Pekerjaan laboratorium nomor 2 mengukur kekakuan pegas. Lab "Mengukur kekakuan pegas" Tujuan

Pengembangan pelajaran (catatan pelajaran)

Pendidikan umum menengah

Jalur UMK G.Ya.Myakisheva. Fisika (10-11) (U)

Perhatian! Situs administrasi situs tidak bertanggung jawab atas konten perkembangan metodologi, serta untuk kepatuhan dengan pengembangan Standar Pendidikan Negara Bagian Federal.

Tujuan pelajaran: periksa validitas hukum Hooke untuk pegas dinamometer dan ukur koefisien kekakuan pegas ini, hitung kesalahan pengukuran nilainya.

Tujuan pelajaran:

1. edukatif: kemampuan mengolah dan menjelaskan hasil pengukuran dan menarik kesimpulan Pemantapan keterampilan eksperimen
2. edukatif: melibatkan siswa secara aktif kegiatan praktis meningkatkan keterampilan komunikasi.
3. mengembangkan: penguasaan teknik dasar yang digunakan dalam fisika - pengukuran, eksperimen

Jenis pelajaran: pelajaran pelatihan keterampilan

Peralatan: tripod dengan kopling dan klem, pegas heliks, kumpulan bobot dengan massa yang diketahui (masing-masing 100 g, kesalahan Δm = 0,002 kg), penggaris dengan pembagian milimeter.

Kemajuan

I. Momen organisasi.

II. Pembaruan pengetahuan.

• Apa itu deformasi?
• Formulasikan Hukum Hooke
• Apa itu kekakuan dan dalam satuan apa diukur.
• Berikan konsep kesalahan absolut dan relatif.
• Alasan kesalahan.
• Kesalahan yang timbul dari pengukuran.
• Cara menggambar grafik hasil percobaan.

Respon siswa yang mungkin:

• Deformasi- perubahan posisi relatif partikel-partikel tubuh, terkait dengan pergerakannya relatif satu sama lain. Deformasi adalah hasil dari perubahan jarak antar atom dan penataan ulang blok atom. Deformasi dibagi menjadi reversibel (elastis) dan ireversibel (plastik, mulur). Deformasi elastis menghilang setelah akhir aksi gaya yang diterapkan, sementara yang tidak dapat diubah tetap ada. Deformasi elastis didasarkan pada perpindahan reversibel atom logam dari posisi kesetimbangan; yang plastik didasarkan pada perpindahan atom yang tidak dapat diubah pada jarak yang cukup jauh dari posisi kesetimbangan awalnya.

• Hukum Hooke: "Gaya elastis yang timbul dari deformasi benda sebanding dengan perpanjangannya dan diarahkan berlawanan dengan arah pergerakan partikel benda selama deformasi."
  
  F eks = - kx

• Kekakuan disebut koefisien proporsionalitas antara gaya elastis dan perubahan panjang pegas di bawah aksi gaya yang diterapkan padanya. menunjuk k. Satuan ukuran N/m. Menurut hukum ketiga Newton, modulus gaya yang diterapkan pada pegas sama dengan gaya elastis yang timbul di dalamnya. Dengan demikian, kekakuan pegas dapat dinyatakan sebagai:

  k = F mantan / X

• Kesalahan mutlak nilai perkiraan disebut modulus perbedaan antara nilai-nilai yang tepat dan perkiraan.

  ∆X = |X – X Menikahi|

• Kesalahan relatif nilai perkiraan adalah rasio kesalahan absolut dengan modulus nilai perkiraan.

