Lavoro di laboratorio numero 2 che misura la rigidità della molla. Laboratorio "Misurare la rigidezza di una molla" Scopo

Sviluppo della lezione (appunti della lezione)

Istruzione generale secondaria

Linea UMK G. Ya Myakisheva. Fisica (10-11) (U)

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Lo scopo della lezione: verificare la validità della legge di Hooke per la molla del dinamometro e misurare il coefficiente di rigidità di questa molla, calcolare l'errore di misura del valore.

Obiettivi della lezione:

1. educativo: la capacità di elaborare e spiegare i risultati delle misurazioni e trarre conclusioni Consolidamento delle capacità sperimentali
2. educativo: coinvolgere gli studenti in attività attività pratiche migliorare le capacità comunicative.
3. sviluppo: padronanza delle tecniche di base utilizzate in fisica - misurazione, esperimento

Tipo di lezione: lezione di formazione sulle abilità

Attrezzatura: treppiede con frizione e morsetto, molla elicoidale, serie di pesi di massa nota (100 g ciascuno, errore Δm = 0,002 kg), righello con divisione millimetrica.

Progresso

I. Momento organizzativo.

II. Aggiornamento delle conoscenze.

• Cos'è la deformazione?
• Formulare la legge di Hooke
• Cos'è la rigidità e in quali unità viene misurata.
• Dare il concetto di errore assoluto e relativo.
• Motivi degli errori.
• Errori derivanti dalle misurazioni.
• Come disegnare grafici dei risultati dell'esperimento.

Possibili risposte degli studenti:

• Deformazione- cambiamento nella posizione relativa delle particelle del corpo, associato al loro movimento l'uno rispetto all'altro. La deformazione è il risultato di un cambiamento nelle distanze interatomiche e di un riarrangiamento di blocchi di atomi. Le deformazioni si dividono in reversibili (elastiche) e irreversibili (plastiche, creep). Le deformazioni elastiche scompaiono dopo la fine dell'azione delle forze applicate, mentre permangono quelle irreversibili. Le deformazioni elastiche si basano su spostamenti reversibili di atomi di metallo dalla posizione di equilibrio; quelli plastici si basano su spostamenti irreversibili di atomi su distanze considerevoli dalle loro posizioni iniziali di equilibrio.

• Legge di Hooke: "La forza elastica derivante dalla deformazione del corpo è proporzionale al suo allungamento ed è diretta in direzione opposta alla direzione di movimento delle particelle del corpo durante la deformazione."
  
  F ex = - kx

• Rigidità chiamato il coefficiente di proporzionalità tra la forza elastica e la variazione della lunghezza della molla sotto l'azione della forza ad essa applicata. designare K. Unità di misura N/m. Secondo la terza legge di Newton, il modulo della forza applicata alla molla è uguale alla forza elastica che si è generata in essa. Pertanto, la rigidezza della molla può essere espressa come:

  K = F es / X

• Errore assoluto il valore approssimativo è chiamato il modulo della differenza tra i valori esatti e approssimativi.

  ∆X = |X – X mer|

• Errore relativo valore approssimativo è il rapporto tra l'errore assoluto e il modulo del valore approssimato.

  ε = ∆X/X

• misurazioni non può mai essere completamente accurato. Il risultato di qualsiasi misurazione è approssimativo ed è caratterizzato da un errore: una deviazione del valore misurato di una quantità fisica dal suo valore reale. I motivi degli errori includono:
  – precisione limitata della fabbricazione degli strumenti di misura.
  – cambiamento delle condizioni esterne (cambiamento di temperatura, fluttuazione di tensione)
  – le azioni dello sperimentatore (ritardo nell'accensione del cronometro, diversa posizione dell'occhio...).
  - l'approssimazione delle leggi utilizzate per trovare le Grandezze misurate

• Errori derivanti durante le misurazioni sono divisi per sistematico e casuale. Gli errori sistematici sono errori corrispondenti alla deviazione del valore misurato dal valore reale della grandezza fisica sempre in una direzione (aumento o sottostima). Con misurazioni ripetute, l'errore rimane lo stesso. Cause verificarsi di errori sistematici:
  - non conformità degli strumenti di misura alla norma;
  - errata installazione degli strumenti di misura (inclinazione, squilibrio);
  – non coincidenza degli indicatori iniziali di dispositivi con zero e ignorando le correzioni che sorgono in relazione a ciò;
  – discrepanza tra l'oggetto misurato e l'ipotesi sulle sue proprietà.

