Вывод к лабораторной работе определение жесткости пружины

Лабораторная работа «Определение жесткости пружины»
учебно-методический материал по физике (7 класс)

Лабораторная работа «Определение жесткости пружины». Цель: Проверить справедливость закона Гука, убедиться, что сила упругости пропорциональна массе нагрузки, определить жесткость пружины.

Скачать:

Вложение Размер
zhestkost_pruzhiny.doc 107.5 КБ

Предварительный просмотр:

Лабораторная работа

« Определение жесткости пружины ».

Цель работы: Проверить справедливость закона Гука, убедиться, что сила упругости пропорциональна массе нагрузки, определить жесткость пружины.

Приборы и материалы : штатив с муфтами лапкой, набор спиральных пружин, набор грузов массой 100 г, линейка с миллиметровыми делениями.

Краткая теория. Цель работы – найти жесткость пружины из измерений удлинения пружины Δ l при различных значениях силы тяжести F=m·g, уравновешивающей силу упругости на основе закона Гука.

В каждом из опытов жесткость определяется при разных значениях силы упругости и удлинений, т. е. условия опыта меняются. Поэтому для нахождения среднего значения жесткости нельзя вычислить среднее арифметическое результатов измерений. Значит, воспользуемся графическим способом нахождения среднего значения, который может быть применен в таких случаях: по результатам нескольких опытов построим график зависимости модуля силы упругости F упр , от модуля удлинения Δ l.

При построении графика по результатам опыта экспериментальные точки могут не оказаться на прямой, которая соответствует формуле .

Это связано с погрешностями измерения.

В этом случае график надо проводить так, чтобы примерно

одинаковое число точек оказалось по разные стороны от прямой .

После построения графика возьмите точку на прямой

(в средней части графика), определите по нему соответствующие

этой точке значения силы упругости и удлинения и вычислите

жесткость k ср . Она и будет искомым средним значением

Порядок выполнения работы.

1. Закрепите на штативе конец спиральной пружины (другой конец пружины снабжен стрелкой-указателем и крючком).

2. Рядом с пружиной или за ней установите линейку с миллиметровыми делениями.

3. Отметьте и запишите то деление линейки, против которого приходится стрелка-указатель пружины.

4. Подвесьте к пружине груз известной массы и измерьте вызванное им удлинение пружины.

5. К первому грузу добавьте второй, третий, записывая каждый раз удлинение Δ l пружины. По результатам измерений заполните таблицу:

k ,

k ср ,

Физический практикум в 10 классе «Измерение жесткости пружины»

Цель урока: проверить справедливость закона Гука для пружины динамометра и измерить коэффициент жесткости этой пружины, рассчитать погрешность измерения величины.

Задачи урока:

  1. образовательные: умение обрабатывать и объяснять результаты измерений и делать выводы Закрепление экспериментальных умений и навыков
  2. воспитательные: вовлечение учащихся в активную практическую деятельность, совершенствование навыки общения.
  3. развивающие: владение основными приемами, используемыми в физике – измерение, эксперимент

Тип урока: урок обучения умениям и навыкам

Оборудование: штатив с муфтой и зажимом, винтовая пружина, набор грузиков известной массы (по 100 г, погрешность Δm = 0,002 кг), линейка с миллиметровыми делениями.

Ход работы

I. Организационный момент.

II. Актуализация знаний.

  • Что такое деформация?
  • Сформулировать закон Гука
  • Что такое жесткость и в каких единицах она измеряется.
  • Дайте понятие об абсолютной и относительной погрешности.
  • Причины, приводящие к появлению погрешностей.
  • Погрешности, возникающие при измерениях.
  • Как чертят графики результатов эксперимента.