  ε = ∆X/X

• pengukuran tidak pernah bisa sepenuhnya akurat. Hasil pengukuran apa pun adalah perkiraan dan dicirikan oleh kesalahan - penyimpangan nilai terukur kuantitas fisik dari nilai sebenarnya. Alasan kesalahan meliputi:
  - Keakuratan terbatas dari pembuatan alat ukur.
  – perubahan kondisi eksternal (perubahan suhu, fluktuasi tegangan)
  – tindakan pelaku eksperimen (keterlambatan menyalakan stopwatch, posisi mata yang berbeda...).
  - sifat perkiraan dari hukum yang digunakan untuk menemukan Kuantitas yang diukur

• Kesalahan yang timbul selama pengukuran dibagi dengan sistematis dan acak. Kesalahan sistematis adalah kesalahan yang berhubungan dengan penyimpangan nilai terukur dari nilai sebenarnya besaran fisik selalu dalam satu arah (naik atau kurangi). Dengan pengukuran berulang, kesalahannya tetap sama. Penyebab terjadinya kesalahan sistematis:
  - ketidaksesuaian alat ukur dengan standar;
  - pemasangan alat ukur yang salah (miring, tidak seimbang);
  – non-kebetulan indikator awal perangkat dengan nol dan mengabaikan koreksi yang muncul sehubungan dengan ini;
  - perbedaan antara objek yang diukur dan asumsi tentang sifat-sifatnya.

Kesalahan acak adalah kesalahan yang mengubah nilai numeriknya dengan cara yang tidak dapat diprediksi. Kesalahan tersebut disebabkan oleh sejumlah besar penyebab tak terkendali yang memengaruhi proses pengukuran (penyimpangan pada permukaan objek, hembusan angin, lonjakan listrik, dll.). Pengaruh kesalahan acak dapat dikurangi dengan pengulangan berulang percobaan.

Kesalahan alat ukur. Kesalahan ini juga disebut instrumental atau instrumental. Itu karena desain alat pengukur, keakuratan pembuatan dan kalibrasinya.

Saat membuat grafik berdasarkan hasil percobaan, titik percobaan tidak boleh berada pada garis lurus yang sesuai dengan rumus F ekstra = kx

Hal ini disebabkan kesalahan pengukuran. Dalam hal ini, grafik harus digambar sedemikian rupa sehingga jumlah titik yang kira-kira sama berada di sisi berlawanan dari garis lurus. Setelah memplot grafik, ambil titik pada garis lurus (di bagian tengah grafik), tentukan dari situ nilai gaya elastis dan perpanjangan yang sesuai dengan titik ini dan hitung kekakuannya k. Ini akan menjadi nilai rata-rata kekakuan pegas yang diinginkan k lih.

AKU AKU AKU. Perintah kerja

1. Pasang ujung pegas koil ke tripod (ujung pegas lainnya dilengkapi dengan penunjuk panah dan pengait, lihat gambar).

2. Di samping atau di belakang pegas, pasang dan kencangkan penggaris dengan pembagian milimeter.

3. Tandai dan tuliskan pembagian penggaris tempat penunjuk pegas jatuh.

4. Gantungkan beban dengan massa yang diketahui dari pegas dan ukur perpanjangan pegas yang ditimbulkannya.

5. Untuk bobot pertama, tambahkan bobot kedua, ketiga, dst., setiap kali mencatat pemanjangan | X| mata air.

Menurut hasil pengukuran, isi tabel:

		F ekstra = mg, N	׀ ‌X׀ ‌, 10–3 m	k lih, N/m

6. Berdasarkan hasil pengukuran, buat grafik ketergantungan gaya elastis pada perpanjangan dan, dengan menggunakannya, tentukan nilai rata-rata kekakuan pegas k c.p.

Perhitungan kesalahan pengukuran langsung.

Opsi 1. Perhitungan kesalahan acak.

1. Hitung kekakuan pegas pada setiap percobaan:

k =	F	,
	│X│

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

Catat hasilnya dalam tabel.

3. Hitung kesalahan relatif ε = ∆ k Menikahi / k Rab 100%

4. Isi tabel:

	F kontrol, N	׀ ‌X׀ ‌, 10–3 m	k, N/m	k lih, N/m	Δ k, N/m	Δ k lih, N/m

5. Tuliskan jawabannya dalam bentuk: k = k lih ± ∆ k cf, ε =…%, mengganti nilai numerik dari jumlah yang ditemukan ke dalam rumus ini.

