ΜΕΤΡΗΣΗ ΤΗΣ ΔΙΑΜΕΤΡΟΥ ΚΥΛΙΝΔΡΙΚΟΥ ΣΥΡΜΑΤΟΣ

Transcript

1 14 η ΟΛΥΜΠΙΑΔΑ ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΕΚΦΕ ΧΑΛΑΝΔΡΙΟΥ και ΝΕΑΣ ΙΩΝΙΑΣ Τοπικός διαγωνισμός στη ΦΥΣΙΚΗ 05 Δεκεμβρίου 2015 Μαθητές Σχολείο ΤΙΤΛΟΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗΣ ΑΣΚΗΣΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΜΕΤΡΗΣΗ ΤΗΣ ΔΙΑΜΕΤΡΟΥ ΚΥΛΙΝΔΡΙΚΟΥ ΣΥΡΜΑΤΟΣ Σκοπός της πειραματικής διαδικασίας: Να προσδιορίσουμε μέσω διαφορετικών πειραματικών μεθόδων τη διάμετρο ενός σύρματος και να συγκρίνουμε τις τιμές και τα σφάλματα που υπεισέρχονται σε κάθε διαδικασία. Επισημάνσεις από τη θεωρία: Η πυκνότητα ενός υλικού d δίνεται από τη σχέση:, όπου m είναι η μάζα ενός συμπαγούς, ομογενούς σώματος από αυτό το υλικό και V ο όγκος του. Ο όγκος ενός κυλινδρικού σώματος δίνεται από τη σχέση της κυκλικής διατομής και x το μήκος του σώματος., όπου π=3,14, r η ακτίνα Από τη σχέση προκύπτει για ένα κυλινδρικό σύρμα και αντικαθιστώντας τη προκύπτει η εξίσωση: ήόπου =σταθερά, είναι η κλίση της ευθείας της συνάρτησης. Απαιτούμενα όργανα και υλικά: Διαστημόμετρο Ηλεκτρονικός ζυγός Ογκομετρικός κύλινδρος των 100mL

2 Σύρμα άγνωστης διατομής (διαμέτρου) Μεταλλική κυλινδρική ράβδος Χάρακας Κόφτης σύρματος Αριθμομηχανή Πείραμα 1 ο : Πειραματική Διαδικασία Κόβουμε με τη βοήθεια του κόφτη κομμάτια σύρματος με μήκη 5cm, 20cm, 30cm, 45cm, 70cm και 90cm αντίστοιχα και αφού τα ζυγίσουμε με τη βοήθεια του ηλεκτρονικού ζυγού, συμπληρώνουμε τον παρακάτω πίνακα τιμών: x(cm) m(gr) Με τη βοήθεια του πίνακα τιμών απεικονίστε τα ζεύγη τιμών m x στο μιλιμετρέ χαρτί που σας δίνεται, αφού πρώτα σχεδιάσετε και βαθμονομήσετε τους άξονες. Σχεδιάστε κατά προσέγγιση την ευθεία που περνάει πλησιέστερα από τα πειραματικά σημεία. Υπολογίστε την κλί ση της ευθείας από τη σχέση... Η ευθεία που σχεδιάσατε πρέπει να περνάει από την αρχή των αξόνων; Ναι ή Όχι και γιατί; Με βάση την ευθεία που σχεδιάσατε προσδιορίστ ε τις τιμές της μάζας: για μήκος σύρματος 15cm για μήκος σύρματος 60cm m1= m2= Τώρα θα πρέπει να υπολογίσουμε την πυκνότητα του σύρματος d

3 Ζυγίστε όλα τα κομμάτια σύρματος π ου χρησιμοποιήσατε προηγουμένως και σημειώστε την αντίστοιχη τιμή: mολ.=... Χρησιμοποιώντας την κατάλληλη ποσότητα νερού, ρίξτε όλα τα κομμάτια σύρματος στον ογκομετρικό κύλινδρο και μετρήστε τον όγκο τους. Σημειώστε το αποτέλεσμα της μέτρησης: V=... Υπολογίστε την πυκνότητα του σύρματος από τη σχέση :.. Από τη σχέση υπολογίστε την ακτίνα του σύρματος: =... και κατόπιν τη διάμετρο αυτού (δ=2r) και συμπληρώστε το αποτέλεσμα εδώ: δ 1 =... Περιγράψτε τα πιο σημαντικά σφάλματα που υπεισέρχονται στην παραπάνω διαδικασία: Πείραμα 2 ο : Άμεσος υπολογισμός της διαμέτρου με το διαστημόμετρο. Μετρήστε την διάμετρο τριών διαφορετικών τμημάτων σύρματος με το διαστημόμετρο και συμπληρώστ ε τον πίνακα: δ Τιμή 1 η Τιμή 2 η Τιμή 3 η Μέση Τιμή δ 2 =... Περιγράψτε τα πιο σημαντικά σφάλματα που υπεισέρχονται στην παραπάνω διαδικασία:

