WWW.REFERATCENTRAL.ORG.UA - Я ТУТ НАВЧАЮСЬ

... відкритий, безкоштовний архів рефератів, курсових, дипломних робіт

ГоловнаПедагогіка, Сценарії виховних заходів → Сучасні демонстраційні прилади на уроках фізики в старшій школі: маятник зі змінною площиною коливань - Реферат

Сучасні демонстраційні прилади на уроках фізики в старшій школі: маятник зі змінною площиною коливань - Реферат

перпендикулярну gpеr і ефективну geff (рис. 6). Ефективну складову можна обчислити за таким рівнянням:
, (6)
де - кут нахилу площини коливання відносно вертикального положення.
Враховуючи рівняння (4) та (6), одержимо формулу для періоду коливань, який залежить від кута повороту :
(7)
Таким чином, збільшення періоду коливань маятника при збільшенні кута нахилу відносно горизонту відбувається за рахунок зменшення значення ефективної складової прискорення вільного падіння.
Відомо, що g на планеті Земля в середньому дорівнює 9,807 м/с2 (дане значення може змінюватися від екватора до полюсів), але інші планети Сонячної системи мають інші значення прискорення вільного падіння, вони наведені в табл. 1:
Таблиця 1
Прискорення вільних падінь планет Сонячної системи і супутника Землі
№ п/п Назва планети Значення прискорення вільного падіння, м/с2
1 Меркурій 3,707
2 Венера 8,894
3 Місяць 1,622
4 Марс 3,697
5 Юпітер 25,0
6 Уран 8,71
За допомогою розробленого приладу можна одержати коливання з періодом, що дорівнює періоду коливань звичайного математичного маятника на різних планетах Сонячної системи. Для цього необхідно обчислити кут нахилу площини коливань маятника , використовуючи формулу (6):
, (8)
де i = 1…6 - прискорення вільного падіння відповідних планет, поданих в табл.і 1.
Нижче приведені значення кутів нахилу площини коливання (табл. 2), обчислених за формулою (8):
Таблиця 2
Значення кута для різних планет і супутника Землі
№ п/п Назва планети Значення кута нахилу площини коливань, в градусах
1 Меркурій 67,79
2 Венера 24,91
3 Місяць 80,50
4 Марс 67,85
5 Юпітер -
6 Уран 27,36
Також відмінністю даного приладу є те, що на протилежній стороні шкали (рис. 7) відмічені кути для планет, прискорення вільного падіння на яких менше, ніж на Землі. Але за допомогою даного приладу можна продемонструвати коливання з періодом, рівним періоду коливань на планеті Юпітер, g у якого в 2,5 разів більше, ніж на Землі. Для цього необхідно покласти під вантаж маятника, площина коливання якого знаходиться у вертикальному положенні, постійний магніт [7], наприклад, розміром 120х80х15 мм. Регулюючи відстань від магніту до ваги маятника, можна досягти величини періоду коливань, який відповідає Юпітеру.
Рис. 7. Шкала з нанесеними на ній планетами
Маятник обладнано простим приладом для вимірювання періоду коливань, схема якого показана на рис. 8. Робота схеми заснована на реєстрації кількості імпульсів генератора струмової частоти (мікросхема D1.4) за вимірюваний період часу.
Генератор імпульсів частотою 100 Гц (0,01 с) зібрано на мікросхемі К561ТЛ2 (D1.4). Період коливань вихідної напруги цього генератора складається з тривалості позитивного імпульсу Т1, сформованої елементами ланцюга зворотного зв'язку VD1, R6 і C3 і періоду проходження цих імпульсів Т2, сформованого елементами ланцюга зворотного зв'язку R4, R5 і C3:
, (9)
де RVDO - активний опір діода VD1 в "відкритому" стані ( ~ 100 Ом).
Конденсатор C2 і резистор R3 формують імпульс початкової установки для лічильника періоду.
Період коливань маятника формується з двох періодів між трьома послідовними спрацьовуваннями датчика проходження маятника через точку рівноважного положення (D1). В даному випадку використовується світлодіод і фотодіод інфрачервоного діапазону хвиль.
Імпульси датчика D1 надходять на вхід формувача рахункових імпульсів (D1.1, C1, R1, R2). З виходу D1.1 імпульси потрапляють на формувач періодів вимірювання та індикації.
Рис. 8. Схема вимірника періоду коливань приладу
Ця схема керує часом обчислення кількості імпульсів генератора тактової частоти 100 Гц (D4, D5, D6) з індикацією одержаного результату (VD2) і "обнуляє" лічильники імпульсів частоти 100 Гц. Функції управління заповненням дешифраторів і "обнуленням" лічильників виконує мікросхема D3. Для примусового "скидання" лічильника в схему введено герметичний контакт К1. Стабільність частоти 100 Гц (або в кінцевому випадку вимірювання періоду коливань маятника) забезпечується елементами генератора (R4, R5,R6,С3), які мають підвищену стабільність параметрів при зміні температури і часу. При цьому опір відкритого діода VD1 не має підвищеної стабільності, але його внесок у формування періоду коливань частоти складає менше 1%, що є цілком допустимим для трьохрозрядного лічильника.
Додаткову стабільність генератору тактової частоти коливань 100 Гц додає стабілізатор живлення +5В (DА1) мікросхеми D1.
Датчик D1 підключається до лічильника через роз'єм за допомогою кабелю. Живлення здійснюється від 5 елементів живлення напругою 1,5 В або мережі 220В. Споживаний струм 0,12 А при напрузі живлення 6,5 В.
Для підключення приладу до комп'ютера можна застосовувати універсальні комплекси, розроблені різними фірмами, в яких використовуються датчики переміщення. За допомогою програмного забезпечення, яке поставляється в комплекті з такими комплексами, можна визначати параметри L, g, T, кут та будувати графіки їх залежностей.
Список використаних джерел
1. Фізика. Астрономія. Програми для загальноосвітніх навчальних закладів 7 - 12 класи, О.І. Ляшенко, М.І. Дзюбенко. - К.: "Перун", 2005, 2006. - 79 с.
2. Гончаренко С.У Физика: Проб. учеб. для 9 кл. сред. общеобраз. шк., гимназий и кл. гуманитар. профиля. - Пер. с укр. - К.: Освіта, 1998. - 442 с.
3. Каталог фирма PHYWE SYSTEME GmbH. D-37070, Gottingen, Germany, 2005. - 816 с.
4. Каталог фирма 3B Scientific GmbH. Rudorffweg 8, 21031 Hamburg, Germany, 2006. - 32 c.
5. Каталог фирма PASCO Scientific. USA, 2005. - 384 c.
6. Описание лабораторных работ по физике. Измерительный практикум. Часть 2. - Новосибирск.: Новосибирский государственный университет, 1998. - 53 с.
7. Демонстраційний експеримент з фізики: Навч. посібник. За ред. док. фіз-мат. наук, професора Шутра М.І. та докт. техн. наук, професора Бикова В.Ю. - К.: НПУ імені М.П. Драгоманова, 2003. - 237 с.
Loading...

 
 

Цікаве