Методическая разработка по физике. Консультация в 9 классе. Экспериментальное задание №23. Определение коэффициента жесткости пружины.

Методическая разработка по физике.

Консультация в 9 классе.

Экспериментальное задание №23.

Определение коэффициента жесткости пружины.

Выполнила учитель физики
МОУ СОШ с. Долина
Иржанова Ж.Т.

2016-2017 учебный год.

Экспериментальные задания № 23

Экспериментальные умения проверяются заданиями трех типов:
задания на косвенные измерения физических величин;
задания, проверяющие умение представлять экспериментальные результаты в виде таблиц или графиков и делать выводы на основании полученных экспериментальных данных;
задания, проверяющие умение проводить экспериментальную проверку физических законов;

Критерии оценки выполнения задания №23

Полностью правильное выполнение задания оценивается 4 баллами, для этого необходимо:
схематичный рисунок экспериментальной установки;
формулу для расчета искомой величины по доступным для измерения величинам;
правильно записанные результаты прямых измерений (указываются физические величины, прямые измерения которых необходимо провести в данном задании);
полученное правильное числовое значение искомой величины.

Экспериментальные задания 1-го типа

Цель задания: проверка умения проводить косвенные измерения физических величин.

Предлагаемые работы :

плотности вещества,
силы Архимеда,
коэффициента трения скольжения,
жесткости пружины,
периода и частоты колебаний математического маятника,
момента силы, действующего на рычаг,
работы силы упругости при подъеме груза с помощью подвижного или неподвижного блока,
работы силы трения,
оптической силы собирающей линзы,
электрического сопротивления резистора,
работы электрического тока,
12.мощности электрического тока.

Экспериментальные задания 2-го типа
Цель задания: проверка умения представлять экспериментальные результаты в виде таблиц или графиков и делать выводы на основании полученных экспериментальных данных.

Предлагаемые работы :
зависимости силы упругости, возникающей в пружине, от степени деформации пружины,
зависимости периода колебаний математического маятника от длины нити,
зависимости силы тока, возникающей в проводнике, от напряжения на концах проводника,
зависимость силы трения скольжения от силы нормального давления,
свойствах изображения, полученного с помощью собирающей линзы.

Экспериментальные задания 3-го типа
Цель работы: проверка умения проводить экспериментальную проверку физических законов и следствий.

Предлагаемые работы по проверке:
Закона последовательного соединения резисторов для электрического напряжения
Закона параллельного соединения резисторов для силы электрического

Теоретическая часть.
Сегодня мы с вами поговорим об известных Вам силах, которые Вы изучали в курсе механики. Ученые давно задавались вопросом систематизации сил – слишком много сил в природе.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Слово «сила» имеет разные смыслы. Это – физическая сила, сила убеждения, лошадиная сила, стихийная сила и т.д.
Виды сил

Силой упругости называют силу, которая возникает в теле при изменении его формы или размеров. Это происходит, если тело сжимают, растягивают, изгибают или скручивают. Например, сила упругости возникла в пружине в результате ее сжатия и действует на кирпич.
Сила упругости всегда направлена противоположно той силе, которая вызвала изменение формы или размеров тела.
Силой тяготения называют силу, с которой все тела в мире притягиваются друг к другу. Разновидностью силы тяготения является сила тяжести – сила, с которой тело, находящееся вблизи какой-либо планеты, притягивается к ней. Например, на ракету, стоящую на Марсе, тоже действует сила тяжести.
Сила тяжести всегда направлена к центру планеты. На рисунке показано, что Земля притягивает мальчика и мяч с силами, направленными вниз, то есть к центру планеты. Как видите, направление «вниз» различно для различных мест на планете. Силой трения называют силу, препятствующую проскальзыванию одного тела по поверхности другого. Резкое торможение автомобиля всегда сопровождается «визгом тормозов». Этот звук возникает из-за проскальзывания шин по асфальту. При этом между колесом и дорогой действует сила трения, препятствующая проскальзыванию.
Сила трения всегда направлена противоположно направлению (возможного) проскальзывания рассматриваемого тела по поверхности другого. Например, при резком торможении автомобиля его колеса проскальзывают вперед, значит, действующая на них сила трения о дорогу направлена в противоположную сторону, то есть назад.
Сила трения возникает не только при скольжении одного тела по поверхности другого. Существует также сила трения покоя. Например, отталкиваясь ботинком от дороги, мы не наблюдаем его проскальзывания. При этом возникает сила трения покоя, благодаря которой мы движемся вперед. В отсутствие этой силы мы бы не смогли сделать и шага, как, например, на льду.

