Lucrări de laborator 2 privind fizica rigidității arcului. Lucrări de laborator „Măsurarea rigidității arcului” dezvoltare metodologică în fizică pe tema. III. Comandă de lucru

Instituția municipală de învățământ „Gimnaziul Nr. 6” Atelier de fizică, clasa a 10-a

Lucrare de laborator nr 3

Măsurarea rigidității arcului

Scopul lucrării: găsiți rigiditatea arcului din măsurătorile alungirii arcului la diferite valori ale gravitației echilibrând forța elastică
bazat pe legea lui Hooke:
. În fiecare experiment, rigiditatea este determinată la diferite valori ale forței elastice și alungirii, adică condiţiile experimentale se schimbă. Prin urmare, pentru a găsi valoarea medie a rigidității, este imposibil să se calculeze media aritmetică a rezultatelor măsurătorii. Să folosim o metodă grafică pentru găsirea valorii medii, care poate fi aplicată în astfel de cazuri. Pe baza rezultatelor mai multor experimente, vom reprezenta grafic dependența modulului forței elastice
din modulul de extensie X. Când construiți un grafic pe baza rezultatelor experimentului, punctele experimentale pot să nu fie pe linia dreaptă care corespunde formulei
. Acest lucru se datorează erorilor de măsurare. În acest caz, graficul trebuie trasat astfel încât aproximativ același număr de puncte să fie pe părțile opuse ale dreptei. După construirea graficului, luați un punct pe linia dreaptă (în partea din mijloc a graficului), determinați din el valorile forței elastice și alungirii corespunzătoare acestui punct și calculați rigiditatea k. Aceasta va fi rigiditatea medie dorită a arcului .

Rezultatul măsurării este de obicei scris ca o expresie
, Unde
- cea mai mare eroare absolută de măsurare. Se știe că eroarea relativă ( ) este egală cu raportul erorii absolute
la valoarea cantitatii k :
, Unde
.

În acea lucrare
. De aceea
, Unde
;
;
.

Lucrări de laborator

„Determinarea rigidității arcului”

Scopul lucrării : Determinarea constantei arcului. Verificarea validitatii legii lui Hooke Estimarea erorii de masurare.

Comandă de lucru .

Un nivel de bază de

Echipamente : trepied cu cuplaj si picior, set greutati de 100 g, dinamometru cu arc, rigla.

L0 F

L1 în acest caz.

l= L0 - L1

kmier.conform formuleikmier=( k1 + k2 + k3 )/3

F,N

l,m

k,N/m

kmier, N/m

6. Desenați un grafic al relațieil ( F).

Nivel avansat

Echipamente : trepied cu cuplaj si picior, set greutati de 100 g, arc, rigla.

Montați arcul într-un trepied și măsurați lungimea arculuiL0 în absența influenței externe (F=0H). Înregistrați rezultatele măsurătorilor în tabel.

Agățați o sarcină de 1 N pe arc și determinați lungimea acestuiaL1 în acest caz.

Aflați deformația (alungirea) arcului folosind formulal= L0 - L1 .Introduceți rezultatele măsurătorilor în tabel.

În mod similar, găsiți alungirea arcului la sarcini suspendate cu o greutate de 2 N și 3 N. Introduceți rezultatele măsurătorii în tabel.

Calculați media aritmeticăkmier.conform formuleikmier=( k1 + k2 + k3 )/3

Estimați eroarea ∆kmetodă eroare medie. Pentru a face acest lucru, calculați modulul diferenței│ kmier- ki│=∆ kipentru fiecare dimensiune

k = k mier ±∆ k

F,N

l,m

k,N/m

kmier, N/m

∆k,N/m

∆kmier, N/m

Nivel avansat

Echipament: trepied cu cuplaj și picior, set de greutăți de 100 g, arc, riglă.

Montați arcul într-un trepied și măsurați lungimea arculuiL0 în absența influenței externe (F=0H). Înregistrați rezultatele măsurătorilor în tabel.

Agățați o sarcină de 1 N pe arc și determinați lungimea acestuiaL1 în acest caz.

Aflați deformația (alungirea) arcului folosind formulal= L0 - L1 .Introduceți rezultatele măsurătorilor în tabel.

În mod similar, găsiți alungirea arcului la sarcini suspendate cu o greutate de 2 N și 3 N. Introduceți rezultatele măsurătorii în tabel.

