Измерване на твърдостта на пружината. Лабораторна работа "Измерване на твърдостта на пружината" методическа разработка по физика по темата. Определете как еластичната сила зависи от удължението на пружината

Лабораторна работа по физика 9 клас Генденщайн Орлов Напредък в работата

1 - Закрепете края на пружината към статива. Измерете височината, на която долният край на пружината е над масата.

2 - Закачете тежест от 100 грама на пружината. Измерете височината, на която долният край на пружината сега е над масата. Изчислете удължението на пружината.

3 - Повторете измерванията, като окачите две, три и четири тежести с тегло 100 грама на пружината.

4 - Запишете резултатите в таблица.

5 - Начертайте координатна система, за да начертаете еластичната сила спрямо удължението на пружината.

7 - Определете как еластичната сила зависи от удължението на пружината.

Колкото по-голямо е удължението на пружината, толкова по-голяма е еластичната сила, т.е. колкото по-дълго се разтяга пружината, толкова по-голяма е еластичната сила.

8 - Използвайки построената права линия, намерете твърдостта на пружината.

k = Fконтрол /|x|
k = 4/0,1 = 40 H/m

9 - Определете дали твърдостта на пружината зависи от нейната дължина и ако да, как се променя с намаляване на дължината на пружината.

Коравината на пружината не зависи от удължаването на дължината на пружината. Всяка пружина има k (коравина на пружината) и е постоянна, независимо от Fcontrol и Δx

Общинско учебно заведение "6 гимназия" Работилница по физика 10 клас

Лабораторна работа №3

Измерване на твърдостта на пружината

Цел на работата: намерете твърдостта на пружината от измервания на удължението на пружината при различни стойности на гравитацията, балансирайки еластичната сила
въз основа на закона на Хук:
. Във всеки експеримент твърдостта се определя при различни значениясили на еластичност и удължение, т.е. експерименталните условия се променят. Следователно, за да се намери средната стойност на коравина, е невъзможно да се изчисли средноаритметичната стойност на резултатите от измерването. Нека използваме графичен метод за намиране на средната стойност, който може да се приложи в такива случаи. Въз основа на резултатите от няколко експеримента ще начертаем зависимостта на модула на еластичната сила
от разширителен модул X. Когато се изгражда графика въз основа на резултатите от експеримента, експерименталните точки може да не са на правата линия, която съответства на формулата
. Това се дължи на грешки в измерването. В този случай графиката трябва да бъде начертана така, че приблизително еднакъв брой точки да са от противоположните страни на правата линия. След като построите графиката, вземете точка на правата линия (в средната част на графиката), определете от нея стойностите на еластичната сила и удължението, съответстващи на тази точка, и изчислете твърдостта к. Това ще бъде желаната средна твърдост на пружината .

Резултатът от измерването обикновено се записва като израз
, Къде
- най-голямата абсолютна грешка при измерване. Известно е, че относителната грешка ( ) е равно на отношението на абсолютната грешка
до стойността на количеството к :
, където
.

В тази работа
. Ето защо
, Къде
;
;
.

Урок 13/33

Предмет. Лабораторна работа № 2 „Измерване на твърдостта на пружината“

Цел на урока: проверете валидността на закона на Хук за пружина на динамометър и измерете коефициента на твърдост на тази пружина

Вид на урока: контрол и оценка на знанията

Оборудване: статив със съединител и скоба, динамометър с нанесена скала, комплект тежести с известна маса (100 g всяка), линийка с милиметрови деления

ХОД НА РАБОТАТА

1. Монтирайте динамометъра на статив на достатъчно висока височина.

2. Висящи различни количестватегла (от едно до четири), изчислете за всеки случай съответната стойност F = mg и също така измерете съответното разширение на пружината x.

3. Запишете резултатите от измерванията и изчисленията в таблицата:

	м, кг	mg, N

4. Начертайте координатните оси x и F, изберете удобен мащаб и нанесете точките, получени при експеримента.

6. Изчислете коефициента на твърдост по формулата k = F /x, като използвате резултатите от експеримент № 4 (това осигурява най-голяма точност).

7. За изчисляване на грешката трябва да използваме опита, който получихме при експеримент № 4, тъй като той съответства на най-малката относителна грешка на измерване. Изчислете границите Fmin и Fmax, в които истински смисъл F, като се приеме, че Fmin = F - ΔF, F = F + ΔF. Вземете ΔF = 4Δm g, където Δm е грешката по време на производството на тежести (за оценка можем да приемем, че Δm = 0,005 kg):

където Δх = 0,5 mm.

