Лабораторная работа Определение коэффициента трения скольжения

Методические указания по проведению лабораторной работы «Определение коэффициента трения скольжения »
Автор: Мокрова Ирина Иннокентьевна
ГБПОУ Московский технологический колледж.
Предисловие
Методические указания по проведению лабораторных работ по физике предназначены для студентов 1 курса технических специальностей среднего профессионального образования.
Цель методических указаний – оказание помощи студентам при подготовке и выполнении лабораторных работ по физике.
В пособии представлены подробные описания лабораторных работ, включающих в себя
а) теоретический материал по изучаемой теме;
б) перечень лабораторного оборудования;
в) описание лабораторной установки ;г) основное задание по измерению той или иной физической величины;
д) расчетные формулы;
е) таблица результатов измерений и вычислений;
ж) способы обработки результатов измерений. Определение абсолютной и относительной погрешностей.
В каждой лабораторной работе есть дополнительные задания частично-поискового и поискового характера, необходимые для развития самостоятельности мышления, формирования умений решать нестандартные, изобретательские задачи.
Для выполнения дополнительного задания №1 частично - поискового характера обучающимся предложена тема и цель лабораторной работы, необходимое для выполнения лабораторное оборудование, Обучающиеся самостоятельно предлагают способы выполнения работы, пользуются различными источниками, специальной литературой, справочными пособиями.
Для выполнения дополнительного задания №2 поискового характера обучающиеся должны решить новую для них проблему, опираясь на имеющиеся у них теоретические знания.
.
Основные требования по выполнению лабораторных работ
Правила выполнения лабораторных работ
1. Лабораторные работы по физике выполняются по группам, в которую входят 2-3 студента. Группы назначаются преподавателем на весь учебный год и могут изменяться в исключительных случаях ( выбытие студента из учебного заведения, длительное отсутствие по уважительным причинам и др)
2. Необходимо строгое выполнение всего объема домашней подготовки, указанных в описаниях соответствующих лабораторных работ
3. Выполнение каждой лабораторной работы предшествует проверка готовности студента, которая производится преподавателем в форме собеседования или письменного опроса по вопросам, приведенных в описании работы.
4. После выполнения лабораторной работы студент должен представить отчет о проделанной работе с обсуждением полученных результатов и выводов.
5. При выполнении лабораторных работ необходимо соблюдать правила техники безопасности работы с физическим оборудованием.