Возможные ответы учащихся:

  • Деформация – изменение взаимного положения частиц тела, связанное с их перемещением относительно друг друга. Деформация представляет собой результат изменения межатомных расстояний и перегруппировки блоков атомов. Деформации разделяют на обратимые (упругие) и необратимые (пластические, ползучести). Упругие деформации исчезают после окончания действия приложенных сил, а необратимые — остаются. В основе упругих деформаций лежат обратимые смещения атомов металлов от положения равновесия; в основе пластических — необратимые перемещения атомов на значительные расстояния от исходных положений равновесия.
  • Закон Гука: «Сила упругости, возникающая при деформации тела, пропорциональна его удлинению и направлена противоположно направлению перемещения частиц тела при деформации».

    F
    упр = –kx
  • Жесткостью называют коэффициент пропорциональности между силой упругости и изменением длины пружины под действием приложенной к ней силы. Обозначают k. Единица измерения Н/м. Согласно третьему закону Ньютона, приложенная к пружине сила по модулю равна возникшей в ней силе упругости. Таким образом жесткость пружины можно выразить как:

    k = Fупр/x

    Абсолютной погрешностью приближенного значения называется модуль разности точного и приближенного значений.

    Относительной погрешностью приближенного значения называется отношение абсолютной погрешности к модулю приближенного значения.

    ε = х/х

  • Измерения никогда не могут быть выполнены абсолютно точно. Результат любого измерения приближенный и характеризуется погрешностью – отклонением измеренного значения физической величины от ее истинного значения. К причинам, приводящим к появлению погрешностей, относятся:
    – ограниченная точность изготовления средств измерения.
    – изменение внешних условий (изменение температуры, колебание напряжения)
    – действия экспериментатора (запаздывание с включением секундомера, различное положение глаза. ).
    – приближенный характер законов, используемых для нахождения измеряемых Величин
  • Погрешности, возникающие при измерениях, делятся на систематические и случайные. Систематические погрешности – это погрешности, соответствующие отклонению измеренного значения от истинного значения физической величины всегда в одну сторону (повышения или занижения). При повторных измерениях погрешность остается прежней. Причины возникновения систематических погрешностей:
    – несоответствие средств измерения эталону;
    – неправильная установка измерительных приборов (наклон, неуравновешенность);
    – несовпадение начальных показателей приборов с нулем и игнорирование поправок, которые в связи с этим возникают;
    – несоответствие измеряемого объекта с предположением о его свойствах.

Случайные погрешности – это погрешности, которые непредсказуемым образом меняют свое численное значение. Такие погрешности вызываются большим числом неконтролируемых причин, влияющих на процесс измерения (неровности на поверхности объекта, дуновение ветра, скачки напряжения и т.д.). Влияние случайных погрешностей может быть уменьшено при многократном повторении опыта.

Погрешности средств измерений. Эти погрешности называют еще инструментальными или приборными. Они обусловлены конструкцией измерительного прибора, точностью его изготовления и градуировки.

При построении графика по результатам опыта экспериментальные точки могут не оказаться на прямой, которая соответствует формуле Fупр = kx

Это связано с погрешностями измерения. В этом случае график надо проводить так, чтобы примерно одинаковое число точек оказалось по разные стороны от прямой. После построения графика возьмите точку на прямой (в средней части графика), определите по нему соответствующие этой точке значения силы упругости и удлинения и вычислите жесткость k. Она и будет искомым средним значением жесткости пружины kср.

III. Порядок выполнения работы

1. Закрепите на штативе конец спиральной пружины (другой конец пружины снабжен стрелкой-указателем и крючком см. рис.).

2. Рядом с пружиной или за ней установите и закрепите линейку с миллиметровыми делениями.

3. Отметьте и запишите то деление линейки, против которого приходится стрелка-указатель пружины.

4. Подвесьте к пружине груз известной массы и измерьте вызванное им удлинение пружины.

5. К первому грузу добавьте второй, третий и т. д. грузы, записывая каждый раз удлинение |х| пружины.

По результатам измерений заполните таблицу:

Вывод к лабораторной работе определение жесткости пружины

12. Запишите в тетради для лабораторных работ результат в виде k = kcep ± Δk , подставив в эту формулу числовые значения найденных величин.

13. Запишите в тетради для лабораторных вывод: что вы измеряли и какой получили результат.

