Компьютерная лаборатория (КЛ) Часть 1

Факультет материаловедения

и обработки металлов давлением

Кафедра физики

Компьютерная лаборатория по физике. Часть I. Механика

Новокузнецк

2006

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Сибирский государственный индустриальный университет»

Кафедра физики

Компьютерная лаборатория по физике. Часть I. Механика.

Методические указания для выполнения лабораторных работ по дисциплинам «Физика» и «Концепции современного естествознания»

для студентов всех специальностей

Новокузнецк

2006

1

УДК 539.4(075) К12

Рецензент Доктор химических наук, профессор,

зам.директора по научной работе Новокузнецкого филиал-института Кемеровского государственного университета Ф.И. Иванов

К12 Компьютерная лаборатория по физике. Часть 1. Механика: Метод.указ. / Сост.: С.В. Коновалов, Е.В. Мартусевич, Е.Ю. Сучкова, В.Е. Громов // СибГИУ. - Новокузнецк: 2006. – 32 с.

В данном издании приведены методические указания к выполнению ряда компьютерных лабораторных программ, моделирующих различные физические процессы по следующим разделам физики: кинематика, динамика.

Предназначено для студентов всех специальностей.

2

СОДЕРЖАНИЕ

Введение…………………………………………………………………… 4

Лабораторная работа 1.1кл «Движение с постоянным ускорением»….. 9

Лабораторная работа 1.2кл «Движение под действием постоянной си-

лы»…………………………………………………………………………. 14

Лабораторная работа 1.3кл «Упругие и неупругие удары»……………. 19 Лабораторная работа 1.4кл «Соударение упругих шаров»…………… 23 Лабораторная работа 1.5кл «Проверка закона сохранения энергии …... 27

Список литературы……………………………………………………….. 31

3

ВВЕДЕНИЕ

Данный сборник содержит описания к лабораторным работам, в которых используются компьютерные модели из курса «Открытая Физика», разработанного компанией «Физикон».

Для начала работы необходимо дважды щелкнуть левой кнопкой мыши, когда ее маркер расположен над эмблемой сборника компьютерных моделей. После этого появится начальная картинка, имеющая следующий вид:

После этого необходимо дважды щелкнуть левой кнопкой мыши, установив ее маркер над названием раздела, в котором расположена данная модель. Для механики вы увидите следующую картинку:

4

Чтобы просмотреть дальнейшие пункты содержания данного раздела, надо щелкать левой кнопкой мыши, установив ее маркер на кнопку со стрелкой вниз, расположенную в правом нижнем углу внутреннего окна.

Кнопки вверху картинки являются служебными. Предназначение каждой отображается, когда маркер мыши располагается над нею в течение 1..2 секунд (без нажатия кнопок мыши). Очень важной является кнопка с двумя вертикальными чертами « », которая служит для остановки эксперимента, а рядом расположенные кнопки – для шага «X » и продолжения «XX» работы.

Прочитав названия во внутреннем окне, установите маркер мыши над названием требуемой компьютерной модели и дважды быстро нажмите левую кнопку мыши.

Рассмотрите рисунок. В появившемся внутреннем окне сверху также расположены служебные кнопки. Кнопка с изображением страницы служит для вызова теоретических сведений. Перемещать окна можно, зацепив мышью заголовок окна (имеющий синий фон). Для закрытия окна надо нажать мышью кнопку с крестом в верхнем правом углу данного окна.

Допуск к лабораторной работе

Проводится преподавателем позвенно с персональным опросом каждого студента. Для допуска:

5

•Каждый студент предварительно оформляет свой персональный конспект данной ЛР (см. соответствующие требования);

•Преподаватель индивидуально проверяет оформление конспекта и задает вопросы по теории, методике измерений, установке и обработке результатов;

•Студент отвечает на заданные вопросы (письменно в черновике конспекта или устно);

•Преподаватель допускает студента к работе и ставит свою подпись в конспекте студента (графа ДОПУСК в табличке на обложке).

Оформление конспекта для допуска к лабораторной работе

Конспект для допуска к ЛР готовится заранее на двойных листах из школьной тетради в клетку (4-5 двойных листов в зависимости от почерка).

Первая страница (обложка):

Допуск Измерения Установка Зачет

Лабораторная работа N__ Название:

Выполнил:

студент группы _____

ФИО_______________

Дата выполнения: ____

Дата сдачи: _________

6

Следующие страницы:

	Цель работы: (переписать полно-
	стью из описания).
	Краткая теория (выписать основные
ЧЕРНОВИК	формулы и пояснить каждый сим-
	вол, входящий в формулу).
(здесь и далее на этой стороне	Экспериментальная установка (на-
	рисовать чертеж и написать наиме-
должны быть представлены все	нование деталей).
расчеты, включая расчетные фор-	Таблицы (состав таблиц и их коли-
мулы и подстановку числовых зна-	чество определить самостоятельно
чений)	в соответствии с методикой изме-
	рений и обработкой их результа-
	тов).
	Оформление отчета (переписать
	полностью из описания). Этот раз-
	дел в описании может иметь и дру-
	гое название, например, «Обработ-
	ка результатов и оформление отче-
	та».

Оформление лабораторной работы к зачету

Полностью оформленная и подготовленная к зачету работа должна соответствовать следующим требованиям:

1.Выполнение всех пунктов раздела описания «Оформление отчета» (в черновике представлены все расчеты требуемых величин, заполнены чернилами все таблицы, построены все графики).

2.Графики должны удовлетворять всем требованиям, приведенным ниже.

3.Для всех величин в таблицах должна быть записана соответствующая единица измерения.

4.Записаны выводы по каждому графику (см. ниже шаблон).

5.Выписан ответ по установленной форме (см. ниже шаблон).

6.Записаны выводы по ответу (см. ниже шаблон).

7

ГРАФИК (требования):

•на миллиметровке или листе в клетку, размер не менее 1/2 тетрадного листа;

•на графике: оси декартовой системы, на концах осей – стрелки, индексы величин, единицы измерения, 10N;

•на каждой оси – РАВНОМЕРНЫЙ МАСШТАБ (риски через равные промежутки, числа через равное количество рисок);

•под графиком – полное название графика СЛОВАМИ;

•на графике – экспериментальные и теоретические точки ярко;

•форма графика соответствует теоретической зависимости (не ломаная).

ВЫВОД по ГРАФИКУ (шаблон):

Полученный экспериментально график зависимости __________________

название функции словами

от ______________ имеет вид прямой (проходящей через начало

название аргумента

координат, параболы, гиперболы, плавной кривой) и качественно совпадает с теоретической зависимостью данных характеристик, имеющей вид

______________.

формула

ОТВЕТ: По результатам измерений и расчетов получено значение

_________________________ , равное _____ = ( ___ ± ____ ) ·10 ___ _______

название физической характеристики

символ среднее ошибка степень ед. измер

ВЫВОД по ОТВЕТУ (шаблон):

Полученное экспериментально значение величины _________________,

полное название словами

равное _________________, с точностью до ошибки измерений,

число, единица измерения

составляющей ________________ , совпадает (не совпадает) с табличным

число, единица измерения

(теоретическим) значением данной величины, равным ________________.

число, единица измерения

8

Лабораторная работа 1.1кл «ДВИЖЕНИЕ С ПОСТОЯННЫМ УСКОРЕНИЕМ»

Ознакомьтесь с конспектом лекций и учебником (Савельев, т.1, § 3, 4). Запустите программу. Выберите «Механика» и «Свободное падение тел». Нажмите вверху внутреннего окна кнопку с изображением страницы. Прочитайте краткие теоретические сведения. Необходимое запишите в свой конспект. (Если вы забыли, как работать с системой компьютерного моделирования, прочитайте с.5 еще раз.)

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

•Знакомство с применением физической модели МАТЕРИАЛЬНАЯ ТОЧКА (МТ).

•Исследование движения МТ с постоянным ускорением.

•Экспериментальное определение ускорения свободного падения на поверхности Земли.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ:

МАТЕРИАЛЬНАЯ ТОЧКА – это абстрактный объект (модель), не имеющий размеров, но обладающий другими характеристиками реального тела.

ПОЛОЖЕНИЕ МТ – это координата, которую имеет МТ в данный

момент времени. Математическое описание положения МТ – ее радиусвектор rr.

МЕХАНИЧЕСКОЕ ДВИЖЕНИЕ есть изменение положения тела в пространстве со временем. Закон движения – это функция r(t) ={x(t), y(t), z(t)}.

СКОРОСТЬ есть векторная кинематическая характеристика движе-

ния, показывающая быстроту и направление движения. Математически r

vr(t) = drdt(t) .

УСКОРЕНИЕ есть векторная кинематическая характеристика движения, показывающая быстроту и направление изменения скорости. Ма-

тематически ar(t) = dvr(t) . dt

ТРАЕКТОРИЯ есть геометрическое место точек, которые проходит МТ при ее движении. В каждой точке вектор скорости направлен по касательной к траектории.

Для движения с постоянным ускорением закон движения

9