Gli errori casuali sono errori che cambiano il loro valore numerico in modo imprevedibile. Tali errori sono causati da un gran numero di cause incontrollabili che influenzano il processo di misurazione (irregolarità sulla superficie dell'oggetto, vento che soffia, sbalzi di tensione, ecc.). L'influenza degli errori casuali può essere ridotta ripetendo ripetutamente l'esperimento.

Errori degli strumenti di misura. Questi errori sono anche chiamati strumentali o strumentali. Sono dovuti al design del dispositivo di misurazione, all'accuratezza della sua fabbricazione e calibrazione.

Quando si costruisce un grafico basato sui risultati dell'esperimento, i punti sperimentali potrebbero non trovarsi su una linea retta che corrisponde alla formula F estr = kx

Ciò è dovuto a errori di misurazione. In questo caso, il grafico deve essere disegnato in modo che circa lo stesso numero di punti si trovi sui lati opposti della retta. Dopo aver tracciato il grafico, prendi un punto sulla retta (nella parte centrale del grafico), determina da esso i valori della forza elastica e dell'allungamento corrispondenti a questo punto e calcola la rigidità K. Sarà il valore medio desiderato della rigidità della molla K cfr.

III. Ordine di lavoro

1. Fissare l'estremità della molla elicoidale al treppiede (l'altra estremità della molla è dotata di un puntatore a freccia e di un gancio, vedere la figura).

2. Accanto o dietro la molla, installare e fissare un righello con divisioni millimetriche.

3. Segna e annota la divisione del righello contro cui cade l'indicatore a molla.

4. Appendere un peso di massa nota alla molla e misurare l'estensione della molla causata da esso.

5. Al primo peso aggiungere il secondo, il terzo, ecc., registrando ogni volta l'allungamento | X| molle.

In base ai risultati della misurazione, compilare la tabella:

		F estr = mg, N	׀ ‌X׀ ‌, 10–3 m	K cfr, N/m

6. Sulla base dei risultati della misurazione, costruire un grafico della dipendenza della forza elastica dall'allungamento e, utilizzandolo, determinare il valore medio della rigidità della molla K cp

Calcolo degli errori delle misurazioni dirette.

Opzione 1. Calcolo dell'errore casuale.

1. Calcola la rigidità della molla in ciascuno degli esperimenti:

K =	F	,
	│X│

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

Registra i risultati in una tabella.

3. Calcolare l'errore relativo ε = ∆ K Mer / K Mer 100%

4. Compila la tabella:

	F controllo, n	׀ ‌X׀ ‌, 10–3 m	K, N/min	K cfr, N/m	Δ K, N/min	Δ K cfr, N/m

5. Scrivi la risposta nel modulo: K = K cfr ±∆ K cf, ε =…%, sostituendo i valori numerici delle quantità trovate in questa formula.

Opzione 2. Calcolo dell'errore strumentale.

1. K = mg/X Per calcolare l'errore relativo, usiamo la formula 1 pagina 344 del libro di testo.

ε = ∆ UN/UN + ∆IN/IN + ∆CON/CON = ε M + ε G + ε X.

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

2. Calcola più grande errore relativo con cui si trova il valore K cf (per esperienza con un carico).

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

3. Trova ∆ K cf = k cf ε

4. Compila la tabella:

5. Scrivi la risposta nel modulo: K = K cfr ±∆ K cf, =…%, sostituendo i valori numerici dei valori trovati in questa formula.

Opzione 3. Calcolo mediante il metodo di stima dell'errore delle misurazioni indirette

1. Per calcolare l'errore, dovresti utilizzare l'esperienza che abbiamo ricevuto durante l'esperimento n. 4, perché corrisponde al più piccolo errore di misurazione relativo. Calcola limiti F minimo e F max , che contiene il vero valore F, supponendo che F minimo = F – Δ F, F massimo= F + Δ F.

2. Accettare Δ F= 4Δ M· G, dove ∆ M- errore durante la fabbricazione dei pesi (per la valutazione, possiamo assumere che Δ M= 0,005kg):

X minimo = X – ∆X X massimo= X + ∆X, dove ∆ X= 0,5mm.

