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

عمل مخبري في الفيزياء الصف 9 Gendenshtein Orlov تقدم

1 - اربط نهاية الزنبرك بالحامل ثلاثي القوائم. قم بقياس الارتفاع الذي يكون عنده الطرف السفلي من الزنبرك فوق الطاولة.

2- علق بوزن 100 جرام من الزنبرك. قم بقياس الارتفاع الذي يكون عنده الطرف السفلي للزنبرك الآن فوق الطاولة. احسب استطالة الربيع.

3 - كرر القياسات معلقا أوزان وثلاثة وأربع أوزان كل منها 100 جرام من الزنبرك.

4 - سجل النتائج في جدول.

5 - ارسم نظام إحداثيات لتخطيط اعتماد القوة المرنة على استطالة الزنبرك.

7 - حدد كيف تعتمد القوة المرنة على استطالة الزنبرك.

كلما زاد استطالة الزنبرك ، زادت القوة المرنة ، أي كلما طال الزنبرك ، زادت القوة المرنة.

8 - حسب الخط المستقيم المُنشأ ، ابحث عن صلابة الزنبرك.

k = Fcontrol / | x |
ك = 4 / 0.1 = 40 ساعة / م

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

لا تعتمد صلابة الزنبرك على استطالة الزنبرك. يحتوي كل زنبرك على k (صلابة الزنبرك) وهو ثابت ، ولا يعتمد على Fsp وعلى Δx

مذكرة تفاهم "صالة للألعاب الرياضية رقم 6" ورشة بدنية للصف العاشر

معمل # 3

قياس صلابة الزنبرك

الهدف من العمل: ابحث عن 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 تغير الظروف التجريبية. لذلك ، للعثور على متوسط ​​قيمة الصلابة ، لا يمكن حساب المتوسط ​​الحسابي لنتائج القياس. سنستخدم طريقة رسومية لإيجاد متوسط ​​القيمة ، والتي يمكن تطبيقها في مثل هذه الحالات. بناءً على نتائج العديد من التجارب ، نقوم ببناء رسم بياني لاعتماد معامل القوة المرنة
من وحدة التمديد X. عند إنشاء رسم بياني بناءً على نتائج التجربة ، قد لا تكون النقاط التجريبية على خط مستقيم يتوافق مع الصيغة
. هذا بسبب أخطاء القياس. في هذه الحالة ، يجب رسم الرسم البياني بحيث يكون عدد النقاط نفسه 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 وحساب الصلابة ك. سيكون متوسط ​​القيمة المرغوبة لتصلب الزنبرك .

عادة ما يتم كتابة نتيجة القياس كتعبير
، أين
- أكبر خطأ قياس مطلق. من المعروف أن الخطأ النسبي ( ) يساوي نسبة الخطأ المطلق
لقيمة الكمية ك :
، أين
.

في هذا العمل
. لهذا
، أين
;
;
.

الدرس 13/33

موضوع. معمل رقم 2 قياس صلابة الربيع

الغرض من الدرس: التحقق من صلاحية قانون هوك لزنبرك مقياس القوة وقياس صلابة هذا الربيع.

نوع الدرس: مراقبة وتقييم المعرفة

المعدات: حامل ثلاثي القوائم مع قابض ومشابك ، مقياس ديناميكي بميزان مغلق ، مجموعة أوزان معروفة الوزن (100 جرام لكل منها) ، مسطرة بأقسام المليمتر

تقدم

1. قم بتركيب مقياس الدينامومتر في حامل ثلاثي القوائم على ارتفاع عالٍ بدرجة كافية.

2. بتعليق عدد مختلف من الأوزان (من واحد إلى أربعة) ، احسب 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 إحداثيات x و F ، وحدد مقياسًا مناسبًا وقم برسم 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 تلقيناها أثناء إجراء التجربة رقم 4 ، لأنها تتوافق مع أصغر خطأ قياس نسبي. احسب حدود Fmin و Fmax التي تقع ضمنها القيمة الحقيقية لـ F ، بافتراض 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 Δх = 0.5 مم.

8. باستخدام طريقة تقدير الخطأ في القياسات غير المباشرة ، احسب:

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

10. احسب خطأ القياس النسبي:

11. املأ الجدول:

فمين ، ح	Fmax ، H.	xmin ، م	xmax ، م	كمين ، N / م	kmax ، N / م	ك سيدي ، N / م

12. اكتب النتيجة في دفتر الملاحظات للأعمال المختبرية بالصيغة k = kcep ± Δk ، مع استبدال القيم العددية للكميات الموجودة في هذه الصيغة.

