قياس صلابة ناتج الربيع. العمل المخبري "قياس صلابة الزنبرك" تطور منهجي في الفيزياء حول هذا الموضوع. حدد كيف تعتمد القوة المرنة على استطالة الزنبرك

العمل المخبري في الفيزياء الصف التاسع Gendenshtein Orlov تقدم

1- قم بتوصيل نهاية الزنبرك بالحامل ثلاثي الأرجل. قم بقياس الارتفاع الذي يكون فيه الطرف السفلي من الزنبرك فوق الطاولة.

2- تعليق وزن 100 جرام من الزنبرك. قم بقياس الارتفاع الذي يكون فيه الطرف السفلي من الزنبرك الآن فوق الطاولة. احسب استطالة الزنبرك.

3 - كرر القياسات، معلقاً ثقلين وثلاثة وأربعة أوزان كل منها 100 جرام من الزنبرك.

4- سجل النتائج في جدول .

5 - رسم نظام إحداثي لرسم اعتماد القوة المرنة على استطالة الزنبرك.

7- تحديد كيفية اعتماد القوة المرنة على استطالة الزنبرك.

كلما زادت استطالة الزنبرك، زادت قوة المرونة، أي أنه كلما زاد استطالة الزنبرك، زادت قوة المرونة.

8 - وفقا للخط المستقيم المبني، أوجد صلابة الزنبرك.

ك = Fالتحكم /|x|
ك = 4/0.1 = 40 ح/م

9- تحديد ما إذا كانت صلابة الزنبرك تعتمد على طوله، وإذا كانت كذلك فكيف يتغير عندما يتناقص طول الزنبرك.

لا تعتمد صلابة الزنبرك على استطالة طول الزنبرك. كل ربيع لديه k (صلابة الربيع) وهو ثابت، لا يعتمد على Fsp وعلى Δx

مذكرة تفاهم "صالة للألعاب الرياضية رقم 6" ورشة عمل بدنية الصف العاشر

مختبر رقم 3

قياس صلابة الربيع

الهدف من العمل: أوجد صلابة الزنبرك من قياسات استطالة الزنبرك عند قيم مختلفة لقوة الجاذبية موازنة القوة المرنة
بناءً على قانون هوك:
. في كل تجربة، يتم تحديد الصلابة بقيم مختلفة للقوة المرنة والاستطالة، أي. تتغير الظروف التجريبية. لذلك، لإيجاد متوسط ​​قيمة الصلابة، لا يمكن حساب المتوسط ​​الحسابي لنتائج القياس. سوف نستخدم طريقة رسومية لإيجاد القيمة المتوسطة، والتي يمكن تطبيقها في مثل هذه الحالات. استنادا إلى نتائج العديد من التجارب، نقوم ببناء رسم بياني لاعتماد معامل القوة المرنة
من وحدة التمديد X. عند إنشاء رسم بياني بناءً على نتائج التجربة، لا يجوز أن تكون النقاط التجريبية على خط مستقيم يتوافق مع الصيغة
. هذا بسبب أخطاء القياس. في هذه الحالة، يجب رسم الرسم البياني بحيث يكون نفس عدد النقاط تقريبًا على جانبي الخط المستقيم. بعد رسم الرسم البياني، خذ نقطة على الخط المستقيم (في الجزء الأوسط من الرسم البياني)، وحدد منها قيم القوة المرنة والاستطالة المقابلة لهذه النقطة واحسب الصلابة ك. ستكون القيمة المتوسطة المطلوبة لصلابة الربيع .

عادة ما تتم كتابة نتيجة القياس كتعبير
، أين
- أكبر خطأ مطلق في القياس. ومن المعلوم أن الخطأ النسبي ( ) يساوي نسبة الخطأ المطلقة
إلى قيمة الكمية ك :
، أين
.

في ذلك العمل
. لهذا
، أين
;
;
.

الدرس 13/33

موضوع. معمل رقم 2 قياس صلابة الزنبرك

الغرض من الدرس: التحقق من صحة قانون هوك لزنبرك الدينامومتر وقياس صلابة هذا الزنبرك

نوع الدرس: التحكم وتقييم المعرفة

المعدات: حامل ثلاثي القوائم مع قابض ومشبك، مقياس ديناميكي بمقياس مختوم، مجموعة من الأوزان ذات الوزن المعروف (100 جرام لكل منهما)، مسطرة بأقسام مليمترية

تقدم

1. قم بتركيب مقياس الدينامومتر على حامل ثلاثي الأرجل على ارتفاع عالٍ بما فيه الكفاية.