Разработки уроков (конспекты уроков)

Среднее общее образование

Линия УМК Г. Я. Мякишева. Физика (10-11) (У)

Внимание! Администрация сайта сайт не несет ответственности за содержание методических разработок, а также за соответствие разработки ФГОС.

Цель урока: проверить справедливость закона Гука для пружины динамометра и измерить коэффициент жесткости этой пружины, рассчитать погрешность измерения величины.

Задачи урока:

  1. образовательные: умение обрабатывать и объяснять результаты измерений и делать выводы Закрепление экспериментальных умений и навыков
  2. воспитательные: вовлечение учащихся в активную практическую деятельность, совершенствование навыки общения.
  3. развивающие: владение основными приемами, используемыми в физике – измерение, эксперимент

Тип урока: урок обучения умениям и навыкам

Оборудование: штатив с муфтой и зажимом, винтовая пружина, набор грузиков известной массы (по 100 г, погрешность Δm = 0,002 кг), линейка с миллиметровыми делениями.

Ход работы

I. Организационный момент.

II. Актуализация знаний.

  • Что такое деформация?
  • Сформулировать закон Гука
  • Что такое жесткость и в каких единицах она измеряется.
  • Дайте понятие об абсолютной и относительной погрешности.
  • Причины, приводящие к появлению погрешностей.
  • Погрешности, возникающие при измерениях.
  • Как чертят графики результатов эксперимента.

Возможные ответы учащихся:

  • Деформация – изменение взаимного положения частиц тела, связанное с их перемещением относительно друг друга. Деформация представляет собой результат изменения межатомных расстояний и перегруппировки блоков атомов. Деформации разделяют на обратимые (упругие) и необратимые (пластические, ползучести). Упругие деформации исчезают после окончания действия приложенных сил, а необратимые — остаются. В основе упругих деформаций лежат обратимые смещения атомов металлов от положения равновесия; в основе пластических — необратимые перемещения атомов на значительные расстояния от исходных положений равновесия.
  • Закон Гука : «Сила упругости, возникающая при деформации тела, пропорциональна его удлинению и направлена противоположно направлению перемещения частиц тела при деформации».

    F
    упр = –kx
  • Жесткостью называют коэффициент пропорциональности между силой упругости и изменением длины пружины под действием приложенной к ней силы. Обозначают k . Единица измерения Н/м. Согласно третьему закону Ньютона, приложенная к пружине сила по модулю равна возникшей в ней силе упругости. Таким образом жесткость пружины можно выразить как:

    k = F упр /x

    Абсолютной погрешностью приближенного значения называется модуль разности точного и приближенного значений.

    х = |хх ср |

    Относительной погрешностью приближенного значения называется отношение абсолютной погрешности к модулю приближенного значения.

    ε = х /х

  • Измерения никогда не могут быть выполнены абсолютно точно. Результат любого измерения приближенный и характеризуется погрешностью – отклонением измеренного значения физической величины от ее истинного значения. К причинам, приводящим к появлению погрешностей, относятся:
    – ограниченная точность изготовления средств измерения.
    – изменение внешних условий (изменение температуры, колебание напряжения)
    – действия экспериментатора (запаздывание с включением секундомера, различное положение глаза. ).
    – приближенный характер законов, используемых для нахождения измеряемых Величин
  • Погрешности , возникающие при измерениях, делятся на систематические и случайные . Систематические погрешности – это погрешности, соответствующие отклонению измеренного значения от истинного значения физической величины всегда в одну сторону (повышения или занижения). При повторных измерениях погрешность остается прежней. Причины возникновения систематических погрешностей:
    – несоответствие средств измерения эталону;
    – неправильная установка измерительных приборов (наклон, неуравновешенность);
    – несовпадение начальных показателей приборов с нулем и игнорирование поправок, которые в связи с этим возникают;
    – несоответствие измеряемого объекта с предположением о его свойствах.

Случайные погрешности – это погрешности, которые непредсказуемым образом меняют свое численное значение. Такие погрешности вызываются большим числом неконтролируемых причин, влияющих на процесс измерения (неровности на поверхности объекта, дуновение ветра, скачки напряжения и т.д.). Влияние случайных погрешностей может быть уменьшено при многократном повторении опыта.

