практическая работа по физике Законы сохранения в механике
учебно-методический материал
Практическая работа Законы сохранения в механике содержит краткую теоретическую часть по теме, алгоритм решения задач, примеры решения задач с пояснениями, 5 задач по 10 вариантам
Скачать:
| Вложение | Размер |
|---|---|
 prakticheskaya_rabota_3.docx | 82.73 КБ |
Предварительный просмотр:
Инструкционная карта на выполнение практической работы № 3
Тема: Законы сохранения в механике
Цель работы: научиться применять законы сохранения импульса и энергии при решении задач.
Основные понятия и законы
Импульс тела (количество движения) - это векторная физическая величина, равная произведению массы тела на скорость движения.
[
].
Физическая величина, равная произведению силы на время ее действия, называется импульсом силы. Импульс силы также является векторной величиной.
Закон сохранения импульса: В замкнутой системе векторная сумма импульсов всех тел, входящих в систему, остается постоянной при любых взаимодействиях тел этой системы между собой.
+
=
+
Для абсолютно упругого взаимодействия: m1υ1±m2υ2= m1υ1՛±m2υ2՛
Для абсолютно неупругого взаимодействия: m1υ1±m2υ2=(m1+m2)υ՛
Работа - это скалярная физическая величина, характеризующая действие силы на определённом перемещении.
A = F ·S·cos α. Единица измерения работы – Джоуль (1 Дж).
Мощность – это отношение работы ко времени, в течение которого она была выполнена. Единица измерения мощности - Ватт (1 Вт).
, или , учитывая, что - скорость, то .
Энергия – это физическая величина, являющаяся количественной мерой движения и взаимодействия всех видов материи. В механике различают два вида энергии: кинетическую и потенциальную. Единица измерения энергии - Джоуль (1 Дж).
Кинетическая энергия – это энергия, которой обладает тело вследствие своего движения.
Eк =.
Потенциальная энергия – энергия, которой обладают тела благодаря взаимному расположению вследствие взаимодействия друг с другом.
- Потенциальная энергия тела, поднятого над Землёй.
Eп=mgh
- Потенциальная энергия деформированной пружины.
Eп=.
Закон сохранения энергии: Энергия не создаётся и не исчезает, а лишь передаётся от одного тела к другому или превращается из одного вида в другой в равных количествах.
Eк1 + Ep1 = Eк2 + Ep2
Eк+Ep= const
Для случая, когда полностью вся энергия переходит из одного вида в другой (например, кинетическая в потенциальную или наоборот), то закон сохранения энергии запишется в виде:
.
Примеры решения задач на закон сохранения импульса
Задача 1. Автомобиль массой 2 т начинает разгоняться из состояния покоя по горизонтальному пути под действием постоянной силы. В течение 10 с он приобретает скорость 43,2 км/ч. Определить величину импульса, полученного автомобилем; величину действующей силы.
Дано: | СИ: | Решение: |
m=2 т | 2000 кг | Определим величину импульса, полученного автомобилем: |
| m | |
t= 10 с | Величину действующей силы можно определить, учитывая, что | |
| 12 м/с | Импульс равен изменению импульса тела (второй закон Ньютона) |
Найти: | Ft= m | |
m | F= | |
F-? | ||
Ответ: | m |
Задача 2. Электровоз массой 180 т, движущийся по инерции с выключенным двигателем со скоростью 0,5 м/с, подъезжает к неподвижному вагону и продолжает движение с ним вместе. Какова масса вагона, если скорость локомотива уменьшилась до 0,4 м/с? Трением локомотива и вагона о рельсы пренебрегаем.
Дано: | СИ: | Решение: |
m1=180 т | 1,8·105 кг | Систему тел можно считать замкнутой. |
| По закону сохранения импульса: | |
| | |
| Выберем направление оси x вдоль движения состава, тогда | |
Найти: | проекции векторов скорости на эту ось будут положительны. | |
m2-? | Учитывая, что | |
| ||
| ||
Ответ: | m2 = |
Задача 3. С лодки массой 200 кг, движущейся со скоростью 1 м/с, прыгает мальчик массой 50 кг в горизонтальном направлении со скоростью 7 м/с (относительно берега). Какова скорость лодки после прыжка мальчика, если мальчик прыгает: а) с кормы в сторону, противоположную движению лодки? б) с носа по ходу движения?
