Лабораторна робота - вимірювання коефіцієнта жорсткості пружини. Лабораторна робота «Вимірювання жорсткості пружини» методична розробка з фізики на тему
МОУ «Гімназія №6» Фізичний практикум 10 клас
Лабораторна робота №3
Вимірювання жорсткості пружини
Мета роботи: знайти жорсткість пружини з вимірів подовження пружини при різних значеннях сили тяжіння, що врівноважує силу пружності
на основі закону Гука:
. У кожному з дослідів жорсткість визначається при різних значенняхсили пружності та подовження, тобто. умови досвіду змінюються. Тому знаходження середнього значення жорсткості не можна обчислити середнє арифметичне результатів вимірів. Скористаємося графічним способомзнаходження середнього значення, який може бути застосований у таких випадках. За результатами кількох дослідів побудуємо графік залежності модуля сили пружності
від модуля подовження х. При побудові графіка за результатами досвіду експериментальні точки можуть опинитися на прямий, що відповідає формуле
. Це з похибками вимірів. У цьому випадку графік треба проводити так, щоб приблизно однакова кількість точок виявилася по різні боки від прямої. Після побудови графіка візьміть точку на прямій (у середній частині графіка), визначте по ньому значення сили пружності та подовження, що відповідають цій точці, і обчисліть жорсткість k. Вона і буде шуканим середнім значенням жорсткості пружини. .
Результат виміру зазвичай записується у вигляді виразу
, де
- Найбільша абсолютна похибка вимірювання. Відома, що відносна похибка ( ) дорівнює відношенню абсолютної похибки
до значення величини k
:
, звідки
.
В даній роботі
. Тому
, де
;
;
.
Щоб скористатися попереднім переглядом презентацій, створіть собі обліковий запис Google і увійдіть до нього: https://accounts.google.com
Підписи до слайдів:
Лабораторна робота «Вимір жорсткості пружини» Вчитель фізики ДБОУ ЗОШ №145 Калінінського району Санкт-Петербурга Карабаш'ян М.В.
перевірити справедливість закону Гука для пружини динамометра та виміряти коефіцієнт жорсткості цієї пружини. Мета роботи Обладнання: набір «Механіка» з комплекту L-micro-штатів з муфтою та затискачем, динамометр із заклеєною шкалою, набір вантажів відомої маси (по 50 г), лінійка з міліметровими поділками.
Підготовчі питання Що таке сила пружності? Як обчислити силу пружності, що виникає у пружині при підвішуванні до неї вантажу масою m кг? Що таке подовження тіла? Як виміряти подовження пружини при підвішуванні до неї вантажу? У чому полягає закон Гука?
Правила техніки безпеки Будьте обережні під час роботи з розтягнутою пружиною. Не кидайте і не кидайте вантажі.
Опис роботи: Відповідно до закону Гука, модуль F сили пружності і модуль подовження пружини пов'язані співвідношенням F = kx . Вимірявши F і х, можна знайти коефіцієнт жорсткості k за формулою
У кожному з дослідів жорсткість визначається за різних значень сили пружності та подовження, тобто умови досвіду змінюються. Тому знаходження середнього значення жорсткості не можна обчислити середнє арифметичне результатів вимірів. Скористаємося графічним способом знаходження середнього значення, який може бути використаний у таких випадках. За результатами кількох дослідів побудуємо графік залежності модуля сили пружності F упр від модуля подовження \х\. При побудові графіка за результатами досвіду експериментальні точки можуть опинитися на прямий, що відповідає формулі F yпp =k\x\ . Це з похибками вимірів. У цьому випадку графік треба проводити так, щоб приблизно однакова кількість точок, виявилося, по різні боки від прямої. Після побудови графіка візьміть точку на прямій (у середній частині графіка) визначте по ньому значення сили пружності та подовження, що відповідають цій точці, і обчисліть жорсткість k . Вона буде шуканим середнім значенням жорсткості пружини k порівн.
1. Закріпіть на штативі кінець спіральної пружини (інший кінець пружини має стрілку-покажчик і гачок). 2. Поруч із пружиною або за нею встановіть і закріпіть лінійку з міліметровими поділками. 3. Позначте і запишіть поділ лінійки, проти якого доводиться стрілка-покажчик пружини. 4. Підвісьте до пружини вантаж відомої маси і виміряйте подовження пружини, що викликано ним. 5. До першого вантажу додайте другий, третій і т. д. вантажі, записуючи щоразу подовження пружини. За результатами вимірювань заповніть таблицю ХІД РОБОТИ:
№ досліду m, кг mg, H х, м 1 0,1 2 0,2 3 0,3 4 0,4
6. Накресліть осі координат х і F, виберіть зручний масштаб та нанесіть отримані експериментальні точки. 7. Оцініть (якісно) справедливість закону Гука для даної пружини: чи знаходяться експериментальні точки поблизу однієї прямої, яка проходить через початок координат. 8. За результатами вимірювань побудуйте графік залежності сили пружності від подовження та, користуючись ним, визначте середнє значення жорсткості пружини k порівн. 9. Розрахуйте найбільшу відносну похибку, з якою знайдено значення k cp 10. Запишіть зроблений вами висновок.
Контрольні питання: Як називається залежність між силою пружності та подовженням пружини? Пружина динамометра під впливом сили 4Н подовжилася на 5 мм. Визначте вагу вантажу, під дією якого пружина подовжується на 16 мм.