2. قم بتعليق عدد مختلف من الأوزان (من واحد إلى أربعة)، واحسب لكل حالة القيمة المناسبة F = mg، وقم أيضًا بقياس امتداد الزنبرك المقابل x.

3. سجل نتائج القياسات والحسابات في الجدول:

	م، كجم	ملغ، ن

4. ارسم محوري الإحداثيات x وF، وحدد مقياسًا مناسبًا ورسم النقاط التي تم الحصول عليها أثناء التجربة.

6. احسب عامل الصلابة باستخدام الصيغة k = F / x باستخدام نتائج التجربة رقم 4 (وهذا يوفر أكبر قدر من الدقة).

7. لحساب الخطأ يجب أن نستخدم الخبرة التي حصلنا عليها أثناء سلوك التجربة رقم 4، لأنها تتوافق مع أصغر خطأ قياس نسبي. احسب حدود Fmin وFmax التي تقع ضمنها القيمة الحقيقية لـ F، على افتراض أن Fmin = F - ΔF , F = F + ΔF . خذ ΔF = 4Δm g، حيث Δm هو الخطأ أثناء تصنيع الأوزان (للتقدير، يمكننا أن نفترض أن Δm = 0.005 كجم):

حيث Δ× = 0.5 مم.

8. باستخدام طريقة تقدير خطأ القياسات غير المباشرة، احسب:

9. احسب متوسط ​​قيمة kcep وخطأ القياس المطلق Δk باستخدام الصيغ:

10. احسب خطأ القياس النسبي:

11. املأ الجدول:

فمين، ه	فماكس، ه	خمين، م	ماكس، م	كمين، ن / م	كماكس، ن/م	ك سيدي، N / م

12. قم بتدوين النتيجة في دفتر العمل المخبري بالصيغة k = kcep ± Δk، مع استبدال القيم العددية للكميات الموجودة في هذه الصيغة.

13. اكتب في دفتر الملاحظات للاستنتاج المختبري: ما قمت بقياسه وما هي النتيجة التي حصلت عليها.

تطوير الدرس (ملاحظات الدرس)

التعليم الثانوي العام

خط UMK G. Ya Myakishev. الفيزياء (10-11) (ش)

انتباه! موقع إدارة الموقع ليس مسؤولاً عن محتوى التطورات المنهجية، وكذلك عن الامتثال لتطوير المعيار التعليمي الحكومي الفيدرالي.

الغرض من الدرس:التحقق من صحة قانون هوك لزنبرك الدينامومتر وقياس معامل صلابة هذا الزنبرك وحساب خطأ القياس للقيمة.

أهداف الدرس:

1. التعليمية: القدرة على معالجة وتفسير نتائج القياس واستخلاص النتائج. ترسيخ المهارات التجريبية
2. التعليمية: إشراك الطلاب في الأنشطة العملية النشطة، وتحسين مهارات الاتصال.
3. التطوير: إتقان التقنيات الأساسية المستخدمة في الفيزياء - القياس والتجربة

نوع الدرس:درس التدريب على المهارات

معدات:حامل ثلاثي القوائم مع قابض ومشبك، زنبرك حلزوني، مجموعة من الأوزان ذات الكتلة المعروفة (100 جم لكل منها، الخطأ Δm = 0.002 كجم)، مسطرة بأقسام مليمترية.

تقدم

I. اللحظة التنظيمية.

ثانيا. تحديث المعرفة.

• ما هو التشوه؟
• صياغة قانون هوك
• ما هي الصلابة وبأي وحدات يتم قياسها؟
• إعطاء مفهوم الخطأ المطلق والنسبي.
• أسباب الأخطاء.
• الأخطاء الناشئة عن القياسات.
• كيفية رسم الرسوم البيانية لنتائج التجربة.

إجابات الطلاب المحتملة:

• التشوه- التغير في الوضع النسبي لجزيئات الجسم المرتبط بحركتها بالنسبة لبعضها البعض. التشوه هو نتيجة للتغير في المسافات بين الذرات وإعادة ترتيب كتل الذرات. تنقسم التشوهات إلى عكسية (مرنة) ولا رجعة فيها (بلاستيكية، زحف). تختفي التشوهات المرنة بعد انتهاء عمل القوى المطبقة، بينما تظل التشوهات التي لا رجعة فيها. تعتمد التشوهات المرنة على الإزاحات العكسية لذرات المعدن من موضع التوازن؛ تعتمد تلك البلاستيكية على إزاحة لا رجعة فيها للذرات عبر مسافات كبيرة من مواقع توازنها الأولية.