Погрешности средств измерений. Эти погрешности называют еще инструментальными или приборными. Они обусловлены конструкцией измерительного прибора, точностью его изготовления и градуировки.

При построении графика по результатам опыта экспериментальные точки могут не оказаться на прямой, которая соответствует формуле F упр = kx

Это связано с погрешностями измерения. В этом случае график надо проводить так, чтобы примерно одинаковое число точек оказалось по разные стороны от прямой. После построения графика возьмите точку на прямой (в средней части графика), определите по нему соответствующие этой точке значения силы упругости и удлинения и вычислите жесткость k . Она и будет искомым средним значением жесткости пружины k ср.

III. Порядок выполнения работы

1. Закрепите на штативе конец спиральной пружины (другой конец пружины снабжен стрелкой-указателем и крючком см. рис.).

2. Рядом с пружиной или за ней установите и закрепите линейку с миллиметровыми делениями.

3. Отметьте и запишите то деление линейки, против которого приходится стрелка-указатель пружины.

4. Подвесьте к пружине груз известной массы и измерьте вызванное им удлинение пружины.

5. К первому грузу добавьте второй, третий и т. д. грузы, записывая каждый раз удлинение |х | пружины.

По результатам измерений заполните таблицу:

F упр = mg , Н

׀ ‌х ׀ ‌, · 10 –3 м

6. По результатам измерений постройте график зависимости силы упругости от удлинения и, пользуясь им, определите среднее значение жесткости пружины k cp .

Вычисление погрешностей прямых измерений.

Вариант 1. Расчет случайной погрешности.

1. Вычислите жесткость пружины в каждом из опытов:

k = F ,
x

2. k ср = (k 1 + k 2 + k 3 + k 4)/4 ∆k = ׀ ‌kk ср ׀ ‌, ∆k ср = (∆k 1 + ∆k 2 + ∆k 3 + ∆k 4)/4

Результаты занести в таблицу.

3. Вычислить относительную погрешность ε = ∆k ср /k ср · 100%

4. Заполните таблицу:

׀ ‌х ׀ ‌, · 10 –3 м

5. Запишите ответ в виде: k = k ср ± ∆k ср, ε =…%, подставив в эту формулу числовые значения найденных величин.

Вариант 2. Расчет инструментальной погрешности.

1. k = mg /х Для вычисления относительной погрешности используем формулу 1 стр. 344 учебника.

ε = ∆А /А + ∆В /В + ∆С /С = ε m + ε g + ε x .

m = 0,01 10 –3 кг; ∆g = 0,2 кг · м/с·с; ∆x =1 мм

2. Рассчитайте наибольшую относительную погрешность, с которой найдено значение k ср (из опыта с одним грузом).

ε = ε m + ε g + ε x = ∆m /m + ∆g /g + ∆x /x

3. Найдите ∆k ср = k ср ε

4. Заполните таблицу:

5. Запишите ответ в виде: k = k ср ± ∆k ср, =…%,подставив в эту формулу числовые значения найденных величин.

Вариант 3. Расчет методом оценки погрешности косвенных измерений

1. Для вычисления погрешности следует использовать опыт, который мы получили во время проведения опыта № 4, потому что ему соответствует наименьшая относительная погрешность измерений. Вычислите пределы F min и F max , в которых находится истинное значение F , считая, что F min = F – ΔF , F max = F + ΔF .

2. Примите ΔF = 4Δm ·g , где Δm – погрешность во время изготовления грузиков (для оценки можно считать, что Δm = 0,005 кг):

x min = x – ∆x x max = x + ∆x , где Δх = 0,5 мм.

