Л/р 2.

Творческие лабораторные работы по физике
<<< К СОДЕРЖАНИЮ	МЕТОД. ЗАМЕЧАНИЯ	ВЕРСИЯ ДЛЯ ПЕЧАТИ

Методические замечания

ЗАКРЫТЬ

Чуть более сложная в части математических расчетов, чем предыдущая, практическая работа, сохранившая все плюсы л/р 1.
Здесь мы также предлагаем ученику поработать с параболой практически. В этой работе ученик должен рассчитать дальность полета снаряда при выстреле под углом 45° к горизонту, определив для этого скорость вылета снаряда по высоте подъема при выстреле вверх и высоту стола (высоту положения пистолета над уровнем мишени). Зная эту длину, ученику необходимо правильно установить на полу мишень - коробку подходящих размеров. При правильной установке мишени снаряд эффектно попадает точно в коробку, подтверждая тем самым правильность используемых формул (правильность расчетов). Еще раз повторим, эмоциональная сторона вопроса для ребенка не менее важна, чем интеллектуальная.
Подсчитайте погрешности, исходя из ваших условий, чтобы взять коробку походящего размера плюс запас, ибо ни одна из работ не должна быть "капризной".
Контрольные вопросы в основном призваны заставить ученика детально проработать теорию вопроса для понимания того, откуда берутся формулы для расчетов в этой работе.

Л/р № 2. Стрельба из баллистического пистолета по мишени.

Цель работы: Стреляя из баллистического пистолета, установленного на столе, попасть, произведя только два выстрела, в картонную коробку, стоящую на полу – проверить тем самым формулы расчета тела, брошенного под углом к горизонту.

Оборудование: баллистический пистолет; лабораторный штатив; коробка; измерительная лента или рулетка.

Вводная часть: Итак, целью работы является попадание в коробку-мишень, лежащую на полу, при стрельбе из баллистического пистолета под углом к горизонту, закрепленном на столе (см. рис справа). Как узнать, на каком расстоянии должна находиться эта коробка-мишень?
Полет тела, брошенного под углом к горизонту (в нашем случае снаряда, выпущенного из баллистического пистолета), описывается следующими двумя уравнениями, позволяющими вычислить положение тела в любой момент времени t:
по горизонтали (вдоль пола): x = v₀t·Cosα;
по вертикали (по высоте): y = v₀t·Sinα - gt²/2.
Запишем второе уравнение иначе, учтя, что g = 10 м/с², Sin45^o = 1/√2, а в момент падения y = - h:

gt²/2 - v₀t·Sinα - h = 0
или
5t² - v₀t/√2 - h = 0.

Решив это квадратное уравнение относительно t, получим:

Тогда дальность полета снаряда (S = x_max = v₀t/√2):

Чтобы воспользоваться этими формулами, надо только придумать, как измерить начальную скорость v₀ (скорость вылета снаряда из баллистического пистолета). (Подсказка).
Скорость вылета снаряда можно узнать, если выстрелить вертикально вверх и заметить высоту, на которую поднимется снаряд, ибо Н = v₀²/2g.

Ход работы.
Много лучше ход работы разработать самим, если вы поняли, как узнать начальную скорость снаряда, как рассчитать время полета и на каком расстоянии нужно установить коробку-мишень. В крайнем случае, смотри подсказку.

1. Закрепите в нижней лапке штатива баллистический пистолет для стрельбы вертикально вверх под углом 90° к горизонту(см. рис. справа).
Произведите предварительный выстрел из пистолета и заметьте, на какую приблизительно высоту поднимется снаряд.
Расположите на этом уровне свои глаза и передвиньте на этот уровень верхнее кольцо.
Повторив выстрел, кольцо передвигают по вертикали так, чтобы выпущенный из пистолета снаряд достигал ровно края кольца.
Измерив рулеткой или лентой расстояние от верхнего конца заряженного в пистолет снаряда до кольца, мы определим высоту подъема снаряда Н при стрельбе вверх. Повторите опыт 2—3 раза, каждый раз определяя высоту максимального подъема снаряда, и найдите ее среднее значение Н_ср.

2. По формуле высоты максимального подъема (Н_ср = v₀²/2g) определите квадрат начальной скорости вылета снаряда v₀² = 2gН_ср, а затем и саму скоростьv₀.

3. Закрепите в штативе баллистический пистолет у основания стола и установите его для стрельбы под углом 45^о. Измерьте рулеткой или измерительной лентой высоту h от пола до места установки снаряда баллистического пистолета (см. рис. выше). По формуле дальности полета (используя найденные вами v₀ и h):

определите расстояние S от места выстрела до места падения снаряда для установки коробки (см. рис. выше), куда установите на полу центр коробки для попадания снаряда. Запишите подробно и аккуратно все ваши вычисления в отчет.
4. Произвести выстрел под углом 45^о в направлении коробки (см. рис. выше).

Штатив для стрельбы вверх

Штатив для стрельбы вверх.

5. Попадает ли снаряд в коробку? Если нет, проверьте свои расчеты и правильность установки баллистического пистолета, коробки и угла стрельбы. Покажите свои расчеты и результат стрельбы учителю. Сделайте вывод, подтверждаются ли формулы расчета движения тела, брошенного под углом к горизонту. Ответьте на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы:
1. Как, используя приведенное выше уравнение вертикальной координаты полета тела y = v₀t·Sinα - gt²/2, получить формулу расчета времени полета t?
2. Как получить формулу дальности полета тела при выстреле под углом 45^о, используя уравнение координаты x = v₀t·Cosα и времени полета t? Чему равно это время?
3. Где можно использовать знания, полученные в ходе работы?

<<< К СОДЕРЖАНИЮ

© 1975-2013. Н.В. Смирнов