Laboratórne práce z fyziky tuhosti pružín. Laboratórna práca "Meranie tuhosti pružín" metodický rozvoj vo fyzike na danú tému

Fyzika pre 9. ročník (I.K. Kikoin, A.K. Kikoin, 1999),
úloha №2
do kapitoly" LABORATÓRNE PRÁCE».

Účel práce: nájsť tuhosť pružiny z meraní predĺženia pružiny pri rôznych hodnotách gravitačnej sily

vyrovnávanie elastickej sily na základe Hookovho zákona:

V každom z experimentov sa tuhosť určuje pri rôznych hodnotách sily pružnosti a predĺženia, t.j. podmienky experimentu sa menia. Preto na zistenie priemernej hodnoty tuhosti nemožno vypočítať aritmetický priemer výsledkov merania. Na zistenie priemernej hodnoty použijeme grafickú metódu, ktorú je možné v takýchto prípadoch použiť. Na základe výsledkov viacerých experimentov zostrojíme graf závislosti modulu elastickej sily F eln od modulu predĺženia | x |. Pri vykresľovaní grafu na základe výsledkov experimentu nemusia byť experimentálne body na priamke, čo zodpovedá vzorcu

Je to spôsobené chybami merania. V tomto prípade musí byť graf nakreslený tak, aby približne rovnaký počet bodov bol na opačných stranách priamky. Po nakreslení grafu zoberte bod na priamke (v strede grafu), použite ho na určenie hodnôt elastickej sily a predĺženia zodpovedajúce tomuto bodu a vypočítajte tuhosť k. Bude to požadovaná priemerná hodnota tuhosti pružiny k cf.

Výsledok merania sa zvyčajne zapisuje v tvare k = = k cp ± Δk, kde Δk je najväčšia absolútna chyba merania. Z priebehu algebry (VII. stupeň) je známe, že relatívna chyba (ε k) sa rovná pomeru absolútnej chyby Δk k hodnote k:

odkiaľ Δk - ε k k. Existuje pravidlo na výpočet relatívnej chyby: ak sa hodnota určená v experimente zistí ako výsledok vynásobenia a delenia približných hodnôt zahrnutých vo výpočtovom vzorci, potom sa relatívne chyby spočítajú. V tej práci

Prostriedky merania: 1) sada závaží, hmotnosť každého sa rovná m0 = 0,100 kg a chyba Δmo = 0,002 kg; 2) pravítko s milimetrovými dielikmi.

Materiály: 1) statív so spojkami a nohou; 2) špirálová pružina.

Zákazka

1. Upevnite koniec špirálovej pružiny na statív (druhý koniec pružiny je vybavený šípkou a háčikom - obr. 176).

2. Položte a zaistite pravítko s milimetrovými značkami vedľa alebo za pružinou.

3. Označte a zaznamenajte rozdelenie pravítka, proti ktorému je hrot šípky pružiny.

4. Zaveste známu hmotu na pružinu a zmerajte výsledné predĺženie pružiny.

5. K prvému závažiu pridajte druhé, tretie atď. závažie a zaznamenajte každé predĺženie | pružiny. Na základe výsledkov merania vyplňte tabuľku:

6. Na základe výsledkov meraní zostrojte graf závislosti pružnej sily od predĺženia a pomocou neho určte priemernú hodnotu tuhosti pružiny k cp.

7. Vypočítajte najväčšiu relatívnu chybu, s ktorou sa zistí hodnota k cf (z pokusu s jedným zaťažením). Vo vzorci (1)

keďže chyba pri meraní predĺženia Δx = 1 mm, potom

8. Nájdite

a odpoveď napíšte v tvare:

1 Vezmite g≈10 m/s 2.

Hookov zákon: "Sila pružnosti vznikajúca pri deformácii telesa je úmerná jeho predĺženiu a smeruje proti smeru pohybu častíc telesa pri deformácii."