3. Пользуясь методом оценки погрешности косвенных измерений, вычислите:

k max = F max /x min k min = F min /x max

4. Вычислите среднее значение kcp и абсолютную погрешность измерения Δk по формулам:

k ср = (k max + k min)/2 Δk = (k max – k min)/2

5. Вычислите относительную погрешность измерений:

Лабораторная работа «Определение жесткости пружины»

Лабораторная работа

«Определение жесткости пружины»

Цель работы : Определение коэффициента жесткости пружины. Проверка справедливости закона Гука .Оценка погрешности измерений.

Порядок выполнения работы .

Базовый уровень

Оборудование : штатив с муфтой и лапкой, набор грузов по 100 г, пружинный динамометр, линейка.

Укрепите пружину в штативе и измерьте длину пружины L 0 в отсутствие внешнего воздействия ( F =0Н). Результаты измерений запишите в таблицу.

Подвесьте к пружине груз весом 1 Н и определите ее длину L 1 в этом случае.

Найдите деформацию (удлинение) пружины по формуле l = L 0 — L 1 .Результаты измерений занесите в таблицу.

Аналогично найдите удлинение пружины при подвешивании грузов весом 2 Н и 3 Н . Результаты измерений занесите в таблицу.

Вычислите среднее арифметическое значение k ср .по формуле k ср =( k 1 + k 2 + k 3 )/3

6. Начертите график зависимости l ( F ).

Продвинутый уровень

Оборудование : штатив с муфтой и лапкой, набор грузов по 100 г, пружина, линейка.

Укрепите пружину в штативе и измерьте длину пружины L 0 в отсутствие внешнего воздействия ( F =0Н). Результаты измерений запишите в таблицу.

Подвесьте к пружине груз весом 1 Н и определите ее длину L 1 в этом случае.

Найдите деформацию (удлинение) пружины по формуле l = L 0 — L 1 .Результаты измерений занесите в таблицу.

Аналогично найдите удлинение пружины при подвешивании грузов весом 2 Н и 3 Н . Результаты измерений занесите в таблицу.

Вычислите среднее арифметическое значение k ср .по формуле k ср =( k 1 + k 2 + k 3 )/3

Оцените погрешность ∆ k методом средней ошибки. Для этого вычислите модуль разности │ k ср — k i │=∆ k i для каждого измерения

Полученный результат запишите в виде k = k ср ±∆ k

Углубленный уровень

Оборудование: штатив с муфтой и лапкой, набор грузов по 100 г, пружина, линейка.

Укрепите пружину в штативе и измерьте длину пружины L 0 в отсутствие внешнего воздействия ( F =0Н). Результаты измерений запишите в таблицу.

Подвесьте к пружине груз весом 1 Н и определите ее длину L 1 в этом случае.

Найдите деформацию (удлинение) пружины по формуле l = L 0 — L 1 .Результаты измерений занесите в таблицу.

Аналогично найдите удлинение пружины при подвешивании грузов весом 2 Н и 3 Н . Результаты измерений занесите в таблицу.

Вычислите среднее арифметическое значение k ср .по формуле k ср =( k 1 + k 2 + k 3 )/3

Вычислите относительные погрешности и абсолютную погрешность измерений ∆ k по формулам

ε F =(∆ F 0 + F и ) / F max

ε l =(∆ l 0 + l и ) / l max

Полученный результат запишите в виде k = k ср±∆ k

Начертите график зависимости l ( F ).Сформулируйте геометрический смысл жесткости.

  • Все материалы
  • Статьи
  • Научные работы
  • Видеоуроки
  • Презентации
  • Конспекты
  • Тесты
  • Рабочие программы
  • Другие методич. материалы

  • Крючкова Ольга ФедоровнаНаписать 28322 06.02.2016

Номер материала: ДВ-423711

  • Физика
  • Конспекты
    06.02.2016 1296
    06.02.2016 601
    06.02.2016 7776
    06.02.2016 4207
    06.02.2016 5075
    06.02.2016 1629
    06.02.2016 429

Не нашли то что искали?

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.

