Ход работы, страница 16 - гдз по физике 7 класс тетрадь для лабораторных работ Генденштейн, Булатова

Лабораторная работа № 2. Изучение измерительных приборов и инструментов. Проведение измерений. Конструирование измерительного прибора - страница 16.

Условие.

Ход работы

1. Основные характеристики измерительного прибора.

• Внимательно рассмотрите предложенные вам измерительные приборы и инструменты и заполните таблицу.

Характеристики прибора	Измеряемая физическая величина	Единица величины в СИ	Цена деления шкалы прибора	Верхний предел измерения	Абсолютная погрешность измерения (примите её равной цене деления прибора)
Физический прибор
Измерительный цилиндр
Линейка
Сантиметровая лента
Термометр

2. Проведение измерений.

• Измерьте измерительным цилиндром объём воды, содержащейся в сосуде. Запишите полученный результат, указав погрешность измерения (цена деления шкалы измерительного цилиндра). В конце данной работы приведён пример выполнения подобного задания.

• Нанесите результат измерения объёма жидкости на числовую ось (пример выполнения смотрите в конце данной работы).

• Измерьте ширину учебника физики линейкой и сантиметровой лентой.

• Запишите результаты обоих измерений, приняв погрешность измерения равной цене деления шкалы соответствующего измерительного инструмента.

Результат измерения с помощью линейки: _________.

Нанесите результат измерения на числовую ось.

Результат измерения с помощью сантиметровой ленты: _________.

Нанесите результат измерения на числовую ось.

• Какой измерительный инструмент (линейка или сантиметровая лента) позволяет измерить ширину учебника более точно? Запишите название этого прибора и обоснуйте свой ответ.

3. Градуирование измерительного цилиндра¹.

• На листе бумаги, приклеенном к прозрачному сосуду, проведите на уровне дна сосуда штрих и напишите рядом «0».

• Наливая в сосуд с помощью шприца равные объёмы воды, отмечайте каждый раз на приклеенном листе горизонтальным штрихом положение уровня жидкости в сосуде.

• Определите цену деления изготовленного вами измерительного цилиндра и запишите у отмеченных вами штрихов соответствующие им значения объёма жидкости.

• Запишите, как, по вашему мнению, можно уменьшить погрешность измерения изготовленным вами измерительным цилиндром.

¹ Можно предложить учащимся выполнить это задание дома.

4. Вывод:

Решение.

1. Основные характеристики измерительного прибора.

Внимательно рассмотрите предложенные вам измерительные приборы и инструменты и заполните таблицу.

Характеристики прибора Физический прибор	Измеряемая физическая величина	Единица величины в СИ	Цена деления шкалы прибора	Верхний предел измерения	Абсолютная погрешность измерения
Измерительный цилиндр	Объем	$м^3$ (кубический метр)	2 мл ($2 \cdot 10^{-6} м^3$)	100 мл ($10^{-4} м^3$)	$\pm 2$ мл ($\pm 2 \cdot 10^{-6} м^3$)
Линейка	Длина	$м$ (метр)	1 мм ($10^{-3} м$)	30 см ($0.3 м$)	$\pm 1$ мм ($\pm 10^{-3} м$)
Сантиметровая лента	Длина	$м$ (метр)	1 мм ($10^{-3} м$)	150 см ($1.5 м$)	$\pm 1$ мм ($\pm 10^{-3} м$)
Термометр	Температура	$К$ (Кельвин)	1 °C (1 K)	100 °C (373.15 K)	$\pm 1$ °C ($\pm 1$ K)

Ответ: Таблица с характеристиками измерительных приборов заполнена на основе типичных школьных инструментов.

2. Проведение измерений.

Измерьте измерительным цилиндром объём воды, содержащейся в сосуде. Запишите полученный результат, указав погрешность измерения (цена деления шкалы цилиндра).

Дано:

Измеренное значение объёма, $V_{изм} = 76$ мл

Цена деления шкалы измерительного цилиндра, $Ц_V = 2$ мл

Абсолютная погрешность измерения, $\Delta V = Ц_V = 2$ мл

Перевод в СИ:

$V_{изм} = 76 \cdot 10^{-6} м^3$

$\Delta V = 2 \cdot 10^{-6} м^3$

Найти:

$\text{V}$ - результат измерения объёма с учётом погрешности.

Решение:

Результат измерения физической величины записывается в интервальной форме: $V = V_{изм} \pm \Delta V$.

Подставим наши значения:

$V = (76 \pm 2)$ мл.

Это означает, что истинное значение объёма воды находится в пределах от $76 - 2 = 74$ мл до $76 + 2 = 78$ мл.

Ответ: Объём воды, измеренный с помощью измерительного цилиндра, составляет $V = (76 \pm 2)$ мл.

Нанесите результат измерения объёма жидкости на числовую ось.

Для построения числовой оси выберем масштаб: пусть одна клетка на оси соответствует 2 мл (цене деления прибора). Отметим начало отсчёта (0 мл). Измеренное значение 76 мл будет соответствовать точке на расстоянии $76 / 2 = 38$ клеток от начала. Интервал погрешности от 74 мл до 78 мл будет представлен заштрихованным участком от точки в 37 клетках ($74 / 2$) до точки в 39 клетках ($78 / 2$) от начала оси.

Ответ: Описан способ нанесения результата измерения на числовую ось с учётом выбранного масштаба.

Измерьте ширину учебника физики линейкой и сантиметровой лентой. Запишите результаты обоих измерений, приняв погрешность измерения равной цене деления шкалы соответствующего измерительного инструмента.