3. Utilizzando il metodo di stima dell'errore delle misurazioni indirette, calcolare:

K massimo= F massimo / X min K minimo = F minimo / X max

4. Calcolare il valore medio kcp e l'errore di misura assoluto Δ K secondo le formule:

K cf = ( K massimo + K min)/2∆ K = (K max- K minimo)/2

5. Calcolare l'errore di misura relativo:

ε = ∆ K Mer / K Mer 100%

6. Compila la tabella:

F minimo, h	F massimo, h	X minimo, m	X massimo, m	K min , N/min	K massimo, N/m	K cfr, N/m	Δ K, N/min

7. Annotare il risultato nel taccuino per il lavoro di laboratorio nel modulo K = K cp±∆ K, ε = …% sostituendo i valori numerici delle quantità trovate in questa formula.

Scrivi sul tuo taccuino per uscita di laboratorio sul lavoro svolto.

IV. Riflessione

Prova a comporre un syncwine sul concetto di "lezione - pratica". Sinkwine (tradotto dal francese - cinque righe): la prima riga è un sostantivo (essenza, titolo dell'argomento);

La seconda riga è una descrizione sintetica delle proprietà-attributi dell'argomento (due aggettivi);

La terza riga è una descrizione dell'azione (funzioni) nell'ambito dell'argomento con tre verbi;

La quarta riga è una frase (frase) di quattro parole, che mostra l'atteggiamento nei confronti dell'argomento;

La quinta riga è un sinonimo di una sola parola (sostantivo), che ripete l'essenza dell'argomento (al primo sostantivo).

Lavoro di laboratorio

"Determinare la rigidità di una molla"

Obiettivo del lavoro : Specifica la costante elastica. Verifica della validità della legge di Hooke Stima dell'errore di misura.

Ordine di lavoro .

Un livello base di

Attrezzatura : treppiede con frizione e piede, set di pesi da 100 g, dinamometro a molla, righello.

l0 F

l1 in questo caso.

l= l0 - l1

Kmer.secondo la formulaKmer=( K1 + K2 + K3 )/3

F,N

l,M

K,N/min

Kmer, N/min

6. Disegna un grafico delle dipendenzel ( F).

Livello avanzato

Attrezzatura : treppiede con frizione e piede, set di pesi da 100 g, molla, righello.

Fissare la molla al treppiede e misurare la lunghezza della mollal0 in assenza di influenza esterna (F=0N). Registrare i risultati della misurazione in una tabella.

Appendi un peso di 1 N alla molla e determinane la lunghezza.l1 in questo caso.

Trova la deformazione (allungamento) della molla usando la formulal= l0 - l1 .Registrare i risultati della misurazione nella tabella.

Allo stesso modo, trovare l'allungamento della molla quando si sospendono carichi del peso di 2 N e 3 N. Registrare i risultati della misurazione nella tabella.

Calcola la media aritmeticaKmer.secondo la formulaKmer=( K1 + K2 + K3 )/3

Stimare l'errore ∆Kil metodo dell'errore medio. Per fare ciò, calcola il modulo della differenza│ Kmer- Kio│=∆ Kioper ogni dimensione

K = K mer ±∆ K

F,N

l,M

K,N/min

Kmer, N/min

∆K,N/min

∆Kmer, N/min

livello avanzato

Attrezzatura: treppiede con frizione e piede, set di pesi da 100 g, molla, righello.

Fissare la molla al treppiede e misurare la lunghezza della mollal0 in assenza di influenze esterne (F=0N). Registrare i risultati della misurazione in una tabella.

Appendi un peso di 1 N alla molla e determinane la lunghezza.l1 in questo caso.

Trova la deformazione (allungamento) della molla usando la formulal= l0 - l1 .Registrare i risultati della misurazione nella tabella.

Allo stesso modo, trovare l'allungamento della molla quando si sospendono carichi del peso di 2 N e 3 N. Registrare i risultati della misurazione nella tabella.

Calcola la media aritmeticaKmer.secondo la formulaKmer=( K1 + K2 + K3 )/3

Calcola errori relativi ed errori di misura assoluti∆ Kformule

ε F=(∆ F0 + FE) / Fmax

ε l=(∆ l0 + lE) / lmax

ε K=ε F+ε l

∆k=εK* Kmer

Scrivi il risultato ottenuto nel moduloK = K media±∆ K

Disegna un grafico delle dipendenzel ( FFormulare il significato geometrico della rigidità.

F,N

l,M

K,N/min

Kmer, N/min

ε F

ε l

ε K

∆ K

Laboratorio n.

Misura della rigidezza della molla

Grado 10

Obiettivo del lavoro: trovare la rigidezza della molla dalle misure dell'allungamento della molla a vari valori della forza di gravità, bilanciando la forza elastica
, in base alla legge di Hooke:
.