4 Σχόλια Συμπεράσματα: Ποια είναι τελικά η διάμετρος του σύρματος; Δικαιολογήστε την απάντησή σας. Απλή μέθοδος προσδιορισμού διαμέτρου: Να περιγράψετε μια πιο απλή μέθοδο προσδιορισμού της διαμέτρου του σύρματος κάνοντας χρήση αποκλειστικά και μόνο του χάρακα που σας δίνεται. Περιγράψτε τη μέθοδο και υπολογίστε τη διάμετρο του σύρματος με τον τρόπο αυτό. δ 3 =... Καλέστε τον επιτηρητή να επιβεβαιώσει τη διαδικασία που ακολουθήσατε Πείραμα 3 ο : Υπολογισμός διαμέτρου μίας ράβδου ίδιου υλικού με το σύρμα. Δίνεται μία μεταλλική ράβδος άγνωστης διαμέτρου αλλά φτιαγμένη από το ίδιο υλικό με αυτό του σύρματος που χρησιμοποιήσατε στις προηγούμενες πειραματικές διαδικασίες. Περιγράψτε μια μέθοδο προσδιορισμού της διαμέτρου της ράβδου κάνοντας χρήση μόνο του ηλεκτρονικού ζυγού και υπολογίστε τη διάμετρο της μεταλλικής ράβδου με τη μέθοδο αυτή. Καλέστε τον επιτηρητή να επιβεβαιώσει τη διαδικασία που ακολουθήσατε Ευχόμαστε επιτυχία!

5 ΠΕΙΡΑΜΑ 1 ο ΠΕΙΡΑΜΑ 2 ο Αξιολόγηση Πειραματικής Διαδικασίας και Αποτελεσμάτων Πίνακας τιμών 4 Γραφική Παράσταση Καταλληλότητα της κλίμακας μονάδες μεγέθη 4 Τοποθέτηση πειραματικών σημείων στο διάγραμμα 4 Ποιότητα προσαρμογής της ευθείας στο διάγραμμα 4 Υπολογισμός της κλίσης αποτέλεσμα μονάδες 4 Αιτιολόγηση αν η ευθεία διέρχεται από την αρχή των αξόνων 4 Υπολογισμός αγνώστων μαζών από το διάγραμμα 4 Υπολογισμός της πυκνότητας μονάδες 6 Υπολογισμός της διαμέτρου μονάδες 4 Αιτιολόγηση σφαλμάτων στο 1 ο πείραμα 6 Συμπλήρωση πίνακα μονάδες 4 Εύρεση μέσης τιμής και σημαντικά ψηφία 4 Σωστή χρησιμοποίηση του διαστημόμετρου (από τις τιμές) 2 Αιτιολόγηση σφαλμάτων στο 2 ο πείραμα 4 Τελική επιλογή διαμέτρου και συμπεράσματα 4 ΑΠΛΗ 3ο Π. Περιγραφή απλής μεθόδου μέτρησης της διαμέτρου 4 Υπολογισμός διαμέτρου 4 Περιγραφή μεθόδου υπολογισμού της διαμέτρου μίας ράβδου 4 Υπολογισμός της διαμέτρου 4 Βαθμολόγηση από τον επιτηρητή Ορθή μέτρηση του μήκους των συρμάτων 4 Ορθή τοποθέτηση συρμάτων στη ζυγαριά (να μην ακουμπούν στο έδρανο) 4 Κατά την ογκομέτρηση να χρησιμοποιηθούν όλα τα σύρματα και να είναι πλήρως βυθισμένα στο νερό 4 Ορθή χρήση του διαστημόμετρου 2 Έλεγχος απλής μεθόδου μέτρησης 2 Έλεγχος πειράματος 3 2 Τακτοποίηση των οργάνων μετά το πέρας της διαδικασίας 4 ΣΥΝΟΛΟ 100