Laboratoriearbeid nummer 2 som måler fjærens stivhet. Lab "Måle stivheten til en fjær" Formål

Leksjonsutvikling (leksjonsnotater)

Videregående allmennutdanning

UMK linje G. Ya. Myakisheva. Fysikk (10–11) (U)

Merk følgende! Nettstedets administrasjonsside er ikke ansvarlig for innholdet metodologisk utvikling, samt for overholdelse av utviklingen av Federal State Education Standard.

Hensikten med leksjonen: sjekk gyldigheten av Hookes lov for dynamometerfjæren og mål stivhetskoeffisienten til denne fjæren, beregn målefeilen til verdien.

Leksjonens mål:

  1. pedagogisk: evne til å bearbeide og forklare måleresultater og trekke konklusjoner Konsolidering av eksperimentelle ferdigheter
  2. pedagogisk: involvere studenter i aktive praktiske aktiviteter forbedre kommunikasjonsferdighetene.
  3. utvikle: mestring av de grunnleggende teknikkene som brukes i fysikk - måling, eksperiment

Leksjonstype: ferdighetstrening leksjon

Utstyr: stativ med clutch og klemme, spiralfjær, sett med vekter med kjent masse (100 g hver, feil Δm = 0,002 kg), linjal med millimeterinndelinger.

Framgang

I. Organisatorisk øyeblikk.

II. Kunnskapsoppdatering.

  • Hva er deformasjon?
  • Formuler Hookes lov
  • Hva er stivhet og i hvilke enheter måles det.
  • Gi begrepet absolutt og relativ feil.
  • Årsaker til feil.
  • Feil som oppstår fra målinger.
  • Hvordan tegne grafer over resultatene av eksperimentet.

Mulige elevsvar:

  • Deformasjon- endring i den relative posisjonen til partiklene i kroppen, forbundet med deres bevegelse i forhold til hverandre. Deformasjon er resultatet av en endring i interatomiske avstander og en omorganisering av blokker av atomer. Deformasjoner er delt inn i reversibel (elastisk) og irreversibel (plastisk, kryp). Elastiske deformasjoner forsvinner etter slutten av virkningen av de påførte kreftene, mens irreversible deformasjoner forblir. Elastiske deformasjoner er basert på reversible forskyvninger av metallatomer fra likevektsposisjonen; plastiske er basert på irreversible forskyvninger av atomer over betydelige avstander fra deres opprinnelige likevektsposisjoner.
  • Hookes lov: "Den elastiske kraften som oppstår fra deformasjonen av kroppen er proporsjonal med dens forlengelse og er rettet motsatt av bevegelsesretningen til kroppens partikler under deformasjon."

    F
    eks = - kx
  • Stivhet kalt proporsjonalitetskoeffisienten mellom den elastiske kraften og endringen i lengden på fjæren under påvirkning av kraften som påføres den. utpeke k. Måleenhet N/m. I følge Newtons tredje lov er modulen til kraften som påføres fjæren lik den elastiske kraften som har oppstått i den. Dermed kan fjærens stivhet uttrykkes som:

    k = F eks / x

  • Absolutt feil omtrentlig verdi kalles modulen til differansen mellom den nøyaktige og omtrentlige verdien.

    X = |XX ons|

  • Relativ feil omtrentlig verdi er forholdet mellom den absolutte feilen og modulen til den omtrentlige verdien.

    ε = X/X

  • målinger kan aldri være helt nøyaktig. Resultatet av enhver måling er omtrentlig og er preget av en feil - et avvik fra den målte verdien av en fysisk størrelse fra dens sanne verdi. Årsaker til feil inkluderer:
    – begrenset nøyaktighet ved produksjon av måleinstrumenter.
    - endring i ytre forhold (temperaturendring, spenningssvingninger)
    – eksperimentets handlinger (forsinkelse med å slå på stoppeklokken, forskjellig posisjon av øyet...).
    - den omtrentlige karakteren av lovene som brukes for å finne de målte mengdene
  • Feil som oppstår under målinger deles med systematisk og tilfeldig. Systematiske feil er feil som tilsvarer avviket til den målte verdien fra den sanne verdien av den fysiske størrelsen alltid i én retning (økning eller undervurdering). Ved gjentatte målinger forblir feilen den samme. Fører til forekomst av systematiske feil:
    - manglende overholdelse av måleinstrumenter med standarden;
    - feil installasjon av måleinstrumenter (tilt, ubalanse);
    – ikke-tilfelle av de første indikatorene for enheter med null og ignorere korreksjonene som oppstår i forbindelse med dette;
    – avvik mellom det målte objektet og antagelsen om dets egenskaper.

