Определение плотности твердого тела с помощью
штангенциркуля и технических весов
Цель работы: определить плотность вещества, из которого изготовлены предложенные твердые тела.
Оборудование: весы технические с разновесом, штангенциркуль, тела, плотность которых нужно определить, справочная таблица.
Содержание и метод выполнения работы.
Плотность однородного тела равна отношению массы этого тела к его объему:
В данной работе массу измеряют с помощью технических весов, а объем – по линейным размерам, найденным с помощью штангенциркуля.
Технические весы – высокочувствительный точный прибор, они нуждаются в бережном отношении и соблюдении определенных правил обращения. В конструкции весов предусмотрены необходимые устройства, обеспечивающие правильную их установку и действие. Нормальная работа весов осуществляется при вертикальном положении основной стойки 1. Для этого на ней укреплен отвес 2, а две передние ножки основания снабжены уравнительными винтами 3.
Технические весы имеют специальное устройство – арретир 4, позволяющий лишь на время измерения поднимать опорную пластину с коромыслом и чашками. Во время же смены грузов весы должны быть опущены на арретире. Поворачивать ручку арретира следует плавно, не допуская резких колебаний коромысла и чашек.
Штангенциркулем измеряют длины не более 12 см с точностью 0,1мм. Целые миллиметры отсчитывают по делениям линейки 1 штангенциркуля, а десятые доли миллиметра – по перемещающемуся нониусу 2, когда между губками прибора зажат измеряемый предмет 3.
Порядок выполнения работы.
-
Подготовьте в тетради таблицу для записи результатов измерений и вычислений:
№ опыта
|
Вещество
|
m, г
|
l, см
|
d, см
|
V, см3
|
ρ, г/см3
|
ρ, кг/м3
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-
Проверьте правильность установки весов. Для этого, пользуясь уравнительными винтами, добейтесь, чтобы острие отвеса совпало с острием шпильки, укрепленной на основании.
-
Определите взвешиванием массу тела с точностью до 0,1 г.
-
Измерьте штангенциркулем длину тела с точностью до 0,1 мм.
-
Измерьте штангенциркулем диаметр тела с точностью до 0,1 мм.
-
Вычислите объем тела по формуле: .
-
Вычислите плотность вещества.
-
Результаты измерений и вычислений запишите в таблицу.
-
Вычислите относительную и абсолютную погрешность измерений и запишите окончательный результат.
Относительная погрешность вычисления плотности равна
Абсолютная погрешность: , где ∆m = 0,1 г, ∆l = 0,1 мм, ∆d = 0,1 мм.
-
Переведите плотность вещества в кг/м3.
Контрольные вопросы.
-
В измерении какой величины, на ваш взгляд, допущена наибольшая относительная погрешность? Почему?
-
Соответствует ли полученный результат плотности, указанной для данного вещества в справочной таблице?
Определение коэффициента трения скольжения
с использованием закона сохранения и превращения энергии
Цель работы: определить коэффициент трения дерева по дереву.
Оборудование: трибометр лабораторный с бруском, динамометр пружинный на нагрузку 4 Н, линейка измерительная с миллиметровыми делениями, весы с разновесом, набор грузов по механике, прочная нить длиной 20-30 см.
Теоретическое обоснование работы.
Для выполнения этой работы на линейку трибометра помещают брусок и динамометр, связанные нитью (смотри рисунок).
Если динамометр вместе с линейкой прижать рукой к столу, а брусок оттянуть, чтобы динамометр показывал некоторую силу F, то потенциальную энергию пружины можно записать так: ; так как Fу = kx, то , где Fу – показание динамометра, а х – растяжение пружины.
После освобождения брусок будет двигаться до остановки, и потенциальная энергия пружины израсходуется на совершение работы по преодолению силы трения на пути S. Эту работу можно представить таким выражением , где μ – коэффициент трения, m – масса бруска, g – ускорение свободного падения, S – путь бруска.
По закону сохранения энергии , следовательно .
Силу упругости пружины измеряют динамометром, растяжение пружины и путь, пройденный бруском – линейкой, массу бруска – взвешиванием.
