Інформація для вчителів
Опис
Важільні ваги (терези)
В експерименті про силу тяжіння (P0999000) масу різних тіл визначали за допомогою пружинного динамометра. Однак на результат впливає сила тяжіння, що змінюється локально: прискорення, зумовлене гравітацією Землі, на полюсах є принаймні меншим, ніж на екваторі.
Цей ефект можна усунути за допомогою визначення маси за допомогою важільних вагів (терезів). Таким чином, можна було б визначити правильну масу тіла на Місяці, наприклад, без знання локального гравітаційного прискорення.
Єдина необхідна умова - це наявність набору точно визначених мас.
Додаткова інформація для вчителів (1/2)
попередні знання
Учні повинні мати базові уявлення про різницю між вагою тіла і силою, яка на нього діє. В ідеалі, учні вже мають виконати експеримент з визначення маси за допомогою терезів (P0998300).
Принцип
Якщо обидві шальки коромисла терезів заповнені однаковими масами, то терези перебувають у стані рівноваги.
Щоб уникнути помилок паралакса при зчитуванні стрілки покажчика на шкалі, учні повинні переконатися, що вони зчитують показання якомога перпендикулярніше до шкали.
Додаткова інформація для вчителів (2/2)
Мета навчання
Учні повинні визначити різні маси за допомогою терезів. Крім того, вони повинні вивчити інші важливі аспекти використання терезів, такі як врівноваження мірних посудин, підвищення точності при визначенні мас за межами найменшої маси, а також зміна точності вимірювання у зв'язку з законом важеля.
Завдання
- Визначте масу різних тіл за допомогою важільних терезів.
- Проведіть вимірювання маси тари.
- Підвищіть точність завдяки використанню методу інтерполяції показань на шкалі.
- Визначте чутливість терезів та їх залежність від різних навантажень.
Інструкції з техніки безпеки
До цього експерименту застосовуються загальні інструкції щодо безпечного проведення експериментів на уроках з природничих наук.
Інформація для учнів
Мотивація
Астронавт на Місяці
Як відомо, за допомогою динаманометра можна визначити вагу різних тіл, а потім визначити масу тіла з урахуванням прискорення вільного падіння. Однак локальне гравітаційне прискорення має значний вплив на результат вимірювання.
Однак при використанні важільних терезів гравітаційне прискорення не відіграє ніякої ролі, і тому, наприклад, астронавти на Місяці, також могли б дуже точно визначати масу тіла.
У цьому експерименті Ви дізнаєтеся про багато важливих аспектів використання важільних терезів, наприклад, як правильно врівноважувати мірні посудини.
Завдання
Використання терезів з коромислом
- Визначення маси різних твердих тіл порівняно з масами набору важків.
- Визначення маси рідини після попередньої перевірки маси порожньої посудини.
- Підвищення точності зчитування шляхом інтерполяції показань шкали.
Матеріал
| Позиція | Матеріал | Пункт №. | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Основа штатива, PHYWE | 02001-00 | 1 |
| 2 | Штативний стрижень, нерж. ст., l=250 мм, d = 10 мм | 02031-00 | 1 |
| 3 | Подвійна муфта | 02043-00 | 1 |
| 4 | Кріпильний болт | 03949-00 | 1 |
| 5 | Чаша ваг, пластмасова | 03951-00 | 2 |
| 6 | Важіль | 03960-00 | 1 |
| 7 | Стрілка для важеля | 03961-00 | 1 |
| 8 | Пластина зі шкалою | 03962-00 | 1 |
| 9 | Гиря, 50 г, срібло/ бронза | 02206-03 | 2 |
| 10 | Набір прецизійних тягарців, 1 г ... 50 г, у футлярі | 44017-01 | 1 |
| 11 | Дробинки, d = 2 мм, 120 г | 03990-00 | 1 |
| 12 | Мензурка, низька, 100 мл, пластмаса | 36011-01 | 1 |
| 13 | Мензурка, низька, 250 мл, пластмаса | 36013-01 | 1 |
| 14 | Залізний брусок | 03913-00 | 1 |
| 15 | Алюмінієвий брусок | 03903-00 | 1 |
| 16 | Дерев'яний брусок | 05938-00 | 1 |
| 17 | Штативний стрижень, нерж. ст., з отвором, l=100 мм | 02036-01 | 1 |
| 18 | Спіральна пружина, 3 Н/м | 02220-00 | 1 |
Підготовка (1/3)
Підготовка (1\3)
Зберіть штатив з частин основи штатива і штативного стрижня.
Підвісьте пластину зі шкалою посередині важеля, а потім вставте кріпильний болт через отвір для покажчика та важеля.
З`єднання частин основи штатива
Кріплення штативних стрижнів
Прикріплення шкали і покажчика до важеля
Підготовка (2/3)
Приєднайте подвійну муфту до штативного стрижня і закріпіть кріпильний болт у подвійній муфті.
Зберіть 2 чаші для зважування і повісьте їх на кожному кінці важеля.