Tilfeldige feil er feil som endrer sin numeriske verdi på en uforutsigbar måte. Slike feil er forårsaket av et stort antall ukontrollerbare årsaker som påvirker måleprosessen (uregelmessigheter på overflaten av objektet, vind som blåser, strømstøt, etc.). Påvirkningen av tilfeldige feil kan reduseres ved gjentatt repetisjon av eksperimentet.

Feil på måleinstrumenter. Disse feilene kalles også instrumentelle eller instrumentelle. De skyldes utformingen av måleenheten, nøyaktigheten av produksjonen og kalibreringen.

Når du konstruerer en graf basert på resultatene av eksperimentet, kan det hende at forsøkspunktene ikke er på en rett linje som tilsvarer formelen F extr = kx

Dette skyldes målefeil. I dette tilfellet må grafen tegnes slik at omtrent like mange punkter er på motsatte sider av den rette linjen. Etter å ha plottet grafen, ta et punkt på den rette linjen (i den midtre delen av grafen), bestem verdiene av den elastiske kraften og forlengelsen som tilsvarer dette punktet, og beregn stivheten k. Det vil være den ønskede gjennomsnittsverdien av fjærstivheten k jfr.

III. Arbeidsordre

1. Fest enden av spiralfjæren til stativet (den andre enden av fjæren er utstyrt med en pilpeker og en krok, se figur).

2. Ved siden av eller bak fjæren, installer og fest en linjal med millimeterinndelinger.

3. Merk og skriv ned inndelingen av linjalen som fjærpekeren faller mot.

4. Heng en vekt med kjent masse fra fjæren og mål forlengelsen av fjæren forårsaket av den.

5. Til den første vekten legger du den andre, tredje osv. vekten, hver gang du registrerer forlengelsen | X| fjærer.

I henhold til måleresultatene, fyll ut tabellen:

F extr = mg, N

׀ ‌X׀ ‌, 10–3 m

k jf, N/m

6. Basert på måleresultatene, bygg en graf over avhengigheten av den elastiske kraften på forlengelsen og bruk den, bestem den gjennomsnittlige verdien av fjærstivheten k c.p.

Beregning av feil ved direkte målinger.

Alternativ 1. Beregning av tilfeldig feil.

1. Regn ut stivheten til fjæren i hvert av forsøkene:

k = F ,
x

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

Registrer resultatene i en tabell.

3. Beregn den relative feilen ε = ∆ k ons / k ons 100 %

4. Fyll ut tabellen:

F kontroll, N

׀ ‌X׀ ‌, 10–3 m

k, N/m

k jf, N/m

Δ k, N/m

Δ k jf, N/m

5. Skriv ned svaret i skjemaet: k = k jf ± ∆ k cf, ε =…%, erstatter de numeriske verdiene av de funnet mengdene i denne formelen.

Alternativ 2. Beregning av instrumentell feil.

1. k = mg/X For å beregne den relative feilen bruker vi formel 1 side 344 i læreboken.

ε = ∆ EN/EN + ∆I/I + ∆MED/MED = ε m + ε g + ε x.

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

2. Beregn størst relativ feil som verdien er funnet med k jf (av erfaring med en last).

ε = ε m + ε g + ε x = ∆m/m + ∆g/g + ∆x/x

3. Finn ∆ k cf = k cf ε

4. Fyll ut tabellen:

5. Skriv ned svaret i skjemaet: k = k jf ± ∆ k cf, =…%, ved å erstatte de numeriske verdiene til de funnet verdiene i denne formelen.

Alternativ 3. Beregning ved metoden for å estimere feilen ved indirekte målinger

1. For å beregne feilen bør du bruke erfaringen som vi fikk under forsøk nr. 4, fordi den tilsvarer den minste relative målefeilen. Beregn grenser F min og F max , som inneholder den sanne verdien F, antar at F min = F – Δ F, F maks= F + Δ F.

2. Godta Δ F= 4Δ m· g, hvor ∆ m- feil under produksjon av vekter (for evaluering kan vi anta at Δ m= 0,005 kg):

x min = x – ∆x x maks= x + ∆x, hvor ∆ X= 0,5 mm.

