Цель работы: научиться экспериментально определять модуль упругости (модуль Юнга) резины.

Средства обучения:

· оборудование: штатив, набор грузов, резиновый шнур, линейка, динамометр.

· методические указания к выполнению лабораторной работы, калькулятор.

Ход выполнения лабораторной работы

Допуск к выполнению лабораторной работы

Выполните тест:

1. Деформация – изменение…

А. формы и положения в пространстве; Б. формы и размеров тела;

В. Объема и положения в пространстве; Г. нет верного ответа.

2. Деформация, при которой происходит смещение слоев тела относительно друг друга, называется деформацией….

А. сдвига; Б. растяжения; В. изгиба; Г. нет верного ответа.

3. Деформация, которая полностью исчезает после прекращения действия внешних сил, называется….

А. упругой; Б. неупругой; В. пластичной; Г. нет верного ответа.

4. Зависимость физических свойств от направления внутри кристалла, называется…

А. анизотропией;Б. энтропией; В. изотропией;Г. нет верного ответа.

1. На рисунке представлена диаграмма растяжения материала. Укажите область текучести.

А. 0-А;Б. А-В;Г. В-С;Д. С-D.

Ответы занесите в таблицу:

Теоретическая часть

Выведем формулу для вычисления модуля Юнга: закон Гука σ=Е·|ε|, где Е – модуль Юнга. Отсюда (1). Зная, что (2) и (3) и подставив формулы (2) и (3) в формулу (1) получим: (4), где: Е – модуль Юнга, Па; F – вес груза, Н;

х 0 – длина между метками на недеформированном шнуре, м;

S – площадь поперечного сечения шнура в растянутом состоянии, м 2 ;

Δх – абсолютное удлинение шнура, м.

Вычисления и измерения

1. Закрепите резиновый шнур в штативе и нанесите на шнуре две метки А и В. Не растягивая шнур, измерьте расстояние между метками.

2. Подвесьте груз к нижнему концу резинового шнура, предварительно определив его вес. Измерьте расстояние между метками на шнуре и размеры сечения шнура в растянутом состоянии.

3. Выполните те же измерения, подвесив два и три груза.

4. Вычислите модуль Юнга по формуле (4) для каждого опыта.

5. Результаты измерений и вычислений занесите в отчетную таблицу 1

Е 1 = =___________Па,

Е 2 = =___________Па,

Е 3 = =___________Па,

Е ср = =___________Па.

5. Проанализируйте полученный результат Е ср, сравнив его с табличным значением модуля Юнга резины Е табл. =7МПа. Обобщите результаты своей работы. Сделайте вывод по проделанной работе.

Вывод: _______________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Контрольные вопросы

1. Что такое деформация? Какие виды деформации вам известны?

2. Зависит ли модуль упругости от сечения резинового шнура и его длины?

3. Какая величина измеряется в этой работе с наименьшей погрешностью?

4. Как влияет изменение температуры резинового шнура на величину модуля упругости?

Ответы:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Лабораторная работа № 4

Лабораторная работа №4

Муниципальное общеобразовательное учреждение

«Ягоднинская средняя общеобразовательная школа»

Методическая разработка лабораторной работы

Учитель физики:

Открытый урок в 10-м классе по теме: лабораторная работа "Измерение модуля упругости резины"

Цели урока: обеспечение более полного усвоения материала, формирование представления научного познания, развития логического мышления, экспериментальных навыков, исследовательских умений; навыков определения погрешностей при измерении физических величин, умения делать правильные выводы по результатам работы.

Оборудование: установка для измерения модуля Юнга резины, динамометр, грузы.

План урока:

I. Орг. момент.

II. Повторение материала, знание которого необходимо для выполнения лабораторной работы.

III. Выполнение лабораторной работы.

1. Порядок выполнения работы (по описанию в учебнике).
2. Определение погрешностей.
3. Выполнение практической части и расчетов.
4. Вывод.

IV. Итог урока.

V. Домашнее задание.

ХОД УРОКА

Учитель: На прошлом уроке вы познакомились с деформациями тел и их характеристиками. Вспомним, что такое деформация?

Учащиеся: Деформация – это изменение формы и размеров тел под действием внешних сил.

