<<< ВСЕ МАТЕРИАЛЫ
11 класс. Виртуальный эксперимент
Пружинный маятник. Энергия гармонических колебаний.
Задание для дистантного обучения 11-2-en.


Нач.координата х0 = 0 мм. Масса = 0 кг . Жёсткость = 0 Н/м.
Координата
 
 Скорость
 
 Еп
 
 Ек
 
 Время 0 сек.
ГАРМОНИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ: ЭНЕРГИЯ.
В этой работе мы будем наблюдать колебания груза m на пружмне жёсткостью k по гладкой поверхности (см. рисунок под графиками).
Задание. Понять взаимосвязь колебаний с их графиками, а также влияние на них начальных условий и параметров колебательной системы.
Разобраться в этом вам помогут вопросы (см. ниже).
Десятичные дроби вводятся через точку. Ответы нужно округлять по правилам приближённых вычислений с погрешностью не более 10%.
Желаем успеха!

Введите значения начальной координаты х0, массы груза m и жёсткость пружины k маятника (см. ниже). Нажмите кнопку "График", чтобы увидеть результат на рисунке и на графиках движения.
Вы можете менять ситуацию движения столько раз, сколько захотите. Не забывайте только каждый раз нажинать на кнопку "График". Вводимые вами значения имеют ограничения: для координаты ±10 мм, для массы 1 ... 10 кг, для жёсткости 20 ... 100 Н/м.
Экспериментируйте смело! Груз будет двигаться в соотвествии с заданными вами параметрами в течение 10-ти секунд (см. "Время" справа под графиком), а графопостроитель - четрить графики движения. Старайтесь быть максимально наблюдательными, не кликайте цифры впустую, старайтесь почувствовать, как меняется характер движения в зависимости от ваших манипуляций.
Работать со множеством величин и их графиков может быть сложновато. Будем анализировать поведение величин по одной или попарно. Кстати для удобства вы можете погасить один или несколько графиков, кликнув кружок нужного цвета под графиком и, не забыв нажать кнопку "График". А узнать точные координаты точки на графике легко: достаточно навести на неё курсор. Красная линия означает полную энергию маятника. Цветные прямоугольники под графиками символизируют значения энергии (соответственно цвету графика):потенциальную, кинетическую и полную. Наблюдать их поведение наиболее удобно при массе 10 кг. Результаты ваших наблюдений сумейте превратить в правильные ответы. Будьте внимательны: масштабы графиков и положение 0 для разных величин могут не совпадать друг с другом!
Начначальная координата х0 =
мм. Масса m =
кг. Жёсткость k =
Н/м.
1. Почему не происходит колебаний, если задать х0 = 0?
1. Такое значение недопустимо.
2. Чтобы тело начало совершать колебания, системе надо задать начальную энергию, либо отведя груз в сторону, либо придав ему щелчком начальную скорость.
3. При большой массе груз сам не может сдвинуться с места.
4. Жёсткости пружины не достаточно для начала колебательного процесса.
Ответ №:
2. График координаты и потенциальной энергии (можно оставить только зелёный и фиолетовый графики, остальные погасив). Чем схожи эти графики? Из перечисленных ниже утверждений выберите одно правильное, его номер занесите в ответ.
1. Это совсем не схожие графики.
2. Экстремумы графика координаты совпадают во времени с максимумами графика потенциальной энергии. Для пружины в крайних положениях (х = ±max) потенциальная энергия тоже максимальна.
3. Обе величины колеблются в одинаковых фазах.
Ответ №:
3. Чем отличаются эти графики. Из перечисленных ниже утверждений выберите одно наиболее правильное, его номер занесите в ответ.
 1. Период колебаний потенциальной энергии больше периода колебаний груза.
2. Период колебаний потенциальной энергии меньше периода колебаний груза.
3. Период колебаний потенциальной энегрии меньше частоты колебаний заряда.
4. Период колебаний потенциальной энергии меньше периода колебаний груза в два раза: на одно колебание груза приходится ровно два колебания его потенциальной энергии.
5. Среди этих ответов нет правильного.
Ответ №:
4. Продолжение вопроса 3. В чём ещё существенные отличия этих графиков?
1. Оба графика принимают и положительные и отрицательные значения, но амплитуда графика потенциальной энергии меньше амплитуды графика координаты.
2. Потенциальная энергия принимает только положительные значения, а координата и положительные и отрицательные относительно положения равновесия.
3. Среди этих ответов нет правильного.
Ответ №:
5. График скорости и кинетической энергии (можно оставить только коричневый и оранжевый графики, остальные погасив. Для этого нажмите "График", погасите ненужные кружки и снова нажмите "График"). Чем схожи эти графики? Из перечисленных ниже утверждений выберите одно правильное, его номер занесите в ответ.
1. Это совсем не схожие графики.
2. Экстремумы графика скорости совпадают во времени с максимумами графика кинетической энергии. Для пружины в положении равновесия (х = 0; v = ±max) кинетическая энергия тоже максимальна.
3. Обе величины колеблются в одинаковых фазах.
Ответ №:
