SM "Gimnazija Nr. 6" Fizinės dirbtuvės 10 kl
Laboratorinis darbas Nr.3
Spyruoklės standumo matavimas
Tikslas: raskite spyruoklės standumą iš spyruoklės pailgėjimo matavimų, kai yra įvairios gravitacijos jėgos vertės, subalansuojančios elastingumo jėgą
remiantis Huko įstatymu:
... Kiekviename iš eksperimentų standumas nustatomas esant skirtingoms tamprumo jėgos ir pailgėjimo reikšmėms, t.y. keičiasi eksperimento sąlygos. Todėl norint rasti vidutinę standumo reikšmę, matavimo rezultatų aritmetinio vidurkio apskaičiuoti negalima. Vidutinei vertei rasti naudosime grafinį metodą, kuris gali būti pritaikytas tokiais atvejais. Remdamiesi kelių eksperimentų rezultatais, sudarysime tamprumo modulio priklausomybės grafiką
iš plėtinio modulio X... Braižant grafiką remiantis eksperimento rezultatais, eksperimentiniai taškai gali būti ne tiesėje, kuri atitinka formulę
... Taip yra dėl matavimo klaidų. Tokiu atveju grafikas turi būti nubraižytas taip, kad priešingose tiesės pusėse būtų maždaug tiek pat taškų. Nubraižę grafiką, paimkite tašką tiesėje (grafiko viduryje), pagal jį nustatykite tamprumo jėgos ir pailgėjimo reikšmes, atitinkančias šį tašką, ir apskaičiuokite standumą. k... Tai bus norima vidutinė spyruoklės standumo vertė .
Matavimo rezultatas dažniausiai rašomas kaip išraiška
, kur
- didžiausia absoliuti matavimo paklaida. Yra žinoma, kad santykinė klaida ( ) yra lygus absoliučios paklaidos santykiui
į kiekio vertę k
:
, kur
.
Tame darbe
... Taigi
, kur
;
;
.
Pamokos rengimas (pamokų užrašai)
Vidurinis bendrasis išsilavinimas
UMK linija G. Ya. Myakisheva. Fizika (10–11) (D)
Dėmesio! Svetainės administravimo svetainė nėra atsakinga už metodinių tobulinimų turinį, taip pat už federalinio valstybinio švietimo standarto kūrimo atitiktį.
Pamokos tikslas: patikrinkite Huko dėsnio galiojimą dinamometro spyruoklei ir išmatuokite šios spyruoklės standumo koeficientą, apskaičiuokite vertės matavimo paklaidą.
Pamokos tikslai:
Pamokos tipas:įgūdžių lavinimo pamoka
Įranga: trikojis su mova ir spaustuku, sraigtinė spyruoklė, žinomos masės svarelių rinkinys (po 100 g, paklaida Δm = 0,002 kg), liniuote su milimetrų padalomis.
Galimi mokinių atsakymai:
k = F kontrolė / x
∆X = |X – X trečia|
ε = ∆X/X
Atsitiktinės klaidos yra klaidos, kurios nenuspėjamai keičia jų skaitinę reikšmę. Tokias klaidas lemia daugybė nekontroliuojamų priežasčių, turinčių įtakos matavimo procesui (objekto paviršiaus nelygumai, pučiantis vėjas, įtampos šuoliai ir kt.). Atsitiktinių klaidų įtaką galima sumažinti pakartotinai kartojant eksperimentą.
Matavimo priemonių klaidos. Šios klaidos dar vadinamos instrumentinėmis arba instrumentinėmis. Jie atsiranda dėl matavimo prietaiso konstrukcijos, jo pagaminimo ir kalibravimo tikslumo.
