Тип 7 № 702 
Экспериментальная задача. Задания для подготовки
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.
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:

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

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

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


Оценим абсолютную погрешность полученного результата:

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


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.

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

Рассчитаем относительное удлинение сложенного шнура.

Относительная погрешность данного измерения составит.

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

Видно, что даже с учётом погрешности
и
не могут быть равны друг другу. Следовательно, можно утверждать, что относительное растяжение шнура не пропорционально растягивающей его силе в исследованном диапазоне удлинений.
Критерии проверки:| № вопроса | Указания к оцениванию | Баллы |
|---|
| 1 | Измерены значения длины шнура в ненагруженном и нагруженном состоянии. Результат записан в правильном виде с погрешностью | 1 |
| 2 | Вычислено значение относительного удлинения. Результат отклоняется от истинного не более чем на 5% | 1 |
| Правильно оценена абсолютная погрешность относительного удлинения | 1 |
| Результат записан в правильном виде с округлением погрешности и среднего значения | 1 |
| 3 | Приведено краткое описание метода нахождения растяжения шнура при растягивающей силе, вдвое меньшей силы тяжести груза, или сделан чертёж с необходимыми обозначениями и пояснениями | 1 |
| Измерены значения длины сложенного вдвое шнура в нерастянутом состоянии и при нагрузке. Результат записан в правильном виде с погрешностью | 1 |
| 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 удлинений | 1 |
| Максимальный балл | 9 |