6. Чем отличаются эти графики. Из перечисленных ниже утверждений выберите одно правильное, его номер занесите в ответ.
 1. Период колебаний кинетической энергии больше периода колебаний скорости.
2. Период колебаний кинетической энергии меньше периода колебаний скорости.
3. Период колебаний кинетической энегрии меньше частоты колебаний скорости.
4. Период колебаний кинетической энергии меньше периода колебаний скорости в два раза: на одно колебание скорости приходится ровно два колебания его кинетической энергии.
5. Среди этих ответов нет правильного.
Ответ №:
7. Продолжение вопроса 6. В чём ещё существенные отличия этих графиков?
1. Оба графика принимают и положительные и отрицательные значения, но амплитуда графика кинетической энергии меньше амплитуды графика скорости.
2. Кинетическая энергия принимает только положительные значения, а скорость и положительные и отрицательные относительно положения равновесия.
3. Среди этих ответов нет правильного.
Ответ №:
8. График кинетической и потенциальной энергии (можно оставить только оранжевый и фиолетовый графики, остальные погасив). Сравните поведение этих величин во времени. Из перечисленных ниже утверждений выберите одно правильное, его номер занесите в ответ.
1. Оба графика совершенно одинаковы.
2. Максимумы одного и другого видов энекргии не совпадают во времени, на максимум одного приходится ровно минимум другого, так как при максимуме координаты, скорость минимальна. и наоборот при максимуме скорости в положении равновесия координата равна нулю.
3. Среди этих ответов нет правильного.
Ответ №:
9. Наведите курсор мыши на любую точку графика и запишите значения потенциальной и кинетической энергий. Проделайте то же самое для других точек графиков. Есть ли какая-либо закономерность в этих данных. Выберите наиболее точный ответ.
1. Точки были выбраны произвольно, поэтому никакой закономерности в них нет.
2. Там, где больше кинетическая энергия, там меньше потенциальная.
3. Сумма значение кинетической и потенциальной энергии для всех точек примерно одинакова, так как для незатухающих колебаний полная энергия сохраняется.
4. Среди этих ответов нет правильного.
Ответ №:
10. Теперь понаблюдаем за превращениями энергии на примере цветных столбиков. Выберите для удобства наблюдения массу килокграмм 10, а начальное смещение х0 миллиметров 10. Кликните кнопку "График". Почему красный столбик не меняет своей длины во время колебаний? Выберите наиболее точный ответ из предложенных ниже.
1. Красный столбик не работает.
2. Красный столбик отвечает за значение потенциальной энергии, а она во время колебаний не изменяется никак.
3. Красный столбик отвечает за значение кинетической энергии, а она во время колебаний не изменяется никак.
4. Красный столбик отвечает за значение полной энергии, а она во время колебаний не изменяется никак.
Ответ №:
11. Поменяйте значение начального смещения х0 на другое. Почему изменилась высота красного столбика? Выберите наиболее точный ответ из предложенных ниже.
1. Красный столбик показывает величину начального смещения.
2. Красный столбик отвечает за значение потенциальной энергии, а она зависит от x0.
3. Красный столбик отвечает за значение кинетической энергии, а она зависит от x0.
4. Красный столбик отвечает за значение полной энергии, а она определяется максимальной потенциальной энергией (E = Eпот = kx02/2).
Ответ №:
12. Столбики фиолетовый и оранжевый (потенциальная и кинетическая энергии). Почему, когда один столбик уменьшается, другой увеличивается. Выберите наиболее точный ответ из предложенных ниже.
1. Обе энергии скачут, так как скачет маятник
2. Кинетическая энергия превращается в потенциальную и наоборот.
3. Кинетическая энергия превращается в потенциальную и наоборот, а их сумма (полная энергия).не изменяется
4. Среди этих ответов нет правильного.
Ответ №:
13. Теперь не меняйте значения массы и жёсткости пружины. Определите по графику значение периода колебаний груза.
Ответ: с
14. Определите значение периода колебаний груза другим способом. Кликните кнопку "График и сосчитайте количество колебаний груза за 10 секунд. Сосчитайте период колебаний и введите полученный вами ответ в поле ответа.
Ответ: с
15. Определите значение периода колебаний потенциальной энергии по графику.
Ответ: с
16. Определите значение периода колебаний полной энергии.
Ответ: с
17. В начальный момент времени груз на пружине, отклонили от положения равновесия и отпустили из состояния покоя. Графики, характеризующие дальнейшее изменение параметре его движения, представлены в левом столбце.
Установите соответствие между графиками и физическими величинами (правый столбец), зависимость которых от времени они могут представлять.
К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
ГРАФИКИ ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ
1) координата х

2) проекция скорости v

3) кинетическая энергия Ек

4) потенциальная энергия Еп

Ответы А.Б: