Trabalho de laboratório número 2 medindo a rigidez da mola. Laboratório "Medição da rigidez de uma mola" Finalidade

Desenvolvimento da lição (notas da lição)

Ensino secundário geral

linha UMK G. Ya. Myakisheva. Física (10-11) (U)

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O objetivo da lição: verifique a validade da lei de Hooke para a mola do dinamômetro e meça o coeficiente de rigidez desta mola, calcule o erro de medição do valor.

Lições objetivas:

1. educacional: a capacidade de processar e explicar resultados de medição e tirar conclusões Consolidação de habilidades experimentais
2. educacional: envolver os alunos em atividades atividades práticas melhorar as habilidades de comunicação.
3. desenvolvendo: domínio das técnicas básicas usadas em física - medição, experimento

Tipo de aula: lição de treinamento de habilidades

Equipamento: tripé com embreagem e pinça, mola helicoidal, conjunto de pesos de massa conhecida (100 g cada, erro Δm = 0,002 kg), régua com divisões milimétricas.

Progresso

I. Momento organizacional.

II. Atualização de conhecimento.

• O que é deformação?
• Formule a Lei de Hooke
• O que é rigidez e em que unidades é medida.
• Dê o conceito de erro absoluto e relativo.
• Motivos dos erros.
• Erros decorrentes de medições.
• Como desenhar gráficos dos resultados da experiência.

Possíveis respostas dos alunos:

• Deformação- mudança na posição relativa das partículas do corpo, associada ao seu movimento uma em relação à outra. A deformação é o resultado de uma mudança nas distâncias interatômicas e um rearranjo de blocos de átomos. As deformações são divididas em reversíveis (elásticas) e irreversíveis (plásticas, fluência). As deformações elásticas desaparecem após o fim da ação das forças aplicadas, enquanto as irreversíveis permanecem. As deformações elásticas são baseadas em deslocamentos reversíveis de átomos metálicos da posição de equilíbrio; os plásticos são baseados em deslocamentos irreversíveis de átomos a distâncias consideráveis ​​de suas posições iniciais de equilíbrio.

• Lei de Hooke: "A força elástica decorrente da deformação do corpo é proporcional ao seu alongamento e tem direção oposta à direção do movimento das partículas do corpo durante a deformação."
  
  F ex = - kx

• Rigidez chamado coeficiente de proporcionalidade entre a força elástica e a mudança no comprimento da mola sob a ação da força aplicada a ela. designar k. Unidade de medida N/m. De acordo com a terceira lei de Newton, o módulo da força aplicada à mola é igual à força elástica que surgiu nela. Assim, a rigidez da mola pode ser expressa como:

  k = F ex/ x

• Erro absoluto valor aproximado é chamado de módulo da diferença entre os valores exato e aproximado.

  ∆x = |x – x qua|

• Erro relativo valor aproximado é a razão do erro absoluto para o módulo do valor aproximado.

  ε = ∆x/x

• Medidas nunca pode ser completamente preciso. O resultado de qualquer medição é aproximado e é caracterizado por um erro - um desvio do valor medido de uma quantidade física de seu valor real. As razões para erros incluem:
  – precisão limitada dos instrumentos de medição de fabricação.
  – mudança nas condições externas (mudança de temperatura, flutuação de tensão)
  – as ações do experimentador (atraso em ligar o cronômetro, posição diferente do olho...).
  - a natureza aproximada das leis usadas para encontrar as quantidades medidas

• Erros que surgem durante as medições são divididos por sistemático e aleatório. Erros sistemáticos são erros correspondentes ao desvio do valor medido do valor real da grandeza física sempre em uma direção (aumento ou subestimação). Com medições repetidas, o erro permanece o mesmo. Causas ocorrência de erros sistemáticos:
  - não conformidade dos instrumentos de medição com o padrão;
  - instalação incorreta de instrumentos de medição (inclinação, desequilíbrio);
  – não coincidência dos indicadores iniciais de dispositivos com zero e ignorando as correções que surgem em conexão com isso;
  – discrepância entre o objeto medido e a suposição sobre suas propriedades.