Hookov zákon

Tuhosť je koeficient úmernosti medzi elastickou silou a zmenou dĺžky pružiny pri pôsobení sily, ktorá na ňu pôsobí. Podľa tretieho Newtonovho zákona sa sila pôsobiaca na pružinu rovná modulu pružnosti, ktorá v nej vznikla. Tuhosť pružiny teda možno vyjadriť ako:

kde F je sila pôsobiaca na pružinu a x je zmena dĺžky pružiny pri jej pôsobení. Prostriedky merania: sada závaží, hmotnosť každého je m 0 = (0,1 ± 0,002) kg.

Pravítko s milimetrovými dielikmi (Δх = ± 0,5 mm). Postup pri vykonávaní práce je popísaný v učebnici a nevyžaduje komentár.

	hmotnosť, kg		predĺženie | x |,

Vývoj lekcie (poznámky k lekcii)

Stredné všeobecné vzdelanie

Linka UMK G. Ya. Myakishev. Fyzika (10-11) (D)

Pozor! Stránka správy stránky nezodpovedá za obsah metodického vývoja, ako aj za súlad s vývojom federálneho štátneho vzdelávacieho štandardu.

Účel lekcie: skontrolujte platnosť Hookovho zákona pre pružinu dynamometra a zmerajte koeficient tuhosti tejto pružiny, vypočítajte chybu merania hodnoty.

Ciele lekcie:

1. vzdelávacie: schopnosť spracovať a vysvetliť výsledky merania a vyvodiť závery Posilnenie experimentálnych zručností a schopností
2. vzdelávacie: zapájanie žiakov do aktívnej praktickej činnosti, zlepšovanie komunikačných schopností.
3. rozvíjanie: zvládnutie základných techník používaných vo fyzike - meranie, experiment

Typ lekcie: lekcia tréningu zručností

Vybavenie: statív so spojkou a svorkou, špirálová pružina, sada závaží známej hmotnosti (po 100 g, chyba Δm = 0,002 kg), pravítko s milimetrovými dielikmi.

Pokrok

I. Organizačný moment.

II. Aktualizácia znalostí.

• Čo je deformácia?
• Formulujte Hookov zákon
• Čo je tuhosť a v akých jednotkách sa meria.
• Uveďte pojem absolútnej a relatívnej chyby.
• Dôvody vedúce k chybám.
• Chyby merania.
• Ako sa kreslia grafy výsledkov experimentu.

Možné reakcie študentov:

• Deformácia- zmena relatívnej polohy častíc tela spojená s ich vzájomným pohybom. Deformácia je výsledkom zmeny medziatómových vzdialeností a preskupenia atómových blokov. Deformácie sa delia na vratné (elastické) a nevratné (plastické, dotvarovanie). Elastické deformácie po skončení pôsobenia síl zmiznú a zostanú nezvratné. Elastické deformácie sú založené na reverzibilných posunoch atómov kovu z rovnovážnej polohy; plastické sú založené na nevratných posunoch atómov na značné vzdialenosti od počiatočných rovnovážnych polôh.

• Hookov zákon: "Sila pružnosti vznikajúca pri deformácii telesa je úmerná jeho predĺženiu a smeruje proti smeru pohybu častíc telesa pri deformácii."
  
  F ovládanie = - kx

• Tuhosť nazývaný koeficient úmernosti medzi elastickou silou a zmenou dĺžky pružiny pri pôsobení sily, ktorá na ňu pôsobí. Označiť k... Jednotka merania N / m. Podľa tretieho Newtonovho zákona sa sila pôsobiaca na pružinu rovná modulu pružnosti, ktorá v nej vznikla. Tuhosť pružiny teda možno vyjadriť ako:

  k = F ovládanie / X

• Absolútna chyba približná hodnota sa nazýva modul rozdielu medzi presnými a približnými hodnotami.

  ∆NS = |NS – NS St|

• Relatívna chyba približná hodnota je pomer absolútnej chyby k modulu približnej hodnoty.

  ε = ∆NS/NS

• Merania sa nikdy nedá vykonať úplne presne. Výsledok akéhokoľvek merania je približný a vyznačuje sa chybou – odchýlkou ​​nameranej hodnoty fyzikálnej veličiny od jej skutočnej hodnoty. Medzi dôvody, ktoré vedú k výskytu chýb, patria:
  - obmedzená výrobná presnosť meracích prístrojov.
  - zmena vonkajších podmienok (zmena teploty, kolísanie napätia)
  - akcie experimentátora (oneskorenie so spustením stopiek, iná poloha očí ...).
  - približný charakter zákonov použitých na nájdenie meraných Veličín

• Nepresnosti vznikajúce pri meraniach sa delia podľa systematické a náhodné... Systematické chyby sú chyby, ktoré zodpovedajú odchýlke nameranej hodnoty od skutočnej hodnoty fyzikálnej veličiny vždy v jednom smere (zvýšenie alebo zníženie). Pri opakovaných meraniach zostáva chyba rovnaká. Príčiny výskyt systematických chýb:
  - nesúlad medzi meracími prístrojmi a etalónmi;
  - nesprávna inštalácia meracích prístrojov (náklon, nevyváženosť);
  - nesúlad počiatočných indikátorov zariadení s nulou a ignorovanie opráv, ktoré s tým vznikajú;
  - nesúlad medzi meraným objektom a predpokladom o jeho vlastnostiach.

Náhodné chyby sú chyby, ktoré menia svoju číselnú hodnotu nepredvídateľným spôsobom. Takéto chyby sú spôsobené veľkým množstvom nekontrolovateľných príčin, ktoré ovplyvňujú proces merania (nepravidelnosti na povrchu objektu, fúkanie vetra, napäťové rázy atď.). Vplyv náhodných chýb možno znížiť opakovaným opakovaním experimentu.

Chyby meracích prístrojov. Tieto chyby sa nazývajú aj inštrumentálne alebo inštrumentálne. Sú spôsobené konštrukciou meracieho zariadenia, presnosťou jeho výroby a kalibráciou.

Pri vykresľovaní grafu na základe výsledkov experimentu nemusia byť experimentálne body na priamke, čo zodpovedá vzorcu F ovládanie = kx

Je to spôsobené chybami merania. V tomto prípade musí byť graf nakreslený tak, aby približne rovnaký počet bodov bol na opačných stranách priamky. Po nakreslení grafu zoberte bod na priamke (v strede grafu), použite ho na určenie hodnôt elastickej sily a predĺženia zodpovedajúce tomuto bodu a vypočítajte tuhosť. k... Bude to požadovaná priemerná hodnota tuhosti pružiny k St

III. Zákazka

1. Pripevnite koniec špirálovej pružiny k statívu (na druhom konci pružiny je šípka a háčik, pozri obrázok).

2. Položte a zaistite pravítko s milimetrovými značkami vedľa alebo za pružinou.

3. Označte a zaznamenajte rozdelenie pravítka, proti ktorému je hrot šípky pružiny.

4. Zaveste známu hmotu na pružinu a zmerajte výsledné predĺženie pružiny.

5. K prvému závažiu pridajte druhé, tretie atď. závažie, pričom zaznamenajte každé predĺženie | NS| pružiny.

Na základe výsledkov merania vyplňte tabuľku:

		F ovládanie = mg, H	׀ ‌NS׀ ‌, · 10 – 3 m	k Streda, N / m

6. Na základe výsledkov meraní zostavte graf závislosti pružnej sily od predĺženia a pomocou neho určte priemernú hodnotu tuhosti pružiny. k cp.

Výpočet chýb priamych meraní.

Možnosť 1. Výpočet náhodnej chyby.

1. Vypočítajte tuhosť pružiny v každom z experimentov:

k =	F	,
	│X│

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

Výsledky zapíšte do tabuľky.

3. Vypočítajte relatívnu chybu ε = ∆ k St / k St 100%

4. Vyplňte tabuľku:

	F kontrola, N	׀ ‌NS׀ ‌, · 10 – 3 m	k, N/m	k Streda, N / m	Δ k, N/m	Δ k Streda, N / m

5. Odpoveď zapíšte do formulára: k = k cf ± ∆ k cf, ε =…%, pričom do tohto vzorca nahradíme číselné hodnoty nájdených veličín.

Možnosť 2. Výpočet inštrumentálnej chyby.

1. k = mg/NS Na výpočet relatívnej chyby použijeme vzorec 1, strana 344 učebnice.

ε = ∆ A/A + ∆V/V + ∆S/S = ε m + ε g + ε X.

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

2. Vypočítajte najväčší relatívna chyba, s ktorou je hodnota nájdená k St (zo skúseností s jedným nákladom).

ε = ε m + ε g + ε X = ∆m/m + ∆g/g + ∆X/X

3. Nájdite ∆ k cf = k cf ε

4. Vyplňte tabuľku:

5. Odpoveď zapíšte do formulára: k = k cf ± ∆ k Stred, =…%, pričom do tohto vzorca sa nahradia číselné hodnoty nájdených hodnôt.

Možnosť 3. Výpočet metódou odhadu chyby nepriamych meraní

1. Na výpočet chyby by ste mali použiť skúsenosť, ktorú sme získali pri experimente č. 4, pretože zodpovedá najmenšej relatívnej chybe merania. Vypočítajte limity F min a F max, ktorý obsahuje skutočnú hodnotu F zvažujem to F min = F – Δ F, F max = F + Δ F.

2. Prijmite Δ F= 4A m· g, kde Δ m- chyba pri výrobe závaží (pre posúdenie možno predpokladať, že Δ m= 0,005 kg):

X min = X – ∆X X max = X + ∆X, kde Δ NS= 0,5 mm.

3. Pomocou metódy odhadu chyby nepriamych meraní vypočítajte:

k max = F max / X min k min = F min / X max

4. Vypočítajte strednú hodnotu kcp a absolútnu chybu merania Δ k podľa vzorcov:

k cf = ( k max + k min) / 2 Δ k = (k max - k min) / 2

5. Vypočítajte relatívnu chybu merania:

ε = ∆ k St / k St 100%

6. Vyplňte tabuľku:

F min, H	F max, H	X min, m	X max, m	k min, N/m	k max, N/m	k Streda, N / m	Δ k, N/m

7. Výsledok zapíšte do zošita na laboratórne práce vo formulári k = k cp ± A k, ε =…% dosadením číselných hodnôt zistených veličín do tohto vzorca.

Záver vykonanej práce si zapíšte do laboratórneho zošita.

IV. Reflexia

Skúste zostaviť syncwine o koncepte „lekcia – workshop“. Sinkwine (v preklade z francúzštiny - päť riadkov): Prvý riadok - jedno podstatné meno (podstata, názov témy);

Druhý riadok je popis vlastností-atribútov témy v dvoch slovách (dve prídavné mená);

Tretí riadok je popis činnosti (funkcií) v rámci témy v troch slovesách;

Štvrtý riadok je štvorslovná fráza (slovná kombinácia), ktorá vyjadruje postoj k téme;

Piaty riadok je jednoslovné synonymum (podstatné meno), ktoré opakuje podstatu témy (k prvému podstatnému menu).

Laboratórne práce

"Stanovenie tuhosti pružiny"

účel práce : Stanovenie koeficientu tuhosti pružiny. Overenie platnosti Hookovho zákona Odhad chyby merania.

Zákazka .

Základná úroveň

Vybavenie : statív so spojkou a pätkou, súprava závažia po 100 g, pružinový silomer, pravítko.

L0 F

L1 v tomto prípade.

l= L0 - L1

kSt.podľa vzorcakSt=( k1 + k2 + k3 )/3

F, H

l, m

k, N/m

kSt, N/m

6. Nakreslite graf závislostil ( F).

Pokročilá úroveň

Vybavenie : statív so spojkou a pätkou, súprava závažia po 100 g, pružina, pravítko.