Правила техники безопасности
1.Будьте внимательны и дисциплинированны, точно выполняйте указания учителя.
2. Не приступайте к выполнению работы без разрешения преподавателя .
3. Размещайте приборы, материалы, оборудование на своем рабочем месте таким образом, чтобы исключить их падение или опрокидывание.
4. При работе с приборами из стекла соблюдайте особую осторожность. При выполнении лабораторных работ нельзя использовать разбитые стеклянные трубки, трубки с трещинами Для предотвращения падения стеклянные сосуды (пробирки, колбы) при проведении опытов осторожно закрепляйте в лапке штатива. Осколки стекла нельзя собирать со стола руками. Для этого нужно использовать щетку и совок.
5. При проведении опытов не допускайте предельных нагрузок измерительных приборов.
6. При сборке экспериментальных установок используйте провода (с наконечниками и предохранительными чехлами) с прочной изоляцией без видимых повреждений.7. Источник тока и электрической цепи подключайте в последнюю очередь.
8. Собранную цепь включайте только после проверки и с разрешения преподавателя. Проверяйте наличие напряжения на источниках питания или других частях электроустановки с помощью прибора для измерения напряжения.
9. Не прикасайтесь к находящимся под напряжением элементам цепей, лишенным изоляции. Не производите присоединения в цепях до отключении источника электропитания.
10. Следите, чтобы изоляция проводов была исправна, а на концах проводов были наконечники. При сборке электрической цепи провода располагайте аккуратно, а наконечники плотно соединяйте с клеммами.
11. Выполняйте измерения и наблюдения, соблюдая осторожность, чтобы случайно не прикоснуться к оголенным проводам (токоведущим частям, находящимся под напряжением).
12. Не прикасайтесь к конденсаторам, даже после отключения электрической цепи от источника питания, их сначала нужно разрядить. По окончании работы отключите источник питания, после чего разберите электрическую цепь.
13. Обнаружив неисправность в электрических установках, находящихся под напряжением, немедленно отключите источник тока и сообщите об этом учителю.
14. По окончании работы отключите источник электропитания, после чего разберите электрическую цепь.
15.Не уходите с рабочего места без разрешения преподавателя.
Определение погрешностей измерений
Выполнение лабораторных работ связано с измерением различных физических величин и последующей обработкой их результатов.Измерение — нахождение значения физической величины опытным путем с помощью средств измерений. Прямое измерение - определение значений физической величины непосредственно средствами измерения.Косвенное измерение - определение значения физической величины по формуле, связывающей ее с другими физическими величинами, определяемыми прямыми измерениями. Погрешность измерения - оценка отклонения измеренного значения величины от её истинного значения. Погрешность измерения является характеристикой (мерой) точности измерения.
Допустим, что I (сила тока) - физическая величина.
Iпр — приближенное значение физической величины, т. е. значение, полученное путем прямых или косвенных измерений.Iист.- истинное (действительное ) значение измеряемой величины.
Абсолютная погрешность ΔI -  это разность между измеренным I пр и истинным Iист значениями измеряемой величины. Абсолютная погрешность выражается в единицах измеряемой величины:   
ΔI = I пр - IистОтносительная погрешность  ε — это отношение абсолютной погрешности измерения к истинному (действительному) значению измеряемой величины.
ε= ΔI/ Iист *100%Инструментальные (приборные или аппаратурные ) погрешности обусловлены погрешностями применяемых средств измерений и занесены в паспорт прибора. Эти погрешности обусловлены конструктивными и технологическими недостатками средств измерений, а также следствием их износа, старения или  неисправности.
Таблица 1. Абсолютные инструментальные погрешности средств измерений.
№ п/п Средства измерений Предел измерений Цена деления Абсолютная инструментальная погрешность, Аи
1 Линейка
ученическая
чертёжная
инструментальная (стальная)
демонстрационная  
До 50 см
До 50 см
20 см
100 см  
1мм
1мм
1мм
1см  
±1мм
±0,2мм
±0.1мм
±0.5см
2 Лента измерительная 150 см 0,5 см ±0,5 см
3 Измерительный цилиндр До 250 мм 1 мл ±1 мл
4 Штангенциркуль 150 мм 0,1 мм ±0,05 мм
5 Микрометр 25 мм 0,01 мм ±0,005 мм
6 Динамометр учебный 4 Н 0,1 ±0,05 Н
7 Весы учебные 200 г — ±0,01 г
8 Секундомер 0—30 мин 0,2 с ±1 с за 30 мин
9 Барометр-анероид 720-780 мм 1 ммрт. ст. ±3 мм рт. ст.
10 Термометр лабораторный 0—100 °С1 °С±1°С11 Амперметр школьный 2 А0,1 А±0,05 А12 Вольтметр школьный 6 В0,2 В±0,15 В
ΔАи— абсолютная инструментальная погрешность, определяемая конструкцией прибора (погрешность средств измерения; см. табл. 1.) ΔАо— абсолютная погрешность отсчета (получающаяся от недостаточно точного отсчета показаний средств измерения), она равна в большинстве случаев половине цены деления; при измерении времени — цене делении секундомера или часов.
Максимальная абсолютная погрешность прямых измерений складывается из абсолютной инструментальной погрешности и абсолютной погрешностиотсчета при отсутствии других погрешностей:ΔА=ΔАи+ΔАо Абсолютная погрешность косвенных измерений∆Акосв=εА*Апр(e-выражается десятичной дробью)
 Ответ записывается в форме:         А = Апр ±  ΔАкосвТаблица 2. Относительная погрешность косвенных измерений.       
№п/п Вид формулы физической величины Формула относительной погрешности
1.  
Х=А+В+С
 
2.  
 
