Измерение плотности твердого тела (90

Микрометр применяют для точных измерений размеров тел.

Основные части микрометра (рис.4): скоба, пятка, микрометрический винт

М, на котором вращается барабан, имеющий шкалу Ш1; трещетка; шкала Ш и шкала Ш2 .

Измеряемое тело				Ш1
Пятка	М	Ш2
				20
		0		25
			Ш	Барабан	Трещетка
			Размер измеряемого тела,
			согласно рисунку, – 3,22 мм
	0,01 мм

Скоба

Рис. 4. Микрометр

За один оборот барабана Б винт М, имеющий точно выдержанный шаг нарезки, перемещается на 0,5 мм. Так как шкала барабана Ш1 имеет 50 делений,

поворот на одно наименьшее деление барабана соответствует смещению винта на 0,01 мм, то есть цена деления микрометра равна 0,01 мм. Деления основной шкалы Ш, равные 1 мм, разделяются пополам делениями шкалы Ш2.

Порядок измерения линейного размера микрометром:

а) вращая микрометрический винт трещеткой, привести в контакт измерительные поверхности пятки и винта М с поверхностью тела (треск при вращении трещетки свидетельствует о контакте поверхностей);

б) определить число целых делений N, выступающих из-под края барабана на основной шкале Ш (если выступило деление на шкале Ш2, то к числу N

добавляют 0,5 мм);

11

в) определить, совпадающее с продольной чертой основной шкалы, число делений n на круговой шкале барабана;

г) вычислить измеряемый размер по формуле x N na или x (N 0,5) na

Если класс точности микрометра не указан, то его приборную погрешность можно считать равной цене деления барабана.

Технические весы применяют для измерения массы тел.

Основные части весов (рис.5): подвижное коромысло К; чашки Ч,

подвешенные на призмах; опорная призма коромысла О; подушка П,

укрепленная на колонке Б.

В
П	К	О
Б	С
Ч	Ш
	А
Рис. 5. Технические весы

В нерабочем состоянии весы необходимо арретировать плавным поворотом ручки А. При этом подушка П опускается, коромысло ложится на колонку, а чашки – на подставки весов (все опорные призмы и подушки

12

освобождаются от нагрузки).

Положение коромысла регистрируется с помощью стрелки С. Без нагрузки на чашках и при уравновешенной нагрузке стрелка должна устанавливаться в центре на нуле шкалы Ш. При необходимости стрелку можно установить на нуль с помощью винтов В.

Работать на весах необходимо аккуратно, не спеша. Изменение нагрузки на чашках производится при арретированных весах. Положив на левую чашку взвешиваемое тело, кладут на другую чашку разновесы. Немного освобождают коромысло весов и смотрят, какая чашка перевешивает. Арретируют весы,

добавляют или снимают разновесы и опять немного освобождают коромысло весов. Полностью освобождают коромысло при достижении равновесия.

Приборную погрешность весов можно считать равной массе наименьшего разновеса, применяемого при взвешивании на данных весах.

б) Подготовка к выполнению измерений.

1)Изучите методику прямых и косвенных измерений физических величин и определение погрешностей измерений. Составьте краткий конспект основных правил измерений, расчета и оформления результатов измерений.

2)Запишите расчетную формулу (1), по которой можно найти (косвенно измерить) плотность цилиндрического тела, показанного на рис.1.

3)Выведите формулу наибольшей относительной погрешности определения плотности заданного тела (8).

4)Изучите описание приборов и инструментов, которыми будете проводить прямые измерения: штангенциркуля, микрометра,

технических весов. Начертите схемы и законспектируйте правила пользования приборами.

5)Начертите таблицу результатов измерений и табличных данных для всех величин, входящих в правую часть формул (1) и (8).

6)Подготовьте ответы на контрольные вопросы и получите допуск к

13

выполнению работы у преподавателя.

в) Прямые измерения размеров и массы тела и определение

погрешностей измерения

1)Получите у лаборанта измерительные приборы и цилиндрический образец. Запишите номер образца в строку отчета над таблицей.

2)Ознакомьтесь со шкалами приборов, запишите их характеристики и проведите несколько пробных измерений с помощью штангенциркуля и микрометра.

3)Измерьте по 3-5 раз: массу образца на технических весах; размеры образца d, h (больший размер измерьте штангенциркулем, меньший – микрометром). Результаты измерений занесите в таблицу.

4)Вычислите и занесите в таблицу средние значения величин (mср, dср, hср), абсолютные (Δmср, dср, hср) и относительные (δm, δd, δh) погрешности.

5)Табличную величину π возьмите из справочника и запишите в таблицу. В соответствующую колонку таблицы занесите округленные значения πср и Δπср. Округлите величину π так, чтобы ее относительная погрешность была меньше или равна относительных погрешностей измеренных величин.