Это сделаем путем построения обобщающей схемы.
Чтобы построить схему мы должны выделить систематизирующее звено.
? – в данной теме, как вам кажется, что будет являться таким звеном (понятием)? (сила).
? – что такое сила?(сила – это физическая векторная величина, которая характеризует меру взаимодействия).
- для лучшего запоминания мы построим схему на доске и у себя в тетради, которая и покажет связь всех изученных сил.
Центром этой схемы будет систематизирующее звено – сила.

? – на какие группы делятся все силы? (гравитационные, электромагнитные)
- еще выделяют одну группу – ядерные силы. Вы с ними познакомились в 9 классе.
? – какие силы мы отнесем к гравитационным? которые действуют на расстоянии или при соприкосновении? (на расстоянии).
? - а какие это силы?(сила тяготения и сила тяжести). Записываем в таблицу.
? – какие силы отнесем к электромагнитной природе? (силу упругости, силу трения), т.е., которые возникают при соприкосновении. Записываем в таблицу.
? – почему у нас остались пустые места в таблице? (мы, наверное, изучили не все силы). Зарисуем таблицу в тетрадь. И по мере изучения, будете заполнять ее. И к 11 классу эта схема вырастит в большое дерево.

- давайте, еще раз обратим внимание на нашу схему:
- Какое понятие мы определили как систематизирующее звено? (сила).
- силы по своей природе делятся на какие группы?
- какие силы гравитационной природы мы изучили в этом году?
- какие силы электромагнитной природы вы изучили?
- что общего у всех этих сил? (они характеризуют взаимодействие, обозначаются одной буквой, имеют одну единицу измерения, все они величины векторные, т.е. имеют направление).
Заполнить таблицу.

Название силы
Определение
Обозначение
Рисунок (точка приложения, направление)
Формула
Единица измерения
Прибор для измерения

Сила
тяжести

Вес тела

Сила упругости

Сила трения

А сколько пословиц и поговорок о силе!
Кто знает?
«Сила есть – ума не надо» (сила).
«Сила солому ломит» (о большом и малом, о равенстве и неравенстве).
«Знание – это сила, сила есть знание».
«Что силой взято, то не свято» (добро и зло, сила).
«В спокойствии сила».
«Сильному работа впрок, а слабому дай срок» (сила).
«Сила да ум – счастье».
«Правда сильнее силы».
Не только ученые, но и поэты обращались к понятию силы.
Например: Твардовский «Василий Теркин».
Сила силе доказала,Сила силе не ровня,Есть металл прочней металла,Есть огонь страшней огня.
ЗАГАДКИ
С утра сегодня тарарам,Пляшут вещи тут и там,А мы кричим от радости:“Исчезла сила ()!”
Вызвали меня к доске, Я стою в большой тоске.Мел держать не в силах я, Ох, и где ж ты сила ()!
Вот дощечка через речкуПо ней как речку перейти?Шагом иль бегом без трудностиПоможет мне сила ().
Силу надо мне измеритьКакой прибор беру я смело?Не амперметр, не вольтметр,А прибор ()!
Измеряем массу в килограммах,Время точно уж в секундах, Ну а силу круто так Измеряем в ().

13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415

Вопросы :

Как определить силу тяжести груза? Чему равна сила тяжести, действующая на груз массой 102 г? 204 г?
Как рассчитать силу упругости пружины?
Как найти удлинение пружины?
Как рассчитать жёсткость пружины?
Груз неподвижно висит на пружине. Что можно сказать в этом случае о силе тяжести груза и силе упругости пружины?
Как с помощью указанного оборудования можно измерить жесткость пружины?
Как построить график зависимости силы упругости от удлинения пружины?

Правила техники безопасности

Долго не держать пружину в растянутом виде, т.к. может возникнуть остаточная деформация и пружина придет в негодность. Аккуратно обращаться с грузами. Не ронять!

1. Проверь себя
1.Приведите примеры упругих деформаций.
2.Сформулируйте закон Гука.
3.Всегда ли выполняется закон Гука? Ответ поясните.
4.Как направлена сила упругости?
5.Какая зависимость силы упругости от удлинения пружины?

Определение жесткости пружины.
Цель работы:
проверить справедливость закона Гука для пружины динамометра и измерить коэффициент жесткости этой пружины.

Оборудование:
штатив с муфтой и зажимом, динамометр с заклеенной шкалой, набор грузов известной массы (по 100 г), линейка с миллиметровыми делениями.