Braižant grafiką remiantis eksperimento rezultatais, eksperimentiniai taškai gali būti ne tiesėje, kuri atitinka formulę F valdymas = kx
Taip yra dėl matavimo klaidų. Tokiu atveju grafikas turi būti nubraižytas taip, kad priešingose tiesės pusėse būtų maždaug tiek pat taškų. Nubraižę grafiką, paimkite tašką tiesėje (grafiko viduryje), pagal jį nustatykite tamprumo jėgos ir pailgėjimo reikšmes, atitinkančias šį tašką, ir apskaičiuokite standumą. k... Tai bus norima vidutinė spyruoklės standumo vertė k trečia
1. Pritvirtinkite spyruoklės galą prie trikojo (kitame spyruoklės gale yra rodyklė ir kabliukas, žr. pav.).
2. Šalia arba už spyruoklės padėkite ir pritvirtinkite liniuotę su milimetrų žymėmis.
3. Pažymėkite ir užfiksuokite liniuotės padalijimą, į kurį nukreipta spyruoklės strėlės antgalis.
4. Pakabinkite žinomą spyruoklės masę ir išmatuokite susidariusį spyruoklės pailgėjimą.
5. Prie pirmojo svarelio pridėkite antrąjį, trečiąjį ir tt svarmenis, kiekvieną kartą registruodami pailgėjimą | X| spyruoklės.
Remdamiesi matavimo rezultatais, užpildykite lentelę:
F valdymas = mg, H |
׀ X׀ , · 10 –3 m |
k Trečiadienis, Š/m |
||
6. Remdamiesi matavimų rezultatais, sudarykite tamprumo jėgos priklausomybės nuo pailgėjimo grafiką ir pagal jį nustatykite vidutinę spyruoklės standumo reikšmę. k cp.
1. Apskaičiuokite spyruoklės standumą kiekviename iš eksperimentų:
k = | F | , |
│x│ |
2... k cf = ( k 1 + k 2 + k 3 + k 4)/4 ∆k = ׀ k – k plg. ׀ , ∆ k cf = (∆ k 1 + ∆k 2 + ∆k 3 + ∆k 4)/4
Įveskite rezultatus į lentelę.
3. Apskaičiuokite santykinę paklaidą ε = ∆ k Trečiadienis / k trečiadienis 100 proc.
4. Užpildykite lentelę:
F kontrolė, N |
׀ X׀ , · 10 –3 m |
k, N/m |
k Trečiadienis, Š/m |
Δ k, N/m |
Δ k Trečiadienis, Š/m |
|
5. Užrašykite atsakymą į formą: k = k plg. ± ∆ k cf, ε = ...%, pakeičiant šią formulę skaitinės reikšmės rastos vertybės.
1. k = mg/X Santykinei paklaidai apskaičiuoti naudojame vadovėlio 344 psl. 1 formulę.
ε = ∆ A/A + ∆V/V + ∆SU/SU = ε m + ε g + ε x.
∆m= 0,01 10 –3 kg; ∆ g= 0,2 kg m/s s; ∆ x= 1 mm
2. Apskaičiuokite didžiausias santykinė paklaida, su kuria randama reikšmė k Trečiadienis (iš patirties su vienu kroviniu).
ε = ε m + ε g + ε x = ∆m/m + ∆g/g + ∆x/x
3. Raskite ∆ k cf = k cf ε
4. Užpildykite lentelę:
5. Užrašykite atsakymą į formą: k = k plg. ± ∆ k Trečiadienis, =…%, pakeičiant rastų reikšmių skaitines reikšmes į šią formulę.
1. Norėdami apskaičiuoti paklaidą, turėtumėte pasinaudoti patirtimi, kurią gavome eksperimento Nr. 4 metu, nes ji atitinka mažiausią santykinę matavimo paklaidą. Apskaičiuokite ribas F min ir F max, kurioje yra tikroji vertė F atsižvelgiant į tai F min = F – Δ F, F max = F + Δ F.
2. Priimti Δ F= 4Δ m· g, kur Δ m- klaida gaminant svarelius (vertinant galima daryti prielaidą, kad Δ m= 0,005 kg):
x min = x – ∆x x max = x + ∆x, kur Δ X= 0,5 mm.