Dispositivi e materiali:

In ciascuno degli esperimenti, la rigidità è determinata a significati diversi forze elastiche e di allungamento, cioè cambiano le condizioni sperimentali. Pertanto, per trovare il valore medio di rigidezza, non è possibile calcolare la media aritmetica dei risultati della misurazione. Useremo un metodo grafico per trovare il valore medio, che può essere applicato in questi casi. Sulla base dei risultati di numerosi esperimenti, tracciamo la dipendenza del modulo di elasticità dal modulo di allungamento x. Quando si costruisce un grafico basato sui risultati dell'esperimento, i punti sperimentali potrebbero non trovarsi su una linea retta che corrisponde alla formula
. Ciò è dovuto a errori di misurazione: in questo caso, il grafico deve essere disegnato in modo che approssimativamente lo stesso numero di punti si trovi sui lati opposti della retta. Dopo aver costruito il grafico, prendi un punto sulla retta (nella parte centrale del grafico), determina da esso i valori della forza elastica e dell'allungamento corrispondenti a questo punto e calcola la rigidezza k. Sarà il valore medio desiderato della rigidità della molla .

Il risultato della misurazione è solitamente scritto come espressione
, Dove
- il più grande errore di misura assoluto. È noto che l'errore relativo ( ) è diverso dal rapporto di errore assoluto al valore di k :

, Dove
.

In quel lavoro
. Ecco perché
, Dove
,
,

Errori assoluti:

= 0,002 kg ;

=1mm,

.

Ordine di lavoro

Fissare l'estremità della molla elicoidale al treppiede.

Installa e fissa un righello con divisioni millimetriche accanto o dietro la molla.

Segna e annota la divisione del righello contro cui cade il puntatore a molla.

Appendi un peso di massa nota alla molla e misura l'estensione della molla da esso causata.

Aggiungi il secondo, il terzo, ecc. Al primo carico. pesi, registrando di volta in volta l'allungamento x della molla. In base ai risultati della misurazione, compilare la tabella:

Numero esperienza

Lezione 13/33

Soggetto. Laboratorio n. 2 Misurazione della rigidità della molla

Lo scopo della lezione: verificare la validità della legge di Hooke per una molla dinamometrica e misurare la rigidità di questa molla

Tipo di lezione: controllo e valutazione delle conoscenze

Dotazione: treppiede con frizione e pinza, dinamometro con scala sigillata, serie di pesi di peso noto (100 g ciascuno), righello con divisione millimetrica

PROGRESSO

1. Montare il dinamometro su un treppiede ad un'altezza sufficientemente elevata.

2. Appendere un numero diverso di pesi (da uno a quattro), calcolare per ogni caso il valore appropriato F = mg, e misurare anche la corrispondente estensione della molla x.

3. Registrare i risultati delle misurazioni e dei calcoli nella tabella:

	m, chilogrammo	mg, n

4. Disegna gli assi delle coordinate x e F, seleziona una scala conveniente e traccia i punti ottenuti durante l'esperimento.

6. Calcolare il fattore di rigidità utilizzando la formula k = F / x utilizzando i risultati dell'esperimento n. 4 (questo fornisce la massima precisione).

7. Per calcolare l'errore, dovremmo usare l'esperienza che abbiamo ricevuto durante il comportamento dell'esperimento n. 4, perché corrisponde al più piccolo errore di misurazione relativo. Calcolare i limiti Fmin e Fmax entro i quali si trova il valore vero di F, assumendo che Fmin = F - ΔF , F = F + ΔF . Prendi ΔF = 4Δm g, dove Δm è l'errore durante la fabbricazione dei pesi (per la stima, possiamo assumere che Δm = 0,005 kg):

dove Δх = 0,5 mm.

8. Utilizzando il metodo di stima dell'errore delle misurazioni indirette, calcolare:

9. Calcolare il valore medio kcep e l'errore di misura assoluto Δk utilizzando le formule:

10. Calcolare l'errore di misura relativo:

11. Compila la tabella:

Fmino, H	Fmax, H	xmin, m	xmax, m	kmmin, N/min	kmmax, N/m	k signore, N/m

12. Annota il risultato sul taccuino per il lavoro di laboratorio nella forma k = kcep ± Δk, sostituendo i valori numerici delle quantità trovate in questa formula.

13. Annota su un taccuino per la conclusione del laboratorio: cosa hai misurato e quale risultato hai ottenuto.