Дано: | Решение: |
m1=200 кг | Мальчика и лодку можно принять за замкнутую систему. |
| Воспользуемся законом сохранения импульса: |
m2=50 кг |
|
| До прыжка мальчик двигался вместе с лодкой со скоростью 1 м/с, и тогда |
Найти: | Начальный импульс системы будет ( |
| координат по направлению лодки. |
а) ( | |
б) если мальчик прыгает с носа лодки по ходу движения, то | |
( | |
Знак "-" означает, что лодка изменила направление своего движения | |
на противоположное. | |
Ответ: | а) |
Задача 4. Какую скорость относительно ракетницы приобретает ракета массой 600 г, если газы массой 15 г вылетают из неё со скоростью 800 м/с?
Дано: | СИ: | Решение: |
m1=600 г | 0,6 кг | Начальный импульс ракеты с газами равен нулю, т.к. |
m2=15 г | 0,015 кг | ракета неподвижна, следовательно, согласно закону |
| сохранения импульса: | |
| Получим: 0= | |
Найти: | ||
| ||
Знак "-" показывает, что газы движутся в сторону, | ||
противоположную направлению движения ракетницы. | ||
Ответ: | ||
Примеры решения задач на закон сохранения энергии
Задача 1. Камень брошен вертикально вверх со скоростью 16 м/с. На какой высоте кинетическая энергия камня будет равна его потенциальной энергии? Сопротивлением воздуха пренебречь.
Дано: | Решение: |
| Применяя закон сохранения энергии: |
| Eк1 + Ep1 = Eк2 + Ep2 |
Т.к. камень брошен с земли, то | |
Найти: | Eк1 = Eк2 + Ep2 |
h2-? |
|
| |
Следовательно, | |
Ответ: |
Задача 2. Из пружинного пистолета стреляют шариком вертикально вверх. Шарик поднялся на высоту 1 м. Определить деформацию пружины перед нажатием курка, если коэффициент жёсткости пружины 400 Н/м, а масса шарика 0,01 кг. Принять g=10 м/с2.
Дано: | Решение: |
m=0,01 кг | Работа силы тяжести при перемещении шарика внутри ствола пистолета |
k=400 Н/м | незначительна, поэтому ею в данном случае можно пренебречь. |
h= 1 м | Воспользуемся законом сохранения энергии. |
g=10 м/с2 | Шарик приходит в движение за счёт энергии сжатой пружины, т.е.: |
Найти: | |
x-? | |
Но при полёте вверх кинетическая энергия шарика переходит в потенциальную энергию. Принимая, что в начальной точке свободного | |
полёта шарика потенциальная энергия была равна нулю Ep1=0, получим: | |
| |
x= | |
x= | |
Ответ: | x=2,2 см |
Задача 3. Мяч массой 100 г брошен вертикально вверх со скоростью 20 м/с. Чему равна его потенциальная энергия в высшей точке подъёма? Сопротивлением воздуха не учитывать.
Дано: | СИ: | Решение: |
m=100 г | 0,1 кг | Согласно закону сохранения энергии: |
| Eк1 + Ep1 = Eк2 + Ep2 | |
| Но на поверхности Земли | |
В верхней точке подъёма | ||
Найти: |
| |
| Получим: Eк1= Ep2 | |
| ||
| ||
Ответ: | ||
Задача 1. Тело движется прямолинейно, обладая начальным импульсом p0. В течение времени Δt на тело действует сила F, в результате чего импульс достигает значения p. Определите значения величин, обозначенных «?». Направление силы совпадает с направлением начальной скорости.
Вариант | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
p0, кг·м/с | 40 | 70 | 45 | ? | 30 | 105 | 50 | ? | 85 | 75 |
Δt, с | 8,5 | 4,5 | ? | 6,5 | 3,5 | 0,5 | ? | 7,5 | 5 | 1,5 |
p, кг·м/с | ? | 160 | 90 | 150 | ? | 120 | 95 | 325 | ? | 105 |
F, Н | 60 | ? | 30 | 20 | 80 | ? | 10 | 40 | 15 | ? |
Задача 2. Модель ракеты массой m1 заполнена горючим массой m2. Горючее вырывается со скоростью 2, при этом ракета приобретает скорость
1 и поднимается на высоту h. Определите значения величин, обозначенных «?».