3. Netiesioginių matavimų paklaidos įvertinimo metodu apskaičiuokite:
k max = F max / x min k min = F min / x maks
4. Apskaičiuokite vidutinį kcp ir absoliučią matavimo paklaidą Δ k pagal formules:
k cf = ( k max + k min) / 2 Δ k = (k max - k min) / 2
5. Apskaičiuokite santykinę matavimo paklaidą:
ε = ∆ k Trečiadienis / k trečiadienis 100 proc.
6. Užpildykite lentelę:
F min., H |
F maks., H |
x min, m |
x maks., m |
k min, N/m |
k maks., N/m |
k Trečiadienis, Š/m |
Δ k, N/m |
|
7. Rezultatą surašykite į laboratorinių darbų sąsiuvinį formoje k = k cp ± Δ k, ε =…%, pakeičiant rastų dydžių skaitines reikšmes į šią formulę.
Išvadą apie atliktą darbą užsirašykite į laboratorinį sąsiuvinį.
Pabandykite sukurti sinchronizavimą apie sąvoką „pamoka – dirbtuvė“. Sinkwine (išvertus iš prancūzų kalbos – penkios eilutės): Pirma eilutė – vienas daiktavardis (esmė, temos pavadinimas);
Antroje eilutėje temos savybių-atributų aprašymas dviem žodžiais (dviem būdvardžiais);
Trečioji eilutė – veiksmo (funkcijų) temoje aprašymas trimis veiksmažodžiais;
Ketvirtoji eilutė – keturių žodžių frazė (žodžių junginys), parodanti požiūrį į temą;
Penkta eilutė yra vieno žodžio sinonimas (daiktavardis), pakartojantis temos esmę (iki pirmojo daiktavardžio).
Fizika 9 klasei (I.K. Kikoin, A.K. Kikoin, 1999),
užduotis №2
į skyrių " LABORATORINIAI DARBAI».
Darbo tikslas: rasti spyruoklės standumą iš spyruoklės pailgėjimo matavimų esant įvairioms gravitacijos jėgos vertėms.
balansuojanti tamprumo jėgą pagal Huko dėsnį:
Kiekviename eksperimente standumas nustatomas esant skirtingoms elastingumo ir pailgėjimo jėgos vertėms, t.y., keičiasi eksperimento sąlygos. Todėl norint rasti vidutinę standumo reikšmę, matavimo rezultatų aritmetinio vidurkio apskaičiuoti negalima. Vidutinei vertei rasti naudosime grafinį metodą, kuris gali būti pritaikytas tokiais atvejais. Remdamiesi kelių eksperimentų rezultatais, sudarysime tamprumo jėgos F eln modulio priklausomybės nuo pailgėjimo modulio | x | grafiką. Braižant grafiką remiantis eksperimento rezultatais, eksperimentiniai taškai gali būti ne tiesėje, kuri atitinka formulę
Taip yra dėl matavimo klaidų. Tokiu atveju grafikas turi būti nubraižytas taip, kad priešingose tiesės pusėse būtų maždaug tiek pat taškų. Nubraižę grafiką, paimkite tašką tiesėje (grafiko viduryje), pagal jį nustatykite šį tašką atitinkančios tamprumo jėgos ir pailgėjimo reikšmes ir apskaičiuokite standumą k. Tai bus norima vidutinė spyruoklės standumo k vertė, žr.
Matavimo rezultatas dažniausiai rašomas išraiškos k = = k cp ± Δk forma, kur Δk yra didžiausia absoliuti matavimo paklaida. Iš algebros eigos (VII laipsnis) žinoma, kad santykinė paklaida (ε k) yra lygi absoliučios paklaidos Δk ir k reikšmės santykiui:
iš kur Δk - ε k k. Yra santykinės paklaidos apskaičiavimo taisyklė: jei eksperimente nustatyta vertė randama padauginus ir padalijus apytiksles reikšmes, įtrauktas į skaičiavimo formulę, santykinės paklaidos sumuojasi. Tame darbe
Matavimo priemonės: 1) svorių rinkinys, kurių kiekvieno masė lygi m 0 = 0,100 kg, o paklaida Δm 0 = 0,002 kg; 2) liniuote su milimetrų padalomis.
