Решение: Исследование растяжения пружины
Используя штатив с муфтой и лапкой, пружину 1, динамометр № 2 с пределом измерения, равным 5 Н, линейку и набор из трёх грузов по 100 г каждый, соберите экспериментальную установку для исследования зависимости силы упругости, возникающей в пружине, от степени растяжения пружины. Определите растяжение пружины, подвешивая к ней поочерёдно один, два и три груза. Для определения веса груза(-ов) воспользуйтесь динамометром. Абсолютную погрешность измерения растяжения пружины с помощью линейки принять равной ±2 мм, абсолютную погрешность измерения силы с помощью динамометра принять равной ±0,1 Н.
Сделайте рисунок экспериментальной установки, указав способы измерения удлинения пружины и силы упругости. С учётом абсолютной погрешности укажите результаты измерения веса груза(-ов) и удлинения пружины для трёх случаев в виде таблицы или графика. Сформулируйте вывод о зависимости силы упругости, возникающей в пружине, от степени растяжения пружины.
Решение по шагам
5 шаговСобирают установку: пружину закрепляют в лапке штатива, к нижнему концу пружины подвешивают грузы. Линейку располагают вертикально рядом с пружиной. Для определения силы динамометр используют вместо грузов или последовательно включают в цепь измерения так, чтобы его показание соответствовало весу подвешенных грузов.
Для каждого случая сначала фиксируют начальную длину пружины без грузов $l_0$, затем длину пружины с грузами $l$. Удлинение находят как разность этих длин.
$$\Delta l = l - l_0$$Измерения проводят для одного, двух и трёх грузов. В таблицу заносят измеренное динамометром значение силы с погрешностью $\pm 0{,}1\ \text{Н}$ и соответствующее удлинение с погрешностью $\pm 2\ \text{мм}$.
$$F_1,\ F_2,\ F_3;\quad \Delta l_1,\ \Delta l_2,\ \Delta l_3$$При увеличении числа грузов сила возрастает, и удлинение пружины также возрастает. Для упругой деформации зависимость описывается законом Гука: сила упругости прямо пропорциональна удлинению пружины.
$$F_{\text{упр}} = k\Delta l$$На графике зависимости $F$ от $\Delta l$ экспериментальные точки должны располагаться приблизительно на прямой, проходящей через начало координат, с учётом погрешностей измерений.
Сила упругости пружины с учётом погрешности измерений возрастает примерно прямо пропорционально её удлинению: $F_{\text{упр}} = k\Delta l$.
Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
Не указано начальное положение конца пружины и поэтому удлинение заменено длиной пружины.
В таблице отсутствуют абсолютные погрешности измерений.
Для трёх случаев приводится только одна сила или одно удлинение.
Вместо вывода о зависимости величин записывается только перечисление результатов.
На рисунке не показан способ измерения удлинения пружины линейкой.