Лабораторная работа • 9–10 класс Механика Без статики: реальная симуляция

Проверка закона сохранения механической энергии

Исследование движения скользящего тела по дуговому желобу с горизонтальным сходом. Определение скорости отрыва по горизонтальной дальности полёта $L$ и сопоставление полученной кинетической энергии $E_k$ с начальной потенциальной энергией $mgh$.

Лабораторный протокол: Закон сохранения энергии

Ученик: ___________________________
Класс: _________
Дата:
1
Установите параметры: задайте высоту старта $h$, высоту желоба $H$ и нажмите «Запустить опыт».
2
Снимите отсчёт: переместите визир линейки к точке приземления тела и зафиксируйте дальность $L$.
3
Рассчитайте и проверьте: нажмите «Записать опыт», введите вычисленные $v_0$ и $E_k$ и проверьте точность.
📖 Теоретическая справка и формулы расчёта (нажмите, чтобы открыть) ▼

Учебная модель: материальная точка скользит по гладкому желобу без трения и вращения, сопротивление воздуха не учитывается ($g = 9.81\text{ м/с}^2$). В точке схода касательная строго горизонтальна.

1. Начальная энергия на высоте $h$:
E_p = m \cdot g \cdot h (относительно среза желоба).
Относительно пола: $E_{p0} = m \cdot g \cdot (H + h)$.
2. Скорость схода по дальности $L$:
Время падения: t_{пол} = \sqrt{2H / g}
Скорость вылета: v_0 = L / t_{пол} = L \cdot \sqrt{g / (2H)}
3. Проверка закона сохранения:
Кинетическая энергия: E_k = \frac{m \cdot v_0^2}{2}
В идеале: $E_k = E_p = mgh$. При наличии потерь $\varepsilon$: $E_k = (1 - \varepsilon)mgh$.
Установка для проверки закона сохранения энергии Масштабируемый физический стенд
Готов к запуску
📍 Линейка: тяните красный бегунок или кликните по шкале для измерения дальности
Время $t$ 0.000 с
Скорость $v$ 0.00 м/с
Высота $y$ (от пола) 1.20 м
Дальность $x$ 0.000 м
Потенциальная $E_p$: 0.589 Дж
Кинетическая $E_k$: 0.000 Дж
Потери $E_{пот}$: 0.000 Дж
Сумма: 0.589 Дж
График энергии $E(t)$ в реальном времени Синий: $E_p$, Зелёный: $E_k$, Серый: $E_{полн}$
Параметры установки Готов
🔒 Параметры зафиксированы на время движения. Изменение доступно после завершения или сброса.
Высота спуска $h$ (над сходом): 0.40 м
Высота стола $H$ (над полом): 0.80 м
Масса тела $m$: 50 г
Доля потерь энергии на желобе $\varepsilon$: 0 %
Задаёт долю потери механической энергии на желобе, а не трение. В основном задании $\varepsilon = 0\%$.
Темп:
Измерение дальности и запись Шаг шкалы: 0.01 м
Визир измерительной линейки: 1.13 м
Переместите красный маркер линейки к следу падения шарика и нажмите «Записать опыт».
Журнал измерений и проверка расчётов

После завершения опыта рассчитайте скорость схода $v_0 = L \cdot \sqrt{g / (2H)}$ и кинетическую энергию $E_k = m v_0^2 / 2$. Введите их в ячейки и нажмите «Проверить расчёты».

№ $h$, м $H$, м $m$, г $\varepsilon$, % $L_{изм}$, м $t_{пол}$, с Расчёт $v_0$, м/с Расчёт $E_k$, Дж $E_p = mgh$, Дж Расхождение $\Delta$ Проверка Действие
Пока нет записанных опытов. Нажмите «Запустить опыт» и зафиксируйте дальность полёта.
Учебные исследовательские задания и выводы Выполните 3 серии экспериментов
А. Зависимость от высоты $h$ 0 / 3

Проведите минимум 3 опыта с разными $h$ (например 0.3, 0.5, 0.8 м) при постоянных $H=0.80$ м, $m=50$ г и $\varepsilon=0\%$.

Б. Влияет ли масса $m$? 0 / 2

Сравните два опыта при одинаковых $h=0.40$ м, $H=0.80$ м, но с разной массой (например 50 г и 150 г). Изменится ли дальность?

В. Куда уходит энергия? 0 / 2

Сравните опыт без потерь ($\varepsilon=0\%$) с опытом при потерях ($\varepsilon=20\%$) при равных $h=0.40$ м, $H=0.80$ м, $m=50$ г.

Формулировка научного вывода (отметьте верные утверждения на основе ваших опытов):
⚡ Сделано в tenzorai.ru