Calculați media aritmeticăkmier.conform formuleikmier=( k1 + k2 + k3 )/3

Calculați erorile relative și eroarea absolută de măsurare∆ kdupă formule

ε F=(∆ F0 + FȘi) / Fmax

ε l=(∆ l0 + lȘi) / lmax

ε k=ε F+ε l

∆k= εk* kmier

Scrieți rezultatul obținut în formulark = k av±∆ k

Desenați un grafic al relațieil ( F).Formulați sensul geometric al rigidității.

F,N

l,m

k,N/m

kmier, N/m

ε F

ε l

ε k

∆ k

Lecția 13/33

Subiect. Lucrarea de laborator nr. 2 „Măsurarea rigidității arcului”

Scopul lecției: verificați valabilitatea legii lui Hooke pentru un arc dinamometru și măsurați coeficientul de rigiditate al acestui arc

Tipul lecției: controlul și evaluarea cunoștințelor

Dotare: trepied cu cuplaj și clemă, dinamometru cu cântar cu bandă, set de greutăți de masă cunoscută (100 g fiecare), riglă cu gradații milimetrice

PROGRESUL

1. Montați dinamometrul pe un trepied la o înălțime suficient de mare.

2. Agățați un număr diferit de greutăți (de la unu la patru), calculați pentru fiecare caz valoarea corespunzătoare F = mg și măsurați, de asemenea, alungirea corespunzătoare a arcului x.

3. Scrieți rezultatele măsurătorilor și calculelor în tabel:

	m, kg	mg, N

4. Desenați axele de coordonate x și F, selectați o scară convenabilă și reprezentați grafic punctele obținute în timpul experimentului.

6. Calculați coeficientul de rigiditate folosind formula k = F /x, folosind rezultatele experimentului nr. 4 (aceasta oferă cea mai mare precizie).

7. Pentru a calcula eroarea, ar trebui să folosim experiența pe care am obținut-o în timpul experimentului nr. 4, deoarece corespunde celei mai mici erori relative de măsurare. Calculați limitele Fmin și Fmax în care sens adevărat F, presupunând că Fmin = F - ΔF, F = F + ΔF. Luați ΔF = 4Δm g, unde Δm este eroarea în timpul fabricării greutăților (pentru evaluare, putem presupune că Δm = 0,005 kg):

unde Δх = 0,5 mm.

8. Utilizarea metodei de estimare a erorii măsurători indirecte, calculati:

9. Calculați valoarea medie a kcep și eroarea absolută de măsurare Δk folosind formulele:

10. Calculați eroarea relativă de măsurare:

11. Completați tabelul:

Fmin, H	Fmax, H	xmin, m	xmax, m	kmin, N/m	kmax, N/m	k domnule, N/m

12. Notează în caiet pentru munca de laborator rezultă în forma k = kcep ± Δk, înlocuind valorile numerice ale cantităților găsite în această formulă.

13. Notează concluzia în caietul tău de laborator: ce ai măsurat și ce rezultat ai obținut.

Pentru a utiliza previzualizările prezentării, creați un cont Google și conectați-vă la el: https://accounts.google.com

Subtitrările diapozitivelor:

Lucrări de laborator „Măsurarea rigidității arcului” Profesor de fizică GBOU școala secundară nr. 145 districtul Kalininsky din Sankt Petersburg Karabashyan M.V.

verificați valabilitatea legii lui Hooke pentru arcul dinamometrului și măsurați coeficientul de rigiditate al acestui arc. Scopul muncii Echipament: set „Mecanic” din setul L-micro - un trepied cu un cuplaj și o clemă, un dinamometru cu o cântar sigilat, un set de greutăți de masă cunoscută (50 g fiecare), o riglă cu diviziuni milimetrice .

Întrebări pregătitoare Ce este forța elastică? Cum se calculează forța elastică care apare într-un arc atunci când o sarcină cântărind m kg este suspendată de el? Ce este alungirea corpului? Cum se măsoară alungirea unui arc atunci când o sarcină este suspendată de el? Care este legea lui Hooke?

Măsuri de siguranță Aveți grijă când lucrați cu un arc întins. Nu scăpați și nu aruncați încărcături.

