Номер 1, страница 58 - гдз по физике 7 класс рабочая тетрадь Минькова, Иванова

Цель работы

Научиться градуировать пружину, то есть создавать шкалу для измерения силы, и использовать полученный прибор (динамометр) для измерения веса тел.

Ответ: Целью работы является изготовление динамометра путем градуировки пружины и использование его для измерения сил.

Оборудование

Штатив с муфтой и лапкой, пружина, набор грузов, каждый массой 100 г, линейка, полоска бумаги для изготовления шкалы.

Ответ: Для работы необходимы: штатив, пружина, набор грузов, линейка и бумажная полоска.

Ход работы и теоретическое обоснование

1. Пружину закрепляют в лапке штатива в вертикальном положении. Рядом с ней прикрепляют бумажную полоску, которая будет служить шкалой будущего динамометра.

2. На бумажной полоске отмечают начальное положение нижнего конца пружины (или ее указателя). Эта отметка соответствует нулевому значению силы (0 Н).

3. К пружине подвешивают один груз массой 100 г. Сила тяжести, действующая на этот груз (его вес), равна $P = m \cdot g$. Принимая ускорение свободного падения $g \approx 10$ Н/кг и массу груза $m = 100 \text{ г} = 0.1 \text{ кг}$, получаем силу $P = 0.1 \text{ кг} \cdot 10 \text{ Н/кг} = 1$ Н. Под действием этой силы пружина растягивается. Возникающая в пружине сила упругости $F_{упр}$ уравновешивает вес груза, поэтому $F_{упр} = P = 1$ Н.

4. Отмечают новое положение указателя пружины на шкале и подписывают «1 Н».

5. Повторяют опыт, подвешивая последовательно два, три, четыре груза, и наносят на шкалу отметки «2 Н», «3 Н», «4 Н». Расстояния между соседними отметками (0 и 1 Н, 1 Н и 2 Н и т.д.) должны быть одинаковыми, так как согласно закону Гука, удлинение пружины $\text{x}$ прямо пропорционально приложенной силе $\text{F}$: $F_{упр} = kx$, где $\text{k}$ – коэффициент жесткости пружины.

6. После градуировки пружины (создания шкалы) полученный динамометр используют для измерения веса различных тел.

Ответ: Проведены сборка установки, последовательное нагружение пружины грузами для нанесения отметок на шкалу и теоретически обоснован процесс измерения сил.

Измерения и вычисления

Для выполнения отчета были проведены гипотетические измерения. Начальная длина пружины без нагрузки $l_0 = 5.0$ см.

Таблица 1. Результаты градуировки пружины.

Вычисление жесткости пружины.

Дано:

$F_1 = 1.0$ Н, $x_1 = 0.025$ м

$F_2 = 2.0$ Н, $x_2 = 0.050$ м

$F_3 = 3.0$ Н, $x_3 = 0.075$ м

$F_4 = 4.0$ Н, $x_4 = 0.100$ м

Найти:

$k_{ср}$ - средняя жесткость пружины.

Решение:

Жесткость пружины найдем по закону Гука $F = kx$, откуда $k = F/x$.

$k_1 = \frac{F_1}{x_1} = \frac{1.0 \text{ Н}}{0.025 \text{ м}} = 40$ Н/м.

$k_2 = \frac{F_2}{x_2} = \frac{2.0 \text{ Н}}{0.050 \text{ м}} = 40$ Н/м.

Среднее значение жесткости: $k_{ср} = \frac{k_1 + k_2 + k_3 + k_4}{4} = \frac{40+40+40+40}{4} = 40$ Н/м.

Определение цены деления динамометра.

Расстояние между отметками «0 Н» и «1 Н» соответствует силе 1 Н. Если разделить этот интервал на 10 равных частей, то цена одного малого деления шкалы будет $C_F = \frac{1 \text{ Н}}{10} = 0.1$ Н.

Таблица 2. Измерение веса тел.

Ответ: По результатам измерений средняя жесткость пружины составила $k_{ср} = 40$ Н/м. Цена деления шкалы, если интервал в 1 Н разделить на 10 частей, равна 0,1 Н. Измерен вес учебника $P_{уч} = 3,2$ Н и пенала $P_{пен} = 1,5$ Н.

Вывод

В ходе выполнения лабораторной работы была успешно произведена градуировка пружины и изготовлен простейший динамометр. Экспериментально подтверждено, что удлинение пружины прямо пропорционально приложенной к ней силе, что соответствует закону Гука. Была рассчитана жесткость пружины, составившая $k \approx 40$ Н/м. С помощью созданного прибора были измерены веса различных предметов. Таким образом, цель лабораторной работы была полностью достигнута.

Ответ: В ходе работы был изготовлен и опробован динамометр с жесткостью пружины 40 Н/м, что подтвердило справедливость закона Гука и позволило измерить вес различных тел.