Erros aleatórios são erros que alteram seu valor numérico de forma imprevisível. Tais erros são causados ​​por um grande número de causas incontroláveis ​​que afetam o processo de medição (irregularidades na superfície do objeto, vento soprando, picos de energia, etc.). A influência de erros aleatórios pode ser reduzida pela repetição repetida do experimento.

Erros de instrumentos de medição. Esses erros também são chamados de instrumentais ou instrumentais. Eles se devem ao design do dispositivo de medição, à precisão de sua fabricação e calibração.

Ao construir um gráfico com base nos resultados do experimento, os pontos experimentais podem não estar em uma linha reta que corresponda à fórmula F extra = kx

Isso se deve a erros de medição. Nesse caso, o gráfico deve ser desenhado de forma que aproximadamente o mesmo número de pontos esteja em lados opostos da reta. Depois de plotar o gráfico, pegue um ponto na linha reta (na parte central do gráfico), determine a partir dele os valores da força elástica e alongamento correspondentes a esse ponto e calcule a rigidez k. Será o valor médio desejado da rigidez da mola k cf.

III. ordem de trabalho

1. Prenda a ponta da mola helicoidal no tripé (a outra ponta da mola possui uma seta e um gancho, veja a figura).

2. Ao lado ou atrás da mola, instale e prenda uma régua com divisões milimétricas.

3. Marque e anote a divisão da régua contra a qual o ponteiro da mola cai.

4. Pendure um peso de massa conhecida na mola e meça a extensão da mola causada por ele.

5. Ao primeiro peso, adicione o segundo, terceiro, etc. pesos, cada vez registrando o alongamento | x| molas.

De acordo com os resultados da medição, preencha a tabela:

		F extra = mg, N	׀ ‌x׀ ‌, 10–3 m	k cf, N/m

6. Com base nos resultados da medição, construa um gráfico da dependência da força elástica com o alongamento e, a partir dele, determine o valor médio da rigidez da mola k c.p.

Cálculo de erros de medições diretas.

Opção 1. Cálculo do erro aleatório.

1. Calcule a rigidez da mola em cada um dos experimentos:

k =	F	,
	│x│

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

Registre os resultados em uma tabela.

3. Calcule o erro relativo ε = ∆ k Qua / k Quarta 100%

4. Preencha a tabela:

	F controle, N	׀ ‌x׀ ‌, 10–3 m	k, N/m	k cf, N/m	Δ k, N/m	Δ k cf, N/m

5. Escreva a resposta no formulário: k = k cf ± ∆ k cf, ε =…%, substituindo os valores numéricos das quantidades encontradas nesta fórmula.

Opção 2. Cálculo do erro instrumental.

1. k = mg/x Para calcular o erro relativo, usamos a fórmula 1 página 344 do livro didático.

ε = ∆ A/A + ∆EM/EM + ∆COM/COM = ε m + ε g + ε x.

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

2. Calcule o melhor erro relativo com o qual o valor é encontrado k cf (da experiência com uma carga).

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

3. Encontre ∆ k cf = k cf ε

4. Preencha a tabela:

5. Escreva a resposta no formulário: k = k cf ± ∆ k cf, =…%, substituindo os valores numéricos dos valores encontrados nesta fórmula.

Opção 3. Cálculo pelo método de estimativa do erro de medições indiretas

1. Para calcular o erro, você deve usar a experiência que recebemos durante o experimento nº 4, porque corresponde ao menor erro de medição relativo. Calcular Limites F min e F max , que contém o valor verdadeiro F, assumindo que F min = F – Δ F, F máximo= F + Δ F.

2. Aceite Δ F= 4Δ m· g, onde ∆ m- erro durante a fabricação de pesos (para avaliação, podemos assumir que Δ m= 0,005 kg):

x min = x – ∆x x máximo= x + ∆x, onde ∆ x= 0,5 mm.

3. Usando o método de estimativa do erro de medições indiretas, calcule:

k máximo= F máximo / x min k min = F min / x máximo

4. Calcule o valor médio kcp e o erro absoluto de medição Δ k de acordo com as fórmulas:

k cf = ( k máximo + k min)/2 ∆ k = (k máx- k min)/2

5. Calcule o erro de medição relativo:

ε = ∆ k Qua / k Quarta 100%

6. Preencha a tabela:

F min , H	F máx., H	x min, m	x máx., m	k min , N/m	k máx., N/m	k cf, N/m	Δ k, N/m

7. Anote o resultado no caderno de trabalho de laboratório no formulário k = k cp ± ∆ k, ε = …% substituindo os valores numéricos das quantidades encontradas nesta fórmula.

