2 spyruoklės standumo matavimo laboratorinis darbas. Laboratorija "Spyruoklės standumo matavimas" Tikslas

Pamokos rengimas (pamokos pastabos)

Vidurinis bendrasis išsilavinimas

UMK linija G. Ya. Myakisheva. Fizika (10–11) (U)

Dėmesio! Svetainės administravimo svetainė neatsako už turinį metodologinius pokyčius, taip pat už tai, kad būtų laikomasi federalinio valstybinio išsilavinimo standarto.

Pamokos tikslas: patikrinkite Huko dėsnio galiojimą dinamometro spyruoklei ir išmatuokite šios spyruoklės standumo koeficientą, apskaičiuokite vertės matavimo paklaidą.

Pamokos tikslai:

1. edukacinis: gebėjimas apdoroti ir paaiškinti matavimo rezultatus bei daryti išvadas Eksperimentinių įgūdžių įtvirtinimas
2. edukacinis: mokinių įtraukimas į aktyvią veiklą praktinė veikla gerinant bendravimo įgūdžius.
3. lavinimas: pagrindinių fizikoje naudojamų technikų – matavimo, eksperimento – įsisavinimas

Pamokos tipas:įgūdžių lavinimo pamoka

Įranga: trikojis su sankaba ir spaustuku, spiralinė spyruoklė, žinomos masės svarelių rinkinys (po 100 g, paklaida Δm = 0,002 kg), liniuotė su milimetrų padalomis.

Progresas

I. Organizacinis momentas.

II. Žinių atnaujinimas.

• Kas yra deformacija?
• Suformuluokite Huko dėsnį
• Kas yra standumas ir kokiais vienetais jis matuojamas.
• Pateikite absoliučios ir santykinės paklaidos sąvokas.
• Klaidų priežastys.
• Klaidos, atsirandančios dėl matavimų.
• Kaip nubraižyti eksperimento rezultatų grafikus.

Galimi mokinių atsakymai:

• Deformacija- kūno dalelių santykinės padėties pasikeitimas, susijęs su jų judėjimu viena kitos atžvilgiu. Deformacija yra tarpatominių atstumų pasikeitimo ir atomų blokų persitvarkymo rezultatas. Deformacijos skirstomos į grįžtamąsias (elastingas) ir negrįžtamas (plastines, šliaužiančias). Tampriosios deformacijos išnyksta pasibaigus veikiančių jėgų veikimui, o išlieka negrįžtamos. Tampriosios deformacijos pagrįstos grįžtamuoju metalo atomų poslinkiu iš pusiausvyros padėties; plastinės yra pagrįstos negrįžtamu atomų poslinkiu dideliais atstumais nuo jų pradinės pusiausvyros padėties.

• Huko dėsnis: "Kūno deformacijos atsirandanti tamprumo jėga yra proporcinga jo pailgėjimui ir yra nukreipta priešinga kūno dalelių judėjimo krypčiai deformacijos metu."
  
  F ex = - kx

• Standumas vadinamas proporcingumo koeficientu tarp tamprumo jėgos ir spyruoklės ilgio pokyčio, veikiant ją veikiančiai jėgai. paskirti k. Matavimo vienetas N/m. Pagal trečiąjį Niutono dėsnį, spyruoklę veikiančios jėgos modulis yra lygus joje atsiradusiai tamprumo jėgai. Taigi spyruoklės standumas gali būti išreikštas taip:

  k = F buvęs / x

• Absoliuti klaida apytikslė vertė vadinama tikslios ir apytikslės reikšmių skirtumo moduliu.

  ∆X = |X – X trečia|

• Santykinė klaida apytikslė vertė yra absoliučios paklaidos ir apytikslės vertės modulio santykis.

  ε = ∆X/X

• matavimai niekada negali būti visiškai tikslus. Bet kurio matavimo rezultatas yra apytikslis ir jam būdinga klaida – fizikinio dydžio išmatuotos vertės nuokrypis nuo tikrosios vertės. Klaidų priežastys yra šios:
  – ribotas gamybos matavimo priemonių tikslumas.
  – išorinių sąlygų pasikeitimas (temperatūros pokytis, įtampos svyravimai)
  – eksperimentatoriaus veiksmai (vėlavimas įjungti chronometrą, skirtinga akies padėtis...).
  - apytikslis dėsnių, naudojamų išmatuotiems kiekiams rasti, pobūdis

• Klaidos matavimų metu atsirandantys dalijami iš sistemingai ir atsitiktinai. Sisteminės klaidos – tai paklaidos, atitinkančios išmatuotos vertės nuokrypį nuo tikrosios fizikinio dydžio vertės visada viena kryptimi (padidėjimas arba neįvertinimas). Atliekant pakartotinius matavimus, paklaida išlieka ta pati. Priežastys sisteminių klaidų atsiradimas:
  - matavimo priemonių neatitikimas standartui;
  - neteisingas matavimo priemonių montavimas (pasvirimas, disbalansas);
  – prietaisų pradinių rodiklių nesutapimas su nuliu ir su tuo susijusių pataisymų ignoravimas;
  – neatitikimas tarp išmatuoto objekto ir prielaidos apie jo savybes.

