Задания
Версия для печати и копирования в MS Word
Тип 7 № 702
i

Цель ра­бо­ты: из­ме­ре­ние от­но­си­тель­ной де­фор­ма­ции ре­зи­но­во­го шнура.

1)  За­жми­те кон­чик ре­зи­но­во­го шнура в лапке шта­ти­ва. Из­мерь­те длину не­на­гру­жен­но­го шнура. За­пи­ши­те по­лу­чен­ное зна­че­ние с учётом по­греш­но­сти ли­ней­ки. При­ми­те аб­со­лют­ную по­греш­ность из­ме­ре­ния длины рав­ной цене де­ле­ния ли­ней­ки. Под­весь­те к шнуру вы­дан­ный вам груз. Вновь из­мерь­те длину шнура и за­пи­ши­те ре­зуль­тат с учётом по­греш­но­сти.

2)  Рас­счи­тай­те от­но­си­тель­ное удли­не­ние шнура, то есть от­но­ше­ние из­ме­не­ния длины шнура к на­чаль­ной длине шнура. Дайте ответ в про­цен­тах. Поль­зу­ясь «ме­то­дом гра­ниц», оце­ни­те аб­со­лют­ную по­греш­ность по­лу­чен­ной ве­ли­чи­ны.

3)  Из­мерь­те от­но­си­тель­ное рас­тя­же­ние шнура под дей­стви­ем силы, вдвое мень­шей силы тя­же­сти груза. Крат­ко опи­ши­те ваш метод из­ме­ре­ния или на­ри­суй­те схему про­ве­де­ния опыта с не­об­хо­ди­мы­ми обо­зна­че­ни­я­ми и по­яс­не­ни­я­ми. Для по­лу­чен­но­го ре­зуль­та­та оце­ни­те аб­со­лют­ную и от­но­си­тель­ные по­греш­но­сти. На ос­но­ве по­лу­чен­ных ре­зуль­та­тов сде­лай­те вывод о том, можно ли счи­тать, что от­но­си­тель­ное рас­тя­же­ние шнура прямо про­пор­ци­о­наль­но рас­тя­ги­ва­ю­щей его силе (в ис­сле­до­ван­ном диа­па­зо­не удли­не­ний).

Обо­ру­до­ва­ние: шта­тив, ре­зи­но­вый шнур, груз, ли­ней­ка.

Спрятать решение

Ре­ше­ние.

Для про­ве­де­ния из­ме­ре­ний ис­поль­зо­вал­ся ре­зи­но­вый шнур из ком­плек­та ГИА. Шнур рас­тя­ги­вал­ся гру­зом мас­сой 200 г.

1)  Из­ме­рим длину шнура в не­рас­тя­ну­том со­сто­я­нии. Для этого вы­пря­мим шнур и при­ло­жим к нему ли­ней­ку:

 l_0= левая круг­лая скоб­ка 29,5 \pm 0,1 пра­вая круг­лая скоб­ка см.

Под­ве­сим к сво­бод­но­му концу шнура груз и вновь из­ме­рим его длину:

 l= левая круг­лая скоб­ка 37,5 \pm 0,1 пра­вая круг­лая скоб­ка см.

2)  Рас­счи­та­ем от­но­си­тель­ное удли­не­ние шнура, вы­ра­зив его в про­цен­тах:

 дробь: чис­ли­тель: \Delta l, зна­ме­на­тель: l_0 конец дроби = дробь: чис­ли­тель: l минус l_0, зна­ме­на­тель: l_0 конец дроби = дробь: чис­ли­тель: l, зна­ме­на­тель: l_0 конец дроби минус 1= левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 37,5, зна­ме­на­тель: 29,5 конец дроби минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка умно­жить на 100 \% \approx 27,12 \%

Найдём ми­ни­маль­ное и мак­си­маль­ное зна­че­ния от­но­си­тель­но­го удли­не­ния шнура при под­ста­нов­ке в фор­му­лу мак­си­маль­но­го и ми­ни­маль­но­го зна­че­ний l и l0:

 левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: \Delta l, зна­ме­на­тель: l_0 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка _\max = левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 37,6, зна­ме­на­тель: 29,4 конец дроби минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка умно­жить на 100 \% \approx 27,89 \%,

 левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: \Delta l, зна­ме­на­тель: l_0 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка _\min = левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 37,4, зна­ме­на­тель: 29,6 конец дроби минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка умно­жить на 100 \% \approx 26,35 \% .

Оце­ним аб­со­лют­ную по­греш­ность по­лу­чен­но­го ре­зуль­та­та:

 \sigma_ дробь: чис­ли­тель: \Delta l, зна­ме­на­тель: l_0 конец дроби = дробь: чис­ли­тель: дробь: чис­ли­тель: \Delta l, зна­ме­на­тель: l_0 конец дроби \max минус дробь: чис­ли­тель: \Delta l, зна­ме­на­тель: l_0 конец дроби \min , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби \approx 0,77 \%.

Тогда окон­ча­тель­но для от­но­си­тель­но­го удли­не­ния с учётом пра­вил округ­ле­ния пред­став­ле­ния ре­зуль­та­тов экс­пе­ри­мен­таль­ных из­ме­ре­ний:

 дробь: чис­ли­тель: \Delta l, зна­ме­на­тель: l_0 конец дроби = левая круг­лая скоб­ка 27,1 \pm 0,8 пра­вая круг­лая скоб­ка \%.

3)  Так как умень­шить силу тя­же­сти груза в дан­ном экс­пе­ри­мен­те не­воз­мож­но, то сде­ла­ем так, чтобы эту силу тя­же­сти урав­но­ве­ши­ва­ли две оди­на­ко­вые силы упру­го­сти, воз­ни­ка­ю­щие в шнуре.

