Результаты измерений

Лабораторная работа – исследование
«Определение силы Архимеда»
Цели:
- исследование возможности применения нового цифрового оборудования кабинета физики
- исследование силы Архимеда
Задачи:
- нахождение архимедовой силы, действующей на тело, в воде и в насыщенном растворе соли
- приобретение навыков работы с цифровым оборудованием
Теоретические основы работы
Явление уменьшения веса тела в жидкости объясняется наличием силы, выталкивающей это
тело из жидкости. Эту силу называют архимедовой силой в честь древнегреческого ученого
Архимеда, который впервые указал на ее существование и рассчитал ее значение.
Архимедова сила направлена противоположно силе тяжести, приложенной к телу, т.е. вверх.
Значит, если тело взвесить в жидкости, то ее вес окажется меньше веса тела в вакууме на
величину архимедовой силы:
Рж = Р – FA, или FA = Р – Рж, где вес тела в вакууме Р = mg (m – масса тела)
Архимедова сила FA зависит от плотности жидкости и от объема тела, погруженного в
жидкость:
FA = g ρж vт , где
ρж – плотность жидкости
vт - объем тела, погруженного в жидкость
g = 9,8 Н/кг – ускорение свободного падения
В данной работе учащимся предлагается измерить архимедову силу в воде и насыщенном
растворе соли с помощью датчика силы: сначала тело взвешивают в воздухе и в жидкости, а
затем вычисляют разность полученных значений.
Оборудование




груз 102 г
штатив с муфтой
стакан с водой
стакан с насыщенным раствором соли в воде
из комплекта цифровой лаборатории


устройство измерения и обработки данных LabQuest VERNIER
датчик силы (± 50Н)
Программное обеспечение


программа LabQuest Аpplication
программа LabQuest Emulator
Опыт №1
Определение архимедовой силы, действующей на груз в воде
Опыт 1.1 Определение веса груза в воздухе
Монтаж экспериментальной установки
1. Укрепить на штативе датчик силы.
2. Установить переключатель в положение ±50 Н.
3. Подсоединить датчик силы к каналу 1 устройства измерения и обработки данных
LabQuest VERNIER.
Установка параметров измерений


частота - 10 измерений за 1 с
время измерений – 5 с
Порядок проведения эксперимента
1. Включить УИОД, нажав на верхнюю кнопку слева и подержать ее 2 с.
2. Выбрать в меню Файл пункт Новый.
3. Установить параметры измерений.
4. В меню нажать на вкладку Датчики.
5. Выбрать строку Обнулить.
6. Подвесить к крючку датчика силы груз.
7. Нажать на кнопку запуска эксперимента и получить график.
Обработка и анализ результатов в программе LabQuest Application
По полученному графику определить среднее значение веса груза в воздухе:
1. В меню нажать на вкладку Анализ.
2. Выбрать строку Статистика.
3. Нажать на пункт Сила.
4. Полученный результат записать в таблицу 1 с указанной на экране устройства
погрешностью.
Результаты измерений
Р = 1,02 ± 0,01
Опыт №1.2 Определение веса груза в воде
Монтаж экспериментальной установки
1. Подставить под груз стакан с водой.
2. Опустить муфту с датчиком силы, чтобы груз с крючком полностью погрузился в воду.
Установка параметров измерений


частота - 10 измерений за 1 с
время измерений – 5 с
Порядок проведения эксперимента
1. Установить параметры измерений.
2. Получить график, нажав на кнопку запуска эксперимента.
Обработка и анализ результатов в программе LabQuest Application
Определить среднее значение веса груза в воде:
1. В меню нажать на вкладку Анализ.
2. Выбрать строку Статистика.
3. Нажать на пункт Сила.
4. Полученный результат записать в таблицу 1 с указанной на экране устройства
погрешностью.
Результаты измерений
РЖ1 = 0,89 ± 0,01
Опыт №2 Определение архимедовой силы, действующей на груз в
насыщенном растворе соли в воде
Монтаж экспериментальной установки
1. Под груз подставить стакан с насыщенным раствором соли в воде.
2. Опустить муфту с датчиком силы, чтобы груз с крючком полностью погрузился в раствор
соли.
Установка параметров измерений


частота - 10 измерений за 1 с
время измерений – 5 с
Порядок проведения эксперимента
1. Установить параметры измерений.
2. Нажать на кнопку запуска эксперимента и получить график.
Обработка и анализ результатов в программе LabQuest Application
По полученному графику определить среднее значение веса груза в насыщенном растворе соли:
1. В меню нажать на вкладку Анализ.
2. Выбрать строку Статистика.
3. Нажать на пункт Сила.
4. Полученный результат записать в таблицу 1 с указанной на экране устройства
погрешностью.
Результаты измерений
РЖ2 = 0,87 ± 0,01
Результаты опыта №1 и №2
№
п/п
Жидкость
Таблица 1
Вес тела в воздухе
Р, Н
Вес тела в
жидкости, РЖ, Н
Архимедова сила
FA = Р - РЖ , Н
1.
Вода
1,02 ± 0,01
Рж1 = 0,89 ± 0,01
0,13 ± 0,01
2.
Насыщенный
раствор соли в
воде
1,02 ± 0,01
РЖ2 = 0,87 ± 0,01
0,15 ± 0,01
По результатам опытов сделать вывод по работе:
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
Вопросы для подготовки к работе и защиты работы [1]:
1. Покажите с помощью векторов силы, действующие на тело в 1-м и 2-м случаях
2. Где легче удерживать тело: в воздухе или в воде?
______________________________________________________________________
3. Почему?____________________________________________________________
4. Запишите формулы:
Архимедовой силы
Веса тела
5. Запишите формулу нахождения архимедовой силы, если известны вес тела
в воздухе — Р1, в воде — Р1Ж
FA =___________________________
6. Вес тела в воздухе
Р1 = 120 Н
Вес тела в воде
Р1Ж = 100 Н
Архимедова сила FА = ________________Н
Отчет по работе
Отчет по работе должен содержать схемы установок, письменные ответы на вопросы к
подготовке и защите работы, примеры расчетов, заполненную таблицу 1 результатов опытов
№1 и №2.
Используемая литература и ресурсы:
1. Лабораторные работы и контрольные задания по физике: Тетрадь для учащихся 7-го класса.
- Саратов: Лицей, 2005
2. Решение для предметной области «ФИЗИКА»: Развивающая образовательная среда AFSTM.
– Москва: ПКГ Развитие Образовательных Систем, 2012
3. Физика с Vernier. - Москва: ПКГ Развитие Образовательных Систем, 2012
4. Физика 7 класс: Учебник для общеобразовательных учебных заведений, Перышкин А.В. –
Москва: Дрофа, 2004
5. Устройство измерения и обработки данных: CD – диск. - Москва: ПКГ Развитие
Образовательных Систем, 2011