Правила обращения с весами
Лабораторная работа №1
Определение плотности твёрдого тела правильной геометрической фигуры
Цель: Освоение метода измерения плотности твердых тел правильной формы по измерениям объема и массы.
Приобретаемые умения и навыки: умение работать с лабораторными весами, штангенциркулем.
Норма времени: 2 часа.
Оснащение рабочего стола: набор тел правильной геометрической формы, весы, линейка, штангенциркуль.
Краткая теория
Плотностью тела по определению называется отношение массы тела к занимаемому этой массой объёму
,(1)
где m – масса тела, V – его объем, если тело однородное.
Соответственно, для определения плотности материала, из которого сделано твердое тело, необходимо измерить массу тела и его объем.
Формулы для вычисления объёмов тел:
Линейные размеры тела измеряются на практике линейкой, штангенциркулем и микрометром.
Если достаточная точность составляет величину порядка 1 мм, то для измерений достаточно использовать линейку или рулетку. Штангенциркуль позволяет измерять с точностью до десятых долей миллиметра, микрометр – с точностью до 0,001 мм = 1 мкм = 10-6 м.
Штангенциркуль представляет собой металлическую линейку с миллиметровой шкалой, на конце которой имеется поперечный выступ. Другой такой же выступ имеется на обойме, движущейся по линейке. Обойма имеет окно, позволяющее видеть шкалу.
На краю обоймы нанесена дополнительная шкала, называемая “нониусом”. Нониус представляет собой дополнительную шкалу, у которой цена деления на 1/n долю меньше, чем цена деления основной шкалы штангенциркуля. Обычно n = 10 или n = 20. В этом случае, если с каким-либо делением основной шкалы совпадает не нулевая отметка нониуса, а другое к – деление нониуса, то это означает, что к целому числу делений основной шкалы, находящейся слева от нуля нониуса, нужно добавить к/n долей цены деления основной шкалы. Например, пусть n = 10, т.е. цена деления нониуса на 0,1 мм меньше цены деления основной шкалы.
Правила обращения с весами
1. Нельзя класть на платформу весов грузы, превышающие по массе предельно допустимую величину.
2. Грузы следует располагать так, чтобы общий центр тяжести находился посередине платформы.
4. Взвешиваемые предметы следует опускать на платформу весов осторожно.
Выполнение работы:
1. Измерьте вес тела с помощью весов.
2. Измерьте линейные размеры тела и вычислите объем.
3. Вычислите плотность тела.
4. Результаты измерений и вычислений запишите в таблицу:
Д ш в д о плотность
| Тело, № | Высота, h, м | Диаметр, D, м | Объем, V, м | Плотность  , кг/м3 | Относительная погрешность,  , % | Абсолютная погрешность, Δρ, кг/м3 |
| Цилиндр 1 | ||||||
| Цилиндр 2 | ||||||
| … |
Обработка экспериментальных данных
1. Вычислить погрешности измерений.
Относительную ошибку для цилиндра вычислить по формуле:
, (11)
где абсолютные ошибки Δm, Δh и ΔD равны половине цены деления прибора. Относительная погрешность выражается в %.
2. Абсолютную ошибку вычисленной плотности найти по формуле:
Δρ=ρ·ε
3. Запишите ответ в виде:
ρ=ρ± Δρ
Вывод:
Лабораторная работа №2
Определение скорости и ускорения при равноускоренном движении.
Цель работы: Состоит в проверке утверждения о том, что скорость тела, движущегося равноускоренно по прямой, изменяется прямо пропорционально времени движения.
Приобретаемые умения и навыки: Уметь рассчитывать скорость и ускорение при прямолинейном движении.
Норма времени: 2 часа.
Оснащение рабочего стола: Прибор для измерения прямолинейного движения, штатив.
Выполнение работы:
1. Определение скорости
Схема установки:
| № опыта | S1 | t1 | t1 ср | V1 | S2 | t2 | t2 ср | V2 | S3 | t3 | t3 ср | V3 | S4 | t4 | t4 ср | V4 |
| … |
1.Измеряют перемещение, которое каретка совершит, двигаясь между датчиками – S1.
2.Производят пуск каретки и измеряют время её движения между датчиками - t1.
3.Повторяют пуск каретки 6-7 раз, каждый раз записывая показания секундомера.
4.Вычисляют среднее время движения каретки t1 ср по участку S1.
5.По формуле (5) определяют скорость, с которой двигалась каретка в конце первого участка V1=2S1/t1-p.
6.Увеличивают расстояние между датчиками на 5см и повторяют серию опытов для измерения скорости тела в конце второго участка: V2=2S2/t2-p. Каретку в этой серии опытов, как и в первой, пускают как и в первой, пускают из крайнего верхнего положения.
7.Проводят ещё две серии опытов, увеличивая в каждой серии расстояние между датчиками на 5 см. Так находят значения скорости V3и V4.
8.По полученным данным проверяют справедливость отношений:
V2 :t2 ср:t1 ср; V3:V2=t3 ср:t2 сри V4:V2=t4 ср:t2 ср.
9.Строят график зависимости скорости от времени движения.
2. Измерение ускорения движения тела:
| № опыта | S1 | t1 | t1 ср | а1 | S2 | t2 | t2 ср | а2 | S3 | t3 | t3 ср | а3 |
| … |
1. Направляющую рейки, по которой будет соскальзывать каретка, с помощью штатива закрепляют наклонно, так чтобы её верхний край находился бы на высоте 18-20см от поверхности стола. Под нижний край подкладывают пластиковый коврик. Каретку удерживают на направляющей в крайнем верхнем положении. Выступ каретки с меткой на направляющей рейке вблизи метки каретки. Его начало положение следует отрегулировать движение. Второй датчик располагают на удалении 20-25 см от первого.