Medžiagos: 1) trikojis su movomis ir koja; 2) spiralinė spyruoklė.
Darbo tvarka
1. Pritvirtinkite spyruoklės galą prie trikojo (kitame spyruoklės gale yra rodyklė ir kabliukas – 176 pav.).
2. Šalia arba už spyruoklės padėkite ir pritvirtinkite liniuotę su milimetrų žymėmis.
3. Pažymėkite ir užfiksuokite liniuotės padalijimą, į kurį nukreipta spyruoklės strėlės antgalis.
4. Pakabinkite žinomą spyruoklės masę ir išmatuokite susidariusį spyruoklės pailgėjimą.
5. Prie pirmojo svarelio pridėkite antrąjį, trečiąjį ir tt svarmenis, kiekvieną kartą registruodami pailgėjimą | spyruoklės. Remdamiesi matavimo rezultatais, užpildykite lentelę:
6. Remiantis matavimų rezultatais, sudaryti tamprumo jėgos priklausomybės nuo pailgėjimo grafiką ir pagal jį nustatyti vidutinę spyruoklės standumo k cp reikšmę.
7. Apskaičiuokite didžiausią santykinę paklaidą, su kuria randama k cf reikšmė (iš eksperimento su vienu krūviu). (1) formulėje
kadangi paklaida matuojant pailgėjimą Δx = 1 mm, tai
8. Rasti
ir parašykite atsakymą į formą:
1 Paimkite g≈10 m/s 2.
Huko dėsnis: „Elastingumo jėga, atsirandanti dėl kūno deformacijos, yra proporcinga jo pailgėjimui ir yra nukreipta priešinga kūno dalelių judėjimo krypčiai deformacijos metu“.
Huko dėsnis
Standumas – tai tamprumo jėgos ir spyruoklės ilgio pokyčio, veikiant ją veikiančiai jėgai, proporcingumo koeficientas. Pagal trečiąjį Niutono dėsnį, spyruoklę veikianti jėga moduliu lygi joje atsiradusiai tamprumo jėgai. Taigi spyruoklės standumas gali būti išreikštas taip:
čia F yra spyruoklę veikianti jėga, o x yra spyruoklės ilgio pokytis, kai ji veikia. Matavimo priemonės: svorių rinkinys, kiekvieno masė m 0 = (0,1 ± 0,002) kg.
Liniuotė su milimetrų padalomis (Δх = ± 0,5 mm). Darbo atlikimo tvarka aprašyta vadovėlyje ir komentarų nereikalauja.
svoris, kg |
pailgėjimas | x |, | |||
Laboratoriniai darbai.
Spyruoklės standumo koeficiento nustatymas.
Tikslas: naudodamiesi tamprumo jėgos eksperimentine priklausomybe nuo absoliutaus pailgėjimo, apskaičiuokite spyruoklės standumo koeficientą.
Įranga: trikojis, liniuotė, spyruoklė, svareliai po 100 g.
Teorija. Deformacija suprantama kaip kūno tūrio ar formos pasikeitimas veikiant išorinėms jėgoms. Keičiantis atstumui tarp medžiagos dalelių (atomų, molekulių, jonų), kinta ir jų tarpusavio sąveikos jėgos. Didėjant atstumui, didėja traukos jėgos, o mažėjant atstumui – atstūmimo jėgos, kurios linkusios grąžinti kūną į pradinę būseną. Todėl tamprumo jėgos yra elektromagnetinio pobūdžio. Tamprumo jėga visada nukreipta į pusiausvyros padėtį ir siekia grąžinti kūną į pradinę būseną. Tamprumo jėga yra tiesiogiai proporcinga absoliučiam kūno pailgėjimui.
