Глава 3. Практическое выполнение лабораторных работ.

1. Измерение длины

Цель эксперимента:

Измерить длину различных объектов.

Установка

Оборудование:

Ход эксперимента:

- Определить длину различных предметов с помощью рулетки и записать измеренные величины в таблицу.

- Используя штангенциркуль, определить длину и диаметр осевого подшипника.

Используйте нониус. Запишите измеренные величины в таблицу.

Замечание: следует также измерить другие объекты.

Пример считывание с нониуса.

- Миллиметры считываются с большей шкалы с отметкой на шкале «0» .

Десятые доли миллиметра считываются с маленькой шкалы. Посмотрите на градуировочные отметки двух шкал, которые расположены точно одна над другой и считайте значение с маленькой шкалы

Результаты измерения

Оценка результатов измерения

- С помощью рулетки прямо может быть измерена длина до 100 см

Точность измерений примерно составляет 0,1 см

- При помощи штангенциркуля может быть измерена длина до 16 см

Точность измерений примерно составляет 0,01 см или 0,1 мм

- Заполните таблицу:

Замечание:

- Также с помощью штангенциркуля может быть измерена глубина. Для этих целей используется выступающий на конце стержень

2. Определение площадей

Цель эксперимента:

Определять площади прямоугольных и круглых объектов

Установка

Оборудование:

Ход эксперимента:

- Измерьте длины больших поверхностей фрикционного бруска, например ту, которая покрыта резиной, для эксперимента с трением и запишите их в таблицу 1

- Измерьте диаметр сливного сосуда и запишите его в таблицу 2

Замечание:

Также следует измерить другие предметы, имеющиеся в наличии, например коробки, рабочий стол, класс или диаметр ведерка.

Пример измерений:

Таблица 1: прямоугольный предметы

Таблица 2: круглые предметы

Оценка результатов измерения

-Площадь прямоугольных объектов A рассчитывается как произведение длины l, ширины w: A=l·w. Рассчитайте площади и запишите их в таблицу 1

- Каковы единицы измерения площади?

Площадь измеряется, например, в см² или м²

- Площадь круглых предметов определяется как A=π· =π·r²=3,14r² (где радиус равен r= ). Рассчитайте площади и запишите их в таблицу 1

- Заполните таблицу:

Замечание:

В системе CИ единицей измерений площади является квадратный метр м²

- Другие площади, встречающихся в повседневной жизни объектов также следут рассчитать, например площадь футбольного поля (приблизительно 100м×60 м= 6 000 м²), школьного двора и т.д.

3. Определение объемов

Цель эксперимента:

Научиться определять объём тел

Установка

Оборудование:

Ход эксперимента:

-Используя штангенциркуль, определите длину l, ширину w и высоту h алюминиевого бруска и запишите эти значения под номером 1.

- Используя штангенциркуль, измерьте внутренний диаметр d и, используя измерительную ленту высоту h до деления шкалы100 на измерительном цилиндре, и запишите эти значения под номером 2.

Результаты измерения

-1.) Длина: l = 2,5 см

Ширина: w = 2,5 см

Высота: h = 6,0 см

-2.) Диаметр: d = 3,7 см

Длина: l = 9,3 см

Оценка результатов измерения

- Объем тел правильной формы, используемых в данном эксперименте, может быть вычислен, зная площадь основания А и высоту h:

V=A·h

-Вычислите объем алюминиевого цилиндра:

V=A·h=l·w·h=37,5 см³

- Вычислите объем алюминиевого цилиндра:

Вычислите объем измерительного цилиндра. Площадь основания:

A=π·r²= ·d², где π≈3,14

V=A·h= 100 см³

-Измерительный цилиндр имеет объем 100 мл. Таким образом: 1 мл=1см³

-В системе СИ (международная система единиц) единицы объема – м³

Связь между м³ и см³:

1 м³=1 000 000 см³ = 10⁶см³

- Заполните таблицу:

4. Измерение объемов при помощи измерительного цилиндра

Цель эксперимента:

Научиться определять объемы тел при помощи измерительного цилиндра

Установка

Оборудование:

Ход эксперимента:

- Приготовьте воду в мензурке.