Вариант | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
m1, кг | ? | 5 | 1 | 2 | ? | 8 | 10 | 20 | ? | 2 |
m2, кг | 4 | 1 | ? | 0,4 | 1 | 6 | 5 | ? | 0,9 | ? |
| ? | ? | 15 | ? | ? | ? | ? | 8 | 10 | 15 |
| 20 | 40 | 30 | ? | 48 | 32 | ? | 10 | 20 | 30 |
3,2 | ? | ? | 7,2 | 7,2 | ? | 12,5 | ? | ? | ? |
Задача 3. Рыбак массой m запрыгивает в неподвижно стоящую на воде у берега озера лодку массой M. При этом лодка приходит в движение со скоростью Горизонтальная составляющая лодки рыбака в момент прыжка равна
Определите значения величин, обозначенных «?».
Вариант | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
m, кг | 60 | 70 | 80 | ? | 70 | 80 | 60 | ? | 80 | 60 |
M, кг | 40 | 50 | ? | 40 | 50 | 60 | ? | 40 | 60 | 40 |
1,2 | ? | 3,4 | 1,8 | 2,9 | ? | 1,1 | 2,5 | 2,8 | ? | |
? | 4 | 6 | 3 | ? | 6 | 2 | 4 | ? | 2 |
Задача 4. Пружину игрушечного пистолета сжимают на длину x и совершают выстрел в горизонтальном направлении; при этом шарик массой m вылетает со скоростью . Жёсткость пружины пистолета равна k. Определите значение величины, обозначенной «?».
Вариант | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
x, см | ? | 3 | 4 | 5 | ? | 4 | 5 | 3 | ? | 5 |
m, г | 5 | ? | 6 | 5 | 4 | ? | 5 | 4 | 6 | ? |
| 5 | 6 | ? | 4 | 6 | 4 | ? | 6 | 4 | 5 |
k, Н/м | 150 | 200 | 250 | ? | 200 | 250 | 150 | ? | 250 | 150 |
Задача 5. Камень массой m брошен вертикально вверх. Начальная скорость камня , начальная кинетическая энергия E0. На высоте h скорость камня
. Определите значения величин, обозначенных «?». Сопротивление воздуха не учитывайте, ускорение свободного падения примите равным 10 м/с2.
Вариант | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
m, кг | ? | 0,3 | 0,4 | ? | 0,25 | 0,3 | ? | 0,2 | 0,2 | ? |
| 12 | ? | ? | ? | 8 | 10 | 15 | ? | ? | ? |
E0, Дж | 14,4 | 15 | 45 | 16,4 | ? | ? | 22,5 | 40 | 30 | 12,4 |
h, м | 6 | 4 | ? | 8 | 3 | ? | ? | 10 | ? | 12 |
| ? | ? | 10 | 2 | ? | 3 | 6 | ? | 2 | 3 |
По теме: методические разработки, презентации и конспекты
Дифференцированная контрольная работа по теме "Законы сохранения в механике"
Здесь размещены четыре варианта контрольной работы, каждый из которых содержит по две задачи трех видов сложности....
Контрольная работа по физике, " Законы постоянного тока", 2 вариант, 8 класс
2 вариант, КР по физике...
Практическая работа по физике "Динамика материальной точки"
Практическая работа по физике "Динамика материальной точки" содержит: краткую теоретическую часть по теме; примеры решения задач; алгоритм выполнения задач; 5 задач по 10 вариантам....
Практическая работа по физике «Наблюдение интерференции и дифракции света» для студентов 1 курса
Цель работы: обобщение знаний по теме «Волновые свойства света», применить теоретические знания для объяснения явлений природы. Составлена для обучения в дистанционном формате....
Методические рекомендации для проведения практических работ по физике для специальности 13.02.11 Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (по отраслям)
Методические рекомендации для проведения практических занятий по физике: учебное пособие для студентов среднего профессионального образования по специальностям: 13.02.11 Техническая эксплуатация и обс...
Практические работы по физике
Выполнение практических работ по физике – это вид работы, в которой кроме умения работать с информацией используются практические навыки по наглядному пространственному ее отображению. Осно...
Контрольная работа по теме:"Законы сохранения"
Контрольная работа носит тематический характер. Каждый вариант содержит задачи разных уровней сложности. Обучающийся может ознакомиться со всеми заданиями и самостоятельно выбрать уровень ...