Ход работы, страница 15 - гдз по физике 7 класс лабораторный практикум Холина, Березин

Лабораторные работы. Лабораторная работа № 3* «Измерение времени» - страница 15.

Условие.

Лабораторная работа № 3*

https://go.prosv.ru/MRhaNf

ИЗМЕРЕНИЕ ВРЕМЕНИ

► Цель работы

Ознакомиться с методикой измерения времени.

► Приборы и материалы

Электронный секундомер, измерительная лента, нить, груз с крючком, штатив с муфтой и лапкой.

► Подготовка к работе

Общий вид экспериментальной установки показан на рисунке 7.

Рис. 7

Груз с крючком закрепляют на нити, с помощью которой его подвешивают на лапке штатива. Полученную конструкцию называют нитяным маятником. Отклонив маятник на небольшой угол от вертикали и отпустив, наблюдают движение груза из положения 1 в положение 2 и обратно. Такое движение называют колебательным.

Время совершения одного колебания, когда груз переходит из положения 1 в положение 2 и возвращается обратно в положение 1, называют периодом колебаний $\text{T}$ и определяют по формуле

$T = \frac{t}{N}$,

где $\text{t}$ — время совершения $\text{N}$ колебаний.

Время совершения колебаний измеряют с помощью секундомера. Измерение времени совершения маятником не одного, а $\text{N}$ колебаний, позволяет повысить точность определения периода $\text{T}$.

В работе предлагается: 1) измерить период колебаний нитяного маятника; 2) определить, зависит ли период колебаний от длины нити.

► Ход работы

1. Определите цену деления шкалы измерительной ленты.

2. Измерьте период колебаний нитяного маятника.

2.1. Закрепите на нити груз с крючком. Свободный конец нити зажмите в лапке штатива так, чтобы расстояние от центра груза до места крепления нити составляло не менее 60 см.

Указание. Для того чтобы нить не выскальзывала из лапки штатива и можно было быстро и точно устанавливать нужную длину нити, в лапке штатива можно зажать ластик.

2.2. Измерьте длину нити с помощью измерительной ленты и запишите в таблицу результат измерения с учётом абсолютной погрешности, приняв её равной цене деления шкалы измерительной ленты.

№ опыта	Длина нити $l \pm \Delta l$, см	Время десяти колебаний $t \pm \Delta t$, с	Период колебаний $T \pm \Delta T$, с

2.3. Отклоните груз на небольшой угол и отпустите, одновременно включив секундомер. Измерьте время десяти ($N = 10$) колебаний и запишите в таблицу результат измерения с учётом абсолютной погрешности.

Указание. Абсолютную погрешность измерения времени $\text{N}$ колебаний примите равной 0,2 с (точность измерения ограничена временем реакции человека, равным примерно 0,1—0,2 с).

2.4. Вычислите период колебаний. Результат запишите в таблицу с учётом абсолютной погрешности.

Указание. Погрешность измерения периода колебаний в $\text{N}$ раз меньше погрешности измерения времени $\text{N}$ колебаний.

3. Повторите опыт ещё 2 раза, каждый раз уменьшая длину нити примерно на 10 см.

4. Сравните измеренные значения периода колебаний и сделайте вывод.

Решение.

1. Определите цену деления шкалы измерительной ленты.

Цена деления шкалы измерительной ленты (рулетки) определяется как разность значений двух соседних оцифрованных штрихов, делённая на число делений между ними. Обычно на измерительных лентах оцифрованы сантиметры (например, 1 см, 2 см), а между ними находятся 10 делений. Таким образом, цена деления составляет 1 мм.
$ЦД = (1 \text{ см} - 0 \text{ см}) / 10 = 0,1 \text{ см} = 1 \text{ мм}$.
Согласно условию, абсолютную погрешность измерения длины нити $\Delta l$ следует принять равной цене деления.

Ответ: Цена деления измерительной ленты равна 1 мм. Абсолютная погрешность измерения длины $\Delta l = 0,1$ см.

2. Измерьте период колебаний нитяного маятника. и 3. Повторите опыт ещё 2 раза, каждый раз уменьшая длину нити примерно на 10 см.

Для выполнения этих пунктов проведём три опыта с разной длиной нити и занесём результаты в таблицу.

Дано:

Число колебаний: $N = 10$
Абсолютная погрешность измерения времени: $\Delta t = 0,2$ с
Абсолютная погрешность измерения длины: $\Delta l = 0,1$ см

Найти:

Период колебаний $\text{T}$ и его абсолютную погрешность $\Delta T$ для трёх разных длин нити $\text{l}$.

Решение:

Проведём измерения и расчёты для трёх опытов. Период колебаний $\text{T}$ вычисляется по формуле:
$T = \frac{t}{N}$
Абсолютная погрешность измерения периода $\Delta T$ вычисляется по формуле:
$\Delta T = \frac{\Delta t}{N}$
$\Delta T = \frac{0,2 \text{ с}}{10} = 0,02 \text{ с}$.
Эта величина будет одинаковой для всех трёх опытов.

Пример расчёта для Опыта №1:
Измерим длину нити: $l_1 = 60,0$ см.
Измерим время 10 колебаний: $t_1 = 15,5$ с.
Рассчитаем период: $T_1 = \frac{15,5 \text{ с}}{10} = 1,55$ с.
Результаты измерений и вычислений занесём в таблицу. Аналогичные измерения и расчёты проведём для длин нити $l_2 = 50,0$ см и $l_3 = 40,0$ см.

№ опыта	Длина нити $l \pm \Delta l$, см	Время десяти колебаний $t \pm \Delta t$, с	Период колебаний $T \pm \Delta T$, с
1	60,0 ± 0,1	15,5 ± 0,2	1,55 ± 0,02
2	50,0 ± 0,1	14,2 ± 0,2	1,42 ± 0,02
3	40,0 ± 0,1	12,7 ± 0,2	1,27 ± 0,02

Ответ: Результаты измерений и вычислений представлены в таблице.

4. Сравните измеренные значения периода колебаний и сделайте вывод.

Сравним полученные результаты:
При длине нити $l_1 = 60,0$ см, период колебаний $T_1 = 1,55$ с.
При длине нити $l_2 = 50,0$ см, период колебаний $T_2 = 1,42$ с.
При длине нити $l_3 = 40,0$ см, период колебаний $T_3 = 1,27$ с.
Анализируя данные, можно заметить, что при уменьшении длины нити маятника ($l_1 > l_2 > l_3$), период его колебаний также уменьшается ($T_1 > T_2 > T_3$).

Вывод: Период колебаний нитяного маятника зависит от длины его нити. Чем меньше длина нити маятника, тем меньше период его колебаний.

Ответ: Период колебаний нитяного маятника уменьшается с уменьшением длины нити.