Pripevnite pružinu k statívu a zmerajte dĺžku pružinyL0 bez vonkajšieho vplyvu (F= 0H). Výsledky merania zapíšte do tabuľky.

Zaveste 1 N závažie na pružinu a určte jej dĺžkuL1 v tomto prípade.

Nájdite deformáciu (predĺženie) pružiny pomocou vzorcal= L0 - L1 Výsledky merania zadajte do tabuľky.

Podobne nájdite predĺženie pružiny pri zavesení závaží 2 N a 3 N. Výsledky merania zapíšte do tabuľky.

Vypočítajte aritmetický priemerkSt.podľa vzorcakSt=( k1 + k2 + k3 )/3

Odhadnite chybu ∆kmetódou strednej chyby. Za týmto účelom vypočítajte modul rozdielu│ kSt- ki│=∆ kipre každý rozmer

k = k St ±∆ k

F, H

l, m

k, N/m

kSt, N/m

∆k, N/m

∆kSt, N/m

Pokročilá úroveň

Vybavenie: statív so spojkou a pätkou, súprava závažia po 100 g, pružina, pravítko.

Pripevnite pružinu k statívu a zmerajte dĺžku pružinyL0 bez vonkajšieho vplyvu (F= 0H). Výsledky merania zapíšte do tabuľky.

Zaveste 1 N závažie na pružinu a určte jej dĺžkuL1 v tomto prípade.

Nájdite deformáciu (predĺženie) pružiny pomocou vzorcal= L0 - L1 Výsledky merania zadajte do tabuľky.

Podobne nájdite predĺženie pružiny pri zavesení závaží 2 N a 3 N. Výsledky merania zapíšte do tabuľky.

Vypočítajte aritmetický priemerkSt.podľa vzorcakSt=( k1 + k2 + k3 )/3

Vypočítajte relatívne chyby a absolútne neistoty merania∆ kpodľa vzorcov

ε F=(∆ F0 + Fa) / Fmax

ε l=(∆ l0 + la) / lmax

ε k=ε F+ε l

∆k = εk* kSt

Získaný výsledok zapíšte do formulárak = k cf ± ∆ k

Nakreslite graf závislostil ( FFormulujte geometrický význam tuhosti.

F, H

l, m

k, N/m

kSt, N/m

ε F

ε l

ε k

∆ k

Ak chcete použiť ukážku prezentácií, vytvorte si účet Google (účet) a prihláste sa doň: https://accounts.google.com

Popisy snímok:

Laboratórna práca "Meranie tuhosti pružiny" Učiteľ fyziky GBOU stredná škola №145 Kalininskij okres St. Petersburg MV Karabashyan

skontrolujte platnosť Hookovho zákona pre pružinu dynamometra a zmerajte koeficient tuhosti tejto pružiny. Účel práce Vybavenie: sada „Mechaniky“ zo sady L-mikrostatív so spojkou a svorkou, silomer so zapečatenou stupnicou, sada závaží známej hmotnosti (po 50 g), pravítko s milimetrovými dielikmi.

Prípravné otázky Čo je elastická sila? Ako vypočítať elastickú silu vznikajúcu v pružine, keď je na nej zavesené bremeno s hmotnosťou m kg? Čo je predlžovanie tela? Ako zmerať predĺženie pružiny, keď je na nej zavesené bremeno? Čo je Hookov zákon?

Bezpečnostné opatrenia Pri práci s napnutou pružinou buďte opatrní. Nehádžte a nehádžte bremená.