Х=А-В
 
3.  
 
Х=А*В*С
   

 
4.  
Х = Аn
(Х = ВС2)
 = ΔB/B + 2ΔC/C
5.  
 
Х=А/В
   
ε=∆АА+∆ВВ6.  
Х=    Х = B
 

 
ε=∆ВВ +12∆СС+12∆DD
 
 ПРИМЕР :Лабораторная работа №1.    Вычислим погрешность измерения коэффициента трения , измеренного с помощью динамометра. 

Вес бруска с грузами Р = N=1,8 Н. Fтр=0,6 Н, μпр=0,33.
Инструментальная погрешность динамометра ( таблица 1) Δ и  =0,05Н, Погрешность отсчета - половина цены деления(таблица 1) Δ о = 0,05Н  .
Абсолютная погрешность прямых измерений рассчитывается по формуле :ΔА=ΔАи+ΔА0 Абсолютная погрешность измерения веса и силы трения ∆А= 0,05Н+0,05Н = 0,1 Н.(Измерения были проведены одним прибором-динамометром)
Относительная погрешность измерения (в таблице 5-я строчка)
 .
Абсолютная погрешность косвенного измерения ∆ μ =ε μ * μ пр ∆ μ  = 0,22*0,33=0,074 Ответ:  

Оценка лабораторных работ
Оценка «5» ставится в том случае, если обучающийся:а) выполнил работу в полном объеме с соблюдением необходимой последовательности проведения опытов и измерений;б) в представленном отчете правильно и аккуратно выполнил все записи, таблицы, рисунки, чертежи, графики, вычисления и сделал выводы;в) полностью выполнил анализ погрешностей;
г) соблюдал требования безопасности труда.
Оценка «4» ставится в том случае, если выполнены требования к оценке «5», но допущены недочеты или негрубые ошибки.
Оценка «3» ставится, если работа выполнена не полностью или если
а) в ходе проведения опыта и измерений были допущены ошибки, приводящие к получению результатов с большей погрешностью, б) не выполнен совсем или выполнен неверно анализ погрешностей. Оценка «2» ставится в том случае, если работа выполнена не полностью и объем выполненной части работы не позволяет сделать правильных выводов.
В тех случаях, когда обучающийся показал оригинальный и наиболее рациональный подход к выполнению дополнительного задания, но не избежал тех или иных недостатков, оценка за выполнение работы по усмотрению преподавателя может быть повышена по сравнению с указанными выше нормами.
Лабораторная работа №1
Тема: «Определение коэффициента трения скольжения».
Цель работы: Изучить особенности силы трения, вычислить коэффициент трения скольжения.
3404235144145
00
Оборудование, средства измерения :
деревянная линейка,
деревянный брусок
динамометр
набор грузов
.
Теоретическое обоснование:
Сила трения возникает при соприкосновении двух тел вследствие шероховатости поверхностей и взаимодействия между атомами и молекулами соприкасающихся тел (рис.1.2). Сила трения скольжения всегда направлена в сторону, противоположную направлению движения и пропорциональна силе нормального давления тела на опору, равной силе реакции опоры N
Коэффициент пропорциональности μ называют коэффициентом трения скольжения. Существуют сила трения покоя, сила трения скольжения, качения, сила жидкого и воздушного трения.
Весом тела называют силу, с которой тело вследствие его притяжения к Земле действует на опору или подвес. В соответствии с третьим законом Ньютона вес тела P равен по модулю силе реакции опоры и направленной в противоположную сторону: (рис3).