Выполнение работы
-
Подготовьте в тетради таблицу для записи результатов измерений и вычислений
№ опыта
|
F, Н
|
m, кг
|
х, м
|
S, м
|
μ
|
μср
|
1
|
|
|
|
|
|
|
2
|
|
|
|
|
|
3
|
|
|
|
|
|
-
Определите взвешиванием массу бруска.
-
К крючкам динамометра и бруска привяжите нить так, чтобы расстояние между ними было примерно 10 см, брусок с динамометром поместите на линейку, как показано на рисунке.
-
Конец динамометра с петлей совместите с концом линейки и прижмите их рукой к столу. Затем оттяните брусок так, чтобы динамометр показывал силу 1 Н, измерьте растяжение пружины. Отметьте положение бруска и отпустите его.
-
Измерьте линейкой расстояние S, пройденное бруском, и вычислите коэффициент трения.
-
Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу.
-
Опыт повторите, изменив один раз массу бруска (поместите на него дополнительно груз 100 г), а другой раз – растяжение пружины (увеличьте показание динамометра до 2 Н).
-
Результаты вычислений и измерений занесите в таблицу. Найдите среднее значение коэффициента трения и вычислите абсолютную и относительную погрешности результата (Погрешности вычисляйте по результатам первого опыта) ; ; ∆F = 0,1 Н; ∆ х= ∆S = 1 мм; ∆m = 0,1 г.
Вывод запишите в виде
-
Определите коэффициент трения, пользуясь формулой , где N = mg.
Для этого силу трения определите по показанию динамометра при равномерном перемещении бруска вдоль линейки, а массу бруска возьмите из первого опыта.
10. Сравните полученные результаты и сделайте вывод.
Контрольные вопросы.
-
Зависит ли коэффициент трения скольжения от изменения нагрузки на брусок и от изменения силы упругости пружины?
-
Какие приборы из оборудования к данной работе следует заменить, чтобы получить другое значение коэффициента трения?
-
Какое преобразование энергии происходит при выполнении описанного опыта?
Изучение второго закона Ньютона
Цель работы: выяснить, выполняется ли на практике второй закон Ньютона.
Оборудование: прибор по кинематике и динамике с движущейся тележкой, секундомер, штатив.
Содержание и метод выполнения работы.
По второму закону Ньютона ускорение, сообщаемое телу силой, прямо пропорционально этой силе и обратно пропорционально массе тела: .
Экспериментальную проверку указанной зависимости выполняют на приборе с движущейся тележкой. Модуль ускорения определяют из соотношения: .
Модуль перемещения измеряют измерительной лентой, время движения – секундомером. Прибор, с которым выполняют работу, состоит из металлического рельса, по которому может перемещаться тележка. Масса тележки вместе со столиком для грузов равна 240 г. Через блок в обойме перекинута нить, один конец которой привязан к тележке, а другой – к тарелке для грузов массой 3 г. К прибору прилагаются два груза массой по 120 г и два груза массой по 3 г.
Порядок выполнения работы.
Задание 1. Исследование зависимости ускорения от действующей силы при постоянной массе.
-
Подготовьте в тетради таблицу для записи результатов измерений и вычислений.
№ опыта
|
F, Н
|
m, кг
|
S, м
|
t, с
|
а,
|
1
|
|
|
|
|
|
2
|
|
|
|
|
|
-
Ознакомьтесь с устройством и действием прибора по кинематике и динамике с движущейся тележкой.
-
Положите на столик тележки груз массой 246 г (два груза по 120 г и два груза по 3 г) и наклоните прибор так, чтобы тележка двигалась равномерно.
-
Приложите к тележке силу 0,03 Н, для этого привяжите к тележке нить с тарелкой массой 3 г и перебросьте нить через блок.
-
Измерьте время, которое понадобится, чтобы тележка прошла 1 м. Зная модуль перемещения и время, вычислите модуль ускорения тележки.
-
Увеличьте силу тяги в два раза, не изменяя массы движущихся тел. Для этого снимите с тележки один груз массой 3 г и положите на тарелку, привязанную к другому концу нити.
-
Вновь вычислите модуль ускорения движения тележки и результаты запишите в таблицу.