3. Bruk metoden for å estimere feilen ved indirekte målinger, beregn:

k maks= F maks / x min k min = F min / x maks

4. Beregn middelverdien kcp og den absolutte målefeilen Δ k i henhold til formlene:

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

5. Beregn den relative målefeilen:

ε = ∆ k ons / k ons 100 %

6. Fyll ut tabellen:

F min, H

F maks, H

x min, m

x maks, m

k min, N/m

k maks, N/m

k jf, N/m

Δ k, N/m

7. Skriv ned resultatet i notatboka for laboratoriearbeid i skjemaet k = k cp ± ∆ k, ε = …% ved å erstatte de numeriske verdiene for de funnet mengdene i denne formelen.

Skriv i notatboka for laboratorieutgang på arbeidet som er utført.

IV. Speilbilde

Prøv å komponere en syncwine om konseptet "leksjon - praksis". Sinkwine (oversatt fra fransk - fem linjer): Den første linjen er ett substantiv (essens, tittel på emnet);

Den andre linjen er en beskrivelse av egenskapene til emnet i et nøtteskall (to adjektiver);

Den tredje linjen er en beskrivelse av handlingen (funksjonene) innenfor rammen av temaet med tre verb;

Den fjerde linjen er en frase (frase) på fire ord, som viser holdningen til emnet;

Den femte linjen er et ettords synonym (substantiv), som gjentar essensen av emnet (til det første substantivet).

Laboratoriearbeid

"Å bestemme stivheten til en fjær"

Målet med arbeidet : Spesifiserer fjærkonstanten. Verifikasjon av gyldigheten av Hookes lov Estimering av målefeil.

Arbeidsordre .

Et grunnleggende nivå av

Utstyr : stativ med clutch og fot, sett med vekter på 100 g, fjærdynamometer, linjal.

    L0 F

    L1 i dette tilfellet.

    l= L0 - L1

    kons.ifølge formelenkons=( k1 + k2 + k3 )/3

F,N

l,m

k,N/m

kons, N/m

6. Tegn en avhengighetsgrafl ( F).

Avansert nivå

Utstyr : stativ med clutch og fot, sett med vekter på 100 g, fjær, linjal.

    Fest fjæren til stativet og mål lengden på fjærenL0 i fravær av ytre påvirkning (F=0N). Registrer måleresultatene i en tabell.

    Heng en 1 N vekt på fjæren og bestemme lengden.L1 i dette tilfellet.

    Finn deformasjonen (forlengelsen) av fjæren ved hjelp av formelenl= L0 - L1 .Registrer måleresultatene i tabellen.

    Finn på samme måte fjærens forlengelse ved hengende last som veier 2 N og 3 N. Registrer måleresultatene i tabellen.

    Beregn aritmetisk gjennomsnittkons.ifølge formelenkons=( k1 + k2 + k3 )/3

    Estimer feilen ∆kmiddelfeilmetoden. For å gjøre dette, beregne modulen til differansenkons- kJeg│=∆ kJegfor hver dimensjon

    k = k ons ±∆ k

F,N

l,m

k,N/m

kons, N/m

k,N/m

kons, N/m

Avansert nivå

Utstyr: stativ med clutch og fot, sett med vekter på 100 g, fjær, linjal.

    Fest fjæren til stativet og mål lengden på fjærenL0 i fravær av ytre påvirkning (F=0N). Registrer måleresultatene i en tabell.

    Heng en 1 N vekt på fjæren og bestemme lengden.L1 i dette tilfellet.

    Finn deformasjonen (forlengelsen) av fjæren ved hjelp av formelenl= L0 - L1 .Registrer måleresultatene i tabellen.

    Finn på samme måte fjærens forlengelse ved hengende last som veier 2 N og 3 N. Registrer måleresultatene i tabellen.

    Beregn aritmetisk gjennomsnittkons.ifølge formelenkons=( k1 + k2 + k3 )/3

    Beregn relative feil og absolutte målefeilkformler

ε F=(∆ F0 + FOg) / Fmaks

ε l=(∆ l0 + lOg) / lmaks

ε kFl

k=εk* kons

    Skriv resultatet som er oppnådd i skjemaetk = k gjennomsnitt±∆ k

    Tegn en avhengighetsgrafl ( FFormuler den geometriske betydningen av stivhet.

F,N

l,m

k,N/m

kons, N/m

ε F

ε l

ε k

k

Lab nr.

Fjærstivhetsmåling

Karakter 10

Målet med arbeidet: finn stivheten til fjæren fra målinger av fjærens forlengelse ved forskjellige verdier av tyngdekraften, balanserer elastisitetskraften
, basert på Hookes lov:
.