Описание работы.
Согласно закону Гука, модуль F силы упругости и модуль х удлинения пружины связаны соотношением F = kx. Измерив F и х, можно найти коэффициент жесткости k по формуле[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]

Теоретическая часть.
Согласно закону Гука, модуль [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] силы упругости и модуль x удлинения пружины связаны соотношением [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]. Измерив [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] и x можно найти коэффициент жесткости k по формуле [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]. Так как [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ], то коэффициент жесткости [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ].
ХОД РАБОТЫ:
Закрепите динамометр в штативе на достаточно большой высоте.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
Подвешивая различное число грузов (от 1-го до 4-х), вычислите для каждого случая соответствующее значение F = mg, а также измерьте соответствующее удлинение пружины х.
Результаты измерений и вычислений запишите в таблицу.
№ опыта
m, кг
mg, H
х, м

1
0,1

2
0,2

3
0,3

4
0,4

Начертите оси координат х и F, выберите удобный масштаб и нанесите полученные экспериментальные точки. [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Примечание: при построении графика по результатам опыта экспериментальные точки могут не оказаться на прямой, которая соответствует формуле Fупр=k
· х . Это связано с погрешностями измерения. В этом случае график надо проводить так, чтобы примерно одинаковое число точек оказалось по разные стороны от прямой.
После построения графика возьмите точку на прямой (в средней части графика), определите по нему соответствующие этой точке значения силы упругости и удлинения и вычислите жесткость. Она и будет искомым средним значением жесткости пружины.
Оцените (качественно) справедливость закона Гука для данной пружины: находятся ли экспериментальные точки вблизи одной прямой, проходящей через начало координат.
Запишите сделанный вами вывод.
Вычислите коэффициент жесткости по формуле:[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] , используя результаты опыта № 4 (это обеспечивает наибольшую точность).

Измерение жесткости пружины
Для выполнения этого задания используйте лабораторное оборудование: штатив, динамометр со шкалой, закрытой миллиметровой бумагой, набор грузов известной массы. Соберите экспериментальную установку для определения жесткости пружины.
В бланке ответов:
нарисуйте схему эксперимента;
укажите результаты измерения;
постройте график зависимости силы упругости от удлинения;
запишите численное значение жесткости пружины.

1. Схема экспериментальной установки:

2) Fупр = mg = Р ; Fупр = kx ; => k = Р/x
3) график зависимости силы упругости от удлинения
x= 50 мм = 0,050 м Р = 2 H 4) k = 2/0,05 = 40 Н/м

Образец возможного решения
1) Схема экспериментальной установки
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415 13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415 13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415

13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
Вывод: В ходе выполнения экспериментального задания коэффициент жесткости оказался равным 40 Н/м.

Комплект № 3
1) штатив лабораторный с муфтой и лапкой
2) пружина жесткостью 40±1 Н/м или (50±2)Н/м,
3) 3 груза массой по 100±2 г
4) динамометр школьный с пределом измерения 4 Н (с = 0,1 Н)
5) линейка длиной 20–30 см с миллиметровыми делениями
Используя штатив лабораторный с муфтой и лапкой, пружину жесткостью (50±2)Н/м или (40±1)Н/м, три груза массой (100±2)г., линейку длиной 20–30 см с миллиметровыми делениями, соберите установку для определения жесткости пружины. Подвесьте пружину за один из концов к штативу. Определите жёсткость пружины, подвесив к ней три груза. Для измерения веса грузов воспользуйтесь динамометром.

В бланке ответов:
сделайте рисунок экспериментальной установки;
запишите условие равновесия груза на пружине;
запишите формулу для расчёта жёсткости пружины;
укажите результаты измерений веса грузов и удлинения пружины;
запишите числовое значение жёсткости пружины.
1) Схема экспериментальной установки:

Fупр = Fтяж
Fупр=kх
Fупр = Fтяж=Р
3 kх=Р
k=Р/х
4 x = 75 мм = 0,075 м; (60мм=0,06м);
Р = 3 H.

5. k = 3Н/0,075 м =40 Н/м
или k=3Н/0,06м=50н/м

Вывод: В ходе выполнения экспериментального задания коэффициент жесткости оказался равным 40 Н/м.

Измерение жесткости пружины
Для выполнения этого задания используйте лабораторное оборудование: штатив, динамометр со шкалой, закрытой миллиметровой бумагой, набор грузов известной массы. Соберите экспериментальную установку для определения жесткости пружины.
В бланке ответов:
нарисуйте схему эксперимента;
укажите результаты измерения;
постройте график зависимости силы упругости от удлинения;
запишите численное значение жесткости пружины.

Использовать комплект №3
Используя штатив с муфтой и лапкой, пружину, динамометр, линейку и два груза, соберите экспериментальную установку для измерения жёсткости пружины. Определите жёсткость пружины, подвесив к ней два груза. Для измерения веса грузов воспользуйтесь динамометром.
В бланке ответов:
Сделайте рисунок экспериментальной установки;
запишите формулу для расчёта жёсткости пружины;
укажите результаты измерения веса грузов и удлинения пружины;
запишите числовое значение жёсткости пружины.

Электромагнитной природы

Гравитационной природы

ядерные

сила

F

F

F

F упр

коэффициент жесткости пружины