-
На основании полученных результатов сделайте вывод о зависимости модуля ускорения от действующей силы при постоянной массе.
Задание 2. Исследование зависимости ускорения от массы движущихся тел при постоянной действующей силе.
-
Приготовьте в тетради таблицу для записи результатов измерений и вычислений (см. задание 1).
-
Снимите с тележки все грузы и вычислите модуль ускорения её движения (масса движущихся тел 246 г) при силе тяги 0,06 Н (вес тарелки и одного груза массой 3 г).
-
Положите на тарелку груз массой 120 г и снова вычислите модуль ускорения её движения (масса движущихся тел 366 г) при прежней силе тяги.
-
Результаты всех измерений и вычислений запишите в таблицу.
-
Сформулируйте вывод о зависимости модуля ускорения от массы движущихся тел при неизменной силе.
Контрольные вопросы:
-
Модуль ускорения можно вычислять, пользуясь разными промежутками времени. Когда будет получен более точный результат?
-
Масса каких тел не учитывается при выполнении работы?
-
Получатся ли установленные в работе зависимости, если не компенсировать силу трения с помощью наклона прибора?
-
Каковы основные причины погрешностей, возникающих при измерении модуля перемещения, времени и модуля ускорения движения тела?
Изучение колебаний пружинного маятника
Цель работы: проверить зависимость (или независимость) частоты свободных колебаний пружинного маятника от жесткости пружины и массы груза.
Оборудование: набор грузов массой по 100 г, пружина, штатив лабораторный, измерительная линейка, секундомер.
Теоретическое обоснование работы.
Груз, подвешенный на стальной пружине и выведенный из положения равновесия, совершает под действием сил тяжести и упругости пружины гармонические колебания. Собственная частота колебаний такого пружинного маятника определяется выражением , где k – жесткость пружины, m – масса груза. Задача данной работы заключается в том, чтобы экспериментально проверить полученную теоретическую закономерность. Для решения этой задачи сначала необходимо определить жесткость пружины, применяемой в лабораторной установке, массу груза и вычислить собственную частоту колебаний маятника. Затем, подвесив груз на пружину, экспериментально проверить полученный теоретически результат.
Ход работы.
1. Подготовьте в тетради таблицу для записи результатов измерений и вычислений.
-
№ опыта
|
F, Н
|
х, м
|
K, Н/м
|
m, кг
|
ν0 , Гц
|
t, с
|
ν, Гц
|
· 100%
|
1
2
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. Укрепите на штативе пружину и подвесьте к ней груз массой 100 г. Рядом с грузом укрепите вертикально измерительную линейку и отметьте по ней начальное положение груза.
3. Подвесьте к пружине еще 2 груза по 100 г (см. рис.) и измерьте её удлинение х, вызванное действием силы F = 2 Н. По измеренному удлинению и известной силе вычислите жесткость пружины, используя закон Гука: F=kx.
4. Зная величину жесткости пружины, вычислите собственную частоту колебаний ν0 пружинного маятника массой 200 г и 400 г.
5. Подвесьте к пружине два груза массами по 100 г, выведите пружинный маятник из положения равновесия и экспериментально определите частоту его колебаний ν. Для этого измерьте интервал времени t, за который маятник совершает 20 полных колебаний, и произведите расчет по формуле , где N – число колебаний.
6. Такие же измерения и вычисления выполните с маятником массой 400 г.
7. Вычислите отклонение расчетного значения собственной частоты колебаний пружинного маятника от частоты, полученной экспериментально, результаты измерений и вычислений занесите в таблицу.
Контрольные вопросы.
-
Какие вы знаете колебания? Приведите примеры.
-
По какому закону происходит колебание тела, подвешенного на пружине?
-
Зависит ли частота колебаний пружинного маятника от амплитуды колебаний? Проверьте это на опыте с маятником массой 300 г.
-
Для предыдущего случая вычислите период колебаний.
-
Дайте определение частоты колебаний, периода колебаний и амплитуды колебаний.
-
Каким был бы результат опыта в условиях невесомости?
Достарыңызбен бөлісу: |