Opsi 2. Perhitungan kesalahan instrumen.

1. k = mg/X Untuk menghitung kesalahan relatif, kami menggunakan rumus 1 halaman 344 dari buku teks.

ε = ∆ A/A + ∆DI DALAM/DI DALAM + ∆DENGAN/DENGAN = ε M + ε G + ε X.

∆M= 0,01 10 -3 kg; ∆ G= 0,2 kg m/s s; ∆ X= 1 mm

2. Hitung terbesar kesalahan relatif yang dengannya nilai ditemukan k cf (dari pengalaman dengan satu beban).

ε = ε M + ε G + ε X = ∆M/M + ∆G/G + ∆X/X

3. Temukan ∆ k cf = k cf ε

4. Isi tabel:

5. Tuliskan jawabannya dalam bentuk: k = k lih ± ∆ k cf, =…%, mengganti nilai numerik dari nilai yang ditemukan ke dalam rumus ini.

Opsi 3. Perhitungan dengan metode estimasi kesalahan pengukuran tidak langsung

1. Untuk menghitung kesalahan, Anda harus menggunakan pengalaman yang kami terima selama percobaan No. 4, karena ini sesuai dengan kesalahan pengukuran relatif terkecil. Hitung Limit F menit dan F max , yang berisi nilai sebenarnya F, berasumsi bahwa F menit = F – Δ F, F maks= F + Δ F.

2. Terima Δ F= 4Δ M· G, di mana ∆ M- kesalahan selama pembuatan bobot (untuk evaluasi, kita dapat mengasumsikan bahwa Δ M= 0,005 kg):

X menit = X – ∆X X maks= X + ∆X, di mana ∆ X= 0,5 mm.

3. Dengan menggunakan metode penaksiran kesalahan pengukuran tidak langsung, hitung:

k maks= F maks / X min k menit = F menit / X maks

4. Hitung nilai rata-rata kcp dan kesalahan pengukuran mutlak Δ k sesuai dengan rumus:

k cf = ( k maks + k min)/2 ∆ k = (k maks- k menit)/2

5. Hitung kesalahan pengukuran relatif:

ε = ∆ k Menikahi / k Rab 100%

6. Isi tabel:

F min , H	F maks , H	X menit , m	X maks , m	k min , N/m	k maks , N/m	k lih, N/m	Δ k, N/m

7. Tuliskan hasilnya di buku catatan untuk pekerjaan laboratorium di formulir k = k cp ± ∆ k, ε = …% dengan mengganti nilai numerik dari besaran yang ditemukan ke dalam rumus ini.

Tulis di buku catatan Anda untuk keluaran laboratorium pada pekerjaan yang dilakukan.

IV. Cerminan

Cobalah untuk membuat sinkronisasi tentang konsep "pelajaran - latihan". Sinkwine (diterjemahkan dari bahasa Prancis - lima baris): Baris pertama adalah satu kata benda (esensi, judul topik);

Baris kedua adalah deskripsi sifat-sifat topik secara singkat (dua kata sifat);

Baris ketiga adalah deskripsi tindakan (fungsi) dalam kerangka topik dengan tiga kata kerja;

Baris keempat adalah frase (frasa) dari empat kata yang menunjukkan sikap terhadap topik;

Baris kelima adalah sinonim satu kata (kata benda), yang mengulangi esensi topik (ke kata benda pertama).

Pekerjaan laboratorium

"Menentukan Kekakuan Pegas"

Tujuan pekerjaan : Menentukan konstanta pegas. Verifikasi validitas hukum Hooke Estimasi kesalahan pengukuran.

Perintah kerja .

Tingkat dasar dari

Peralatan : tripod dengan kopling dan kaki, set pemberat 100 g, dinamometer pegas, penggaris.

