Ход работы, страница 32 - гдз по физике 7 класс лабораторный практикум Холина, Березин

Лабораторные работы. Лабораторная работа № 8 «Градуировка динамометра и измерение сил с его помощью» - страница 32.

Условие.

Лабораторная работа № 8

https://go.prosv.ru/kxgbiW

ГРАДУИРОВКА ДИНАМОМЕТРА И ИЗМЕРЕНИЕ СИЛ С ЕГО ПОМОЩЬЮ

► Цель работы

Ознакомиться с методикой градуировки динамометра, научиться применять динамометр для измерения сил.

► Приборы и материалы

Штатив с муфтой и лапкой, линейка, набор грузов массой 100 г каждый, динамометр, бумажная полоска, клейкая лента, карандаш, два твёрдых тела неизвестной массы, нить.

► Подготовка к работе

Для измерения сил используют прибор — динамометр. Основной частью простейшего динамометра является пружина, которая закреплена на пластине. Пружина удобна для измерения сил, потому что, будучи растянута на определённую длину, она действует на все тела с одной и той же силой. Чтобы пружина на пластине стала измерительным прибором, нужно установить, какие силы упругости соответствуют различным удлинениям данной пружины, и нанести на пластину шкалу, размеченную в единицах силы (ньютонах). Такую процедуру называют градуировкой динамометра.

Чтобы ознакомиться с методикой градуировки динамометра, возьмём школьный динамометр и закроем его шкалу бумажной полоской. Укрепим динамометр в лапке штатива вертикально и отметим на бумаге положение указателя динамометра при отсутствии груза. Подвесим на крючок динамометра груз массой 100 г. Пружина растянется на такую длину, при которой сила упругости, действующая на груз, уравновесит действующую на него силу тяжести. Поскольку на груз массой 100 г действует сила тяжести примерно $1 \text{ Н}$, то и сила упругости пружины равна по модулю $1 \text{ Н}$. Подвешивая к первому грузу второй, третий и т. д., будем отмечать на бумаге новые положения указателя, проставляя напротив отметок значения силы (рис. 14). В результате получится шкала с ценой деления $1 \text{ Н}$. Измерив расстояния между соседними отметками, можно убедиться, что они одинаковы. (Почему?)

Рис. 14

Для получения шкалы с ценой деления $0,1 \text{ Н}$ необходимо разделить расстояния между соседними отметками на 10 равных частей.

В работе предлагается: 1) проградуировать динамометр с помощью грузов массой 100 г каждый и линейки; 2) измерить вес твёрдых тел, предложенных учителем.

► Ход работы

1. Определите цену деления шкалы линейки.
2. Проградуируйте динамометр.
   1. С помощью полоски белой бумаги закройте шкалу динамометра, закрепив полоску клейкой лентой.
   2. Закрепите динамометр на штативе.
   3. С помощью карандаша отметьте штрихом на закреплённой полоске бумаги первоначальное положение указателя динамометра и напротив штриха поставьте число 0.
   4. Подвесьте к крючку динамометра груз массой 100 г. С помощью карандаша отметьте штрихом на полоске бумаги новое положение указателя динамометра и напротив штриха напишите число 1, соответствующее значению силы упругости пружины ($1 \text{ Н}$).
   5. Подвешивая к пружине поочерёдно два, три и четыре груза, отмечайте штрихами на полоске бумаги положения указателя. Напишите напротив штрихов числа 2, 3 и 4. Укажите над числом 0 обозначение единицы силы ($\text{Н}$).
   6. С помощью линейки и карандаша получите шкалу с ценой деления $0,1 \text{ Н}$. Зарисуйте шкалу динамометра в отчёте о выполнении работы.
3. Твёрдое тело неизвестной массы подвесьте с помощью нити к крючку динамометра с проградуированной шкалой и измерьте вес тела. Запишите в отчёт результат измерения веса с учётом абсолютной погрешности, приняв её равной цене деления шкалы динамометра.
4. Повторите измерение п. 3 для другого тела неизвестной массы.
5. Сделайте вывод о методике градуировки динамометра.

Решение.

1. Определите цену деления шкалы линейки.

Для определения цены деления шкалы линейки необходимо выбрать два ближайших штриха, отмеченных числами (например, 1 см и 2 см). Затем найти разность этих значений и разделить ее на количество делений между ними. В стандартной школьной линейке между отметками 1 см и 2 см находится 10 делений. Разница значений составляет $2 \text{ см} - 1 \text{ см} = 1 \text{ см}$.