Huko dėsnis: Kūno deformacijos metu atsirandanti tamprumo jėga yra tiesiogiai proporcinga jo pailgėjimui (suspaudimui) ir yra nukreipta priešingai kūno dalelių judėjimui deformacijos metu. , F kontrolė = кΔх , kurk- koeficientas
standumas [k] = N/m,Δ X = Δ L - kūno pailgėjimo modulis.
Standumo koeficientas priklauso nuo kūno formos ir dydžio,
o taip pat iš medžiagos. Ji skaitine prasme lygi tamprumo jėgai
pailginant (suspaudžiant) kūną 1 m.
Darbo tvarka.
1. Pritvirtinkite dinamometrą prie trikojo.
2. Išmatuokite pradinį spyruoklės ilgį liniuote.L 0 .
3 ... Pakabinkite 100 g apkrovą.
4. Išmatuokite deformuotos spyruoklės ilgį liniuoteL. Nustatykite ilgio matavimo paklaidą:ΔƖ = 0,5 dal. * C 1 , kurSU 1 – valdovo padalijimo kaina.
5. Apskaičiuokite spyruoklės pailgėjimąΔх = Δ L = L - L 0 .
6. Spyruoklės atžvilgiu esančią apkrovą veikia dvi kompensuojančios viena kitąjėgos: gravitacija ir elastingumasF t = F kontrolė (žr. viršutinį paveikslėlį)
7. Apskaičiuokite tamprumo jėgą pagal formulę, F kontrolė = m g . Nustatykite jėgos matavimo paklaidą: Δ F = 0,5 dal. * C 2 , kurSU 2 – dinamometro padalijimo kaina.
8. Pakabinkite 200 g svarmenį ir pakartokite eksperimentą 4-6 punktuose.
9. Pakabinkite 300 g svarelį ir pakartokite eksperimentą su 4-6 punktais.
10. Įveskite rezultatus į lentelę.
11. Apskaičiuokite kiekvieno matavimo spyruoklės standumo koeficientąK = F kontrolė / Δx ir užrašykite šias reikšmes į lentelę. Nustatykite vidurkįKAM trečia
12. Nustatykite absoliučią matavimo paklaidą Δ k = ( Δ F / F kontrolė + ΔƖ / L) * Į išmatuotas , kur Δ F – jėgos matavimo paklaida,ΔƖ - ilgio matavimo paklaida.
13. Pasirinkite koordinačių sistemą ir sukurkite tamprumo jėgos priklausomybės grafikąF kontrolė nuo pavasario pailgėjimo Δ L .
Matavimo lentelė
p / p
Pradinis ilgis,L 0, m
pabaigos ilgis,L, m
Absoliutus pailgėjimas Δx 1 =Δ L = L – L 0, m
Elastingumo stiprumas,F kontrolė, N
Standumo koeficientas, K, N / m
14. Padarykite išvadą. Eksperimentų metu gautą spyruoklės standumo koeficientą galima parašyti:k = k trečia išmatuotas (kiekvienas mokinys turi savo koeficientą) ±Δ Į (visiems skirtinga klaida).
Norėdami naudoti pristatymų peržiūrą, susikurkite paskyrą ( sąskaitą) Google ir prisijunkite prie jos: https://accounts.google.com
Laboratorinis darbas "Spyruoklės standumo matavimas" Fizikos mokytojas GBOU SOSH №145 Kalinino sritis Sankt Peterburgas M. V. Karabašjanas
patikrinkite Huko dėsnio galiojimą dinamometro spyruoklei ir išmatuokite šios spyruoklės standumo koeficientą. Darbo paskirtis Įranga: komplektas "Mechanika" iš L formos mikro trikojo komplekto su mova ir spaustuku, dinamometras su sandariomis svarstyklėmis, žinomos masės svarelių komplektas (po 50 g), liniuotė. su milimetrų padalomis.