8. Използвайки метода за оценка на грешката на косвените измервания, изчислете:

9. Изчислете средната стойност на kcep и абсолютната грешка на измерване Δk, като използвате формулите:

10. Изчислете относителната грешка на измерване:

11. Попълнете таблицата:

Фмин, Х	Fmax, H	xmin, m	xmax, m	kmin, N/m	kmax, N/m	k сър, N/m

12. Запишете резултата в тетрадката си за лабораторна работа под формата k = kcep ± Δk, като заместите числените стойности на намерените количества в тази формула.

13. Запишете заключението в лабораторната си тетрадка: какво сте измерили и какъв резултат сте получили.

Развитие на уроците (бележки към уроците)

Средно общо образование

Линия UMK G. Yakishev. Физика (10-11) (U)

внимание! Администрацията на сайта не носи отговорност за съдържанието на методическите разработки, както и за съответствието на разработката с Федералния държавен образователен стандарт.

Цел на урока:проверете валидността на закона на Хук за пружината на динамометъра и измерете коефициента на твърдост на тази пружина, изчислете грешката при измерване на стойността.

Цели на урока:

1. образователни: способност за обработка и обяснение на резултатите от измерванията и извеждане на заключения Консолидиране на експериментални умения
2. образователни: включване на учениците в активни практически дейности, подобряване на комуникативните умения.
3. развиващи: овладяване на основните техники, използвани във физиката - измерване, експеримент

Тип урок:урок за обучение на умения

Оборудване:статив със съединител и скоба, спирална пружина, набор от тежести с известна маса (100 g всяка, грешка Δm = 0,002 kg), линийка с милиметрови деления.

Напредък в работата

I. Организационен момент.

II. Актуализиране на знанията.

• Какво е деформация?
• Държавният закон на Хук
• Какво е твърдост и в какви единици се измерва?
• Дайте концепцията за абсолютна и относителна грешка.
• Причини, водещи до грешки.
• Грешки, възникващи по време на измерванията.
• Как да начертаете графики на експериментални резултати.

Възможни отговори на учениците:

• Деформация– промяна на относителното положение на частиците на тялото, свързана с тяхното движение една спрямо друга. Деформацията е резултат от промени в междуатомните разстояния и пренареждане на блокове от атоми. Деформациите се делят на обратими (еластични) и необратими (пластични, пълзене). Еластичните деформации изчезват след края на приложените сили, но остават необратими деформации. Еластичните деформации се основават на обратими измествания на метални атоми от равновесното положение; пластмасовите се основават на необратими движения на атомите на значителни разстояния от първоначалните им равновесни позиции.

• Закон на Хук: „Еластичната сила, която възниква при деформация на тялото, е пропорционална на неговото удължение и е насочена обратно на посоката на движение на частиците на тялото по време на деформация.“
  
  Еконтрол = – kx

• Твърдосте коефициентът на пропорционалност между еластичната сила и изменението на дължината на пружината под въздействието на сила, приложена към нея. Определете к. Мерна единица N/m. Според третия закон на Нютон силата, приложена към пружината, е равна по големина на генерираната в нея еластична сила. Така твърдостта на пружината може да се изрази като:

  к = Еконтрол / х

• Абсолютна грешкаприблизителна стойност се нарича модулът на разликата между точната и приблизителната стойност.

  ∆X = |X – Xср|

• Относителна грешкаприблизителна стойност е отношението на абсолютната грешка към абсолютната стойност на приблизителната стойност.

  ε = ∆X/X

• Измерванияникога не може да се извърши абсолютно точно. Резултатът от всяко измерване е приблизителен и се характеризира с грешка - отклонение на измерената стойност на физическо количество от истинската му стойност. Причините, водещи до грешки, включват:
  – ограничена производствена точност на измервателните уреди.
  - промяна външни условия(промяна на температурата, колебания на напрежението)
  – действия на експериментатора (забавяне на пускането на хронометъра, различни позиции на очите...).
  – приблизителен характер на законите, използвани за намиране на измерените величини

• Грешки, възникващи по време на измерванията, се разделят на систематичен и случаен. Систематичните грешки са грешки, съответстващи на отклонението на измерената стойност от истинската стойност на физическа величина, винаги в една посока (увеличаване или намаляване). При многократни измервания грешката остава същата. Причинипоява на системни грешки:
  – несъответствие на средствата за измерване със стандарта;
  – неправилен монтаж на измервателни уреди (наклон, дисбаланс);
  – несъответствие между първоначалните показатели на устройствата и нулата и игнориране на корекциите, които възникват във връзка с това;
  – несъответствие между измервания обект и предположението за свойствата му.

