебания пружинного маятника сле­дует показать, что: 1) период колебания не зависит от амплиту­ды; 2) период прямо пропорционален квадратному корню из массы колеблющегося тела; 3) период обратно пропорционален квадратному корню из коэффициента упругости пружины.

Для демонстрации этих опытов собирают установку по рисун­ку 8. Стойку штатива составляют из двух свинчивающихся стержней—длинного и короткого. Спиральную пружину от при­бора «Ведерко Архимеда» ввертывают на 2—3 витка в держа­тель, укрепленный на штативе, и нагружают гирей массой 1 кг. Рядом на столе располагают демонстрационный секундомер и приступают к демонстрации опытов.

1.  Маятник приводят в вертикальное колебание с амплитудой 4—5 см, измеряют время десяти пол­ных колебаний, отсчитывая их вслух. Определяется период колебаний.

Через некоторое время, ког­да амплитуда колебаний маят­ника  заметно  уменьшится, опыт повторяют. Из сопостав­ления результатов измерений делают вывод о независимости периода колебаний пружинно­го маятника от величины амп­литуды.

2. К пружине подвешивают гирю массой 250 г и снова определяют период колебания. Он в 2 раза меньше, чем в пре­дыдущем опыте. На основании этого можно сделать вывод: пе­риод упругих колебаний маятника  прямо пропорционален квадратному корню из величины массы  колеблющегося тела (масса пружины не учитывается).