Escreva em seu caderno para saída de laboratório no trabalho feito.

4. Reflexão

Tente compor um syncwine sobre o conceito de "lição - prática". Sinkwine (traduzido do francês - cinco linhas): A primeira linha é um substantivo (essência, título do tópico);

A segunda linha é uma descrição das propriedades-atributos do tópico em poucas palavras (dois adjetivos);

A terceira linha é uma descrição da ação (funções) dentro da estrutura do tópico com três verbos;

A quarta linha é uma frase (frase) de quatro palavras, mostrando a atitude em relação ao assunto;

A quinta linha é um sinônimo de uma palavra (substantivo), que repete a essência do tópico (para o primeiro substantivo).

Trabalho de laboratório

"Determinando a rigidez de uma mola"

Objetivo do trabalho : Especifica a constante da mola. Verificação da validade da lei de Hooke Estimativa do erro de medição.

ordem de trabalho .

Um nível básico de

Equipamento : tripé com embreagem e pé, conjunto de pesos de 100 g, dinamômetro de mola, régua.

eu0 F

eu1 nesse caso.

eu= eu0 - eu1

kqua.de acordo com a fórmulakqua=( k1 + k2 + k3 )/3

F,N

eu,m

k,N/m

kqua, N/m

6. Desenhe um gráfico de dependênciaeu ( F).

Nível avançado

Equipamento : tripé com embreagem e pé, conjunto de pesos de 100 g, mola, régua.

Prenda a mola ao tripé e meça o comprimento da molaeu0 Na falta de Influência externa (F=0N). Registre os resultados da medição em uma tabela.

Pendure um peso de 1 N na mola e determine seu comprimento.eu1 nesse caso.

Encontre a deformação (alongamento) da mola usando a fórmulaeu= eu0 - eu1 .Registre os resultados da medição na tabela.

Da mesma forma, encontre o alongamento da mola ao pendurar cargas pesando 2 N e 3 N. Anote os resultados da medição na tabela.

Calcular média aritméticakqua.de acordo com a fórmulakqua=( k1 + k2 + k3 )/3

Estime o erro ∆ko método do erro médio. Para fazer isso, calcule o módulo da diferença│ kqua- keu│=∆ keupara cada dimensão

k = k qua ±∆ k

F,N

eu,m

k,N/m

kqua, N/m

∆k,N/m

∆kqua, N/m

nível avançado

Equipamento: tripé com embreagem e pé, conjunto de pesos de 100 g, mola, régua.

Prenda a mola ao tripé e meça o comprimento da molaeu0 na ausência de influência externa (F=0N). Registre os resultados da medição em uma tabela.

Pendure um peso de 1 N na mola e determine seu comprimento.eu1 nesse caso.

Encontre a deformação (alongamento) da mola usando a fórmulaeu= eu0 - eu1 .Registre os resultados da medição na tabela.

Da mesma forma, encontre o alongamento da mola ao pendurar cargas pesando 2 N e 3 N. Anote os resultados da medição na tabela.

Calcular média aritméticakqua.de acordo com a fórmulakqua=( k1 + k2 + k3 )/3

Calcular erros relativos e erros de medição absolutos∆ kfórmulas

ε F=(∆ F0 + FE) / Fmáximo

ε eu=(∆ eu0 + euE) / eumáximo

ε k=ε F+ε eu

∆k=εk* kqua

Escreva o resultado obtido na formak = k média±∆ k

Desenhe um gráfico de dependênciaeu ( F) Formule o significado geométrico de rigidez.

F,N

eu,m

k,N/m

kqua, N/m

ε F

ε eu

ε k

∆ k

Nº do laboratório

Medição da rigidez da mola

10ª série

Objetivo do trabalho: encontre a rigidez da mola a partir das medições do alongamento da mola em vários valores da força da gravidade, equilibrando a força elástica
, com base na lei de Hooke:
.

