Номер №10, страница 68 - гдз по физике 7 класс лабораторный практикум Холина, Березин

Задание № 10*

https://go.prosv.ru/9x6ych

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАБОТЫ СИЛЫ УПРУГОСТИ ПРИ ПОДЪЁМЕ ГРУЗОВ ПРИ ПОМОЩИ ПОДВИЖНОГО БЛОКА

► Постановка задачи

Используя линейку, штатив с муфтой и лапкой, нить, набор грузов, динамометр и подвижный блок, определить работу силы упругости при подъёме двух грузов при помощи подвижного блока на высоту, равную диаметру блока.

Общий вид экспериментальной установки показан на рисунке 33.

Рис. 33

► Анализ условия

Пусть груз, подвешенный к подвижному блоку, равномерно поднимают вверх с помощью динамометра. При равномерном движении груза показания динамометра не будут изменяться. Работа силы упругости $F_{\text{упр}}$, возникающей в пружине динамометра, определяется по формуле

$A = F_{\text{упр}}s$,

где $\text{s}$ — путь, пройденный концом нити, закреплённой на динамометре, для подъёма груза на высоту $\text{h}$.

Расстояния $\text{s}$ и $\text{h}$ связаны между собой: чтобы груз поднялся на высоту $\text{h}$, конец нити, закреплённый на динамометре, должен подняться на высоту $s = 2h$.

Измерив с помощью динамометра силу упругости и с помощью линейки диаметр блока, которому равна высота подъёма грузов, сможем рассчитать работу силы упругости.

► План выполнения задания

1. Зарисуйте схему экспериментальной установки.

2. Определите цену деления шкалы линейки и динамометра.

3. Соберите экспериментальную установку.

4. С помощью динамометра измерьте силу упругости при равномерном подъёме грузов. Результат измерения запишите в таблицу с учётом абсолютной погрешности, приняв её равной цене деления шкалы динамометра.

5. Измерьте диаметр блока, равный высоте $\text{h}$ подъёма грузов, с помощью линейки. Результат измерения запишите в таблицу с учётом абсолютной погрешности, приняв её равной цене деления шкалы линейки.

6. Вычислите путь $\text{s}$, пройденный концом нити. Результат запишите в таблицу с учётом абсолютной погрешности.

Указание. Абсолютная погрешность $\Delta s$ измерения пути, пройденного концом нити, равна $2\Delta h$.

7. Рассчитайте работу силы упругости. Пользуясь «методом границ» (см. с. 6, 7), определите абсолютную погрешность полученной величины.

1. Зарисуйте схему экспериментальной установки.

Схема экспериментальной установки для определения работы силы упругости при подъёме груза с помощью подвижного блока включает в себя штатив с муфтой и лапкой, к которой подвешен динамометр. К крюку динамометра прикреплена нить, перекинутая через подвижный блок. К оси подвижного блока подвешен груз (в данном случае два груза). Свободный конец нити закреплён на лапке штатива. Рядом с установкой располагается линейка для измерения высоты подъёма.

2. Определите цену деления шкал линейки и динамометра.

Решение

Для линейки:

Возьмём два соседних оцифрованных штриха, например, 1 см и 2 см. Разница между ними составляет $2 - 1 = 1$ см. Количество делений между этими штрихами равно 10. Цена деления линейки (ЦДЛ) равна:

$ЦДЛ = \frac{1 \text{ см}}{10} = 0,1 \text{ см} = 1 \text{ мм}$.

Абсолютная погрешность измерения линейкой, согласно условию, принимается равной цене деления: $\Delta h = 1 \text{ мм} = 0,001 \text{ м}$.

Для динамометра:

Возьмём два соседних оцифрованных штриха на шкале динамометра, например, 0 Н и 1 Н. Разница между ними составляет $1 - 0 = 1$ Н. Количество делений между этими штрихами равно 10. Цена деления динамометра (ЦДД) равна:

$ЦДД = \frac{1 \text{ Н}}{10} = 0,1 \text{ Н}$.

Абсолютная погрешность измерения силы, согласно условию, принимается равной цене деления: $\Delta F = 0,1 \text{ Н}$.

Ответ: Цена деления линейки составляет 1 мм. Цена деления динамометра составляет 0,1 Н.

3. Соберите экспериментальную установку.

Установка собирается в следующей последовательности:

1. Штатив устанавливается на рабочем столе.

2. На стержне штатива с помощью муфты закрепляется лапка.

3. В лапке закрепляется динамометр.

4. К крюку динамометра привязывается один конец нити.

5. Нить перекидывается через ролик подвижного блока.

6. Второй конец нити закрепляется на лапке штатива.

7. К крюку подвижного блока подвешиваются два груза.

Ответ: Экспериментальная установка собрана согласно схеме.