Кріплення подвійної муфти до штативного стрижня
Збірка чаші терезів
Важільні ваги (терези)
Підготовка (3/3)
Підготовка (3/3)
Тарування покажчика
Відрегулюйте покажчик так, щоб він точно вказував на нульову позначку.
Виконання роботи (1/4)
Визначення маси різних тіл за допомогою важільних терезів
Покладіть на одну чашу важільних терезів один за одним тіла і врівноважте їх, навантаживши іншу чашу важками з набору тягарців:
- Спіральна пружина
- Залізний, алюмінієвий та дерев'яний бруски
- Мензурка об`ємом 250 мл
- Штативний стрижень довжиною 100 мм
Результати вимірювань занесіть до таблиці 1.
Виконання роботи (2/4)
Вирівнювання маси тари контейнера з дробовими кульками
- Поставте мензурку об'ємом 100 мл на одну чашу терезів, а на іншу покладіть стільки дробинок, щоб терези знову опинилися в рівновазі (вимірювання маси тари).
- Наповніть мензурку 50 мл води і визначте масу води, як і раніше.
- Запишіть результати в протокол.
Виконання роботи (3/4)
При зважуванні твердих тіл не завжди вдавалося точно зрівноважити терези, стрілка покажчика іноді трохи відхилялася від нульової позначки. Покращити показання можна наступним чином:
- Покладіть дерев'яний брусок на ліву чашу і якомога точніше визначте його масу (). Покажчик все одно має бути праворуч (!) від нульової позначки.
- Визначте відхилення () стрілки покажчика в одиницях шкали і запишіть його значення.
- Тепер покладіть додаткову наважку масою 1 г на праву чашу (шальку) терезів. Тепер покажчик повинен бути з лівого (!) боку від нульової позначки. Прочитайте відхилення покажчика. Також зверніть увагу на відхилення () в протоколі.
Виконання роботи (4/4)
Щоб розібрати основу штатива, натисніть внутрішні кнопки, щоб звільнити блокувальні гачки, і розтягніть половинки в сторони.
Розбирання основи штатива
Протокол
Таблиця 1
Котушкова пружина: м [г]:
Тіла
Спіральна пружина
Залізний брусок
Алюмінієвий брусок
Дерев'яний брусок
Мензурка 250 мл
Штативний стрижень
Залізна колонка: м [г]:
Алюмінієва колона: м [г]:
Дерев'яна колона: м [г]:
Склянка 250 мл: м [г]:
100 мм Опорний стрижень: м [г]:
Введіть виміряні значення в Таблицю 1.
Завдання 1
Завдання 1 - Маса води
Запишіть значення маси води (50 мл) у мензурці:
50 мл води: м [г]:
.
Завдання 2
Завдання 2 - Відхилення покажчика
Обчисліть різницю відхилень від нуля для 1 г, склавши два відхилення.
Обчисліть масу, що відповідає відхиленню на одну поділку шкали.
Визначте відхилення в грамах і розрахуйте точну (скориговану) масу деревяного бруска.
Залізна колонка: m1 [g]:
Залізна колонка: m1 [g]:
.
.
.
Залізна колонка: m1 [g]:
.
Завдання 3
Завдання 3 - Складові частини шкали
Обчислити масу, що відповідає відхиленню на одну поділку шкали :
Залізна колонка: m1 [g]:
.
.
Потім визначте масу, що відповідає відхиленню .
Використовуйте її для визначення точної (виправленої) маси дерев'яного бруска:
Залізна колонка: m1 [g]:
.
Завдання 4
Питання
Завдання 5
Питання
Завдання 6
Питання
Додаткове завдання 1 - частина 1
Чутливість терезів визначається як відношення маси до відхилення. Щоб її виміряти, визначте масу, яка спричиняє відхилення терезів на 1 . Дослідіть, чи залежить чутливість терезів від:
- навантаження на шальки терезів
- довжини плеча важеля
шляхом вибору навантаження та положення чашок терезів відповідно до нижче наведеної таблиці.
Розрахуйте чутливість терезів у і запишіть отримані значення в таблицю на наступній сторінці.
Додаткове завдання 1 - частина 2
Маса [г] Відхилення [Skt] Чутливість
Положення чашки
для зважування:
.
10
10
7
7
10
10
10: зліва:
10: точно:
10: зліва:
10: точно:
10: Чутливість:
ліва права ліва права [г/Skt]
10: Чутливість:
10: зліва:
10: точно:
10: зліва:
10: точно:
0
1
7: зліва:
7: правильно:
7: зліва:
7: правильно:
7: Чутливість:
0
1
7: зліва:
7: правильно:
7: зліва:
7: правильно:
7: Чутливість:
1
0
10: зліва:
10: точно:
10: зліва:
10: точно:
10: Чутливість:
0
1
10: зліва:
10: точно:
10: зліва:
10: точно:
10: Чутливість:
50+1
50
50
50+1
Додаткове завдання 2
Питання
Додаткове завдання 3
Питання
Додаткове завдання 4
Питання
Додаткове завдання 5
Питання
Додаткове завдання 6
Питання