6)Переведите все данные из строки «среднее» в единицы СИ. Подпишите у лаборанта заполненную таблицу результатов измерений и табличных данных.

г) Косвенное измерение плотности тела и определение погрешности

измерения плотности.

1)Вычислите среднее значение плотности ρср, подставляя в формулу (6)

данные из соответствующей строки таблицы.

2)Вычислите наибольшую относительную погрешность измерений δср по формуле (8). Вычислите абсолютную погрешность плотности тела

Δρср по формуле (9)

14

3)Проведите округление численных значений Δρср и ρср. Запишите окончательный результат измерения плотности в стандартном виде по формуле (10).

4)Найдите в справочной таблице ближайшее к полученной в опыте плотности ρ значение ρтаб для предполагаемого металла, из которого изготовлен образец. Определите абсолютную погрешность Δρтаб и

нанесите значения ρтаб и ρ (с интервалами) на одну числовую ось

(рис.2). Сравните эти значения и сделайте окончательный вывод о материале образца.

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1.Группа, фамилия, имя, отчество студента, дата выполнения работы.

2.Номер, название и цель лабораторной работы.

3.Краткий конспект теории с выводом расчетной формулы и формулы наибольшей относительной погрешности.

4.Описание методики измерений и схемы приборов.

5.Заполненная таблица результатов измерений и табличных данных,

подписанная лаборантом.

6.Вычисление расчетных величин, их относительных и абсолютных погрешностей.

7.Окончательные результаты в стандартном виде и на числовой оси.

8.Краткие выводы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Как находятся абсолютные погрешности при прямом измерении физических величин? Типы погрешностей.

2.Как производится округление и чему равна погрешность, когда значение величины берется из справочной таблицы?

3.Как находятся погрешности при косвенном определении величин?

15

4.Как можно сравнить точность разных измерений?

5.Как начертить таблицу результатов измерений?

6.Как записываются результаты измерения и вычисления физических величин в стандартном виде?

7.Как выбрать масштаб числовой оси и показать на ней полученные результаты?

8.Расскажите о назначении и устройстве штангенциркуля.

9.Расскажите о назначении и устройстве микрометра.

10.Как пользоваться техническими весами? Какие систематические погрешности возможны при пользовании весами?

11.Что такое масса, плотность, вес?

12.Объясните явления невесомости и перегрузок.

13.Какие силы действуют на тело, лежащее на чашке пружинных весов?

14.Как изменяется вес в лифте, движущемся с ускорением вверх или вниз?

Библиографический список

1.Методические рекомендации к лабораторному практикуму по общей физике/ Л.И.Гвоздева [и др. ] Липецк, Липецкий государственный технический университет, 2008, 22 с.

2.Детлаф, А.А. Курс физики [Текст] /А.А.Детлаф, Б.М.Яворский. – 4-е изд.

– Москва.: Издательский центр «Академия», 2003. – 720 с.

3.Савельев, И.В. Курс общей физики [Текст] / И.В.Савельев. – Кн. 4. –

Москва.: Астрель, АСТ, 2002. -328 с.

4.Трофимова, Т.И. Курс физики [Текст] / Т.И.Трофимова. – Москва.:

Высшая школа, 2002. – 542 с.

16

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Липецкий государственный технический университет»

Кафедра физики и биомедицинской техники

ИЗМЕРЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к лабораторной работе № 1

по дисциплине «Физика»

Липецк Липецкий государственный технический университет

2015

УДК 531.754(07) И-374

Составители: В.Г.Пыльнев, С.Е.Строковская, Т.А.Герасименко, Г.М.Кавыгина

Рецензент: – Г.С.Строковский – канд. техн. наук

Измерение плотности твердого тела [Текст]: методические указания к лабораторной работе № 1 по дисциплине «Физика»/В.Г.Пыльнев [и др.]. – Липецк: Изд-во Липецкого государственного технического университета, 2015.

– 16 с.

Предназначены для студентов 1-го и 2-го курсов всех технических специальностей.

В методических указаниях представлена лабораторная работа по изучению способа определения плотности твердого тела.

Табл. 1 . Ил. 5 . Библиогр.: 4 назв.

© ФГОБУ «Липецкий государственный технический университет», 2015

ИЗМЕРЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Методические указания к лабораторной работе № 1

Пыльнев Виктор Григорьевич Строковская Светлана Евгеньевна Герасименко Татьяна Анатольевна Кавыгина Галина Михайловна

	Редактор
Подписано в печать	. Формат 6084 1/16. Бумага офсетная.
Ризография. Объем 1.0	п. л. Тираж 100 экз. Заказ № .

Издательство Липецкого государственного технического университета. Полиграфическое подразделение Издательства ЛГТУ.

398600 Липецк, ул. Московская, 30.