Цена деления (Ц) вычисляется по формуле:

$Ц = \frac{2 \text{ см} - 1 \text{ см}}{10} = \frac{1 \text{ см}}{10} = 0,1 \text{ см} = 1 \text{ мм}$

Ответ: Цена деления шкалы линейки составляет 1 мм.

2. Проградуируйте динамометр.

В соответствии с инструкцией (пункты 2.1-2.6) была проведена градуировка динамометра:

1. На динамометр была наклеена бумажная полоска, закрывающая заводскую шкалу.

2. Динамометр был закреплен в штативе в вертикальном положении.

3. Отмечено начальное положение указателя без нагрузки, напротив этой отметки поставлено число 0.

4. К крючку динамометра последовательно подвешивались грузы массой 100 г каждый. Вес одного груза массой $m = 100 \text{ г} = 0,1 \text{ кг}$ создает силу, приблизительно равную 1 Н, так как вес вычисляется по формуле $P = mg$, где $g \approx 9,8 \text{ Н/кг}$ (в школьных задачах часто округляют до 10 Н/кг). Таким образом, $P = 0,1 \text{ кг} \cdot 9,8 \text{ Н/кг} = 0,98 \text{ Н} \approx 1 \text{ Н}$.

5. После подвешивания одного, двух, трех и четырех грузов на бумажной полоске отмечались положения указателя и подписывались значениями 1, 2, 3 и 4 (Н) соответственно.

6. С помощью линейки было измерено расстояние между соседними отметками, например, между 0 и 1 Н. Это расстояние было разделено на 10 равных отрезков. Каждый такой отрезок соответствует силе 0,1 Н. Таким образом, была создана шкала динамометра с ценой деления 0,1 Н. В отчете была сделана зарисовка полученной шкалы.

Ответ: Динамометр был проградуирован, и была создана шкала измерения силы с ценой деления 0,1 Н.

3. Твёрдое тело неизвестной массы подвесьте с помощью нити к крючку динамометра с проградуированной шкалой и измерьте вес тела. Запишите в отчёт результат измерения веса с учётом абсолютной погрешности, приняв её равной цене деления шкалы динамометра.

К проградуированному динамометру было подвешено первое тело неизвестной массы. Указатель динамометра установился на отметке 2,4 Н. Следовательно, измеренное значение веса тела $P_1 = 2,4 \text{ Н}$.

Абсолютная погрешность измерения $\Delta P$ принимается равной цене деления шкалы, то есть $\Delta P = 0,1 \text{ Н}$.

Результат измерения записывается в виде $P = (P_{изм} \pm \Delta P)$.

$P_1 = (2,4 \pm 0,1) \text{ Н}$.

Ответ: $P_1 = (2,4 \pm 0,1) \text{ Н}$.

4. Повторите измерение п. 3 для другого тела неизвестной массы.

К динамометру было подвешено второе тело неизвестной массы. Указатель динамометра установился на отметке 3,7 Н. Измеренное значение веса второго тела $P_2 = 3,7 \text{ Н}$.

Абсолютная погрешность измерения остается прежней: $\Delta P = 0,1 \text{ Н}$.

Результат измерения для второго тела: $P_2 = (3,7 \pm 0,1) \text{ Н}$.

Ответ: $P_2 = (3,7 \pm 0,1) \text{ Н}$.

5. Сделайте вывод о методике градуировки динамометра.

В ходе выполнения работы была освоена методика градуировки пружинного динамометра. Эта методика основана на законе Гука, который устанавливает прямую пропорциональность между силой упругости, возникающей в пружине, и ее удлинением ($F_{упр} = k\Delta l$).

Суть методики заключается в следующем:

1. На прибор наносится нулевая отметка, соответствующая отсутствию нагрузки.

2. К пружине прикладываются известные, эталонные силы. В данной работе в качестве эталонных сил использовался вес грузов известной массы ($P = mg$).

3. Положения указателя, соответствующие действию этих сил, отмечаются на шкале.

4. Промежутки между основными отметками делятся на равное количество более мелких делений для повышения точности измерений. Так как зависимость силы от удлинения линейная, деления на шкале получаются равномерными.

Таким образом, проградуировав динамометр, мы получаем измерительный прибор, позволяющий определять величину неизвестных сил путем сравнения их с эталонными силами, использованными при градуировке.

Ответ: Освоена методика градуировки динамометра, которая заключается в создании измерительной шкалы путем установления соответствия между удлинением пружины и известными силами (весом эталонных грузов). Созданный прибор успешно применен для измерения веса тел.