Descrierea lucrării: Conform legii lui Hooke, modulul F al forței elastice și modulul x al alungirii arcului sunt legate prin relația F = kx. Măsurând F și x, puteți găsi coeficientul de rigiditate k folosind formula

În fiecare dintre experimente, rigiditatea este determinată la diferite valori ale forței elastice și alungirii, adică se schimbă condițiile experimentale. Prin urmare, pentru a găsi valoarea medie a rigidității, este imposibil să se calculeze media aritmetică a rezultatelor măsurătorii. Să folosim o metodă grafică pentru găsirea valorii medii, care poate fi aplicată în astfel de cazuri. Pe baza rezultatelor mai multor experimente, vom construi un grafic al dependenței modulului de forță elastică Fel de modulul de alungire \x\. Când se construiește un grafic pe baza rezultatelor experimentului, punctele experimentale pot să nu fie pe linia dreaptă, care corespunde formulei F yp =k\x\. Acest lucru se datorează erorilor de măsurare. În acest caz, graficul trebuie trasat astfel încât aproximativ același număr de puncte să apară pe părțile opuse ale dreptei. După construirea graficului, luați un punct pe linia dreaptă (în partea din mijloc a graficului), determinați din acesta valorile forței elastice și alungirii corespunzătoare acestui punct și calculați rigiditatea k. Aceasta va fi valoarea medie dorită a rigidității arcului k avg.

1. Atașați capătul arcului elicoidal la trepied (celălalt capăt al arcului are o săgeată și un cârlig). 2. Lângă sau în spatele arcului, instalați și asigurați o riglă cu diviziuni milimetrice. 3. Marcați și notați diviziunea riglei vizavi de care cade săgeata indicatorului cu arc. 4. Agățați o sarcină de masă cunoscută pe arc și măsurați alungirea arcului cauzată de acesta. 5. La prima greutate se adaugă greutatea a doua, a treia etc., înregistrând de fiecare dată alungirea x\ a arcului. Pe baza rezultatelor măsurătorilor, completați tabelul PROGRESUL LUCRĂRII:

Experiment nr m, kg mg, H x, m 1 0,1 2 0,2 ​​3 0,3 4 0,4

6. Desenați axele de coordonate x și F, selectați o scară convenabilă și trasați punctele experimentale rezultate. 7. Evaluați (calitativ) validitatea legii lui Hooke pentru un arc dat: sunt punctele experimentale situate în apropierea unei drepte care trece prin originea coordonatelor? 8. Pe baza rezultatelor măsurătorilor, reprezentați grafic dependența forței elastice de alungire și, utilizând-o, determinați valoarea medie a rigidității arcului k avg. 9. Calculați cea mai mare eroare relativă cu care a fost găsită valoarea lui k cp 10. Scrieți concluzia.

Întrebări de test: Cum se numește relația dintre forța elastică și alungirea arcului? Arcul dinamometrului sub influența unei forțe de 4 N alungit cu 5 mm. Determinați greutatea sarcinii sub acțiunea căreia acest arc este extins cu 16 mm.

Dezvoltarea lecției (notele lecției)

In medie educatie generala

linia UMK G. Ya. Myakisheva. Fizică (10-11) (U)

Atenţie! Administrația site-ului nu este responsabilă pentru conținutul dezvoltărilor metodologice, precum și pentru conformitatea dezvoltării cu Standardul Educațional de Stat Federal.

Scopul lecției: verificați valabilitatea legii lui Hooke pentru arcul dinamometrului și măsurați coeficientul de rigiditate al acestui arc, calculați eroarea în măsurarea valorii.

Obiectivele lecției:

1. educațional: capacitatea de a procesa și explica rezultatele măsurătorilor și de a trage concluzii Consolidarea deprinderilor experimentale
2. educațional: implicarea elevilor în activ activitati practice, îmbunătățirea abilităților de comunicare.
3. dezvoltarea: stăpânirea tehnicilor de bază folosite în fizică – măsurare, experiment

Tip de lecție: lectie de formare a deprinderilor

Echipament: trepied cu cuplaj și clemă, arc elicoidal, set de greutăți de masă cunoscută (100 g fiecare, eroare Δm = 0,002 kg), riglă cu gradații milimetrice.

Progres

I. Moment organizatoric.

II. Actualizarea cunoștințelor.

• Ce este deformarea?
• Legea lui Hooke
• Ce este duritatea și în ce unități se măsoară?
• Dați conceptul de eroare absolută și relativă.
• Motivele care conduc la erori.
• Erori apărute în timpul măsurătorilor.
• Cum se desenează grafice ale rezultatelor experimentale.