Popis práce: Podľa Hookovho zákona modul F elastickej sily a modul x predĺženia pružiny súvisia pomerom F = kx. Meraním F a x môžete nájsť koeficient tuhosti k podľa vzorca

V každom z experimentov sa tuhosť určuje pri rôznych hodnotách sily pružnosti a predĺženia, t.j. podmienky experimentu sa menia. Preto na zistenie priemernej hodnoty tuhosti nemožno vypočítať aritmetický priemer výsledkov merania. Na zistenie priemernej hodnoty použijeme grafickú metódu, ktorú je možné v takýchto prípadoch použiť. Na základe výsledkov viacerých experimentov zostrojíme graf závislosti modulu pružnosti sily F eln od modulu predĺženia \ x \. Pri vykresľovaní grafu na základe výsledkov experimentu nemusia byť experimentálne body na priamke, čo zodpovedá vzorcu F yпp = k \ x \. Je to spôsobené chybami merania. V tomto prípade musí byť graf nakreslený tak, aby približne rovnaký počet bodov bol na opačných stranách priamky. Po nakreslení grafu zoberte bod na priamke (v strede grafu), určte z neho hodnoty elastickej sily a predĺženia zodpovedajúce tomuto bodu a vypočítajte tuhosť k. Bude to požadovaná priemerná hodnota tuhosti pružiny k cf.

1. Pripevnite koniec špirálovej pružiny k statívu (na druhom konci pružiny je šípka a háčik). 2. Položte a zaistite pravítko s milimetrovými značkami vedľa alebo za pružinou. 3. Označte a zaznamenajte rozdelenie pravítka, proti ktorému je hrot šípky pružiny. 4. Zaveste známu hmotu na pružinu a zmerajte výsledné predĺženie pružiny. 5. K prvému závažiu pridajte druhé, tretie atď. závažie, pričom zakaždým zaznamenajte predĺženie \ x \ pružiny. Na základe výsledkov merania vyplňte tabuľku POSTUP PRÁCE:

Číslo pokusu M, kg mg, H х, m 1 0,1 2 0,2 ​​3 0,3 4 0,4

6. Nakreslite osi x a F, vyberte vhodnú mierku a nakreslite výsledné experimentálne body. 7. Vyhodnoťte (kvalitatívne) platnosť Hookovho zákona pre danú pružinu: sú experimentálne body umiestnené v blízkosti jednej priamky prechádzajúcej počiatkom. 8. Na základe výsledkov merania zostrojte graf závislosti pružnej sily od predĺženia a pomocou neho určte priemernú hodnotu tuhosti pružiny k cf. 9. Vypočítajte najväčšiu relatívnu chybu, s ktorou bola zistená hodnota k cp 10. Zapíšte svoj záver.

Testové otázky: Ako sa nazýva vzťah medzi pružnou silou a predĺžením pružiny? Pružina dynamometra sa pôsobením sily 4N predĺžila o 5 mm. Určte hmotnosť závažia, ktoré predĺži túto pružinu o 16 mm.

Laboratórne práce z fyziky ročník 9 Gendenstein Orlov Pokrok

1 - Upevnite koniec pružiny v statíve. Zmerajte výšku, v ktorej je spodný koniec pružiny nad stolom.

2 - Zaveste 100 gramové závažie na pružinu. Zmerajte výšku, v ktorej je teraz spodný koniec pružiny nad stolom. Vypočítajte predĺženie pružiny.

3 - Zopakujte merania, zavesením na pružine dve, tri a štyri závažia s hmotnosťou 100 gramov.

4 - Výsledky zapíšte do tabuľky.

5 - Nakreslite súradnicový systém na vykreslenie elastickej sily proti predĺženiu pružiny.

7 - Určte, ako závisí elastická sila od predĺženia pružiny.

Čím väčšie je predĺženie pružiny, tým väčšia je elastická sila, to znamená, že čím dlhšie je pružina natiahnutá, tým väčšia je elastická sila.

8 - Nájdite tuhosť pružiny pozdĺž zostrojenej priamky.

k = Fcont / | x |
k = 4/0,1 = 40 H/m

9 - Zistite, či tuhosť pružiny závisí od jej dĺžky, a ak áno, ako sa mení s klesajúcou dĺžkou pružiny.

Tuhosť pružiny je nezávislá od predlžovania dĺžky pružiny. Každá pružina má k (tuhosť pružiny) a je konštantná, nezávislá od Fcont a Δx