-Приделайте алюминиевый брусок и груз к веревке по отдельности (приблизительно 20 см).

-Налейте приблизительно 60 мл воды в измерительный цилиндр. Запишите уровень воды в таблицу как V₁.

-Погрузите алюминиевый цилиндр в измерительный цилиндр. Считайте уровень воды со шкалы измерительного цилиндра, запишите его в таблицу как V₂.

- Погрузите 1 груз в измерительный цилиндр. Считайте уровень воды со шкалы измерительного цилиндра, запишите его в таблицу как V₂.

- Повторите эксперимент с системой из 2 и 3 грузов.

Результаты измерения

- Таблица объемов тел

Оценка результатов измерения

-Почему уровень воды поднимается в измерительном цилиндре, когда тело погружается?

-Какой объем показывается уровнем воды в измерительном цилиндре, когда тело погружено?

-Вычислите объемы тел как V_b=V₂-V₁ и запишите значения в таблицу.

-С какой точностью можно определить объем тел при помощи измерительного цилиндра?

5. Измерение объемов при помощи сливного сосуда

Цель эксперимента:

Научиться определять объемы при помощи сливного сосуда.

Установка

Оборудование:

Ход эксперимента:

- Приготовьте воду в мензурке.

- поместите измерительный цилиндр под выходным отверстием сливного цилиндра.

- Налейте воды в сливной цилиндр, пока вода не станет вытекать, и налейте воду, которая вытекла обратно в мензурку.

-Поместите измерительный цилиндр обратно под выходным отверстием сливного цилиндра.

- прикрепите алюминиевый брусок и груз, каждый, к веревке (приблизительно 20 см).

- Поместите алюминиевый брусок в сливной цилиндр. Считайте значение объема воды, которая вылилась в измерительный цилиндр и запищите это значение.

- Выньте алюминиевый брусок из воды, налейте воду измерительного цилиндра обратно в сливной сосуд и, если это необходимо, добавьте немного воды из мензурки.

- Поместите 1 груз в сливной сосуд.

-Считайте значение объема воды, которая вытекла в измерительный цилиндр, и запишите его в таблицу.

- Повторите эксперимент с 2, 3,4 и 5 грузами.

Результаты измерения

- Объем воды, которая вытекла.

Алюминиевый брусок: приблизительно 38 мл

Оценка результатов измерения

-Вычисленное значение объема алюминиевого бруска – 37,5 см³, 1 мл=1см³

Какой объем алюминиевого бруска?

V 38 см³

-Как можно объяснить погрешность (неточность) измерений?

Шкала измерительного цилиндра имеет значения с шагом 2 мл. Более того, нельзя точно наблюдать, так как она находится отчасти у края цилиндра.

-Каков объем одного груза?

V= 8 см³.

-Какой объем получается для одного груза из результатов измерений для нескольких грузов? Запишите результаты в таблицу.

- Каковы преимущества использования нескольких грузов для определения объема одного груза?

Абсолютная погрешность одинакова для каждого измерения, однако, однако она меньше в случае большего вытесняемого объема.

-Каковы преимущества определения объема тела при помощи сливного сосуда по сравнению с измерительным цилиндром?

Можно определить объемы тел, которые не помещаются в измерительный цилиндр.

6. Измерение времени

Цель эксперимента:

Научиться определять время при помощи секундомера.

Установка

Оборудование:

Ход эксперимента:

- Включите секундомер, нажав кнопку START-STOP справа. Запишите свои наблюдения под номером 1.

- Остановите секундомер, нажав кнопку START-STOP справа. Запишите свои наблюдения под номером 2.

- В этом состоянии, установите на секундомере 0, нажимая кнопку RESET слева. Запишите свои наблюдения под номером 3.

