Лабораторные работы по общему курсу физики

Измерения и погрешности измерений
Построение и оформление графиков
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7
Определение ускорения свободного падения
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 9
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 10
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 11
МЕХАНИЧЕСКИЕ ЗАТУХАЮЩИЕ КОЛЕБАНИЯ
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТИ
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ТЕЛ
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ ПРИ КОНВЕКЦИИ
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 16
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОМЕНТОВ ИНЕРЦИИ

Порядок выполнения работы

Упражнение № 1. Определение ускорения свободного падения с помощью математического маятника

1. Нижний кронштейн опустите полностью вниз. Разверните верхний кронштейн так, чтобы шарик математического маятника находился над датчиком. Вращением воротка 4 установите произвольную длину математического маятника, а затем установите и зафиксируйте нижний кронштейн так, чтобы при колебаниях шарик не задевал о датчик, а черта на шарике совпадала с чертой на датчике.

2. Определите длину маятника lм как расстояние между осью подвеса и чертой на шарике и запишите в табл. 7.1.

3. Включите установку в сеть, нажмите клавишу ''Сеть''. При этом должны загореться табло секундомера, счетчика и лампочка фотоэлектрического датчика. Если один из элементов не сработает, сообщите об этом лаборанту. При необходимости нажмите на клавишу ''Сброс'' и обнулите табло.

4. Отклоните маятник на 4-50 от положения равновесия. Нажмите на клавишу ''Сброс'' и отпустите маятник. Секундомер начнет отсчитывать время, а счетчик – число колебаний. При совершении маятником 9 колебаний нажмите на кнопку ''Стоп''. Cчетчик и секундомер остановятся немного позже – при n=10. Результаты измерений запишите в табл. 7.1. Замеры выполните 3 раза при данной длине lм.

 Таблица 7.1

Номер замера

lм1=...

lм2=...

t1

n1

t2

n2

1

2

3

 Таблица 7.2

Величина

lм1

lм2

T1

T2

g

Среднее

значение

Абсолютная погрешность

Относительная погрешность

5. Измените длину подвеса маятника приблизительно на 10 см и запишите ее в табл. 7.1. Повторите измерения, как указано в п. 4.

6. Для одного из замеров определите по формуле  периоды колебаний Т1 и Т2 и произведите оценочный расчет ускорения свободного падения по формуле (7.8). Подойдите к преподавателю на проверку.

7. При оформлении отчета определите величины Т1 и Т2 для всех замеров. Рассчитайте средние значения  и , определите погрешности DT1 и DT2.  Заполните табл. 7.2.

8. По средним значениям измеренных величин по формуле (7.8) рассчитайте ускорение свободного падения и определите абсолютную погрешность результата измерения g по формуле

Определите относительную погрешность результата измерения g. Результаты вычислений занесите в табл. 7.2. При расчетах примите мм.

Упражнение №2. Определение ускорения свободного падения

с помощью оборотного маятника

1. Разверните верхний кронштейн на 180°. Установите физический оборотный маятник ножом Н1 на вкладыше верхнего кронштейна (как показано на рис. 7.4). При выполнении работы груз m1 остается все время в одном и том же положении, перемещается вдоль стержня только груз m2. Закрепите груз m2 на расстоянии a3= 6 см от конца стержня. Замерьте и запишите расстояние между ножами L=lпр c точностью мм. Чтобы это расстояние действительно соответствовало приведенной длине, груз m2 должен располагаться в строго определенном положении. Для его нахождения выполняют ряд замеров.

Подпись:  

Рис. 7.4

















Рис. 7.4
2. Измерьте время t1 и число колебаний n1 маятника, как указано в п. 4 упражнения 1. Занесите эти данные в табл. 7.3.

3. Переверните маятник, установите его на вкладыше ножом Н2 и сделайте замеры t2 и n2. Данные замеров запишите в табл. 7.3.

4. Сдвиньте груз m2 (не путать с m1!) на 2 см к центру маятника и повторите измерения для обоих ножей. Замеры выполните для 6 положений груза m2, повторяя пп. 2-4.

 Таблица 7.3

a3 →

1

6 см

2

8 см

3

10 см

4

12 см

5

14 см

6

16 см

 

 

t1

n1

Т1

 

 

t2

n2

Т2

5. Рассчитайте все периоды в табл. 7.3. Найдите такой столбец в табл. 7.3, в котором T1≈T2. Рассчитайте Tф как среднее из T1 и T2 в этом столбце. По формуле (7.7) сделайте оценочный расчет g и подойдите к преподавателю на проверку.

6. При оформлении отчета по результатам измерений постройте на миллиметровке графики зависимостей Т1=f(а3) и Т2=f(а3) и по точке пересечения кривых на графике определите период колебаний Tф с точностью до 0,01 с (100 мм=1 с).

7. Используя полученное с графика значение Tф, по формуле (7.7) рассчитайте среднее значение g и его абсолютную и относительную погрешности как для косвенных измерений (см. зависимости и пример на с. 14-15). Примите в расчетах с. Результаты занесите в табл. 7.4. Сделайте вывод, сравнив результаты измерений в упражнениях 1 и 2.

 Таблица 7.4

Величина

lпр

g

Среднее значение

Абсолютная погрешность

Относительная погрешность

Упражнение №3. Определение моментов инерции I1 и I2

оборотного маятника

 

1. Для любого положения груза m2 по формуле (7.13) рассчитайте l1 и l2=L-l1. Запишите массу физического оборотного маятника: m=2,607 кг. По формулам (7.9) и (7.10) рассчитайте I1 и I2. Результаты занесите в табл. 7.5.

 Таблица 7.5

a3

T1

T2

l1

l2

I1

I2

 

 

Техника безопасности

При выполнении работы соблюдаются общие меры безопасности в лаборатории механики в соответствии с инструкцией.

Контрольные вопросы

1. Дайте определение математического маятника, физического, оборотного.

2. Дайте определение приведенной длины физического маятника. Какой зависимостью она определяется?

3. От чего зависит период колебаний физического и математического маятников? Приведите формулы для их определения.

4. Какое из дифференциальных уравнений описывает гармонические колебания?

5. Запишите уравнение гармонических колебаний и дайте определение параметров гармонических колебаний.

6. Дайте определение момента инерции материальной точки и твердого тела.

7. Сформулируйте теорему Штейнера.

8. Как достаточно точно получить промежуток времени в 1 секунду, если нет часов, но есть обычная линейка?

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Трофимова Т. И. Курс физики: Учеб. пособ. для втузов. – М.: Высш. шк., 1998, с. 255-261.

2. Детлаф А. А., Яворский Б. М. Курс физики: Учеб. пособ. для втузов. – М.: Высш. шк., 2000, с. 361-363, с. 80-82