Методом гидростатического взвешивания

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ

ФИЗИКА

для специальностей среднего профессионального образования

технического профиля

13.02.11 «Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования»

15.02.08 «Технология машиностроения»

11.02.01«Радиоаппаратостроение»

09.02.03 «Программирование в компьютерных системах»

07.02.01 «Архитектура»

08.02.01 «Строительство и эксплуатация зданий и сооружений»

Владимир

Методические рекомендации

К выполнению лабораторных работ.

Общие положения.

Лабораторные работы выполняются в рамках рабочей программы по дисциплине «физика».

Перед выполнением лабораторных работ необходимо иметь допуск. Для допуска необходимо:

1. На листах записать:

-название работы

-цель работы

-приборы и оборудование

-сделать рисунок оборудования и (или) схему

-кратко описать ход работы

-начертить таблицу, в которой должны быть отмечены все физические величины, которые придется измерять и вычислять (в том числе и промежуточные), с указанием единиц их измерения.

Приступая к выполнению лабораторной работы, следует придерживаться следующей последовательности действий:

1. определить цену деления всех имеющихся приборов, с которыми придется работать;

2. определить абсолютные погрешности показаний этих приборов (правила вычисления погрешностей смотри в приложении 2);

3. определить абсолютные погрешности всех заранее известных величин и констант;

4. точно следуя порядку действий, указанных в ходе работы, произвести измерения, результаты занести в таблицу;

5. приступить к расчетам, используя правила подсчета цифр (правила подсчёта смотри в приложении 1);

6. подсчитать абсолютную и относительную погрешности искомой физической величины (величин) – см. приложение 2;

7. записать окончательный результат с учетом абсолютной и относительной погрешностей;

8. отталкиваясь от названия и цели работы, сделать вывод. Вывод пишется от третьего лица единственного или множественного числа в зависимости от количества физических величин в окончательном результате. Следует также проверить, является ли найденная вами величина табличным значением. Если это так, то найденную вами величину необходимо будет сравнить со значением, взятым из учебника. При этом разность между табличным значением и найденной величиной должна быть по модулю меньше или равна абсолютной погрешности, взятой из окончательного результата. В противном случае нужно выполнить работу заново: начертить новую таблицу, произвести необходимые измерения и т.д.

Защита лабораторных работ проводится по контрольным и дополнительным вопросам из темы лабораторной работы, поэтому при подготовке рекомендуется изучить данную тему по курсу лекций или учебнику.

По завершении курса лабораторные работы сдаются преподавателю.

Лабораторная работа № 1.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСКОРЕНИЯ ДВИЖЕНИЯ ТЕЛА

Цель работы:определить ускорение тела по его перемещению и времени движения.

Оборудование:секундомер с датчиками, направляющая рейка, каретка, грузы, штатив с лапкой, пластиковый коврик.

Теория:В работе измеряют ускорение каретки, с которым она движется вдоль направляющей рейки вниз без начальной скорости. Из уравнения для равноускоренного прямолинейного движения следует, что в этом случае перемещение каретки, ускорение и время движения связаны соотношением: , откуда (1).

Следовательно, чтобы определить ускорение, достаточно измерить перемещение и время, затраченное на это перемещение. Перемещение определяют по разности конечной и начальной координат шарика, время движения - секундомером.

Ход работы:

1. Установите каретку наверху в упор на направляющей рейке и придерживайте её рукой.

2. Один из датчиков от секундомера установите настолько близко к каретке, как только возможно, т.е. так, чтобы ещё не срабатывал счётчик секундомера. Второй датчик установите ниже.

3. Измерьте расстояние между датчиками.

4. Отпустите каретку. При прохождении каретки мимо первого датчика секундомер включается, при похождении второго – выключается. Снимите показания секундомера.

5. Вычислите среднее значение ускорения на заданном участке пути.

6. Опыт проделать 3-4 раза, устанавливая второй датчик на разных расстояниях от первого.