13. اكتب في دفتر ملاحظات لاستنتاج المختبر: ما الذي قمت بقياسه والنتيجة التي حصلت عليها.

تطوير الدرس (ملاحظات الدرس)

التعليم الثانوي العام

الخط UMK G. Ya. Myakishev. الفيزياء (10-11) (U)

انتباه! موقع إدارة الموقع غير مسؤول عن محتوى التطورات المنهجية ، وكذلك عن الامتثال لتطوير المعيار التعليمي للولاية الفيدرالية.

الغرض من الدرس:تحقق من صحة قانون هوك لنابض مقياس القوة وقياس معامل الصلابة لهذا الربيع ، واحسب خطأ القياس للقيمة.

أهداف الدرس:

1. تعليمي: القدرة على معالجة وشرح نتائج القياس واستخلاص النتائج. تعزيز المهارات التجريبية
2. تعليمي: 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 بقابض ومشابك ، زنبرك حلزوني ، مجموعة أوزان معروفة الكتلة (100 جم لكل منها ، خطأ Δ م = 0.002 كجم) ، مسطرة بأقسام مليمترية.

تقدم

I. لحظة تنظيمية.

ثانيًا. تحديث المعرفة.

• ما هو التشوه؟
• صياغة قانون هوك
• ما هي الصلابة وما هي الوحدات التي تقاس.
• أعط مفهوم الخطأ المطلق والنسبي.
• أسباب الأخطاء.
• الأخطاء الناتجة عن القياسات.
• كيفية رسم الرسوم البيانية لنتائج التجربة.

استجابات الطلاب المحتملة:

• تشوه- تغير في الوضع النسبي لجزيئات الجسم المرتبطة بحركتها بالنسبة لبعضها البعض. ينتج التشوه عن تغيير في المسافات بين الذرات وإعادة ترتيب كتل الذرات. تنقسم التشوهات إلى عكسية (مرنة) وغير قابلة للانعكاس (بلاستيك ، زحف). تختفي التشوهات المرنة بعد انتهاء عمل القوى المطبقة ، بينما تبقى التشوهات التي لا رجعة فيها. تعتمد التشوهات المرنة على عمليات الإزاحة العكسية لذرات المعادن من موضع التوازن ؛ تعتمد تلك اللدائن على عمليات نزوح لا رجعة فيها للذرات على مسافات كبيرة من مواضع توازنها الأولية.

• قانون هوك: "القوة المرنة الناتجة عن تشوه الجسم تتناسب مع استطالة الجسم وتوجه عكس اتجاه حركة جسيمات الجسم أثناء التشوه."
  
  Fعلى سبيل المثال = - ككس

• الاستعلاءيسمى معامل التناسب بين القوة المرنة والتغير في طول الزنبرك تحت تأثير القوة المطبقة عليه. عين ك. وحدة القياس N / m. وفقًا لقانون نيوتن الثالث ، فإن معامل القوة المطبقة على الزنبرك يساوي قوة المرونة التي نشأت فيه. وبالتالي ، يمكن التعبير عن صلابة الزنبرك على النحو التالي:

  ك = Fالسابق / x

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

  ∆X = |X – Xتزوج|

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

  ε = ∆X/X

• قياساتلا يمكن أن تكون دقيقة تمامًا. تكون نتيجة أي قياس تقريبية وتتميز بالخطأ - انحراف للقيمة المقاسة لكمية مادية عن قيمتها الحقيقية. تشمل أسباب الأخطاء ما يلي:
  - دقة محدودة في تصنيع أدوات القياس.
  - تغير في الظروف الخارجية (تغير درجة الحرارة ، تذبذب الجهد)
  - تصرفات المجرب (تأخير تشغيل ساعة التوقيت ، اختلاف وضعية العين ...).
  - الطبيعة التقريبية للقوانين المستخدمة لإيجاد الكميات المقاسة

• أخطاءالناشئة أثناء القياسات مقسومة على منهجي وعشوائي. الأخطاء المنهجية هي أخطاء تقابل انحراف القيمة المقاسة عن القيمة الحقيقية للكمية المادية دائمًا في اتجاه واحد (زيادة أو تقليل). مع القياسات المتكررة ، يظل الخطأ كما هو. الأسبابحدوث أخطاء منهجية:
  - عدم امتثال أدوات القياس للمعيار ؛
  - تركيب غير صحيح لأدوات القياس (إمالة ، عدم توازن) ؛
  - عدم تطابق المؤشرات الأولية للأجهزة مع الصفر وتجاهل التصحيحات التي تنشأ فيما يتعلق بذلك ؛
  - التناقض بين الشيء المقاس وافتراض خواصه.

