Тема: «Определение коэффициента жесткости пружины физического маятника»

Цель работы: научиться опытным путем определять коэффициент жесткости пружины физического маятника.

Средства обучения:

· оборудование: физический маятник, штатив, секундомер, набор грузов известной массы;

· методические указания к выполнению лабораторной работы, калькулятор.

Ход выполнения лабораторной работы

Теоретическая часть

Период колебаний физического маятника можно рассчитать по формуле: (1), где (2); π=3,14; m – масса груза, а k – коэффициент жесткости пружины, [k]= .

Для увеличения точности измерений необходимо взять достаточно большое число полных колебаний (например, N=30, 40, 50).

Получим расчетную формулу для определения k:

→ → → → (3).

Для определения коэффициента жесткости пружины необходимо знать массу груза, подвешенного на пружине m и период колебаний – Т.

2. Вычисления и измерения

1. Закрепите физический маятник в штативе (к пружине подвесьте один груз известной массы) и приведите его в колебательное движение. Измерьте время t фиксированного числа полных колебаний N, рассчитайте период колебаний по формуле (2):

Опыт №1: ,

2. Зная массу груза, рассчитайте коэффициент жесткости пружины физического маятника k по формуле (3):

3. Повторите измерения и вычисления п.1-2, подвесив к пружине сначала два груза той же массы и оставив первоначальное число колебаний; а затем три груза той же массы, но изменив число колебаний маятника.

Опыт №2:

Опыт №3:

4. Вычислите среднее значение коэффициента жесткости пружины:

 

5. Результаты измерений и вычислений занесите в отчетную таблицу 1:

№

N

t, с

Т, с

tср, с

m, кг

mср, кг

k,

kср,

Δtср, с

εt

εm

εk

Δk,

Таблица 1 – Результаты измерений и вычислений

 

6.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Лабораторная работа № 13

Рассчитайте абсолютную и относительную погрешности измерений:

Относительная погрешность измерения времени: , где , и :

 

Относительная погрешность измерения массы груза: ; где

Относительная и абсолютная погрешности измерения k: ε_k=2ε_t+ε_m; Δk=k_ср∙ ε_k;

ε_k=______________________=____________, Δk=_________________=________

Окончательный результат запишите в виде: k_cр–Δk≤k≤ k_cр+Δk:

______________________ ≤ k ≤_____________________ .

 

Обобщите результаты своей работы. Сделайте вывод по проделанной работе.

Вывод: ______________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

Контрольные вопросы

1. Как зависит период колебаний физического маятника от жёсткости пружины?

2. Зависит ли частота колебаний физического маятника от массы груза на пружине и от амплитуды колебаний?

3. Каким был бы результат опыта в условиях невесомости?

Ответы:

 

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Лабораторная работа № 14

Лабораторная работа №14

Тема: «Определение заряда и электроемкости конденсатора»

Цель работы: определить опытным путем величину заряда конденсатора и рассчитать его электроемкость.

Средства обучения:

· оборудование: источник тока, ключ, мультиметр, конденсатор 4700мкФ, резистор 20кОм, секундомер;

· методические указания к выполнению лабораторной работы, калькулятор.

Ход выполнения лабораторной работы

Теоретическая часть

Электроемкость конденсатора — это отношение величины заряда, имеющегося на его обкладках, к напряжению на конденсаторе (1). Следовательно, для определения электроемкости необходимо знать заряд и напряжение на конденсаторе, которое можно измерить с помощью мультиметра.

Заряд на обкладках появляется в процессе зарядки конденсатора, т. е. при протекании тока в электр. цепи. Т. к. сила тока – это заряд, протекающий через проводник в единицу времени, то величину заряда, прошедшего по цепи, можно найти, умножив силу тока на время: → (2).

По мере зарядки конденсатора сила тока в цепи изменяется, поэтому для подсчета заряда весь период зарядки разбивают на малые интервалы времени Δt, в течение которых можно считать силу тока I постоянной. Величина заряда Δq, на которую изменился заряд конденсатора за Δt, рассчитывается по формуле (2). Просуммировав Δq, можно получить величину заряда конденсатора q: (3).

2. Вычисления и измерения

1. Соберите электрическую цепь по схеме, представленной на рис.1.

2. Переведите мультиметр в режим измерения постоянного напряжения. Установите диапазон 20 В.

3. Убедитесь в том, что конденсатор разряжен. Для этого подключите мультиметр к выводам конденсатора и убедитесь, что его показания равны нулю. Если это не так, замкните выводы конденсатора проводником на короткое время.

4. Подключите мультиметр параллельно сопротивлению R.

5. Замкните ключ и одновременно начните отсчет времени. Через каждые 15 с фиксируйте в табл.1 показания вольтметра на протяжении 3,5 минут зарядки конденсатора.

6. Спустя указанное время с начала зарядки разомкните ключ.

7. Отключите мультиметр от резистора и измерьте с его помощью напряжение U_к, до которого зарядился конденсатор: .

8. Используя закон Ома , рассчитайте силу тока в цепи и вычислите величины зарядов Δq, накапливаемые конденсатором каждые 15с: , Δt=15с:

1)

2)

 

3)

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Лабораторная работа № 14

4)

5)

6)

7)

8)

9)

10)

11)

12)

13)

14)

15)

9. Определите заряд q на обкладках конденсатора :

.

10. Рассчитайте электроемкость конденсатора : .

11. Сравните полученное значение электроемкости с величиной, указанной на конденсаторе: ________________________________________________________________________________.

12. Результаты измерений и вычислений занесите в отчетную таблицу 1.

3. Таблица 1 – Результаты измерений и вычислений

t, с

U, В

I, А

Δq, Кл

4. Обобщите результаты своей работы. Сделайте вывод по проделанной работе.

Вывод:___________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Контрольные вопросы

1. Дайте определение конденсатора.

2. От чего зависит величина тока зарядки конденсатора?

3. Как вычислить электроемкость двух конденсаторов, соединенных последовательно?

4. Как рассчитать электроемкость трех конденсаторов, соединенных параллельно?

Ответы:

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Лабораторная работа № 15

Лабораторная работа №15