107. Обновлённая виртуальная лабораторная работа по физике - «Исследование равноускоренного движения без начальной скорости» http://efizika.ru/html5/107/index.html

Цель работы: Определить ускорение движения шара по наклонной плоскости и его мгновенную скорость в конце заданного пути.

Приборы и принадлежности: Прибор для изучения движения тел, штатив с муфтой и лапкой, шары разной массы, транспортир.

107. Updated virtual laboratory assignments in physics – «Study of equidistant motion without initial velocity» http://efizika.ru/html5/107/index.html

The purpose of the work: To determine the acceleration of the ball along an inclined plane and its instantaneous velocity at the end of a given path.

Instruments and accessories: A device for studying the movement of bodies, a tripod with a clutch and a foot, balls of different weights, a protractor.

Виртуальная лабораторная работа №107
«Исследование равноускоренного движения без начальной скорости»

1. Аннотация

Данная виртуальная лабораторная работа предназначена для учащихся 9-х классов и входит в курс изучения основ кинематики. Работа реализована в формате интерактивного HTML5-симулятора, что позволяет провести полноценное физическое исследование без необходимости использования реального лабораторного оборудования. Симулятор максимально приближен к условиям реального эксперимента: пользователь может изменять параметры установки, проводить измерения и наблюдать за движением тела в реальном времени.

2. Цель работы

Определить ускорение движения шара по наклонной плоскости и его мгновенную скорость в конце заданного пути.

3. Теоретическое обоснование

Движение шара по наклонному жёлобу является равноускоренным — это означает, что его скорость равномерно возрастает с течением времени, а ускорение остаётся постоянным на протяжении всего пути.

Поскольку шар отпускается без начальной скорости (v0 = 0), его движение описывается следующими кинематическими уравнениями:

• Перемещение: s = (a * t^2) / 2

• Скорость в конце пути: v = a * t

где:
s — пройденный путь (в метрах),
t — время движения (в секундах),
a — ускорение (в м/с²),
v — мгновенная скорость в конце пути (в м/с).

Из формулы перемещения выражается ускорение:
a = 2s / t^2

После вычисления ускорения определяется мгновенная скорость:
v = a * t

Таким образом, для достижения цели работы достаточно измерить два параметра: пройденный путь s и время движения t.

4. Оборудование и принадлежности

Виртуальная лабораторная установка включает следующие элементы:

В виртуальной версии все эти элементы представлены в виде интерактивной 3D-модели, управление которой осуществляется через веб-интерфейс.

5. Порядок выполнения работы

5.1. Подготовительный этап

1. Запустите виртуальный симулятор в своём браузере.

2. Ознакомьтесь с интерфейсом: на экране отображается наклонный жёлоб с шаром, цилиндр-ограничитель в нижней части, а также панели управления и измерений.

3. Установите необходимый угол наклона плоскости с помощью транспортира (в виртуальной лаборатории угол регулируется ползунком или вводом числового значения).

5.2. Проведение эксперимента

1. Выберите шар нужной массы (если предусмотрено несколько вариантов).

2. Установите шар в верхней точке жёлоба без начальной скорости.

3. Запустите движение (кнопка «Старт» или аналогичная).

4. Одновременно с началом движения запускается таймер.

5. Когда шар достигает нижней точки и ударяется о цилиндр, движение останавливается, а время фиксируется автоматически.

6. Запишите полученные значения:

   • s — расстояние от начальной точки до цилиндра (задаётся заранее или измеряется по шкале);

   • t — время движения (отображается на таймере).

5.3. Многократные измерения

Для повышения точности результатов рекомендуется:

• Провести не менее 3–5 опытов с одинаковыми параметрами;

• Повторить серию измерений при разных углах наклона плоскости;

• При возможности — использовать шары разной массы для сравнения.

6. Обработка результатов

6.1. Расчёт ускорения и скорости

Для каждого опыта вычислите:
a = 2s / t^2,
v = a * t.

6.2. Пример расчёта

Пусть s = 0,9 м, t = 1,5 с. Тогда:
a = 2 * 0,9 / (1,5^2) = 1,8 / 2,25 = 0,8 м/с²,
v = 0,8 * 1,5 = 1,2 м/с.

6.3. Таблица результатов

6.4. Построение графиков

Рекомендуется построить график зависимости пройденного пути от времени s(t). Для равноускоренного движения без начальной скорости этот график представляет собой параболу, что является дополнительным подтверждением характера движения.

7. Анализ погрешностей

В реальном эксперименте основными источниками погрешностей являются:

• Погрешность измерения времени (зависит от реакции экспериментатора);

• Погрешность измерения расстояния;

• Влияние силы трения (в виртуальной работе трение может быть сведено к нулю или задано параметром).

В виртуальной лаборатории погрешности измерений минимальны, что позволяет сосредоточиться на физической сути явления.

8. Выводы

По окончании работы необходимо сформулировать вывод, в котором отразить:

1. Полученное значение ускорения шара на наклонной плоскости;

2. Значение мгновенной скорости в конце заданного пути;

3. Подтверждение равноускоренного характера движения (на основе анализа графика s(t) или постоянства ускорения в серии опытов);

4. Сравнение результатов для разных углов наклона и/или масс шаров (если проводились соответствующие измерения).

9. Методические рекомендации

• Работа может быть использована как на уроках физики, так и в рамках интегрированных уроков (физика + информатика) с применением электронных таблиц для автоматизации расчётов и построения графиков.

• Виртуальный формат позволяет проводить эксперимент многократно, варьируя параметры, что недоступно в условиях школьной лаборатории.

• Симулятор доступен круглосуточно и не требует специального оборудования, что делает его идеальным инструментом для дистанционного обучения и самостоятельной работы.