Posibile răspunsuri ale elevilor:

• Deformare– modificarea pozitiei relative a particulelor corporale asociata cu miscarea lor una fata de alta. Deformarea este rezultatul modificărilor distanțelor interatomice și al rearanjarii blocurilor de atomi. Deformațiile sunt împărțite în reversibile (elastice) și ireversibile (plastic, fluaj). Deformațiile elastice dispar după terminarea forțelor aplicate, dar deformațiile ireversibile rămân. Deformarile elastice se bazeaza pe deplasari reversibile ale atomilor de metal din pozitia de echilibru; cele plastice se bazează pe mișcări ireversibile ale atomilor la distanțe semnificative față de pozițiile lor inițiale de echilibru.

• legea lui Hooke„Forța elastică care apare în timpul deformării unui corp este proporțională cu alungirea acestuia și este îndreptată opus direcției de mișcare a particulelor corpului în timpul deformării.”
  
  F control = – kx

• Rigiditate este coeficientul de proporționalitate dintre forța elastică și modificarea lungimii arcului sub influența unei forțe aplicate acestuia. Desemna k. Unitate de măsură N/m. Conform celei de-a treia legi a lui Newton, forța aplicată arcului este egală ca mărime cu forța elastică generată în acesta. Astfel, rigiditatea arcului poate fi exprimată astfel:

  k = F Control / X

• Eroare absolută valoarea aproximativă se numește modulul diferenței dintre valorile exacte și cele aproximative.

  ∆X = |X – X mier|

• Eroare relativă valoarea aproximativă este raportul dintre eroarea absolută și valoarea absolută a valorii aproximative.

  ε = ∆X/X

• Măsurătorile nu poate fi efectuată niciodată absolut exact. Rezultatul oricărei măsurători este aproximativ și se caracterizează printr-o eroare - abaterea valorii măsurate a unei mărimi fizice de la valoarea ei adevărată. Motivele care conduc la erori includ:
  – precizia limitată de fabricație a instrumentelor de măsurare.
  – modificarea condițiilor externe (modificarea temperaturii, fluctuația tensiunii)
  – acțiuni ale experimentatorului (întârziere la pornirea cronometrului, diferite poziții ale ochilor...).
  – natura aproximativă a legilor utilizate pentru găsirea mărimilor măsurate

• Erori, apărute în timpul măsurătorilor, sunt împărțite în sistematic și aleatoriu. Erorile sistematice sunt erori corespunzătoare abaterii valorii măsurate de la valoarea adevărată a unei mărimi fizice, întotdeauna într-o singură direcție (creștere sau scădere). Cu măsurători repetate, eroarea rămâne aceeași. Cauze apariția erorilor sistematice:
  – nerespectarea instrumentelor de măsură cu standardul;
  – instalarea incorectă a instrumentelor de măsură (înclinare, dezechilibru);
  – discrepanța între indicatorii inițiali ai dispozitivelor și zero și ignorarea corecțiilor care apar în legătură cu aceasta;
  – discrepanța dintre obiectul măsurat și ipoteza despre proprietățile acestuia.

Erorile aleatorii sunt erori care își modifică valoarea numerică într-un mod imprevizibil. Astfel de erori sunt cauzate de un număr mare de motive incontrolabile care afectează procesul de măsurare (neregularități pe suprafața obiectului, suflarea vântului, supratensiuni etc.). Influența erorilor aleatoare poate fi redusă prin repetarea experimentului de mai multe ori.

Erori la instrumentele de măsură. Aceste erori sunt numite și instrumentale sau instrumentale. Ele sunt determinate de proiectarea dispozitivului de măsurare, de precizia fabricării și de calibrarea acestuia.

Când construiți un grafic pe baza rezultatelor experimentului, punctele experimentale pot să nu fie pe linia dreaptă care corespunde formulei F control = kx

Acest lucru se datorează erorilor de măsurare. În acest caz, graficul trebuie trasat astfel încât aproximativ același număr de puncte să fie pe părțile opuse ale dreptei. După construirea graficului, luați un punct pe linia dreaptă (în partea din mijloc a graficului), determinați din acesta valorile forței elastice și alungirii corespunzătoare acestui punct și calculați rigiditatea k. Aceasta va fi rigiditatea medie dorită a arcului k mier

III. Comandă de lucru

1. Atașați capătul arcului elicoidal la trepied (celălalt capăt al arcului este echipat cu o săgeată și un cârlig, vezi figura).