-Измерьте длину секунды (1с), включая и выключая секундомер не глядя. Для того, чтобы улучшит результат измерения, повторите эксперимент несколько раз.

-Повторите эксперимент, измеряя в этот раз, 10 с. (Считая медленно, вы улучшите результат).

- В фронтальном эксперименте, учитель отдает сигналы включения и выключения для измерений времени, например, хлопая в ладоши. Запишите результаты измерений под номером 4.

Пример измерений

1. Показания на табло: увеличиваются.

2. Показания на табло: остановились.

3. Показания после установки нуля: 0:00:00

4. На табло 0:04:36 Время: 4,36 с

Оценка результатов измерения

-Каково значение разных цифр на табло?

1-ая цифра 1 минута

-Двоеточие: мигает во время измерения времени.

2-ая цифра 10 секунд

3-я цифра 1 секунда

4-ая цифра 0,1 секунды (десятая)

5-ая цифра 0,01 секунды (сотая)

- Сравните свои измерения с измерениями другой группы.

Почему результаты разные?

Из-за разной скорости реакции, секундомер включается и выключается в разное время.

- Какое это имеет значения в физическом эксперименте?

Следует учитывать такого рода ошибку в физическом эксперименте.

-Заполните таблицу:

Замечание:

-Время t – это основная величина. В системе СИ (международная система единиц) единица времени – секунда с.

- В фронтальном эксперименте можно показать, что относительная погрешность измерений меньше, при более длительных интервалах измерений как длинных промежутков времени (10 с), так и коротких (1с).

Функция «Split» позволяет измерить среднее время, без прерывания времени измерений. Включите секундомер, нажав клавишу «Start». Нажмите клавишу «Split»: показания на табло остановятся, в то время как будет продолжаться внутренний отсчет времени. Чтобы вернуться к измерению времени, нажмите кнопку «Split» снова. Чтобы остановить секундомер, нажмите «»Stop.

7. Определении массы

Цель эксперимента:

Научиться определять массы объектов при помощи рычажных весов

Установка

Оборудование:

Ход эксперимента:

-Установите оборудование как показано на рисунке

-Если необходимо, уравновесьте весы горизонтально, перемещая ползунок (черный движок на уровне)

- Сперва поместите алюминиевый брусок на чашу весов, и ставьте грузы на другую чашу весов до тех пор, пока весы не уравновесятся горизонтально.

Замечание: Сначала возьмите самый большой груз-50 г, затем следующий по величине груз и т.д. Как только чаша весов с грузами начнет двигаться вниз, замените последний груз на груз следующего размера.

-Сложите массы грузов и запишите сумму в таблицу

- Повторите эксперимент с другими предметами

-Эксперимент также следует провести с предметами, не входящими в список приборов (например, карандаш, ключ и т.д.)

Пример измерений:

- Таблица масс различных объектов

Оценка результатов измерения

- Какая физическая величина определяется с помощью весов?

С помощью весов определяется масса

-В каких единицах измеряется масса?

Единицы массы – грамм, г

-Какую массу можно определить при помощи набора грузов, используемого в эксперименте?

С помощью данного набора можно измерить массу от 1 г до 110 г

- Какая точность может быть достигнута при помощи набора грузов, используемого в эксперименте?

Точность составляет 1г

- Запишите, какие грузы потребуется для каждого случаю, чтобы получить данную массу:

В СИ (международная система единиц)

Единицы массы – килограмм, для которого справедливо следующее отношение:

1кг=1000 г и 1 т (тонна)=1000 кг

Замечание:

-С помощью рычажных весов могут быть определенны массы тел, масса которых известна

- С помощью пружинных весов определяется гравитационная сила, зная которую, можно рассчитать массу (например, откалибровав шкалу)

8. Определение плотности твердых тел

Цель эксперимента:

Определить плотность твердых тел.

Установка

Оборудование:

Ход эксперимента:

- Измерьте края алюминиевого бруска и запишите значения под пунктом 1.

- Установите эксперимент как показано на рисунке.