Результат измерения с помощью линейки:

Дано:

Измеренное значение ширины, $l_{изм} = 17.5$ см

Цена деления шкалы линейки, $Ц_l = 1$ мм

Абсолютная погрешность измерения, $\Delta l = Ц_l = 1$ мм = 0.1 см

Перевод в СИ:

$l_{изм} = 0.175$ м

$\Delta l = 0.001$ м

Найти:

$\text{l}$ - результат измерения ширины с учётом погрешности.

Решение:

Результат измерения записывается в виде $l = l_{изм} \pm \Delta l$.

$l = (17.5 \pm 0.1)$ см.

Истинное значение ширины находится в пределах от $17.5 - 0.1 = 17.4$ см до $17.5 + 0.1 = 17.6$ см.

Ответ: Ширина учебника, измеренная с помощью линейки, составляет $l = (17.5 \pm 0.1)$ см.

Нанесите результат измерения на числовую ось.

Выберем масштаб: 1 клетка соответствует 0.1 см (1 мм). На оси отмечаем точку 17.5 см. Интервал погрешности от 17.4 см до 17.6 см заштриховывается.

Ответ: Описан способ нанесения результата измерения на числовую ось.

Результат измерения с помощью сантиметровой ленты:

Дано:

Измеренное значение ширины, $l_{изм} = 17.5$ см

Цена деления шкалы ленты, $Ц_l = 1$ мм

Абсолютная погрешность измерения, $\Delta l = Ц_l = 1$ мм = 0.1 см

Перевод в СИ:

$l_{изм} = 0.175$ м

$\Delta l = 0.001$ м

Найти:

$\text{l}$ - результат измерения ширины с учётом погрешности.

Решение:

Результат измерения записывается в виде $l = l_{изм} \pm \Delta l$.

$l = (17.5 \pm 0.1)$ см.

Истинное значение ширины находится в пределах от $17.4$ см до $17.6$ см.

Ответ: Ширина учебника, измеренная с помощью сантиметровой ленты, составляет $l = (17.5 \pm 0.1)$ см.

Нанесите результат измерения на числовую ось.

Выберем масштаб: 1 клетка соответствует 0.1 см (1 мм). На оси отмечаем точку 17.5 см. Интервал погрешности от 17.4 см до 17.6 см заштриховывается.

Ответ: Описан способ нанесения результата измерения на числовую ось.

Какой измерительный инструмент (линейка или сантиметровая лента) позволяет измерить ширину учебника более точно? Запишите название этого прибора и обоснуйте свой ответ.

Точность измерения определяется погрешностью. В данном случае, абсолютная погрешность обоих приборов принята равной их цене деления, которая составляет 1 мм. Таким образом, с точки зрения характеристик самих приборов, их точность одинакова. Однако, при измерении плоского и прямого объекта, такого как ширина книги, линейка является более предпочтительным инструментом. Линейка — жесткий прибор, что исключает ошибки, связанные с изгибом или недостаточным натяжением, которые могут возникнуть при использовании гибкой сантиметровой ленты. Следовательно, на практике измерение с помощью линейки будет более надёжным и, вероятно, более точным.

Ответ: Линейка. Несмотря на одинаковую цену деления (и погрешность) с сантиметровой лентой, её жесткая конструкция обеспечивает более стабильные и надежные результаты при измерении прямых отрезков.

3. Градуирование измерительного цилиндра.

Для градуировки пустого прозрачного сосуда (например, стакана) нужно выполнить следующие шаги:

1. На боковую поверхность сосуда вертикально наклеить полоску бумаги.
2. Провести на бумаге горизонтальную черту на уровне дна сосуда и подписать её «0».
3. С помощью шприца или другого откалиброванного прибора (например, мензурки) налить в сосуд определённый, точно известный объём воды (например, 10 мл).
4. После того как уровень воды установится, отметить его новой горизонтальной чертой на бумаге.
5. Повторять пункты 3 и 4, каждый раз добавляя тот же объём воды и отмечая новый уровень. Рядом с каждой чертой подписать соответствующее значение суммарного объёма (10 мл, 20 мл, 30 мл и т.д.).
6. Цена деления изготовленного прибора будет равна объёму воды, который добавлялся на каждом шаге (в нашем примере — 10 мл).

Для уменьшения погрешности измерения изготовленным цилиндром можно предпринять следующие меры:

• Использовать более узкий сосуд. В этом случае один и тот же объём жидкости будет соответствовать большей высоте столба, что позволит нанести деления на большем расстоянии друг от друга и, возможно, сделать более мелкие деления.
• При градуировке использовать более точный дозатор (например, шприц с меньшей ценой деления) и добавлять меньшие порции жидкости.
• Наносить штрихи как можно более тонкими и аккуратными линиями.
• При считывании показаний располагать глаз на уровне мениска жидкости, чтобы избежать ошибки параллакса.

Ответ: Описан процесс градуировки самодельного измерительного цилиндра и предложены способы уменьшения погрешности измерений.

4. Вывод:

В ходе выполнения лабораторной работы я научился(ась) определять основные характеристики измерительных приборов: измеряемую величину, единицы измерения, цену деления, предел измерения и абсолютную погрешность. Я приобрёл(а) практические навыки измерения физических величин (объёма и длины) и записи результатов в стандартной форме с указанием погрешности $A = (A_{изм} \pm \Delta A)$. Я понял(а), что точность измерения напрямую связана с ценой деления прибора: чем меньше цена деления, тем выше точность. Также я освоил(а) методику градуировки простого измерительного прибора и узнал(а) способы повышения его точности. Работа показала важность правильного выбора инструмента для конкретной измерительной задачи и учёта его погрешности для получения достоверного результата.

Ответ: Сформулирован вывод, обобщающий полученные в ходе работы знания и навыки.