Сло­жим шнур по­по­лам и под­ве­сим к нему груз. Тогда на каж­дую часть шнура будет дей­ство­вать сила тя­же­сти, рав­ная по­ло­ви­не силы тя­же­сти груза. Так как от­но­си­тель­ное удли­не­ние шнура не за­ви­сит от его длины, то от­но­си­тель­ное удли­не­ние каж­до­го из шну­ров будет со­от­вет­ство­вать от­но­си­тель­но­му удли­не­нию ис­ход­но­го шнура под дей­стви­ем силы, вдвое мень­шей силы тя­же­сти име­ю­ще­го­ся груза.

За­кре­пим два конца шнура в лапке шта­ти­ва. Из­ме­рим длину сло­жен­но­го шнура в не­рас­тя­ну­том по­ло­же­нии.

 l_0 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка \prime пра­вая круг­лая скоб­ка = левая круг­лая скоб­ка 14,5 \pm 0,1 пра­вая круг­лая скоб­ка см.

Под­ве­сим к месту пе­ре­ги­ба шнура груз и вновь из­ме­рим длину сло­жен­но­го шнура:

 l в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка \prime пра­вая круг­лая скоб­ка = левая круг­лая скоб­ка 16,0 \pm 0,1 пра­вая круг­лая скоб­ка см.

Рас­счи­та­ем от­но­си­тель­ное удли­не­ние сло­жен­но­го шнура.

 дробь: чис­ли­тель: \Delta l в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка \prime пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: l_0 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка \prime пра­вая круг­лая скоб­ка конец дроби = левая круг­лая скоб­ка 10,3 \pm 1,5 пра­вая круг­лая скоб­ка \% .

От­но­си­тель­ная по­греш­ность дан­но­го из­ме­ре­ния со­ста­вит.

 \varepsilon_\tfrac\Delta l в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка \prime пра­вая круг­лая скоб­ка l в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка \prime пра­вая круг­лая скоб­ка _0= дробь: чис­ли­тель: \sigma_ дробь: чис­ли­тель: \Delta l в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка \prime пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: l в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка \prime пра­вая круг­лая скоб­ка _0 конец дроби , зна­ме­на­тель: дробь: чис­ли­тель: \Delta l в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка \prime пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: l_0 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка \prime пра­вая круг­лая скоб­ка конец дроби конец дроби \approx 15 \% .

Рас­счи­та­ем ве­ли­чи­ну удво­ен­но­го от­но­си­тель­но­го рас­тя­же­ния сло­жен­но­го шнура под дей­стви­ем силы, вдвое мень­шей силы тя­же­сти вы­дан­но­го груза. По­лу­ча­ем:

 2 дробь: чис­ли­тель: \Delta l в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка \prime пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: l_0 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка \prime пра­вая круг­лая скоб­ка конец дроби = левая круг­лая скоб­ка 20,6 \pm 3 пра­вая круг­лая скоб­ка \% .

Видно, что даже с учётом по­греш­но­сти 2 дробь: чис­ли­тель: \Delta l в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка \prime пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: l_0 конец дроби и  дробь: чис­ли­тель: \Delta l, зна­ме­на­тель: l_0 конец дроби не могут быть равны друг другу. Сле­до­ва­тель­но, можно утвер­ждать, что от­но­си­тель­ное рас­тя­же­ние шнура не про­пор­ци­о­наль­но рас­тя­ги­ва­ю­щей его силе в ис­сле­до­ван­ном диа­па­зо­не удли­не­ний.

Спрятать критерии
Критерии проверки:

№ во­про­саУка­за­ния к оце­ни­ва­ниюБаллы
1Из­ме­ре­ны зна­че­ния длины шнура в не­на­гру­жен­ном и на­гру­жен­ном со­сто­я­нии. Ре­зуль­тат за­пи­сан в пра­виль­ном виде с по­греш­но­стью1
2Вы­чис­ле­но зна­че­ние от­но­си­тель­но­го удли­не­ния. Ре­зуль­тат от­кло­ня­ет­ся от ис­тин­но­го не более чем на 5%1
Пра­виль­но оце­не­на аб­со­лют­ная по­греш­ность от­но­си­тель­но­го удли­не­ния1
Ре­зуль­тат за­пи­сан в пра­виль­ном виде с округ­ле­ни­ем по­греш­но­сти и сред­не­го зна­че­ния1
3При­ве­де­но крат­кое опи­са­ние ме­то­да на­хож­де­ния рас­тя­же­ния шнура при рас­тя­ги­ва­ю­щей силе, вдвое мень­шей силы тя­же­сти груза, или сде­лан чертёж с не­об­хо­ди­мы­ми обо­зна­че­ни­я­ми и по­яс­не­ни­я­ми1
Из­ме­ре­ны зна­че­ния длины сло­жен­но­го вдвое шнура в не­рас­тя­ну­том со­сто­я­нии и при на­груз­ке. Ре­зуль­тат за­пи­сан в пра­виль­ном виде с по­греш­но­стью1
Най­де­но сред­нее зна­че­ние от­но­си­тель­но­го удли­не­ния при вдвое мень­шей на­груз­ке и по­лу­чен­ный ре­зуль­тат не от­ли­ча­ет­ся от ис­тин­но­го более чем на 20%1
Верно оце­не­ны аб­со­лют­ная и от­но­си­тель­ная по­греш­но­сти от­но­си­тель­но­го удли­не­ния во вто­ром слу­чае 1
Сде­лан вывод, что от­но­си­тель­ное рас­тя­же­ние шнура не про­пор­ци­о­наль­но рас­тя­ги­ва­ю­щей силе в ис­сле­до­ван­ном диа­па­зо­не удли­не­ний1
Мак­си­маль­ный балл9