2.По шкале прибора измеряют и записывают значение перемещения – S1,которое каретка совершит, двигаясь между датчиками.
3.Отпускают каретку и определяют время её движения между датчиками – t1.
4.Повторяют опыт 6-7 раз при неизменном расстоянии между датчиками и определяют среднее время движения на первом участке t1 ср.
5.Вычисляют ускорение кареткина этом участке:a1 =2S1/t221-p.
6.Увеличивают на 5 см расстояние между датчиками и измеряют значение перемещения S2.
7.Проводят 6-7 пусков каретки, всякий раз определяя время её движения между датчиками – t2, и вычисляют его среднее значение –t2 ср.
8.Определяют ускорение каретки на втором участке траектории – а2.
9.Ещё раз увеличивают расстояние между датчиками на 5см, повторяют все измерения и определяют величину а3.
10.Сравнивая значение ускорений а1, а2иа3, делают вывод о том, насколько движение каретки было равномерно ускоренным.
Вывод:
Лабораторная работа №3
Закон сохранения механической энергии
Цель работы: Сравнить изменения потенциальной энергии груза, прикреплённого к пружине, и энергии пружины, растянутой под действием груза.
Приобретённые знания и умения: Научиться определять значение потенциальной энергии на основе движения груза по отношению к какой-то поверхности.
Норма времени: 2 часа
Оснащённость рабочего места: штатив с муфтой и лапкой, динамометр, набор грузов, направляющая прибора для изучения прямолинейного движения.
Краткая теория:
Изменение потенциальной энергии груза по отношению к какой-то поверхности определяется изменением его высоты относительно этой поверхности: Δ Eг=mgh2- mgh1= mg Δ h (1)
Изменение энергии пружины, если в исходном состоянии она не была деформирована, определяется ее величиной в растянутом положении:
Δ Еn=(k Δx2)/2 (2)
Выполнение работы:
1. В лапку штатива зажмите верхнюю часть корпуса динамометра и закрепите её с помощью муфты на стержне. Нижний край динамометра должен находиться на высоте не менее 20см от основания штатива.
2. Установите направляющую прибора для изучения прямолинейного движения так, чтобы её шкала располагалась возможно ближе к указателю динамометра.
3. Подготовьте таблицу для записи результатов измерений и вычислений
| № Опыта | Х1, м | X2, м | Δ X, м | Δ Xcp= Δh, м | Δ Eг, Дж | Δ Еn, Дж |
| … |
4. Определить положение указателя нерастянутой пружины динамометра на шкале – Х1
5. Подвесьте к динамометру два груза и, приподнимая их рукой, верните пружину в нерастянутое состояние. Отпустите грузы и заметьте по шкале положения указателя соответствующее максимальному давлению пружины –Х2
6. Вычислите удаление пружины: Х= Х1 – Х2
7. Повторите опыт 5-6 раз и вычислите среднее значение удлинения Хср. Использование при дальнейших расчётах среднего значения удлинения позволит уменьшить влияние на результат случайных погрешностей, допущенных при проведении отдельных измерений положения указателя. Измерение длины соответствует изменению высоты грузов, поэтому Хср= h.
8. Определите общую массу грузов и пользуясь формулой (1), вычислите изменение потенциальной энергии грузов Δ Eг.
9. Вычислите по формуле (2) изменение энергии пружины. При этом учитывают, что жесткость пружины динамометра k=40 H/м.
10. Сравните изменение энергии грузов и пружины и сделайте вывод о сохранении полной механической энергии системы грузы-пружина.
Вывод:
Лабораторная работа №4
Определение ускорения свободного падения при помощи маятника.
Цель работы: определить ускорение свободного падения на основе зависимости периода колебаний маятника на подвесе от длины подвеса.
Приобретённые знания и умения:
Норма времени: 2 часа
Оснащённость рабочего места: штатив с муфтой и лапкой, тесьма с петлями на концах, набор грузов, измерительная лента с миллиметровыми делениями, электронный секундомер
Краткая теория
Период математического маятника может быть определен из формулы:
(1)
Для увеличения точности измерения периода нужно измерить время t остаточно большого числа N полных колебаний маятника. Тогда период
T=t/N (2)
И ускорение свободного падения может быть вычислено по формуле
Выполнение работы:
1. Закрепите лапку у верхнего края стержня штатива. Штатив разместите на столе так, чтобы конец лапки выступал за край поверхности стола. Подвесьте к лапке один груз из набора. Груз должен висеть в 3-4 см от пола.
2. Для записи результатов измерения и вычислений подготовьте таблицу:
| № опыта | L,м | N | t, с | tср, с | T, с | g, м/с2 |
| … |
3. Измерьте лентой длину маятника L.
4.Подготовьте измеритель времени к работе в режиме секундомера.
5. Отклоните маятник на 5-10 см и отпустите его.
6. Замерьте время t, за которое он совершит 40 полных колебаний.
7. Повторите опыт 5-7 раз, после чего вычислите среднее время, за которое маятник сделает 40 колебаний tср.
8. Вычислите период колебаний по формуле (2).
9. Вычислите по формуле (3) ускорение свободного падения.
10. Определите относительную ошибку полученного результата:
*100%, где gизм – величина ускорения вычисленного в результате проделанной работы, g – значение, взятое из справочника.
Вывод: