Laboratoriearbeid med temaet måling av kompresjon av en fjær. Lab "Måle stivheten til en fjær" Formål

Leksjonsutvikling (leksjonsnotater)

Videregående allmennutdanning

Linje UMK G. Ya. Myakishev. 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 kommunikasjonsevner.
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 = |X – X 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. Grunnene 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 oppstår 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 designet måleinstrument, nøyaktigheten av produksjonen og oppgraderingen.

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 skal grafen tegnes slik at ca samme nummer 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 for 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:

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:

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

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

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 = ∆ MEN/MEN + ∆PÅ/PÅ + ∆FRA/FRA = 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 gjennomsnittsverdien av kcp og absolutt feil målinger 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:

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 №

Måling av fjærstivhet

Karakter 10

Objektiv: finn stivheten til fjæren fra målinger av fjærens forlengelse ved forskjellige verdier av tyngdekraften, balanser den elastiske kraften
, 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. La oss bruke grafisk finne en gjennomsnittsverdi 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 en verdi 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:

I fysikk for klasse 9 (IK Kikoin, A.K. Kikoin, 1999),
en oppgave №2
til kapittel " LABORATORIEVERK».

Hensikten med arbeidet: å finne fjærens stivhet ut fra målinger av fjærens forlengelse kl. ulike verdier gravitasjon

balanserende elastisitetskraft basert på Hookes lov:

I hvert av forsøkene bestemmes stivheten ved forskjellige verdier av den elastiske kraften og forlengelsen, det vil si at betingelsene for eksperimentet 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 F-kontroll på 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 ønsket gjennomsnittsverdi av fjærstivheten k jfr.

Måleresultatet skrives vanligvis som uttrykket k = = k cp ±Δk, hvor Δk er den største absolutte målefeilen. Fra algebrakurset (VII-klassen) er det kjent at den relative feilen (ε k) er lik forholdet mellom den absolutte feilen Δk og verdien av k:

hvorfra Δk - ε k k. Det er en regel for å beregne den relative feilen: hvis verdien bestemt i eksperimentet er resultatet av å multiplisere og dele de omtrentlige verdiene inkludert i beregningsformelen, relative feil legge sammen. I det arbeidet

Målemidler: 1) et sett med vekter, massen til hver er lik m 0 = 0,100 kg, og feilen Δm 0 = 0,002 kg; 2) en linjal med millimeterinndelinger.

Materialer: 1) stativ med clutcher og fot; 2) spiralfjær.

Arbeidsordre

1. Fest enden av spiralfjæren til stativet (den andre enden av fjæren er utstyrt med en pilpeker og en krok - fig. 176).

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 belastningen legger du til den andre, tredje, osv. vekt, hver gang du registrerer forlengelsen |x| fjærer. I henhold til måleresultatene, fyll ut tabellen:

6. Basert på måleresultatene, bygg en graf over avhengigheten av den elastiske kraften av forlengelsen og bruk den, bestem gjennomsnittsverdien av fjærkonstanten k cp.

7. Regn ut den største relative feilen som verdien av kav ble funnet med (fra forsøket med én belastning). I formel (1)

siden feilen ved måling av forlengelsen Δx=1 mm, da

8. Finn

og skriv svaret ditt som:

1 Ta g≈10 m/s 2 .

Hookes lov: "Den elastiske kraften som oppstår når en kropp deformeres er proporsjonal med dens forlengelse og er rettet motsatt av bevegelsesretningen til kroppspartikler under deformasjon."

Hookes lov

Stivhet er proporsjonalitetskoeffisienten mellom den elastiske kraften og endringen i lengden på fjæren under påvirkning av kraften som påføres den. 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:

hvor F er kraften som påføres fjæren, og x er endringen i lengden på fjæren under dens virkning. Måleinstrumenter: et sett med vekter, massen til hver er lik m 0 = (0,1 ± 0,002) kg.

Linjal med millimeterinndelinger (Δх = ±0,5 mm). Prosedyren for å utføre arbeidet er beskrevet i læreboken og krever ikke kommentarer.

	Vekt (kg		forlengelse |x|,

Laboratoriearbeid

"Å bestemme stivheten til en fjær"

Objektiv : 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 differansen│ kons- 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 målefeil∆ kformler

ε F=(∆ F0 + Fog) / Fmaks

ε l=(∆ l0 + log) / lmaks

ε k=ε F+ε l

∆k=εk* kons

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