Случайните грешки са грешки, които променят числената си стойност по непредсказуем начин. Причиняват се такива грешки голям бройнеконтролируеми причини, засягащи процеса на измерване (неравности по повърхността на обекта, духане на вятър, пренапрежения на тока и др.). Влиянието на случайните грешки може да бъде намалено чрез многократно повтаряне на експеримента.

Грешки на измервателните уреди. Тези грешки се наричат ​​още инструментални или инструментални. Те се определят от конструкцията на измервателния уред, точността на неговото производство и калибриране.

Когато се изгражда графика въз основа на резултатите от експеримента, експерименталните точки може да не са на правата линия, която съответства на формулата Еконтрол = kx

Това се дължи на грешки в измерването. В този случай графиката трябва да бъде начертана така, че приблизително еднакъв брой точки да са от противоположните страни на правата линия. След като построите графиката, вземете точка на правата линия (в средната част на графиката), определете от нея стойностите на еластичната сила и удължението, съответстващи на тази точка, и изчислете твърдостта к. Това ще бъде желаната средна твърдост на пружината кср

III. Работен ред

1. Прикрепете края на винтовата пружина към статива (другият край на пружината е снабден със стрелка и кука, вижте фигурата).

2. До или зад пружината монтирайте и закрепете линийка с милиметрови деления.

3. Отбележете и запишете делението на линийката, срещу което пада стрелката на пружинния показалец.

4. Окачете товар с известна маса на пружината и измерете удължението на пружината, причинено от това.

5. Към първото натоварване добавете второто, третото и т.н. тегло, като записвате удължението всеки път | X| пружини.

Въз основа на резултатите от измерването попълнете таблицата:

		Еконтрол = мг, Н	׀ ‌X׀ ‌, · 10 –3 m	кср., N/m

6. Въз основа на резултатите от измерването начертайте зависимостта на еластичната сила от удължението и, като я използвате, определете средната стойност на твърдостта на пружината к cp.

Изчисляване на грешките на директните измервания.

Вариант 1. Изчисляване на случайна грешка.

1. Изчислете твърдостта на пружината във всеки експеримент:

k =	Е	,
	│х│

2. кср = ( к 1 + к 2 + к 3 + к 4)/4 ∆к = ׀ ‌к – к cf ׀ ‌, ∆ к av = (∆ к 1 + ∆к 2 + ∆к 3 + ∆к 4)/4

Въведете резултатите в таблицата.

3. Изчислете относителната грешка ε = ∆ кср / кср. · 100%

4. Попълнете таблицата:

	Еконтрол, Н	׀ ‌X׀ ‌, · 10 –3 m	к, N/m	кср., N/m	Δ к, N/m	Δ кср., N/m

5. Напишете отговора си като: к = кср. ± ∆ к cf, ε =…%, замествайки числените стойности на намерените количества в тази формула.

Вариант 2. Изчисляване на инструментална грешка.

1. к = мг/XЗа изчисляване на относителната грешка използваме формула 1, стр. 344 от учебника.

ε = ∆ А/А + ∆IN/IN + ∆СЪС/СЪС = ε м + ε ж + ε х.

∆м= 0,01 · 10 –3 kg; ∆ ж= 0,2 kg m/s s; ∆ х=1 мм

2. Изчислете най-великиятотносителна грешка, с която е намерена стойността к cf (от опит с едно натоварване).

ε = ε м + ε ж + ε х = ∆м/м + ∆ж/ж + ∆х/х

3. Намерете ∆ к av = k av ε

4. Попълнете таблицата:

5. Напишете отговора си като: к = кср. ± ∆ к cf, =…%, замествайки числените стойности на намерените количества в тази формула.

Вариант 3. Изчисление с помощта на метода за оценка на грешката на косвените измервания

1. За да изчислим грешката, трябва да използваме опита, който получихме при експеримент № 4, тъй като той съответства на най-малката относителна грешка на измерване. Изчислете границите Емин. и Е max , който съдържа истинската стойност Е, като се има предвид това Емин = Е – Δ Е, Емакс = Е + Δ Е.