• قانون هوك: "إن القوة المرنة الناتجة عن تشوه الجسم تتناسب طرديا مع استطالته وموجهة عكس اتجاه حركة جزيئات الجسم أثناء التشوه."
  
  Fعلى سبيل المثال = - kx

• الاستعلاءيسمى معامل التناسب بين القوة المرنة والتغير في طول الزنبرك تحت تأثير القوة المطبقة عليه. المعين ك. وحدة القياس ن/م. وفقا لقانون نيوتن الثالث، فإن معامل القوة المطبقة على الربيع يساوي القوة المرنة التي نشأت فيه. وبالتالي يمكن التعبير عن صلابة الربيع على النحو التالي:

  ك = Fالسابق / س

• الخطأ المطلقتسمى القيمة التقريبية معامل الفرق بين القيم الدقيقة والتقريبية.

  ∆X = |X – Xتزوج|

• خطأ نسبيالقيمة التقريبية هي نسبة الخطأ المطلق إلى معامل القيمة التقريبية.

  ε = ∆X/X

• قياساتلا يمكن أبدا أن تكون دقيقة تماما. نتيجة أي قياس تقريبية وتتميز بالخطأ - انحراف القيمة المقاسة لكمية فيزيائية عن قيمتها الحقيقية. تشمل أسباب الأخطاء ما يلي:
  - دقة محدودة في تصنيع أدوات القياس.
  – التغير في الظروف الخارجية (تغير درجة الحرارة، تقلب الجهد)
  - تصرفات المجرب (تأخير تشغيل ساعة الإيقاف، اختلاف وضع العين...).
  - الطبيعة التقريبية للقوانين المستخدمة لإيجاد الكميات المقاسة

• أخطاءالناشئة أثناء القياسات مقسمة على منهجي وعشوائي. الأخطاء المنهجية هي أخطاء تقابل انحراف القيمة المقاسة عن القيمة الحقيقية للكمية الفيزيائية دائمًا في اتجاه واحد (زيادة أو تقليل). ومع تكرار القياسات يبقى الخطأ كما هو. الأسبابحدوث أخطاء منهجية:
  - عدم مطابقة أدوات القياس للمعيار؛
  - التثبيت غير الصحيح لأدوات القياس (الميل، عدم التوازن)؛
  – عدم مصادفة المؤشرات الأولية للأجهزة مع الصفر وتجاهل التصحيحات التي تنشأ بخصوص ذلك؛
  – التناقض بين الشيء المقاس والافتراض حول خصائصه.

الأخطاء العشوائية هي الأخطاء التي تغير قيمتها العددية بطريقة لا يمكن التنبؤ بها. تنتج مثل هذه الأخطاء عن عدد كبير من الأسباب التي لا يمكن السيطرة عليها والتي تؤثر على عملية القياس (مخالفات على سطح الجسم، وهبوب الرياح، وارتفاع الطاقة، وما إلى ذلك). يمكن تقليل تأثير الأخطاء العشوائية عن طريق التكرار المتكرر للتجربة.

أخطاء أدوات القياس. وتسمى هذه الأخطاء أيضًا مفيدة أو مفيدة. ويرجع ذلك إلى تصميم جهاز القياس ودقة تصنيعه ومعايرته.

عند إنشاء رسم بياني بناءً على نتائج التجربة، لا يجوز أن تكون النقاط التجريبية على خط مستقيم يتوافق مع الصيغة Fاكستر = kx

هذا بسبب أخطاء القياس. في هذه الحالة، يجب رسم الرسم البياني بحيث يكون نفس عدد النقاط تقريبًا على جانبي الخط المستقيم. بعد رسم الرسم البياني، خذ نقطة على الخط المستقيم (في الجزء الأوسط من الرسم البياني)، وحدد منها قيم القوة المرنة والاستطالة المقابلة لهذه النقطة واحسب الصلابة ك. ستكون القيمة المتوسطة المطلوبة لصلابة الربيع كراجع.

ثالثا. أمر العمل

1. قم بتوصيل نهاية الزنبرك اللولبي بالحامل ثلاثي الأرجل (الطرف الآخر من الزنبرك مزود بمؤشر سهم وخطاف، انظر الشكل).