Enheter og materialer:

I hvert av forsøkene bestemmes stivheten til forskjellige betydninger elastikk- og forlengelseskrefter, dvs. eksperimentelle forhold endres. For å finne den gjennomsnittlige stivhetsverdien er det derfor ikke mulig å beregne det aritmetiske gjennomsnittet av måleresultatene. Vi vil bruke en grafisk metode for å finne gjennomsnittsverdien, som kan brukes i slike tilfeller. Basert på resultatene fra flere eksperimenter plotter vi avhengigheten av elastisitetsmodulen av forlengelsesmodulen x. Når du konstruerer en graf basert på resultatene av eksperimentet, kan det hende at forsøkspunktene ikke er på en rett linje som tilsvarer formelen
. Dette skyldes målefeil: I dette tilfellet må grafen tegnes slik at omtrent like mange punkter er på motsatte sider av den rette linjen. Etter å ha konstruert grafen, ta et punkt på den rette linjen (i den midtre delen av grafen), bestem verdiene av den elastiske kraften og forlengelsen som tilsvarer dette punktet, og beregn stivheten k. Det vil være den ønskede gjennomsnittsverdien av fjærstivheten .

Måleresultatet skrives vanligvis som et uttrykk
, Hvor
-
den største absolutte målefeilen. Det er kjent at den relative feilen ( ) er forskjellig fra det absolutte feilforholdet til verdien av k :

, hvor
.

I det arbeidet
. Derfor
, Hvor
,
,

Absolutte feil:

= 0,002 kg ;

=1mm,

.

Arbeidsordre

    Fest enden av spiralfjæren til stativet.

    Installer og fest en linjal med millimeterinndelinger ved siden av eller bak fjæren.

    Merk og skriv ned inndelingen av linjalen som fjærpekeren faller mot.

    Heng en vekt med kjent masse fra fjæren og mål forlengelsen av fjæren forårsaket av den.

    Legg den andre, tredje osv. til den første belastningen. vekter, og registrerer hver gang forlengelsen x av fjæren. I henhold til måleresultatene, fyll ut tabellen:

Erfaringsnummer

Leksjon 13/33

Emne. Lab #2 Måling av fjærstivhet

Hensikten med leksjonen: å sjekke gyldigheten av Hookes lov for en dynamometerfjær og måle stivheten til denne fjæren

Type undervisning: kontroll og vurdering av kunnskap

Utstyr: stativ med clutch og klemme, dynamometer med forseglet vekt, sett med vekter med kjent vekt (100 g hver), linjal med millimeterinndelinger

FRAMGANG

1. Monter dynamometeret i et stativ i tilstrekkelig høy høyde.

2. Henger et annet antall vekter (fra én til fire), beregn for hvert tilfelle den passende verdien F = mg, og mål også den tilsvarende fjærforlengelsen x.

3. Registrer resultatene av målinger og beregninger i tabellen:

m, kg

mg, N

4. Tegn x- og F-koordinataksene, velg en passende skala og plott punktene som ble oppnådd under eksperimentet.

6. Beregn stivhetsfaktoren ved å bruke formelen k = F / x ved å bruke resultatene fra eksperiment nr. 4 (dette gir størst nøyaktighet).

7. For å beregne feilen bør vi bruke erfaringen som vi fikk under oppførselen til eksperiment nr. 4, fordi den tilsvarer den minste relative målefeilen. Beregn Fmin- og Fmax-grensene som den sanne verdien av F ligger innenfor, forutsatt at Fmin = F - ΔF , F = F + ΔF . Ta ΔF = 4Δm g, der Δm er feilen under produksjon av vekter (for estimering kan vi anta at Δm = 0,005 kg):

hvor Δх = 0,5 mm.

8. Bruk metoden for å estimere feilen ved indirekte målinger, beregn:

9. Beregn gjennomsnittsverdien kcep og den absolutte målefeilen Δk ved å bruke formlene:

10. Beregn den relative målefeilen:

11. Fyll ut tabellen:

Fmin, H

Fmax, H

xmin, m

xmax, m

kmin, N/m

kmaks, N/m

k sir, N/m

12. Skriv ned resultatet i notatboken for laboratoriearbeid på formen k = kcep ± Δk, og bytt ut de numeriske verdiene for de funnet mengdene i denne formelen.

13. Skriv ned i en notatbok for laboratoriekonklusjon: hva du målte og hvilket resultat du fikk.



Topp