2. Приемете Δ Е= 4Δ м· ж, където Δ м– грешка по време на производството на тежести (за оценка можем да приемем, че Δ м= 0,005 кг):

хмин = х – ∆х хмакс = х + ∆х, където Δ X= 0,5 мм.

3. Използвайки метода за оценка на грешката на косвените измервания, изчислете:

кмакс = Емакс/ хмин кмин = Емин./ хмакс

4. Изчислете средната стойност на kcp и абсолютната грешка на измерване Δ кпо формулите:

кср = ( кмакс. + к min)/2 Δ к = (кмакс – кмин)/2

5. Изчислете относителната грешка на измерване:

ε = ∆ кср / кср. · 100%

6. Попълнете таблицата:

Емин., H	Емакс., H	хмин., м	хмакс., m	кмин., N/m	кмакс., N/m	кср., N/m	Δ к, N/m

7. Запишете резултата в лабораторната си тетрадка, както следва: к = к cp ± Δ к, ε = …% чрез заместване на числените стойности на намерените количества в тази формула.

Запишете изводите си от свършената работа в лабораторната тетрадка.

IV. Отражение

Опитайте се да съставите синквин за понятието „урок - работилница“. Sinkwine (в превод от френски – пет реда): Първият ред е едно съществително (същността, името на темата);

Вторият ред е описание на свойствата-признаци на темата с две думи (две прилагателни);

Третият ред е описание на действието (функциите) в рамките на темата с три глагола;

Четвъртият ред е фраза (фраза) от четири думи, показваща отношението към темата;

Петият ред е еднословен синоним (съществително), който повтаря същността на темата (до първото съществително).

Лабораторна работа

"Определяне на твърдостта на пружината"

Цел на работата : Определяне на константата на пружината. Проверка на валидността на закона на Хук. Оценка на грешката на измерване.

Работен ред .

Основно ниво

Оборудване : статив със съединител и крак, комплект тежести 100 гр., пружинен динамометър, линийка.

Л0 Е

Л1 в този случай.

л= Л0 - Л1

кср.по формулакср=( к1 + к2 + к3 )/3

Е,Н

л,м

к,N/m

кср, N/m

6. Начертайте графика на връзкатал ( Е).

Напреднало ниво

Оборудване : статив със съединител и краче, комплект тежести 100 гр., пружина, линийка.

Монтирайте пружината в статив и измерете дължината на пружинатаЛ0 в отсъствието външно влияние (Е=0Н). Запишете резултатите от измерването в таблицата.

Окачете товар от 1 N на пружината и определете дължината муЛ1 в този случай.

Намерете деформацията (удължението) на пружината, като използвате формулатал= Л0 - Л1 .Въведете резултатите от измерването в таблицата.

По същия начин намерете удължението на пружината при окачване на товари с тегло 2 N и 3 N. Въведете резултатите от измерването в таблицата.

Изчислете средно аритметичнотокср.по формулакср=( к1 + к2 + к3 )/3

Оценете грешката ∆кпо метода на средната грешка. За да направите това, изчислете модула на разликата│ кср- кi│=∆ кiза всяко измерение

к = к ср ±∆ к

Е,Н

л,м

к,N/m

кср, N/m

∆к,N/m

∆кср, N/m

Напреднало ниво

Оборудване: статив с куплунг и краче, комплект тежести 100 гр., пружина, линийка.

Монтирайте пружината в статив и измерете дължината на пружинатаЛ0 при липса на външно влияние (Е=0Н). Запишете резултатите от измерването в таблицата.

Окачете товар от 1 N на пружината и определете дължината муЛ1 в този случай.

Намерете деформацията (удължението) на пружината, като използвате формулатал= Л0 - Л1 .Въведете резултатите от измерването в таблицата.

По същия начин намерете удължението на пружината при окачване на товари с тегло 2 N и 3 N. Въведете резултатите от измерването в таблицата.

Изчислете средно аритметичнотокср.по формулакср=( к1 + к2 + к3 )/3

Изчислете относителните грешки и абсолютната грешка на измерване∆ кспоред формулите

ε Е=(∆ Е0 + ЕИ) / Емакс

ε л=(∆ л0 + лИ) / лмакс

ε к=ε Е+ε л

∆k= εк* кср

Запишете получения резултат във формулярак = к ср±∆ к

Начертайте графика на връзкатал ( Е).Формулирайте геометричен смисълтвърдост.

Е,Н

л,м

к,N/m

кср, N/m

ε Е

ε л

ε к

∆ к