7. Вычислите относительную и абсолютную погрешность.

8. Данные измерений и расчетов занесите в таблицу.

№ опыта	х1, мм	х2 ,мм	s, м	t,c	tср, с	аср, м/с2	Относительная погрешность ε, %

В таблице: х₁, - координата начального положения каретки; х₂ -координата конечного положения каретки; s - перемещение каретки; t - время её движения; t_cp - среднее время движения; а_ср - ускорение каретки, рассчитанное по формуле (1).

Контрольные вопросы:

1. В каком случае ускорение тела считается постоянным?
2. Куда направлено ускорение при равноускоренном (равнозамедленном) движении тела?
3. Найдите начальную координату, начальную скорость, ускорение и постройте график зависимости скорости от времени, если движение тела задано уравнением: х=-4+3t+8t².

Лабораторная работа №2.

ИЗМЕРЕНИЕ МАССЫ ТЕЛА

МЕТОДОМ ГИДРОСТАТИЧЕСКОГО ВЗВЕШИВАНИЯ

Цель: научиться измерять массу тела методом гидростатического взвешивания.

Оборудование: штатив, пружина, линейка, мензурка, цилиндрическое тело, сосуд с водой.

Теория:

Гидростатическое взвешивание - метод измерения массы жидкостей и твёрдых тел, основанный на законе Архимеда. Массу твёрдого тела определяют его двукратным взвешиванием — сначала в воздухе, а затем в жидкости, плотность которой известна. Измеряют удлинение пружины, а затем на основании условия равновесия тела получают уравнение для расчёта массы.

На груз в воздухе действует сила тяжести и сила упругости. Условие равновесия груза: . Используя закон Гука, это равенство запишем так:

. (1)

k- жесткость пружины, ∆l₁-удлинение пружины в воздухе, m- масса груза, g – ускорение свободного падения.

В воде действует ещё и Архимедова сила:

, (2)

Где ρ_ж- плотность жидкости, V- объём тела.

Условие равновесие в воде:

, (3)

Где ∆l₂- удлинение пружины в воде.

Масса определяется по формуле:

(4)

Ход работы:

1. Записываем в таблицу плотность воды ускорение свободного падение g , цену деления линейки и мензурки .

2. Измерить объём тела V, опустив его в мензурку с водой.

3. Закрепить пружину и линейку(в вертикальном положении ) в лапке штатива.

4. Подвесить к пружине груз и измерить удлинение в воздухе ∆ .

5. Опустить груз в сосуд с водой и измерить удлинение пружины в воде .

6. Рассчитать значение массы по формуле (4).

7. Рассчитать погрешность измерения массы:

· Относительная погрешность измерения массы

ε .

· Абсолютная погрешность измерения массы:

№ опыта	Плотность жидкости, ρ, кг/м3	Ускорение свободного падения, g , м/с2	Слин, м	Сминз, м3	Объём V, м3	Удлинение пружины, ∆l1, м	Удлинение пружины, ∆l2, м	Масса , m , кг	Относительная погрешность, ε , %	Абсолютная погрешность, ∆m , кг

Контрольные вопросы:

1.Запишите основные уравнения динамики.

2. Сделайте рисунок к лабораторной работе. Обозначьте все силы, действующие на тело в воздухе и в воде. Выведите формулу для массы тела.

3. В стакане с водой плавает кусок льда. Что произойдет с уровнем воды, когда лед растает?

4. В стакане с водой плавает кусок льда с вмерзшим в него деревянным шариком. Что произойдет с уровнем воды, когда лед растает? Что произойдет с шариком, если в стакан налить растительного масла (толщина слоя масла больше диаметра шарика)?

5. Цепь выдерживает нагрузку 70 кН. Можно ли на этой цепи удержать под водой гранитную глыбу объемом 4 м³? Плотность гранита 2600 кг/м³.

Лабораторная работа №3.