2. بجوار الزنبرك أو خلفه، قم بتركيب وتأمين مسطرة بأقسام مليمترية.

3. حدد واكتب تقسيم المسطرة الذي يقع عليه المؤشر الزنبركي.

4. قم بتعليق وزن الكتلة المعروفة من الزنبرك وقياس امتداد الزنبرك الناتج عنه.

5. أضف إلى الوزن الأول الأوزان الثانية والثالثة وغيرها، مع تسجيل التطويل في كل مرة | X| الينابيع.

بناء على نتائج القياس، املأ الجدول:

		Fاكستر = ملغ، ن	׀ ‌X‌، 10-3 م	كراجع، ن / م

6. بناءً على نتائج القياس، قم ببناء رسم بياني لاعتماد القوة المرنة على الاستطالة وبمساعدته حدد متوسط ​​قيمة صلابة الزنبرك كسي.

حساب أخطاء القياسات المباشرة.

الخيار 1. حساب الخطأ العشوائي.

1. احسب صلابة الزنبرك في كل تجربة من التجارب:

ك =	F	,
	│س│

2. كراجع = ( ك 1 + ك 2 + ك 3 + ك 4)/4 ∆ك = ׀ ‌ك – كراجع ˀ ‌، ∆ كج = (∆ ك 1 + ∆ك 2 + ∆ك 3 + ∆ك 4)/4

سجل النتائج في جدول.

3. احسب الخطأ النسبي ε = ∆ كتزوج / كالأربعاء 100%

4. املأ الجدول:

	Fالسيطرة، ن	׀ ‌X‌، 10-3 م	ك، ن / م	كراجع، ن / م	Δ ك، ن / م	Δ كراجع، ن / م

5. اكتب الإجابة في النموذج: ك = كراجع ± ∆ ك cf, ε =…%، مع استبدال القيم العددية للكميات الموجودة في هذه الصيغة.

الخيار 2. حساب الخطأ الآلي.

1. ك = ملغ/Xلحساب الخطأ النسبي، نستخدم الصيغة 1 صفحة 344 من الكتاب المدرسي.

ε = ∆ أ/أ + ∆في/في + ∆مع/مع = ε م + ε ز + ε س.

∆م= 0.01 10 -3 كجم؛ ∆ ز= 0.2 كجم م/ث ث؛ ∆ س=1 ملم

2. احسب أعظمالخطأ النسبي الذي تم العثور على القيمة فيه ك cf (من تجربة حمولة واحدة).

ε = ε م + ε ز + ε س = ∆م/م + ∆ز/ز + ∆س/س

3. ابحث عن ∆ ك cf = ك cf ε

4. املأ الجدول:

5. اكتب الإجابة في النموذج: ك = كراجع ± ∆ ك cf, =…%، استبدال القيم العددية للقيم الموجودة في هذه الصيغة.

الخيار 3. الحساب بطريقة تقدير خطأ القياسات غير المباشرة

1. لحساب الخطأ عليك الاستعانة بالخبرة التي حصلنا عليها خلال التجربة رقم 4، لأنها تقابل أصغر خطأ نسبي في القياس. حساب الحدود Fدقيقة و F max، الذي يحتوي على القيمة الحقيقية F، افترض أن Fدقيقة = F – Δ F, Fالحد الأقصى = F + Δ F.

2. قبول Δ F= 4Δ م· ز، حيث ∆ م- خطأ أثناء تصنيع الأوزان (للتقييم يمكننا أن نفترض أن Δ م= 0.005 كجم):

سدقيقة = س – ∆س سالحد الأقصى = س + ∆س، حيث ∆ X= 0.5 ملم.

3. باستخدام طريقة تقدير خطأ القياسات غير المباشرة، احسب:

كالحد الأقصى = Fالأعلى / سدقيقة كدقيقة = Fدقيقة / سالأعلى

4. احسب القيمة المتوسطة kcp وخطأ القياس المطلق Δ كوفقا للصيغ:

كراجع = ( كماكس + كدقيقة)/2 ∆ ك = (كالأعلى- كدقيقة)/2

5. احسب خطأ القياس النسبي:

ε = ∆ كتزوج / كالأربعاء 100%

6. املأ الجدول:

Fمين، ح	Fماكس، ح	سدقيقة، م	سالحد الأقصى، م	كدقيقة، ن / م	كماكس، ن / م	كراجع، ن / م	Δ ك، ن / م

7. اكتب النتيجة في دفتر العمل المخبري في النموذج ك = كحزب المحافظين ± ∆ ك، ε = …% عن طريق استبدال القيم العددية للكميات الموجودة في هذه الصيغة.