-Если необходимо, уравновесьте весы горизонтально, перемещая ползунок (черный движок на уровне)

Поместите алюминиевый брусок на чашу весов и кладите грузы на другую чашу, пока

Весы не уравновесятся горизонтально. Запишите массу алюминиевого бруска в таблицу под пунктом 1.

- Повторите эксперимент с одним из грузов.

Пример измерений

1. Размеры алюминиевого бруска

Длина 2,5 см

Ширина 2,5 см

Высота 2,5 см

2. Таблица плотности твердых тел

Оценка результатов измерения

-Рассчитайте объем алюминиевого бруска и запишите его в таблицу.

-Плотность ρ – это отношение массы и объема: ρ= . Рассчитайте плотности и запишите их в таблицу.

- Каковы единицы измерения плотности ρ?

Единицы измерения плотности .

Какие величины необходимо знать, чтобы рассчитать плотность?

Необходимо знать массу и объем.

Замечание:

В системе единиц СИ (международная система единиц) плотность изменятся .

Единицы могут быть переведены соответственно:

1 = =1000

и 1 = =1

- если плотность ρ известна, то материал может быть определен при сравнении с табличными величинами.

- Табличное значение плотности алюминия –

2, 702

Грузы сделаны из сплава Zn-Al-Cu

9. Определении плотности воды

Цель эксперимента:

Определение плотности воды

Установка

Оборудование:

Ход эксперимента:

- Приготовьте воду в стакане;

- Установите экспериментальное оборудование как показано на рисунке.

- Если необходимо, уравновесьте весы горизонтально, перемещая ползунок (черный движок на уровне)

- Сперва положите измерительный цилиндр на чашу весов и ставьте грузы на другую чашу весов до тех пор, пока весы не выровняются горизонтально. Запишите массу измерительного цилиндра.

- Налейте 50 мл в измерительный цилиндр, определите общую массу и запишите ее.

Пример измерений:

- Масса измерительного цилиндра: 29 г.

- Масса измерительного цилиндра с водой 79 г.

Оценка результатов измерения

- Какова масса 50 мл воды?

M = 79 г - 29 г = 50 г

- Плотность ρ – отношение массы к объему: ρ= . Какова плотность воды?

=

- Запишите массу m каждого из объемов V в таблицу.m и V связаны следующим отношением: m=ρ·V.

Замечание:

- Плотность воды зависит от температуры. Однако, этот эффект не может быть определен с точностью 1г.

- Экспериментальная установка может быть также использована, чтобы определять плотность других жидкостей, например, этанола 0,79 , оливкового масла 0,91 , молока 1,03 .

В системе СИ (международная система единиц) плотность – .

Единицы могут быть переведены соответственно:

1 = = 1000

и 1 = = 1

10. Масса и гравитационная сила

Цель эксперимента:

Познакомиться со связью между массой и гравитационной силой

Установка

Оборудование:

Ход эксперимента:

- Установите экспериментальное оборудование как показано на рисунке.

- Присоедините винтовую пружину диаметром 1,5 см к осевому подшипнику.

-Измерьте длину винтовой пружины и запишите ее в таблицу 1.

- Подвесьте один груз к пружине и запишите новую длину в таблицу 1.

Повторите эксперимент с дополнительными грузами.

- Повторите эксперимент с винтовой пружиной диаметром 2 см (таблица 2)

Результаты измерения

-Таблица 1: Динамометр 1,5 Н

Таблица 2: Динамометр 3 Н

Оценка результатов измерения:

Справедливо, что чем больше масса, тем больше гравитационная сила.

-Единицей силы является: Н (Ньютон).

-Сила, действующая на массу 100 г приблизительно равна 1 Н.

Замечание:

- Единица Ньютон – составная и соответственно равна: 1Н=1 кг·

-Гравитационная сила равна: F=m·g, где g9,81 кг·

-Большинство весов (например, напольные весы в ваной) показывают массу, хотя на самом деле измеряется гравитационная сила.