Dispositivos e materiais:

Em cada um dos experimentos, a rigidez é determinada em Significados diferentes forças elásticas e de alongamento, ou seja, condições experimentais mudam. Portanto, para encontrar o valor médio da rigidez, não é possível calcular a média aritmética dos resultados da medição. Usaremos um método gráfico para encontrar o valor médio, que pode ser aplicado nesses casos. Com base nos resultados de vários experimentos, plotamos a dependência do módulo de elasticidade com o módulo de alongamento x. Ao construir um gráfico com base nos resultados do experimento, os pontos experimentais podem não estar em uma linha reta que corresponda à fórmula
. Isso ocorre devido a erros de medição: Nesse caso, o gráfico deve ser desenhado de forma que aproximadamente o mesmo número de pontos esteja em lados opostos da linha reta. Depois de construir o gráfico, pegue um ponto na linha reta (na parte central do gráfico), determine a partir dele os valores da força elástica e alongamento correspondentes a esse ponto e calcule a rigidez k. Será o valor médio desejado da rigidez da mola .

O resultado da medição geralmente é escrito como uma expressão
, Onde
- o maior erro absoluto de medição. Sabe-se que o erro relativo ( ) é diferente da taxa de erro absoluto para o valor de k :

, onde
.

nesse trabalho
. É por isso
, Onde
,
,

Erros absolutos:

= 0,002kg ;

=1mm,

.

ordem de trabalho

Prenda a extremidade da mola helicoidal ao tripé.

Instale e prenda uma régua com divisões milimétricas ao lado ou atrás da mola.

Marque e anote a divisão da régua contra a qual o ponteiro da mola cai.

Pendure um peso de massa conhecida na mola e meça a extensão da mola causada por ele.

Adicione a segunda, terceira, etc. à primeira carga. pesos, registrando a cada vez o alongamento x da mola. De acordo com os resultados da medição, preencha a tabela:

Número da experiência

Lição 13/33

Assunto. Laboratório nº 2 Medindo a Rigidez da Mola

O objetivo da lição: verificar a validade da lei de Hooke para uma mola de dinamômetro e medir a rigidez dessa mola

Tipo de aula: controle e avaliação de conhecimentos

Equipamento: tripé com embreagem e pinça, dinamômetro com balança lacrada, conjunto de pesos de peso conhecido (100 g cada), régua com divisões milimétricas

PROGRESSO

1. Monte o dinamômetro em um tripé em uma altura suficientemente alta.

2. Pendurando um número diferente de pesos (de um a quatro), calcule para cada caso o valor apropriado F = mg e meça também a extensão x da mola correspondente.

3. Registre os resultados das medições e cálculos na tabela:

	m , kg	mg, N

4. Desenhe os eixos de coordenadas x e F, selecione uma escala conveniente e plote os pontos obtidos durante o experimento.

6. Calcule o fator de rigidez usando a fórmula k = F / x usando os resultados do experimento nº 4 (isso fornece a maior precisão).

7. Para calcular o erro, devemos usar a experiência que recebemos durante o comportamento do experimento nº 4, pois corresponde ao menor erro de medição relativo. Calcule os limites Fmin e Fmax dentro dos quais se encontra o valor verdadeiro de F, assumindo que Fmin = F - ΔF , F = F + ΔF . Tome ΔF = 4Δm g, onde Δm é o erro durante a fabricação de pesos (para estimativa, podemos assumir que Δm = 0,005 kg):

onde Δх = 0,5 mm.

8. Usando o método de estimativa do erro de medições indiretas, calcule:

9. Calcule o valor médio kcep e o erro absoluto de medição Δk usando as fórmulas:

10. Calcule o erro de medição relativo:

11. Preencha a tabela:

Fmín, H	Fmáx, H	x min, m	xmáx, m	kmmin, N/m	km máx, N/m	k senhor, N/m

12. Anote o resultado no caderno para trabalho de laboratório na forma k = kcep ± Δk, substituindo os valores numéricos das quantidades encontradas nesta fórmula.

13. Anote em um caderno para conclusão do laboratório: o que você mediu e que resultado obteve.