الأخطاء العشوائية هي الأخطاء التي تغير قيمتها الرقمية بطريقة غير متوقعة. تحدث هذه الأخطاء بسبب عدد كبير من الأسباب التي لا يمكن السيطرة عليها والتي تؤثر على عملية القياس (المخالفات على سطح الجسم ، وهبوب الرياح ، والارتفاعات المفاجئة في الطاقة ، وما إلى ذلك). يمكن تقليل تأثير الأخطاء العشوائية عن طريق التكرار المتكرر للتجربة.

أخطاء أدوات القياس. وتسمى هذه الأخطاء أيضًا بالأداتية أو الأداتية. إنها ترجع إلى تصميم جهاز القياس ودقة تصنيعه ومعايرته.

عند إنشاء رسم بياني بناءً على نتائج التجربة ، قد لا تكون النقاط التجريبية على خط مستقيم يتوافق مع الصيغة F extr = ككس

هذا بسبب أخطاء القياس. في هذه الحالة ، يجب رسم الرسم البياني بحيث يكون عدد النقاط نفسه 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 وحساب الصلابة ك. سيكون متوسط ​​القيمة المرغوبة لتصلب الزنبرك كراجع

ثالثا. أمر العمل

1. قم بتوصيل نهاية الزنبرك الحلزوني بالحامل ثلاثي القوائم (يتم تزويد الطرف الآخر من الزنبرك بمؤشر سهم وخطاف ، انظر الشكل).

2. بجانب الزنبرك أو خلفه ، قم بتثبيت وتأمين مسطرة ذات أقسام مليمترية.

3. قم بتمييز وكتابة تقسيم المسطرة التي يقع عليها مؤشر الربيع.

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

5. إلى الوزن الأول ، أضف الأوزان الثانية والثالثة وما إلى ذلك ، مع تسجيل الإطالة | في كل مرة X| الينابيع.

وفقًا لنتائج القياس ، املأ الجدول:

		F extr = ملغ، ن	׀ ‌X׀ ‌, 10–3 m	كراجع ، N / م

6. بناءً على نتائج القياس ، قم بإنشاء رسم بياني لاعتماد القوة المرنة على الاستطالة ، وباستخدامها ، حدد متوسط ​​قيمة صلابة الزنبرك كص.

حساب أخطاء القياسات المباشرة.

الخيار 1. حساب خطأ عشوائي.

1. احسب صلابة الزنبرك في كل تجربة:

ك =	F	,
	│x│

2. ك cf = ( ك 1 + ك 2 + ك 3 + ك 4)/4 ∆ك = ׀ ‌ك – ك cf ׀ ‌, ∆ ك cp = (∆ 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 m	ك، N / م	كراجع ، N / م	Δ ك، N / م	Δ كراجع ، N / م

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

الخيار 2. حساب خطأ الأداة.

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 x.

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

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

ε = ε م + ε ز + ε x = ∆م/م + ∆ز/ز + ∆x/x

3. ابحث عن ∆ ك cf = k cf ε

4. املأ الجدول:

5. اكتب الإجابة في النموذج: ك = كراجع ± ∆ ك cf ، =…٪ ، استبدال القيم العددية للقيم التي تم العثور عليها في هذه الصيغة.

الخيار 3. الحساب بطريقة تقدير خطأ القياسات غير المباشرة

1. لحساب الخطأ ، يجب أن تستخدم الخبرة التي تلقيناها أثناء التجربة رقم 4 ، لأنها تتوافق مع أصغر خطأ قياس نسبي. احسب الحدود Fدقيقة و F max ، والتي تحتوي على القيمة الحقيقية F، افترض أن Fدقيقة = F – Δ F, Fماكس = F + Δ F.

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

xدقيقة = x – ∆x xماكس = x + ∆xأين ∆ X= 0.5 مم.