Atsitiktinės klaidos yra klaidos, kurios nenuspėjamai keičia jų skaitinę reikšmę. Tokias klaidas lemia daugybė nekontroliuojamų priežasčių, turinčių įtakos matavimo procesui (daikto paviršiaus nelygumai, pučiantis vėjas, galios šuoliai ir kt.). Atsitiktinių klaidų įtaką galima sumažinti pakartotinai kartojant eksperimentą.

Matavimo prietaisų klaidos. Šios klaidos dar vadinamos instrumentinėmis arba instrumentinėmis. Jie atsiranda dėl matavimo prietaiso konstrukcijos, jo pagaminimo ir kalibravimo tikslumo.

Kuriant grafiką remiantis eksperimento rezultatais, eksperimentiniai taškai gali būti ne tiesėje, kuri atitinka formulę F extr = 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 (vidurinėje grafiko dalyje), iš jo nustatykite šį tašką atitinkančias tamprumo jėgos ir pailgėjimo reikšmes ir apskaičiuokite standumą. k. Tai bus norima vidutinė spyruoklės standumo vertė k plg.

III. Darbo tvarka

1. Pritvirtinkite spyruoklės galą prie trikojo (kitame spyruoklės gale yra rodyklė ir kabliukas, žr. pav.).

2. Šalia arba už spyruoklės sumontuokite ir pritvirtinkite liniuotę su milimetrų padalomis.

3. Pažymėkite ir užrašykite liniuotės padalą, į kurią krenta spyruoklinė rodyklė.

4. Ant spyruoklės pakabinkite žinomos masės svorį ir išmatuokite jo sukeltą spyruoklės išplėtimą.

5. Prie pirmojo svorio pridėkite antrą, trečią ir tt svarmenis, kiekvieną kartą įrašydami pailgėjimą | X| spyruoklės.

Pagal matavimo rezultatus užpildykite lentelę:

		F extr = mg, N	׀ ‌X׀ ‌, 10–3 m	k plg., N/m

6. Remdamiesi matavimo rezultatais, sudarykite tamprumo jėgos priklausomybės nuo pailgėjimo grafiką ir pagal jį nustatykite vidutinę spyruoklės standumo reikšmę. k c.p.

Tiesioginių matavimų paklaidų skaičiavimas.

1 variantas. Atsitiktinės paklaidos apskaičiavimas.

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 cp = (∆ k 1 + ∆k 2 + ∆k 3 + ∆k 4)/4

Įrašykite 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 plg., N/m	Δ k, N/m	Δ k plg., N/m

5. Užrašykite atsakymą į formą: k = k plg. ± ∆ k cf, ε =…%, pakeičiant rastų dydžių skaitines reikšmes į šią formulę.

2 variantas. Instrumentinės paklaidos skaičiavimas.

1. k = mg/X Santykinei paklaidai apskaičiuoti naudojame formulę 1 vadovėlio 344 psl.

ε = ∆ A/A + ∆IN/IN + ∆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 klaida, su kuria randama reikšmė k cf (iš patirties naudojant vieną apkrovą).

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 cf, =…%, pakeičiant rastų reikšmių skaitines reikšmes į šią formulę.

3 variantas. Skaičiavimas netiesioginių matavimų paklaidos įvertinimo metodu

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, tariant, kad F min = F – Δ F, F max= F + Δ F.

2. Priimti Δ F= 4Δ m· g, kur ∆ m- klaida gaminant svarelius (vertinimui galime daryti prielaidą, kad Δ m= 0,005 kg):

x min = x – ∆x x max= x + ∆x, kur ∆ 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 vidutinę kcp reikšmę ir absoliučią matavimo paklaidą Δ k pagal formules:

k cf = ( k max + k min)/2 ∆ 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 plg., N/m	Δ k, N/m

7. Rezultatą surašykite į laboratorinių darbų sąsiuvinį formoje k = k cp ± ∆ k, ε = …%, pakeičiant rastų dydžių skaitines reikšmes į šią formulę.

Užsirašykite savo užrašų knygelėje laboratorinė produkcija apie atliktus darbus.