4. С помощью динамометра измерьте силу упругости при равномерном подъёме грузов. Результат измерения запишите в таблицу с учётом абсолютной погрешности, приняв её равной цене деления шкалы динамометра.

При равномерном подъёме грузов динамометр показал значение силы упругости $F_{упр} = 1,1 \text{ Н}$.

Абсолютная погрешность измерения силы, как определено в пункте 2, составляет $\Delta F = 0,1 \text{ Н}$.

Результат измерения: $F_{упр} \pm \Delta F = (1,1 \pm 0,1) \text{ Н}$.

Ответ: Измеренная сила упругости равна $(1,1 \pm 0,1) \text{ Н}$.

5. Измерьте диаметр блока, равный высоте h подъёма грузов, с помощью линейки. Результат измерения запишите в таблицу с учётом абсолютной погрешности, приняв её равной цене деления шкалы линейки.

Измерим диаметр блока с помощью линейки. Он равен $h = 5,0 \text{ см}$.

Абсолютная погрешность измерения, как определено в пункте 2, составляет $\Delta h = 1 \text{ мм} = 0,1 \text{ см}$.

Переведём в систему СИ: $h = 0,050 \text{ м}$, $\Delta h = 0,001 \text{ м}$.

Результат измерения: $h \pm \Delta h = (0,050 \pm 0,001) \text{ м}$.

Ответ: Измеренная высота подъёма грузов равна $(0,050 \pm 0,001) \text{ м}$.

6. Вычислите путь s, пройденный концом нити. Результат запишите в таблицу с учётом абсолютной погрешности.

Дано:

$h = 0,050 \text{ м}$
$\Delta h = 0,001 \text{ м}$

Найти:

$\text{s}$, $\Delta s$

Решение

При использовании подвижного блока для подъёма груза на высоту $\text{h}$, конец нити проходит путь $\text{s}$, который в два раза больше высоты $\text{h}$.

$s = 2h = 2 \cdot 0,050 \text{ м} = 0,100 \text{ м}$.

Абсолютная погрешность измерения пути $\text{s}$ определяется по указанию: $\Delta s = 2\Delta h$.

$\Delta s = 2 \cdot 0,001 \text{ м} = 0,002 \text{ м}$.

Результат вычисления: $s \pm \Delta s = (0,100 \pm 0,002) \text{ м}$.

Ответ: Путь, пройденный концом нити, равен $(0,100 \pm 0,002) \text{ м}$.

7. Рассчитайте работу силы упругости. Пользуясь «методом границ», определите абсолютную погрешность полученной величины.

Дано:

$F_{упр} = 1,1 \text{ Н}$
$\Delta F = 0,1 \text{ Н}$
$s = 0,100 \text{ м}$
$\Delta s = 0,002 \text{ м}$

Найти:

$\text{A}$, $\Delta A$

Решение

Работа силы упругости вычисляется по формуле $A = F_{упр} \cdot s$.

$A = 1,1 \text{ Н} \cdot 0,100 \text{ м} = 0,11 \text{ Дж}$.

Для определения абсолютной погрешности воспользуемся «методом границ». Сначала найдём минимальное и максимальное возможные значения измеряемых величин:

$F_{min} = F_{упр} - \Delta F = 1,1 - 0,1 = 1,0 \text{ Н}$

$F_{max} = F_{упр} + \Delta F = 1,1 + 0,1 = 1,2 \text{ Н}$

$s_{min} = s - \Delta s = 0,100 - 0,002 = 0,098 \text{ м}$

$s_{max} = s + \Delta s = 0,100 + 0,002 = 0,102 \text{ м}$

Теперь вычислим минимальное и максимальное возможные значения работы:

$A_{min} = F_{min} \cdot s_{min} = 1,0 \text{ Н} \cdot 0,098 \text{ м} = 0,098 \text{ Дж}$

$A_{max} = F_{max} \cdot s_{max} = 1,2 \text{ Н} \cdot 0,102 \text{ м} = 0,1224 \text{ Дж}$

Абсолютная погрешность работы $\Delta A$ равна половине разности между максимальным и минимальным значениями:

$\Delta A = \frac{A_{max} - A_{min}}{2} = \frac{0,1224 - 0,098}{2} = \frac{0,0244}{2} = 0,0122 \text{ Дж}$.

Округляем погрешность до одной значащей цифры: $\Delta A \approx 0,01 \text{ Дж}$.

Значение работы $\text{A}$ округляем до того же десятичного разряда, что и погрешность (до сотых): $A = 0,11 \text{ Дж}$.

Итоговый результат: $A \pm \Delta A = (0,11 \pm 0,01) \text{ Дж}$.

Заполним итоговую таблицу:

Ответ: Работа силы упругости равна $(0,11 \pm 0,01) \text{ Дж}$.