Учитель: Окружающие нас тела и мы подвергаемся различным деформациям. Какие виды деформаций вы знаете?

Ученик: Деформации: растяжение, сжатие, кручение, изгиб, сдвиг, срез.

Учитель: А ещё?

Деформации упругие и пластические.

Учитель: Охарактеризуйте их.

Ученик: Упругие деформации исчезают после прекращения действия внешних сил, а пластические деформации сохраняются.

Учитель: Назовите упругие материалы.

Ученик: Сталь, резина, кости, сухожилия, всё человеческое тело.

Учитель: Пластичные.

Ученик: Свинец, алюминий , воск, пластилин, замазка, жевательная резинка.

Учитель: Что возникает в деформированном теле?

Ученик: В деформированном теле появляется сила упругости и механическое напряжение.

Учитель: Какими физическими величинами можно охарактеризовать деформации, например, деформацию растяжения?

Ученик:

1. Абсолютным удлинением

2. Механическим напряжением?

https://pandia.ru/text/78/185/images/image005_26.jpg" width="72" height="57">

Учитель: Что оно показывает?

Ученик: Во сколько раз абсолютное удлинение меньше первоначальной длины образца

Учитель: Что такое Е ?

Ученик: Е – коэффициент пропорциональности или модуль упругости вещества (модуль Юнга).

Учитель: Что вы знаете о модуле Юнга?

Ученик: Модуль Юнга одинаков для образцов любой формы и размеров, изготовленных из данного материала.

Учитель: Что характеризует модуль Юнга?

Ученик: Модуль упругости характеризует механические свойства материала и не зависит от конструкции изготовленных из него деталей.

Учитель: Какие механические свойства присущи веществам?

Ученик: Могут быть хрупкими, пластичными, упругими, прочными.

Учитель: Какие характеристики вещества необходимо учитывать при его практическом применении?

Ученик: Модуль Юнга, механическое напряжение и абсолютное удлинение.

Учитель: А при создании новых веществ?

Ученик: Модуль Юнга.

Учитель: Сегодня вы будете выполнять лабораторную работу по определению модуля Юнга резины. Какова ваша цель?

На примере резины научиться определять модуль упругости любого вещества.

Зная модуль упругости вещества, мы можем говорить о его механических свойствах и практическом применении. Резина широко применяется в различных аспектах нашей жизни. Где применяется резина?

Ученик: В быту: резиновые сапоги, перчатки, коврики, бельевая резинка, пробки, шланги, грелки и прочее.

Ученик: В медицине: жгуты, эластичные бинты, трубки, перчатки, некоторые части приборов.

Ученик: На транспорте и в промышленности: покрышки и шины колёс, ремни передач, изолента, надувные лодки, трапы, уплотнительные кольца и многое другое.

Ученик: В спорте: мячи, ласты, гидрокостюмы, эспандеры и прочее.

Учитель: Говорить о применении резины можно очень много. В каждом конкретном случае резина должна иметь определенные механические свойства.

Перейдем к выполнению работы.

Вы уже обратили внимание, что каждый ряд получил свое задание. Первый ряд работает с бельевой резинкой. Второй ряд – с фрагментами кровоостанавливающего жгута. Третий ряд - с фрагментами эспандера. Таким образом, класс разбит на три группы. Все вы будете определять модуль упругости резины, но каждой группе предлагается провести свое небольшое исследование.

1-ая группа. Определив модуль упругости резины, вы получите результаты, обсудив которые, сделайте вывод о свойствах резины, применяемой для изготовления бельевой резинки.

2-ая группа. Работая с различными фрагментами одного и того же кровоостанавливающего жгута и определив модуль упругости, сделайте вывод о зависимости модуля Юнга от формы и размеров образцов.

3-я группа. Изучить устройство эспандера. Выполнив лабораторную работу, сравнить абсолютное удлинение одной резиновой струны, нескольких струн и всего жгута эспандера. Сделать из этого вывод и, может быть, выступить с какими-то своими предложениями по изготовлению эспандеров.

При измерении физических величин неизбежны погрешности.

Что такое погрешность?

Ученик: Неточность измерения физической величины.

