11907

Определение плотности твердого тела на примере цилиндра

Лабораторная работа

Физика

Определение плотности твердого тела. Цель работы: познакомиться с методом обработки результатов измерений научиться пользоваться штангенциркулем и микрометром. Оборудование: цилиндр штангенциркуль микрометр...

Русский

2015-01-16

85.5 KB

91 чел.

Лабораторная работа №2

Определение плотности твердого тела.

Цель работы: познакомиться с методом обработки результатов измерений, научиться пользоваться штангенциркулем и микрометром.

Оборудование:  цилиндр,  штангенциркуль,  микрометр.

Введение

Плотность вещества характеризует распределение массы по объему тела. В твердом теле распределение массы может быть неравномерным и, в общем случае, плотность является функцией координат точек тела. При равномерном распределении массы  m по объему тела  V (однородное тело) плотность равна:

     (1)

В данной работе определяется плотность тела,  имеющего форму цилиндра, объем которого находится по формуле:

,      (2)

где  d - диаметр цилиндра, а h - высота цилиндра измеряются с помощью микрометра и штангенциркуля. В работе необходимо определить погрешность измерения плотности однородного тела при надежности  (  = 0.95 ) по правилам вычисления погрешности косвенных измерений.

Порядок выполнения работы

Задание 1

Измерение диаметра цилиндра

1. Микрометром проведите измерение диаметра цилиндра не менее 7 раз.  Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу 1.

2. Найдите среднее арифметическое значение диаметра

,      (3)

где N - число измерений,  i -  номер измерения.

Таблица 1

Результаты измерения диаметра цилиндра. Микрометр № … .  Цена деления микрометра ώ = 0,01 мм, погрешность прибора δ = 0,01мм.

d i

мм.

d i -

(d i -)2

h i

мм.

h i-

(h i-)2

1

2

...

7

сумма

_

_

средн.

_

_

_

_

 

 

3. Проделайте вычисления отклонения результатов отдельных измерений от среднего арифметического ∆di  = di - < d > и квадратов отклонений (di - < d >)2 . Задавшись надежностью    = 0.95  ,  по таблице найдите коэффициент Стьюдента   t(N) .

4. Вычислите погрешность измерения диаметра цилиндра (полуширину доверительного интервала) по формуле

   ,           (4)

где  δ – погрешность прибора,  ω – цена деления шкалы прибора, N количество измерений.

5. Рассчитайте относительную погрешность εd измерения диаметра цилиндра по формуле            

           

5. Результат измерений запишите в стандартном виде:

 мм,  =...% при     = 0,95.         (5)

Задание 2

Измерение высоты цилиндра.

Проделайте  для высоты цилиндра те же измерения и вычисления (при той же надежности), что и для диаметра цилиндра. Если невозможно измерить высоту цилиндра микрометром,  сделайте это штангенциркулем.

Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу.  Результат измерений представьте в стандартном виде.

H = (< h > ± ∆h) мм, εh = … , при α = 0,95.

Задание 3

Измерение массы цилиндра.

Измерьте массу цилиндра на аналитических весах с ценой деления 1 мг.  В этом случае значение массы можно определить с высокой точностью, так как погрешность прибора и погрешность округления массы достаточно малы, и тогда погрешностью в определении массы цилиндра можно пренебречь.

Задание 4

Вычисление плотности цилиндра и погрешности косвенных измерений

1. Вычислите среднее значение плотности материала цилиндра по формуле:

 

    (6)

где < d > и < h > - средние значения диаметра и высоты цилиндра.  Число     = 3.14159... округлите так, чтобы его относительная погрешность была на порядок меньше наименьшей из относительных погрешностей  d ,  h,  m .

Например,  если наименьшая из относительных погрешностей   d, h,  m   больше 13% ,  то число     следует округлить до двух значащих цифр,  т.е.    = 3.1 .   В этом случае относительная погрешность

на порядок  меньше погрешностей   d ,  h ,  m . Если же наибольшая из погрешностей   d ,  h ,  m  больше 0.5% , но меньше 13%, то округление следует провести  до  трех значащих цифр:     = 3.14. При правильном выборе степени округления любой константы (в том числе и числа π ) погрешность округления не внесёт существенного вклада в величину доверительного интервала измеряемой величины.

3. Вычислите относительную погрешность  определения плотности цилиндра по формуле:

    (8)

3. Вычислите абсолютную погрешность измерения плотности цилиндра

4. Результат измерений запишите в стандартном виде

 кг/м3 ,    = ...% при        = 0,95  .

