Ход работы, страница 53 - гдз по физике 7 класс тетрадь для лабораторных работ Генденштейн, Булатова

Лабораторная работа № 7. Конструирование динамометра и измерение сил - страница 53.

Условие.

Ход работы

1. Измерение жёсткости пружины.

• На бумаге, закрывающей шкалу динамометра, напишите единицу измерения силы «Н». Отметьте штрихом положение указателя, когда пружина не деформирована. Напишите рядом «0».

• Укрепите динамометр в лапке штатива. Подвешивая к нему 1, 2, 3 и 4 одинаковых груза, отмечайте положения указателя штрихами.

• Снимите грузы с динамометра — со штатива. Напишите рядом со штрихами цифры 1, 2, 3, 4.

• Измерьте линейкой удлинения пружины, соответствующие значениям силы упругости от 1 до 4 Н. Запишите результаты измерений с указанием погрешностей в таблицу.

$F, \text{ Н}$	$\text{0}$	$\text{1}$	$\text{2}$	$\text{3}$	$\text{4}$
$x, \text{ см}$

• Нанесите экспериментальные точки на координатную плоскость с осями $\text{F}$ и $\text{x}$ (см. рисунок ниже). Используя прозрачную линейку, постройте по отмеченным точкам график зависимости силы упругости от деформации в предположении, что сила упругости прямо пропорциональна деформации (поэтому график должен проходить через начало координат). Пример такого построения приведён в конце этой работы.

• Используя построенный график, найдите жёсткость пружины динамометра и запишите результат без указания погрешности. Учтите, что удлинение пружины надо выражать в единицах СИ.

2. Измерение сил динамометром.

• С помощью линейки разделите на 5 равных частей расстояние между соседними штрихами. Определите цену деления шкалы изготовленного вами динамометра и запишите результат. Предложите способ увеличения точности измерений этим динамометром и опишите его.

• Измерьте изготовленным динамометром вес каждого из предложенных вам тел и найдите их массы. Результаты запишите в таблицу без указания погрешностей.

Наименование тела	Вес тела $P, \text{ Н}$	Масса тела $m, \text{ кг}$

3. Вывод:

Решение.

1. Измерение жёсткости пружины.

В ходе эксперимента были измерены удлинения пружины x при приложении к ней различных сил F. Измерения проводились с помощью линейки с ценой деления 1 мм, поэтому абсолютная погрешность измерений удлинения составляет ±0.1 см. Результаты измерений занесены в таблицу.

Ответ:

F, Н	0	1	2	3	4
x, см	0	2.0	4.0	6.0	8.0

По данным из таблицы были нанесены экспериментальные точки на координатную плоскость с осями F (по вертикали) и x (по горизонтали). Координаты точек: (0; 0), (2.0; 1), (4.0; 2), (6.0; 3), (8.0; 4). Через эти точки проведена прямая, которая также проходит через начало координат. Это подтверждает, что зависимость силы упругости от деформации является прямой пропорциональностью, что соответствует закону Гука.

Используя построенный график, можно определить жёсткость пружины динамометра. Жёсткость k равна тангенсу угла наклона графика F(x) к оси x.

Дано:

Для расчёта возьмём точку с графика, наиболее удалённую от начала координат для большей точности.

F = 4 Н

x = 8.0 см

Перевод в систему СИ:

x = 8.0 см = 0.08 м

Найти:

k - ?

Решение:

Согласно закону Гука, сила упругости прямо пропорциональна удлинению пружины:

$F_{упр} = kx$

Отсюда выразим коэффициент жёсткости k:

$k = \frac{F_{упр}}{x}$

Подставим числовые значения из данных, полученных в ходе эксперимента:

$k = \frac{4 \text{ Н}}{0.08 \text{ м}} = 50 \frac{\text{Н}}{\text{м}}$

Ответ: жёсткость пружины динамометра равна $50 \frac{\text{Н}}{\text{м}}$.

2. Измерение сил динамометром.

Расстояние между соседними оцифрованными штрихами (например, 0 Н и 1 Н) соответствует силе в 1 Н. Если разделить это расстояние на 5 равных частей, то цена деления новой шкалы будет:

$ЦД = \frac{1 \text{ Н}}{5} = 0.2 \text{ Н}$

Для увеличения точности измерений этим динамометром можно предложить следующие способы:

• Увеличить количество делений между штрихами, например, разделить на 10 частей, что уменьшит цену деления до 0.1 Н.
• Использовать более тонкую стрелку-указатель и располагать глаз на уровне стрелки перпендикулярно шкале для уменьшения ошибки параллакса.
• Проводить каждое измерение несколько раз и находить среднее арифметическое значение результатов.

Ответ: цена деления шкалы изготовленного динамометра составляет 0.2 Н. Точность можно увеличить, уменьшив цену деления и минимизировав ошибки считывания показаний.

С помощью изготовленного динамометра были измерены веса предложенных тел. Затем, используя формулу $P = mg$, были вычислены их массы. При расчётах принималось, что ускорение свободного падения $g \approx 10 \frac{\text{Н}}{\text{кг}}$.

Например, для Тела 1: $m = \frac{P}{g} = \frac{2.4 \text{ Н}}{10 \text{ Н/кг}} = 0.24 \text{ кг}$.

Ответ:

Наименование тела	Вес тела P, Н	Масса тела m, кг
Тело 1	2.4	0.24
Тело 2	3.6	0.36
Тело 3	1.8	0.18

3. Вывод:

Ответ: в ходе лабораторной работы была экспериментально исследована зависимость силы упругости от удлинения пружины. Построенный график этой зависимости представляет собой прямую линию, проходящую через начало координат, что является подтверждением справедливости закона Гука в исследуемом диапазоне деформаций. По графику была определена жёсткость пружины, её значение составило $k = 50 \frac{\text{Н}}{\text{м}}$. На основе полученных данных был размечен динамометр с ценой деления 0.2 Н, с помощью которого были успешно измерены веса и вычислены массы нескольких тел.