2. Lângă sau în spatele arcului, instalați și asigurați o riglă cu diviziuni milimetrice.

3. Marcați și notați diviziunea riglei vizavi de care cade săgeata indicatorului cu arc.

4. Agățați o sarcină de masă cunoscută pe arc și măsurați alungirea arcului cauzată de acesta.

5. La prima încărcare se adaugă greutatea a doua, a treia etc., înregistrând de fiecare dată alungirea | X| izvoare.

Pe baza rezultatelor măsurătorilor, completați tabelul:

		F control = mg, N	׀ ‌X׀ ‌, · 10 –3 m	k medie, N/m

6. Pe baza rezultatelor măsurătorii, reprezentați grafic dependența forței elastice de alungire și, folosindu-l, determinați valoarea medie a rigidității arcului k cp.

Calculul erorilor măsurătorilor directe.

Opțiunea 1. Calculul erorii aleatoare.

1. Calculați rigiditatea arcului în fiecare experiment:

k =	F	,
	│X│

2. k av = ( k 1 + k 2 + k 3 + k 4)/4 ∆k = ׀ ‌k – k cf ׀ ‌, ∆ k av = (∆ k 1 + ∆k 2 + ∆k 3 + ∆k 4)/4

Introduceți rezultatele în tabel.

3. Calculați eroarea relativă ε = ∆ k miercuri / k medie · 100%

4. Completați tabelul:

	F control, N	׀ ‌X׀ ‌, · 10 –3 m	k, N/m	k medie, N/m	Δ k, N/m	Δ k medie, N/m

5. Scrieți răspunsul ca: k = k medie ± ∆ k cf, ε =...%, înlocuind valorile numerice ale cantităților găsite în această formulă.

Opțiunea 2. Calculul erorii instrumentale.

1. k = mg/X Pentru a calcula eroarea relativă, folosim formula 1, pagina 344 a manualului.

ε = ∆ A/A + ∆ÎN/ÎN + ∆CU/CU = ε m + ε g + ε X.

∆m= 0,01 10 –3 kg; ∆ g= 0,2 kg m/s s; ∆ X= 1 mm

2. Calculați cel mai bun eroare relativă cu care se află valoarea k cf (din experiență cu o singură încărcătură).

ε = ε m + ε g + ε X = ∆m/m + ∆g/g + ∆X/X

3. Găsiți ∆ k av = k av ε

4. Completați tabelul:

5. Scrieți răspunsul ca: k = k medie ± ∆ k cf, =...%, înlocuind valorile numerice ale cantităților găsite în această formulă.

Opțiunea 3. Calcul folosind metoda de estimare a erorii măsurătorilor indirecte

1. Pentru a calcula eroarea, ar trebui să folosim experiența pe care am obținut-o în timpul experimentului nr. 4, deoarece corespunde celei mai mici erori relative de măsurare. Calculați limite F min și F max , care conține valoarea adevărată F, având în vedere că F min = F – Δ F, F max = F + Δ F.

2. Acceptați Δ F= 4Δ m· g, unde Δ m– eroare în timpul fabricării greutăților (pentru evaluare, putem presupune că Δ m= 0,005 kg):

X min = X – ∆X X max = X + ∆X, unde Δ X= 0,5 mm.

3. Folosind metoda de estimare a erorii măsurătorilor indirecte, se calculează:

k max = F max/ X min k min = F min/ X max

4. Calculați valoarea medie kcp și eroarea absolută de măsurare Δ k dupa formulele:

k av = ( k max + k min)/2 Δ k = (k max – k min)/2

5. Calculați eroarea relativă de măsurare:

ε = ∆ k miercuri / k medie · 100%

6. Completați tabelul:

F min, H	F max, H	X min, m	X max, m	k min, N/m	k max, N/m	k medie, N/m	Δ k, N/m

7. Notați rezultatul în caietul de laborator, după cum urmează: k = k cp ± Δ k, ε = …% prin înlocuirea valorilor numerice ale cantităților găsite în această formulă.

Notează-ți concluziile despre munca depusă în caietul tău de laborator.

IV. Reflecţie

Încercați să compuneți un syncwin despre conceptul de „lecție - atelier”. Sinkwine (tradus din franceză – cinci rânduri): Prima linie este un substantiv (esența, numele subiectului);

Al doilea rând este o descriere a proprietăților-semne ale subiectului în două cuvinte (două adjective);

Al treilea rând este o descriere a acțiunii (funcțiilor) din cadrul subiectului cu trei verbe;

Al patrulea rând este o frază (expresie) din patru cuvinte care arată atitudinea față de subiect;

Al cincilea rând este un sinonim cu un singur cuvânt (substantiv), care repetă esența subiectului (la primul substantiv).