В России предложили увеличить на десять дней отпуск некурящим работникам

Время чтения: 1 минута

Семь вузов России решили участвовать в эксперименте по применению биометрии на экзаменах

Время чтения: 2 минуты

Правительство утвердило правила выплат на детей школьного возраста

Время чтения: 1 минута

Российская школьница сдала ЕГЭ в восемь лет

Время чтения: 2 минуты

В МГУ сообщили о готовности принять сдавшую ЕГЭ восьмилетнюю девочку

Время чтения: 1 минута

Ученые рекомендуют писать от руки при изучении нового языка

Время чтения: 1 минута

Подарочные сертификаты

Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.

Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.

Физика. Информатика. Портфолио.

Нашёл ошибку!?

Кто здесь?

Сейчас на сайте 245 гостей и нет пользователей

Последние слова

  • Timurasfdc

Информатика

  • Информатика 5
  • Информатика 6
  • Информатика 7
  • Информатика 8
  • Информатика 9
  • Информатика 10
  • Информатика 11

Глобус

Статистика

  • Пуск
  • Физика 7
  • Лабораторные работы
  • № 07 (v. 3) Измерение жёсткости пружины

№ 07 (v. 3) Измерение жёсткости пружины

  • » onclick=»window.open(this.href,’win2′,’status=no,toolbar=no,scrollbars=yes,titlebar=no,menubar=no,resizable=yes,width=640,height=480,directories=no,location=no’); return false;» rel=»nofollow»> Печать
  • E-mail

Лабораторная работа № 7

Тема: Измерение жёсткости пружины.

Цель работы: состоит в том, чтобы определить коэффициент жёсткости пружины динамометра.

Оборудование:

  • штатив с перекладиной и муфтой;
  • набор грузов;
  • динамометр;
  • направляющая рейка;
  • крючок.

Указания к работе

Способ измерения жёсткости пружины, которым пользуются в работе, основан на использовании графика зависимости силы упругости, возникающей в пружине при её растяжении от величины удлинения.

Удлиняться пружина динамометра будет под действием веса подвешенных к нему грузов. Удлинение происходит до тех пор, пока вес груза не уравновесится силой упругости пружины.

Удлинение пружины измеряется непосредственно по шкале направляющей рейки.

Величину силы упругости определяют по показаниям динамометра.

1. Подготовьте таблицу для записи результатов измерений.

№ опыта Модуль силы упругости, Н Модуль удлинения, 10 -3 м
1

2. Закрепите муфту с перекладиной на стержне штатива на высоте около 30 см от поверхности стола. На перекладину повесьте динамометр, как показано на рисунке. Направляющую рейку установите вертикально. Её шкала должна располагаться вблизи указателя динамометра.

3. Заметьте положение стрелки динамометра относительно шкалы.

4. Подвесьте к динамометру один груз и по шкале с миллиметровыми делениями определите удлинение его пружины в миллиметрах. Удлинение находят как разницу двух положений указателя динамометра на шкале при нагруженном и ненагруженном динамометре.

5. По шкале динамометра измерьте величину силы упругости.

6. Результаты измерений занесите в таблицу.

7.Подвесьте к динамометру два груза и вновь определите удлинение пружины и величину силы упругости.

8. Повторите опыт с тремя и четырьмя грузами. Чтобы в случае трёх и четырёх грузов они не касались поверхности стола, необходимо штатив расположить на краю стола, а перекладину расположить так, чтобы грузы свешивались за границы стола. Направляющей рейкой и в этом случае можно измерить удлинение пружины динамометра.

9. Начертите координатные оси для построения графика зависимости силы упругости от величины удлинения.

10. Нанесите на координатной плоскости соответствующие результатам каждого опыта точки.

11. Постройте график зависимости силы упругости от величины удлинения пружины. Если точки не ложатся на одну прямую, то провести линию графика надо так, чтобы половина точек расположилась по одну сторону от нее, а другая половина — по другую.

12. По графику определите коэффициент жёсткости пружины. Для этого в средней части графика возьмите произвольную точку, опустите от нее перпендикуляры на координатные оси и определите соответствующие этой точке величины удлинения и силы упругости. По полученным значениям этих величин на основании закона Гука вычислите коэффициент жёсткости (или, короче, жёсткость) пружины: к = Fупр/x.