L0 F

L1 pada kasus ini.

l= L0 - L1

kMenikahi.sesuai dengan rumuskMenikahi=( k1 + k2 + k3 )/3

F,N

l,M

k,N/m

kMenikahi, N/m

6. Gambarlah grafik ketergantunganl ( F).

Tingkat Lanjut

Peralatan : tripod dengan kopling dan kaki, set pemberat 100 g, pegas, penggaris.

Pasang pegas ke tripod dan ukur panjang pegasL0 dengan tidak adanya pengaruh eksternal (F=0N). Catat hasil pengukuran dalam tabel.

Gantungkan beban 1 N pada pegas dan tentukan panjangnya.L1 pada kasus ini.

Temukan deformasi (perpanjangan) pegas menggunakan rumusl= L0 - L1 .Catat hasil pengukuran pada tabel.

Demikian pula, carilah perpanjangan pegas saat menggantung beban seberat 2 N dan 3 N. Catat hasil pengukuran pada tabel.

Hitung rata-rata aritmatikakMenikahi.sesuai dengan rumuskMenikahi=( k1 + k2 + k3 )/3

Perkirakan kesalahan ∆kmetode kesalahan rata-rata. Untuk melakukan ini, hitung modulus selisihnya│ kMenikahi- kSaya│=∆ kSayauntuk setiap dimensi

k = k Menikahi ±∆ k

F,N

l,M

k,N/m

kMenikahi, N/m

∆k,N/m

∆kMenikahi, N/m

tingkat Lanjut

Peralatan: tripod dengan kopling dan kaki, set pemberat 100 g, pegas, penggaris.

Pasang pegas ke tripod dan ukur panjang pegasL0 dengan tidak adanya pengaruh eksternal (F=0N). Catat hasil pengukuran dalam tabel.

Gantungkan beban 1 N pada pegas dan tentukan panjangnya.L1 pada kasus ini.

Temukan deformasi (perpanjangan) pegas menggunakan rumusl= L0 - L1 .Catat hasil pengukuran pada tabel.

Demikian pula, carilah perpanjangan pegas saat menggantung beban seberat 2 N dan 3 N. Catat hasil pengukuran pada tabel.

Hitung rata-rata aritmatikakMenikahi.sesuai dengan rumuskMenikahi=( k1 + k2 + k3 )/3

Menghitung Kesalahan Relatif dan Kesalahan Pengukuran Mutlak∆ kformula

ε F=(∆ F0 + FDan) / Fmaks

ε l=(∆ l0 + lDan) / lmaks

ε k=ε F+ε l

∆k=εk* kMenikahi

Tulis hasil yang diperoleh dalam formulirk = k rata-rata ±∆ k

Gambarlah grafik ketergantunganl ( F) Merumuskan arti geometris dari kekakuan.

F,N

l,M

k,N/m

kMenikahi, N/m

ε F

ε l

ε k

∆ k

Lab No.

Pengukuran kekakuan pegas

Kelas 10

Tujuan pekerjaan: temukan kekakuan pegas dari pengukuran perpanjangan pegas pada berbagai nilai gaya gravitasi, menyeimbangkan gaya elastis
, berdasarkan hukum Hooke:
.

Perangkat dan bahan:

Dalam setiap percobaan, kekakuan ditentukan pada arti yang berbeda gaya elastis dan elongasi, yaitu kondisi percobaan berubah. Oleh karena itu, untuk mencari nilai kekakuan rata-rata, tidak mungkin menghitung rata-rata aritmatika dari hasil pengukuran. Kami akan menggunakan metode grafis untuk menemukan nilai rata-rata, yang dapat diterapkan dalam kasus tersebut. Berdasarkan hasil beberapa percobaan, kami memplot ketergantungan modulus elastisitas pada modulus perpanjangan x. Saat membuat grafik berdasarkan hasil percobaan, titik percobaan tidak boleh berada pada garis lurus yang sesuai dengan rumus
. Ini karena kesalahan pengukuran: Dalam hal ini, grafik harus digambar sedemikian rupa sehingga jumlah titik yang kira-kira sama berada di sisi berlawanan dari garis lurus. Setelah membuat grafik, ambil titik pada garis lurus (di bagian tengah grafik), tentukan dari situ nilai gaya elastis dan perpanjangan yang sesuai dengan titik ini, dan hitung kekakuan k. Ini akan menjadi nilai rata-rata kekakuan pegas yang diinginkan .

Hasil pengukuran biasanya ditulis sebagai ekspresi
, Di mana
- kesalahan pengukuran absolut terbesar. Diketahui bahwa kesalahan relatif ( ) berbeda dengan rasio kesalahan absolut ke nilai k :

, Di mana
.

Dalam pekerjaan itu
. Itu sebabnya
, Di mana
,
,

Kesalahan mutlak:

= 0,002 kg ;

= 1mm,

.

Perintah kerja

Pasang ujung pegas koil ke tripod.

Pasang dan kencangkan penggaris dengan pembagian milimeter di samping atau di belakang pegas.

Tandai dan tuliskan pembagian penggaris tempat jatuhnya penunjuk pegas.

Gantungkan beban dengan massa yang diketahui dari pegas dan ukur perpanjangan pegas yang ditimbulkannya.

Tambahkan beban kedua, ketiga, dst. ke muatan pertama. bobot, merekam setiap kali perpanjangan x pegas. Menurut hasil pengukuran, isi tabel:

Nomor pengalaman

Pelajaran 13/33

Subjek. Lab #2 Mengukur Kekakuan Pegas

Tujuan pelajaran: untuk memeriksa validitas hukum Hooke untuk pegas dinamometer dan mengukur kekakuan pegas ini

Jenis pelajaran: kontrol dan penilaian pengetahuan

Perlengkapan: tripod dengan kopling dan klem, dinamometer dengan skala tersegel, set timbangan dengan berat yang diketahui (masing-masing 100 g), penggaris dengan pembagian milimeter

KEMAJUAN

1. Pasang dinamometer pada tripod dengan ketinggian yang cukup.

2. Gantung sejumlah bobot yang berbeda (dari satu hingga empat), hitung untuk setiap kasus nilai yang sesuai F = mg, dan juga ukur ekstensi pegas yang sesuai x.

3. Catat hasil pengukuran dan perhitungan pada tabel:

	m , kg	mg, N

4. Gambar sumbu koordinat x dan F, pilih skala yang sesuai dan plot titik yang diperoleh selama percobaan.

6. Hitung faktor kekakuan menggunakan rumus k = F / x menggunakan hasil percobaan No. 4 (ini memberikan akurasi terbesar).

7. Untuk menghitung kesalahan, kita harus menggunakan pengalaman yang kita terima selama perilaku percobaan No. 4, karena ini sesuai dengan kesalahan pengukuran relatif terkecil. Hitung batas Fmin dan Fmax di mana nilai sebenarnya dari F terletak, dengan asumsi bahwa Fmin = F - ΔF , F = F + ΔF . Ambil ΔF = 4Δm g, di mana Δm adalah kesalahan selama pembuatan bobot (untuk estimasi, kita dapat mengasumsikan bahwa Δm = 0,005 kg):

di mana Δх = 0,5 mm.

8. Dengan menggunakan metode penaksiran kesalahan pengukuran tidak langsung, hitung:

9. Hitung nilai rata-rata kcep dan kesalahan pengukuran absolut Δk menggunakan rumus:

10. Hitung kesalahan pengukuran relatif:

11. Isi tabel:

Fmin, H	Fmax, H	xmin, m	xmax, m	kmmin, N/m	km maks, N/m	k pak, N/m

12. Tuliskan hasilnya di buku catatan untuk pekerjaan laboratorium dalam bentuk k = kcep ± Δk, gantikan nilai numerik dari besaran yang ditemukan ke dalam rumus ini.

13. Tulis di buku catatan untuk kesimpulan laboratorium: apa yang Anda ukur dan hasil apa yang Anda dapatkan.