Parengiamieji klausimai Kas yra tamprumo jėga? Kaip apskaičiuoti spyruoklėje atsirandančią tamprumo jėgą, kai ant jos pakabinamas m kg sveriantis krovinys? Kas yra kūno ilginimas? Kaip išmatuoti spyruoklės pailgėjimą, kai nuo jos pakabinama apkrova? Kas yra Huko dėsnis?
Saugos priemonės Būkite atsargūs dirbdami su ištempta spyruokle. Nemeskite ir nemeskite krovinių.
Darbo aprašymas: Pagal Huko dėsnį tamprumo jėgos modulis F ir spyruoklės pailgėjimo modulis x yra susiję santykiu F = kx. Išmatuodami F ir x pagal formulę galite rasti standumo koeficientą k
Kiekviename eksperimente standumas nustatomas esant skirtingoms elastingumo ir pailgėjimo jėgos vertėms, t.y., keičiasi eksperimento sąlygos. Todėl norint rasti vidutinę standumo reikšmę, matavimo rezultatų aritmetinio vidurkio apskaičiuoti negalima. Vidutinei vertei rasti naudosime grafinį metodą, kuris gali būti pritaikytas tokiais atvejais. Remdamiesi kelių eksperimentų rezultatais, sudarysime tamprumo jėgos F eln modulio priklausomybės nuo pailgėjimo modulio \ x \ grafiką. Braižant grafiką remiantis eksperimento rezultatais, eksperimentiniai taškai gali būti ne tiesėje, kuri atitinka formulę F yпp = k \ x \. Taip yra dėl matavimo klaidų. Tokiu atveju grafikas turi būti nubraižytas taip, kad priešingose tiesės pusėse būtų maždaug tiek pat taškų. Nubraižę grafiką, paimkite tašką tiesėje (grafiko viduryje), iš jo nustatykite šį tašką atitinkančios tamprumo jėgos ir pailgėjimo reikšmes ir apskaičiuokite standumą k. Tai bus norima vidutinė spyruoklės standumo k vertė, žr.
1. Pritvirtinkite spyruoklės galą prie trikojo (kitame spyruoklės gale yra rodyklė ir kabliukas). 2. Šalia arba už spyruoklės padėkite ir pritvirtinkite liniuotę su milimetrų žymėmis. 3. Pažymėkite ir užfiksuokite liniuotės padalijimą, į kurį nukreipta spyruoklės strėlės antgalis. 4. Pakabinkite žinomą spyruoklės masę ir išmatuokite susidariusį spyruoklės pailgėjimą. 5. Prie pirmojo svarelio pridėkite antrąjį, trečiąjį ir tt svarelius, kiekvieną kartą registruodami spyruoklės pailgėjimą \ x \. Remdamiesi matavimo rezultatais, užpildykite lentelę DARBO PROCESAS:
Eksperimento Nr. M, kg mg, H х, m 1 0,1 2 0,2 3 0,3 4 0,4
6. Nubraižykite x ir F ašis, pasirinkite patogų mastelį ir nubrėžkite gautus eksperimentinius taškus. 7. Įvertinkite (kokybiškai) Huko dėsnio galiojimą tam tikrai spyruoklei: ar eksperimentiniai taškai yra šalia vienos tiesės, einančios per pradžią. 8. Remiantis matavimo rezultatais, sudaryti tamprumo jėgos priklausomybės nuo pailgėjimo grafiką ir pagal jį nustatyti vidutinę spyruoklės standumo reikšmę k žr. 9. Apskaičiuokite didžiausią santykinę paklaidą, su kuria buvo rasta k cp reikšmė 10. Užrašykite savo išvadą.
Testo klausimai: kaip vadinamas ryšys tarp tamprumo jėgos ir spyruoklės pailgėjimo? Dinamometro spyruoklė, veikiant 4N jėga, pailgėjo 5 mm. Nustatykite svarelio, kuris šią spyruoklę pailgės 16 mm, svorį.