اكتب استنتاج العمل المنجز في دفتر الملاحظات الخاص بالمختبر.

رابعا. انعكاس

حاول تأليف مقطوعة متزامنة حول مفهوم "الدرس - الممارسة". سينكوين (مترجم من الفرنسية - خمسة أسطر): السطر الأول اسم واحد (الجوهر، عنوان الموضوع)؛

السطر الثاني عبارة عن وصف لخصائص الموضوع باختصار (صفتان)؛

السطر الثالث هو وصف الفعل (الوظائف) في إطار الموضوع بثلاثة أفعال؛

السطر الرابع عبارة (عبارة) من أربع كلمات، تبين الموقف من الموضوع؛

السطر الخامس عبارة عن مرادف من كلمة واحدة (اسم) يكرر جوهر الموضوع (إلى الاسم الأول).

العمل المختبري

"تحديد صلابة الربيع"

الهدف من العمل : يحدد ثابت الربيع. التحقق من صحة قانون هوك تقدير خطأ القياس.

أمر العمل .

مستوى أساسي من

معدات : حامل ثلاثي القوائم مع قابض وقدم، مجموعة أوزان 100 جرام، مقياس قوة الزنبرك، مسطرة.

ل0 F

ل1 في هذه الحالة.

ل= ل0 - ل1

كتزوج.وفقا للصيغةكتزوج=( ك1 + ك2 + ك3 )/3

F،ن

ل، م

ك، ن / م

كتزوج، ن / م

6. ارسم رسمًا بيانيًا للتبعيةل ( F).

مستوى متقدم

معدات : حامل ثلاثي مع قابض وقدم، مجموعة أوزان 100 جرام، زنبرك، مسطرة.

قم بتوصيل الزنبرك بالحامل ثلاثي الأرجل وقياس طول الزنبركل0 في غياب التأثير الخارجي (F= 0 ن). سجل نتائج القياس في جدول.

علق وزنًا مقداره 1 N على الزنبرك وحدد طوله.ل1 في هذه الحالة.

أوجد تشوه (استطالة) الزنبرك باستخدام الصيغةل= ل0 - ل1 سجل نتائج القياس في الجدول.

وبالمثل، أوجد استطالة الزنبرك عند أحمال معلقة وزنها 2 N و3 N. سجل نتائج القياس في الجدول.

حساب الوسط الحسابيكتزوج.وفقا للصيغةكتزوج=( ك1 + ك2 + ك3 )/3

قم بتقدير الخطأ ∆كطريقة الخطأ المتوسط. للقيام بذلك، حساب معامل الفرق│ كتزوج- كأنا│=∆ كأنالكل البعد

ك = ك تزوج ±∆ ك

F،ن

ل، م

ك، ن / م

كتزوج، ن / م

∆ك، ن / م

∆كتزوج، ن / م

مستوى متقدم

معدات: حامل ثلاثي مع قابض وقدم، مجموعة أوزان 100 جرام، زنبرك، مسطرة.

قم بتوصيل الزنبرك بالحامل ثلاثي الأرجل وقياس طول الزنبركل0 في غياب التأثير الخارجي (F= 0 ن). سجل نتائج القياس في جدول.

علق وزنًا مقداره 1 N على الزنبرك وحدد طوله.ل1 في هذه الحالة.

أوجد تشوه (استطالة) الزنبرك باستخدام الصيغةل= ل0 - ل1 سجل نتائج القياس في الجدول.

وبالمثل، أوجد استطالة الزنبرك عند أحمال معلقة وزنها 2 N و3 N. سجل نتائج القياس في الجدول.

حساب الوسط الحسابيكتزوج.وفقا للصيغةكتزوج=( ك1 + ك2 + ك3 )/3

حساب الأخطاء النسبية وأخطاء القياس المطلقة∆ كالصيغ

ε F=(∆ F0 + Fو) / Fالأعلى

ε ل=(∆ ل0 + لو) / لالأعلى

ε ك=ε F+ε ل

∆ك = εك* كتزوج

اكتب النتيجة التي تم الحصول عليها في النموذجك = ك متوسط ​​±∆ ك

ارسم رسمًا بيانيًا للتبعيةل ( F) صياغة المعنى الهندسي للصلابة.

F،ن

ل، م

ك، ن / م

كتزوج، ن / م

ε F

ε ل

ε ك

∆ ك