Приложение

Коэффициенты Стьюдента для надёжности  α = 0,95

n

2

3

4

5

6

7

8

9

10

20

τ

12,7

4,3

3,2

2,8

2,6

2,4

2,4

2,3

2,3

2,1

2

Контрольные вопросы.

  1.  Что такое плотность вещества и твердого тела? Единицы измерения и размерность плотности.
  2.  Абсолютная и относительная погрешность измерений и их связь с величиной доверительного интервала для заданной надежности измерений.
  3.  Метод Стьюдента определения погрешности измерений.
  4.  Прямые и косвенные измерения. Способ расчета погрешности косвенных измерений.
  5.  Способ измерения размеров штангенциркулем и микрометром, их устройство и принцип действия.
  6.  Вывод формулы  (8).
  7.  Как изменится погрешность измерения при увеличении задаваемой надежности (доверительной вероятности) измерений?
  8.  Проведите измерения штангенциркулем диаметра собственного пальца 7-10 раз и определите результат  и погрешность измерения методом Стъюдента.
  9.  Выведите формулы для расчета плотности твердого тела для образцов в виде шара и параллелепипеда.
  10.  Выведите формулы для расчета косвенных измерений плотности  твердого тела для образцов в виде шара и параллелепипеда.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

57985. Путешествие в страну Дроби 55 KB
  Учитель: Ребята, сегодня мы с вами отправляемся в необычное путешествие - мы посетим страну Дроби. В этой стране мы сделаем несколько остановок: в деревне Исторической, побываем на берегу озера Ребусного, отдохнем на поляне Театральной...
57986. Деление обыкновенных дробей 365.5 KB
  Цель: Проверить умения и навыки учащихся по умножению дробей. Добиться усвоения учащимися правила деления дробей. Проверить степень усвоения новой темы. Привить интерес к математике. Воспитание ответственности, самостоятельности, умений оценивать свои знания, учится работать на доверии, самопроверке.
57987. тематики учитель вищої категорії 2.3 MB
  Мета уроку: Мета дидактична: повторення правил множення та ділення дробів знаходження значення дробу від числа; узагальнення і систематизація знань умінь; відпрацювання навиків розв’язування задач на множення та ділення звичайних дробів та мішаних чисел при розв’язуванні прикладів зразків і задач. Корекційнорозвиваюча мета: розвивати пізнавальну діяльність мовний розвиток називати приклади пояснювати хід практичних дій сенсоматорний розвиток виконувати всі дії необхідні в досягненні результату; розвивати зоровослухову пам'ять...
57988. З чого починається дружба 82.5 KB
  Мета: з’ясувати кого називають другом що означає уміти дружити і за що цінують друзів. Кого ми називаємо другом 2. Проблемне питаня: Чи кожна людина може бути справжнім другом і чи стала Герда справжнім другом для Кая 4.
57989. Мій друг. Спілкування з товаришами. Моделювання дружніх стосунків 76.5 KB
  Мета: розкрити значення дружби в житті кожної людини; вчити висловлюватися іноземною мовою про свого друга; удосконалювати навички читання та усного мовлення використовуючи зорові опори; розвивати уміння дітей спілкуватися і підтримувати товариські стосунки розвивати в учнів усне мовлення...
57990. Людина: дух, душа, тіло 212 KB
  Термін яким переважно релігія ідеалістична філософія та донаукова психологія позначали психіку внутрішній світ людини. Душа у релігії Душа це людина або тварина чи життя людини або тварини.
57991. Environmental Problems on the Planet Earth 81 KB
  One half of it is habitable. The rest of the land is the mountains, deserts, ice and other places where people cannot live in. And now I’m cutting this half into 4 parts. It’s impossible to believe but only 1/4 gives us food and shelter.
57992. Епоха Катерини ІІ 87.5 KB
  Мета: з’ясувати велич і трагедію народів Російської імперії за часів Катерини ІІ підтвердити або спростувати ім’я російської імператриці як Катерини Великої. Задачі: дати оцінку історичному періоду який передував епосі Катерини ІІ...
57993. Дії з десятковими дробами 69 KB
  Мета: Узагальнити та систематизувати уміння та навички учнів виконувати дії з десятковими дробами. Ознайомити учнів із сучасною екологічною ситуацією в світі та в Україні. Формувати вміння переносити набуті знання у нові ситуації...