Учитель: Чем вы будете руководствоваться при измерении погрешности?

Ученик: Данными таблицы 1 стр.205 учебника (работа выполняется по описанию, данному в учебнике)

После завершения работы представитель каждой группы делает сообщения о её результатах.

Представитель первой группы:

При выполнении лабораторной работы мы получили значения модуля упругости бельевой резинки:

Е1 = 2,24 · 105 Па
Е2 = 5· 107 Па
Е3 = 7,5· 105 Па

Модуль упругости бельевой резинки зависит от механических свойств резины и оплетающих её нитей, а также от способа переплетения нитей.

Вывод: бельевая резинка очень широко применяется в белье, в детской, спортивной и верхней одежде. Поэтому для её изготовления применяются различные сорта резины, нитей и различные способы их переплетения.

Представитель второй группы:

Наши результаты:

Е1 = 7,5 · 106 Па
Е1 = 7,5 · 106 Па
Е1 = 7,5 · 106 Па

Модуль Юнга одинаков для всех тел любой формы и размеров, изготовленных их данного материала

Представитель третьей группы:

Наши результаты:

Е1 = 7,9 · 107 Па
Е2 = 7,53 · 107 Па
Е3 = 7,81 · 107 Па

Для изготовления эспандеров можно использовать резину разных сортов. Жгут эспандера набирается из отдельных струн. Мы это рассмотрели. Чем больше струн, тем больше площадь поперечного сечения жгута, меньше его абсолютное удлинение. Зная зависимость свойств жгута от его размера и материала, можно изготовить эспандеры для различных физкультурных групп.

Итог урока.

Учитель: Чтобы создавать и применять различные материалы, необходимо знать их механические свойства. Механические свойства материала характеризует модуль упругости. Сегодня вы практически его определили для резины и сделали свои выводы. В чем они заключаются?

Ученик: Я научился определять модуль упругости вещества, оценивать погрешности в своей работе, сделал научные предположения о механических свойствах материалов (в частности, резины) и практической направленности применения этих знаний.

Учащиеся сдают листы контроля.

На дом: § 20-22 повторить.

Ромась Ольга Васильевна
Учитель физики
Качирская СОШ №1
Павлодарская область
Урок по теме: лабораторная работа "Измерение модуля упругости резины"
Цели урока: обеспечение более полного усвоения материала, формирование представления научного познания, развития логического мышления, экспериментальных навыков, исследовательских умений; навыков определения погрешностей при измерении физических величин, умения делать правильные выводы по результатам работы.
Оборудование: установка для измерения модуля Юнга резины, динамометр, грузы.
ХОД УРОКА
I. Оргмомент.
1. Фронтальный опрос:
1) Твердые тела делятся на … 2) Какие тела наз кристаллическими? 3) Какие аморфными? 4) Свойства крист. тел 5) Свойства аморфных тел 6) Монокристалл – это… 7) Поликристалл – это… 8) Деформация – это… 9) Виды деформации 10) Их определение 11) Чем характеризуют деформацию растяжения и сжатия? 12) Абсолютное удлинение … 13) Относительное удлинение.. 14) Механическое напряжение – это… 15) Оно пропорционально … 16) Что характеризует модуль Юнга?

II. Повторение материала, знание которого необходимо для выполнения лабораторной работы.
1 задание
Вспомним обозначение и единицы измерения физических величин (на слайде)
1. длина 1. Е 1. % 153
2. абсол. удлинение 2. S 2. Па 233
3. относит. удлинение 3. ∆ l 3. м 371
4. модуль Юнга 4. F 4. м2 412
5. механич. напряжение 5. l 5. Н 562
6. сила 6. σ 645
7. площадь 7. ε 724