3. باستخدام طريقة تقدير الخطأ في القياسات غير المباشرة ، احسب:

كماكس = Fالأعلى / xدقيقة كدقيقة = Fدقيقة / xالأعلى

4. احسب متوسط ​​القيمة kcp وخطأ القياس المطلق كحسب الصيغ:

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

5. احسب خطأ القياس النسبي:

ε = ∆ كتزوج / كالأربعاء 100٪

6. املأ الجدول:

Fدقيقة ، ح	Fماكس ، ح	xدقيقة ، م	xماكس م	كدقيقة ، N / م	كماكس ، N / م	كراجع ، N / م	Δ ك، N / م

7. اكتب النتيجة في دفتر الملاحظات للعمل المخبري في النموذج ك = ك cp ± ∆ ك، ε =…٪ بالتعويض عن القيم العددية للكميات الموجودة في هذه الصيغة.

اكتب النتيجة على العمل المنجز في دفتر الملاحظات للمختبر.

رابعا. انعكاس

حاول تكوين نص متزامن حول مفهوم "الدرس - الممارسة". Sinkwine (مترجم من الفرنسية - خمسة أسطر): السطر الأول هو اسم واحد (جوهر ، عنوان الموضوع) ؛

السطر الثاني هو وصف لخصائص سمات الموضوع باختصار (صفتان) ؛

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

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

السطر الخامس هو مرادف من كلمة واحدة (اسم) ، والذي يكرر جوهر الموضوع (للاسم الأول).

العمل المخبري

"تحديد صلابة الزنبرك"

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

أمر العمل .

مستوى أساسي من

معدات : حامل ثلاثي القوائم مع القابض والقدم ، طقم أوزان 100 جرام ، مقياس ديناميكي زنبركي ، مسطرة.

إل0 F

إل1 في هذه الحالة.

ل= إل0 - إل1

كتزوجحسب الصيغةكتزوج=( ك1 + ك2 + ك3 )/3

F،ن

لم

ك، N / م

كتزوج، N / م

6. ارسم مخطط تبعيةل ( F).

مستوى متقدم

معدات : حامل ثلاثي القوائم مع القابض والقدم ، طقم أوزان 100 جرام ، نابض ، مسطرة.

اربط الزنبرك بالحامل ثلاثي القوائم وقم بقياس طول الزنبركإل0 في حالة عدم وجود تأثير خارجي (F= 0N). سجل نتائج القياس في جدول.

علق وزن 1 نيوتن على الزنبرك وحدد طوله.إل1 في هذه الحالة.

أوجد تشوه (استطالة) الزنبرك باستخدام الصيغةل= إل0 - إل1 سجل نتائج القياس في الجدول.

وبالمثل ، أوجد استطالة الزنبرك عند تعليق الأحمال التي تزن 2 نيوتن و 3 نيوتن. سجل نتائج القياس في الجدول.

حساب الوسط الحسابيكتزوجحسب الصيغةكتزوج=( ك1 + ك2 + ك3 )/3

قدر الخطأ ∆كمتوسط ​​طريقة الخطأ. للقيام بذلك ، احسب معامل الفرق│ كتزوج- كأنا│=∆ كأنالكل بعد

ك = ك تزوج ±∆ ك

F،ن

لم

ك، N / م

كتزوج، N / م

∆ك، N / م

∆كتزوج، N / م

مستوى متقدم

معدات: ترايبود مع القابض والقدم ، طقم اوزان 100 جرام ، زنبرك ، مسطرة.

اربط الزنبرك بالحامل ثلاثي القوائم وقم بقياس طول الزنبركإل0 في حالة عدم وجود تأثير خارجي (F= 0N). سجل نتائج القياس في جدول.

علق وزن 1 نيوتن على الزنبرك وحدد طوله.إل1 في هذه الحالة.

أوجد تشوه (استطالة) الزنبرك باستخدام الصيغةل= إل0 - إل1 سجل نتائج القياس في الجدول.

وبالمثل ، أوجد استطالة الزنبرك عند تعليق الأحمال التي تزن 2 نيوتن و 3 نيوتن. سجل نتائج القياس في الجدول.

حساب الوسط الحسابيكتزوجحسب الصيغةكتزوج=( 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 مخطط تبعيةل ( F). صياغة المعنى الهندسي للصلابة.

F،ن

لم

ك، N / م

كتزوج، N / م

ε F

ε ل

ε ك

∆ ك