Лабораторні роботи з фізики 9 клас Генденштейн Орлов Хід роботи
1 - Закріпіть кінець пружини у штативі. Виміряйте висоту, на якій знаходиться нижній кінець пружини над столом.
2 - Підвішіть до пружини вантаж масою 100 грам. Виміряйте висоту, на якій знаходиться нижній кінець пружини над столом. Обчисліть подовження пружини.
3 - Повторіть вимірювання, підвішуючи до пружини два, три та чотири вантажі масою по 100 грам.
4 - Запишіть результати до таблиці.
5 - Накресліть систему координат для побудови графіка залежності сили пружності від подовження пружини.
7 - Визначте, як залежить сила пружності від подовження пружини.
Чим більше подовження пружини, тим більше сила пружності, тобто чим довше розтягується пружина, тим більша сила пружності.8 - За побудованою прямою знайдіть жорсткість пружини.
k = Fпр / | x |k = 4/0.1 = 40 Н/м
9 - Визначте, чи залежить жорсткість пружини від її довжини, і якщо залежить, як вона змінюється при зменшенні довжини пружини.
Жорсткість пружини залежить від подовження довжини пружини. У кожної пружини є k(жорсткість пружини) і вона постійна, не залежить від Fпр і від ΔxЗ фізики за 9 клас (І.К.Кікоїн, А.К.Кікоїн, 1999 рік),
завдання №2
до глави « ЛАБОРАТОРНІ РОБОТИ».
Мета роботи: знайти жорсткість пружини з вимірів подовження пружини за різних значень сили тяжіння
врівноважує силу пружності на основі закону Гука:
У кожному з дослідів жорсткість визначається за різних значень сили пружності та подовження, тобто умови досвіду змінюються. Тому знаходження середнього значення жорсткості не можна обчислити середнє арифметичне результатів вимірів. Скористаємося графічним способом знаходження середнього значення, який може бути використаний у таких випадках. За результатами кількох дослідів побудуємо графік залежності модуля сили пружності F упр від модуля подовження | x |. При побудові графіка за результатами досвіду експериментальні точки можуть опинитися на прямий, що відповідає формуле
Це з похибками виміру. У цьому випадку графік треба проводити так, щоб приблизно однакова кількість точок виявилася по різні боки від прямої. Після побудови графіка візьміть точку на прямій (у середній частині графіка), визначте по ньому значення сили пружності та подовження, що відповідають цій точці, і обчисліть жорсткість k. Вона буде шуканим середнім значенням жорсткості пружини k порівн.
Результат виміру зазвичай записується як виразу k = = k cp ±Δk, де Δk - найбільша абсолютна похибка вимірювання. З курсу алгебри (VII клас) відомо, що відносна похибка (ε k) дорівнює відношенню абсолютної похибки Δk значення величини k:
звідки Δk - k k. Існує правило до розрахунку відносної похибки: якщо визначається в досвіді величина перебуває у результаті множення і розподілу наближених величин, які входять у розрахункову формулу, то відносні похибки складаються. В даній роботі
Засоби виміру: 1) набір вантажів, маса кожного дорівнює m 0 = 0,100 кг, а похибка Δm 0 = 0,002 кг; 2) лінійка з міліметровими поділками.
Матеріали: 1) штатив з муфтами та лапкою; 2) спіральна пружина.
Порядок виконання роботи
1. Закріпіть на штативі кінець спіральної пружини (інший кінець пружини забезпечений стрілкою-вказівником і гачком - рис. 176).
2. Поруч із пружиною або за нею встановіть і закріпіть лінійку з міліметровими поділками.
3. Позначте і запишіть поділ лінійки, проти якого доводиться стрілка-покажчик пружини.
4. Підвісьте до пружини вантаж відомої маси і виміряйте подовження пружини, що викликано ним.
5. До першого вантажу додайте другий, третій тощо. буд. вантажі, записуючи щоразу подовження |х| пружини. За результатами вимірів заповніть таблицю:
6. За результатами вимірювань побудуйте графік залежності сили пружності від подовження та, скориставшись ним, визначте середнє значення жорсткості пружини k cp .
7. Розрахуйте найбільшу відносну похибку, з якою знайдено значення k ср (з досвіду з одним вантажем). У формулі (1)
оскільки похибка при вимірі подовження Δx=1 мм, то
8. Знайдіть
і запишіть відповідь у вигляді:
1 Прийняти g≈10 м/с 2 .
Закон Гука: "Сила пружності, що виникає при деформації тіла, пропорційна його подовженню і спрямована протилежно до напрямку переміщення частинок тіла при деформації".
Закон Гука
Жорсткістю називають коефіцієнт пропорційності між силою пружності та зміною довжини пружини під дією прикладеної до неї сили. Згідно з третім законом Ньютона, прикладена до пружини сила по модулю дорівнює виникла в ній силі пружності. Таким чином, жорсткість пружини можна виразити як:
де F - прикладена до пружини сила, а х - зміна довжини пружини під її дією. Засоби виміру: набір вантажів, маса кожного дорівнює m 0 = (0,1±0,002) кг.
Лінійка з міліметровими розподілами (Δх = ±0,5 мм). Порядок виконання роботи описаний у підручнику та коментарів не вимагає.
маса, кг |
подовження |х|, | |||