Рисунок 1 Рисунок 2 Рисунок 3

При деформации тела возникает сила, которая стремится восстановить прежние размеры и форму тела. Ее называют силой упругости. Простейшим видом деформации является деформация растяжения или сжатия. При малых деформациях сила упругости пропорциональна деформации тела и направлена в сторону, противоположную направлению перемещения частиц тела при деформации: Fупр = –k x.
Это соотношение выражает экспериментально установленный закон Гука. Коэффициент k называется жесткостью тела. В системе СИ жесткость измеряется в н/м.
Измерить силу трения можно с помощью динамометра, который под действием внешней силы может перемещаться по горизонтально расположенной плоскости (линейке). При равномерном движении согласно первому закону ньютона равнодействующая сил, действующих на тело рано нулю. Это означает, что сила трения скольжения уравновешивает силу упругости пружины динамометра и может быть измерена динамометром. Fтр =Fупр .Контрольные вопросы:
№ п/п Содержание вопроса Ответ на вопрос
1. Что называется силой трения?
2. Какова причина возникновения силы трения? 3. Какие существуют виды силы трения?
4. По какой формуле можно рассчитать силу трения скольжения?
5. Запишите формулу для определения коэффициента трения
6. Что называется весом тела?
7. Напишите основную формулу для определения веса тела 8. Почему при измерении силы трения необходимо придерживаться равномерного движения бруска?
9. Приведите примеры практического использования силы трения в технических системах автомобиля.
10. Предложите способы увеличения или уменьшения силы трения скольжения.
Порядок выполнения работы.
1. Подвесьте деревянный плоский брусок к динамометру и определите его вес вместе с одним из грузов.
Запишите показания динамометра в таблицу 3.
Измените вес тела, добавляя грузы массой 100г (2 и 3 шт.). Для каждого случая измерьте вес тела. Запишите значения веса тел для каждого случая в таблицу 3 (1 и 4 столбец таблицы)

2. Равномерно тяните брусок вдоль горизонтально расположенной плоскости (линейки). Определите значение силы упругости, действующей на брусок. Запишите показания динамометра в таблицу 3, учитывая, что : Fупр =Fтр.
3.Увеличивайте количество грузов на бруске до 3=х, измерьте силу упругости в каждом случае и занесите показания динамометра в таблицу 3 (столбцы 2и 3).
3 3.Увеличивайте количество грузов на бруске до 3-х, измерьте силу упругости в каждом случае и занесите показания динамометра в таблицу 3 (столбцы 2и 3).
4. Вычислите коэффициент трения по формуле
где N = P
А) Коэффициент трения в первом опыте μ1=Fтр1P1=
Б) Коэффициент трения во втором опыте μ2=Fтр2P2=
В) Коэффициент трения в третьем опыте μ3 =Fтр3P3=
Г) Среднее значение коэффициента трения μ ср = μ1 + μ2+ μ3 =
4039870-1079500 3
Занесите вычисленные значения коэффициентов трения в таблицу 3 (столбцы 5и 6)
6. Заполните таблицу 3
Таблица 3
Количество грузов на бруске Сила упругости Fупр, Н Сила трения , Fтр, Н Вес тела
Р ,Н Коэффициент трения
μ Среднее значение коэффициента трения μср= μпр1 2 3 4 5 6
1. 2. 3. 7. Определите абсолютную погрешность прямых измерений силы трения и веса тела с помощью динамометра (таблица 1)
ΔА=ΔАи+ΔА0___________________________________
8. Определите относительную погрешность измерения коэффициента трения (таблица 2)
_____________________
9. Вычислите абсолютную погрешность косвенных измерения коэффициента трения
∆ μ =∆ А*
______________________
10. Запишите окончательный результат в виде:
μ= μпр.+∆ μ
_____________________
Вывод:
____________________________________________________________________________________________________________________________________ Дополнительное задание №1. Проведите дополнительные эксперименты, доказывающие, что сила трения не зависит от площади соприкасающихся поверхностей. Составьте план экспериментальных действий и опишите полученные результаты
Дополнительное задание №2. Определите коэффициент трения
скольжения различных тел (деревянного и металлического брусков) с
использованием наклонной плоскости.
  Отчет может быть представлен в виде описания полученных результатов и таблицы, в которую должны войти физические величины, измеренные в ходе эксперимента и физические величины , вычисленные в ходе проведения лабораторной работы.