IV. Atspindys

Pabandykite sukurti sinchronizaciją apie sąvoką „pamoka – praktika“. Sinkwine (išvertus iš prancūzų kalbos – penkios eilutės): Pirmoje eilutėje yra vienas daiktavardis (esmė, temos pavadinimas);

Antroje eilutėje – temos savybių-atributų aprašymas trumpai (du būdvardžiai);

Trečioji eilutė – veiksmo (funkcijų) aprašymas temos rėmuose su trimis veiksmažodžiais;

Ketvirtoji eilutė yra keturių žodžių frazė (frazė), parodanti požiūrį į temą;

Penktoji eilutė yra vieno žodžio sinonimas (daiktavardis), pakartojantis temos esmę (iki pirmojo daiktavardžio).

Laboratoriniai darbai

„Spyruoklės standumo nustatymas“

Darbo tikslas : Nurodo spyruoklės konstantą. Huko dėsnio pagrįstumo patikrinimas Matavimo paklaidos įvertinimas.

Darbo tvarka .

Pagrindinis lygis

Įranga : trikojis su sankaba ir kojele, svarmenų komplektas 100 g, spyruoklinis dinamometras, liniuotė.

L0 F

L1 tokiu atveju.

l= L0 - L1

ktrečia.pagal formulęktrečia=( k1 + k2 + k3 )/3

F,N

l,m

k,N/m

ktrečia, N/m

6. Nubraižykite priklausomybės grafikąl ( F).

Pažengęs lygis

Įranga : trikojis su sankaba ir kojele, svarmenų rinkinys 100 g, spyruoklė, liniuotė.

Pritvirtinkite spyruoklę prie trikojo ir išmatuokite spyruoklės ilgįL0 nesant išorinis poveikis (F=0N). Įrašykite matavimo rezultatus į lentelę.

Ant spyruoklės pakabinkite 1 N svarmenį ir nustatykite jo ilgį.L1 tokiu atveju.

Pagal formulę raskite spyruoklės deformaciją (pailgėjimą).l= L0 - L1 .Matavimo rezultatus įrašykite į lentelę.

Panašiai raskite spyruoklės pailgėjimą pakabinant 2 N ir 3 N sveriančius krovinius. Matavimo rezultatus užrašykite į lentelę.

Apskaičiuokite aritmetinį vidurkįktrečia.pagal formulęktrečia=( k1 + k2 + k3 )/3

Įvertinkite paklaidą ∆kvidutinės klaidos metodas. Norėdami tai padaryti, apskaičiuokite skirtumo modulį│ ktrečia- ki│=∆ kikiekvienam matmeniui

k = k trečia ±∆ k

F,N

l,m

k,N/m

ktrečia, N/m

∆k,N/m

∆ktrečia, N/m

pažengęs lygis

Įranga: trikojis su sankaba ir kojele, svoriu komplektas 100 g, spyruokle, liniuotė.

Pritvirtinkite spyruoklę prie trikojo ir išmatuokite spyruoklės ilgįL0 nesant išorinio poveikio (F=0N). Įrašykite matavimo rezultatus į lentelę.

Ant spyruoklės pakabinkite 1 N svarmenį ir nustatykite jo ilgį.L1 tokiu atveju.

Pagal formulę raskite spyruoklės deformaciją (pailgėjimą).l= L0 - L1 .Matavimo rezultatus įrašykite į lentelę.

Panašiai raskite spyruoklės pailgėjimą pakabinant 2 N ir 3 N sveriančius krovinius. Matavimo rezultatus užrašykite į lentelę.

Apskaičiuokite aritmetinį vidurkįktrečia.pagal formulęktrečia=( k1 + k2 + k3 )/3

Apskaičiuokite santykines ir absoliučias matavimo klaidas∆ kformules

ε F=(∆ F0 + FIr) / Fmaks

ε l=(∆ l0 + lIr) / lmaks

ε k=ε F+ε l

∆k=εk* ktrečia

Gautą rezultatą įrašykite į formąk = k vid.±∆ k

Nubraižykite priklausomybės grafikąl ( F) Suformuluokite geometrinę standumo reikšmę.

F,N

l,m

k,N/m

ktrečia, N/m

ε F

ε l

ε k

∆ k

Laboratorijos Nr.

Spyruoklės standumo matavimas

10 klasė

Darbo tikslas: raskite spyruoklės standumą iš spyruoklės pailgėjimo matavimų esant įvairioms gravitacijos jėgos vertėms, subalansuojant elastinę jėgą
, remiantis Huko dėsniu:
.

Prietaisai ir medžiagos:

Kiekviename iš eksperimentų standumas nustatomas ties skirtingos reikšmės tamprumo ir pailgėjimo jėgos, t.y. keičiasi eksperimentinės sąlygos. Todėl norint rasti vidutinę standumo reikšmę, neįmanoma apskaičiuoti matavimo rezultatų aritmetinio vidurkio. Vidutinei vertei rasti naudosime grafinį metodą, kuris gali būti pritaikytas tokiais atvejais. Remdamiesi kelių eksperimentų rezultatais, pavaizduojame tamprumo modulio priklausomybę nuo pailgėjimo modulio x. Kuriant grafiką remiantis eksperimento rezultatais, eksperimentiniai taškai gali būti ne tiesėje, kuri atitinka formulę
. Taip yra dėl matavimo klaidų: Šiuo atveju grafikas turi būti nubraižytas taip, kad maždaug tiek pat taškų būtų priešingose ​​tiesės pusėse. Sudarę grafiką, paimkite tašką tiesėje (vidurinėje grafiko dalyje), iš jo nustatykite tamprumo jėgos ir pailgėjimo reikšmes, atitinkančias šį tašką, ir apskaičiuokite standumą k. Tai bus norima vidutinė spyruoklės standumo vertė .

Matavimo rezultatas paprastai rašomas kaip išraiška
, Kur
- didžiausia absoliuti matavimo paklaida. Yra žinoma, kad santykinė klaida ( ) skiriasi nuo absoliučios paklaidos santykio iki k vertės :

, kur
.

Tame darbe
. Štai kodėl
, Kur
,
,

Absoliučios klaidos:

= 0,002 kg ;

= 1 mm,

.

Darbo tvarka

Pritvirtinkite spyruoklės galą prie trikojo.

Šalia arba už spyruoklės sumontuokite ir pritvirtinkite liniuotę su milimetrais.

Pažymėkite ir užrašykite liniuotės padalą, į kurią krenta spyruoklinė rodyklė.

Ant spyruoklės pakabinkite žinomos masės svorį ir išmatuokite jo sukeltą spyruoklės išplėtimą.

Prie pirmosios apkrovos pridėkite antrą, trečią ir kt. svoriai, kiekvieną kartą registruojant spyruoklės pailgėjimą x. Pagal matavimo rezultatus užpildykite lentelę:

Patirties numeris

Pamoka 13/33

Tema. 2 laboratorija, spyruoklės standumo matavimas

Pamokos tikslas: patikrinti Huko dėsnio galiojimą dinamometro spyruoklei ir išmatuoti šios spyruoklės standumą

Pamokos tipas: žinių kontrolė ir vertinimas

Įranga: trikojis su sankaba ir spaustuku, dinamometras su sandariomis svarstyklėmis, žinomo svorio svorių rinkinys (po 100 g), liniuotė su milimetrų padalomis

PROGRESAS

1. Sumontuokite dinamometrą ant trikojo pakankamai aukštai.

2. Pakabinkite skirtingą svarelių skaičių (nuo vieno iki keturių), kiekvienam atvejui apskaičiuokite atitinkamą reikšmę F = mg, taip pat išmatuokite atitinkamą spyruoklės išplėtimą x.

3. Matavimų ir skaičiavimų rezultatus užrašykite į lentelę:

	m, kg	mg, N

4. Nubraižykite x ir F koordinačių ašis, pasirinkite patogų mastelį ir nubraižykite eksperimento metu gautus taškus.

6. Apskaičiuokite standumo koeficientą pagal formulę k = F / x, naudodami eksperimento Nr. 4 rezultatus (tai suteikia didžiausią tikslumą).

7. Klaidai apskaičiuoti turėtume pasinaudoti patirtimi, kurią gavome eksperimento Nr. 4 metu, nes ji atitinka mažiausią santykinę matavimo paklaidą. Apskaičiuokite Fmin ir Fmax ribas, kuriose yra tikroji F reikšmė, darant prielaidą, kad Fmin = F - ΔF , F = F + ΔF . Paimkite ΔF = 4Δm g, kur Δm yra paklaida gaminant svarelius (įvertinimui galime daryti prielaidą, kad Δm = 0,005 kg):

kur Δх = 0,5 mm.

8. Netiesioginių matavimų paklaidos įvertinimo metodu apskaičiuokite:

9. Apskaičiuokite vidutinę reikšmę kcep ir absoliučią matavimo paklaidą Δk naudodami formules:

10. Apskaičiuokite santykinę matavimo paklaidą:

11. Užpildykite lentelę:

Fmin, H	Fmax, H	xmin, m	xmax, m	kmmin, N/m	kmmax, N/m	k pone, N/m

12. Užrašykite rezultatą į laboratorinių darbų sąsiuvinį k = kcep ± Δk forma, rastų dydžių skaitines reikšmes pakeisdami į šią formulę.

13. Surašykite į sąsiuvinį laboratorinei išvadai: ką išmatavote ir kokį rezultatą gavote.