2 задание
Вспомним, по каким формулам они определяются (на слайде)
3 задание
Физический диктант
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
5 7 9 3 6 10 1 4 8 2
1. анизотропия 6. аморфное
2. изотропия 7. деформация
3. монокристалл 8. модуль Юнга
4. поликристалл 9. Механич. напряжение
5. кристаллическое 10. Относит. удлинение
Вопросы
1. Твердое тело, атомы или молекулы которого занимают определенное упорядочное положение в пространстве
2. Изменение формы или размера тела
3. Отношение модуля силы упругости к площади поперечного сечения
4. Одиночный кристалл
5. Тело, не имеющее определенной температуры плавления, атомы которого имеют только ближний порядок
6. Определяется отношением абсолютного удлинения к начальной длине тела
7. Свойство тел пропускать физические свойства в зависимости от выбранного направления
8. Много кристаллов
9. Характеризует сопротивляемость материала упругой деформации растяжения или сжатия
10. Свойство тел пропускать физические свойства во всех направлениях
4 задание
Решение задачи (условие на слайде)
Чему равен модуль упругости проволоки длиной 4 м и сечением
0,3 мм2, если она под действием силы 30 Н удлинилась на 2 мм?
Ответ:Е=200*109Па

III. Выполнение лабораторной работы.
Учитель: Сегодня вы будете выполнять лабораторную работу по определению модуля Юнга резины. Какова ваша цель?
На примере резины научиться определять модуль упругости любого вещества.
Зная модуль упругости вещества, мы можем говорить о его механических свойствах и практическом применении. Резина широко применяется в различных аспектах нашей жизни. Где применяется резина?
Ученик: В быту: резиновые сапоги, перчатки, коврики, бельевая резинка, пробки, шланги, грелки и прочее.
Ученик: В медицине: жгуты, эластичные бинты, трубки, перчатки, некоторые части приборов.
Ученик: На транспорте и в промышленности: покрышки и шины колёс, ремни передач, изолента, надувные лодки, трапы, уплотнительные кольца и многое другое.
Ученик: В спорте: мячи, ласты, гидрокостюмы, эспандеры и прочее.
Учитель: Говорить о применении резины можно очень много. В каждом конкретном случае резина должна иметь определенные механические свойства.
Перейдем к выполнению работы.

Лабораторная работа №4

Тема: Измерение модуля упругости резины
Цель: Измерить модуль упругости резины, сравнить модуль упругости резинового жгута и бельевой резинки.
Приборы: Штатив, резиновый жгут, бельевая резинка, грузы, линейка

Ход работы
№ а, м b, м S, м2 l0, м l, м ∆l, м m, кг F, Н E, Па
1 0,3мм
2 0,3мм
1. Соберите экспериментальную установку, нанесите карандашом метки на резиновом жгуте.
2. Измерьте расстояние между метками на нерастянутом жгуте
3. Подвесьте грузы к нижнему концу шнура, предварительно определив их общий вес. Измерьте расстояние между метками на шнуре и ширину шнура в растянутом состоянии
4. Вычислить S и F.
5. Записать формулу для определения модуля Юнга и вычислить его.
6. Повторите пункты 1-5 для бельевой резинки.
7. Сделайте вывод.

Контрольные вопросы:
1. Что характеризует модуль Юнга?
2. Почему модуль Юнга выражается столь большим числом?

Дополнительное задание.
Решите задачи:
1. Чему равно абсолютное удлинение медной проволоки (130*109 Па) длиной 50 м и площадью поперечного сечения 20 мм2 при силе 600 Н. (ответ: ∆ι=1,15 см)
2. Определить механическое напряжение у основания свободно стоящей мраморной колонны высотой 10 м. Плотность мрамора 2700 кг/м3. (ответ: σ=27*104 Па)

Вывод
Учитель: Чтобы создавать и применять различные материалы, необходимо знать их механические свойства. Механические свойства материала характеризует модуль упругости. Сегодня вы практически его определили для резины и сделали свои выводы. В чем они заключаются?
Ученик: Я научился определять модуль упругости вещества, оценивать погрешности в своей работе, сделал научные предположения о механических свойствах материалов (в частности, резины) и практической направленности применения этих знаний.
Учащиеся сдают листы контроля.
На дом: § 7.1-7.2 повторить.
Итог урока.

Цель работы: научиться находить модуль упругости резины. Установка для измерения модуля Юнга резины показана на рисунке а.

Модуль Юнга вычисляется по формуле полученной из закона

Гука: где Е - модуль Юнга; Р - сила упругости,

Возникающая в растянутом шнуре и равная весу прикрепленных к шнуру грузов; § - площадь поперечного сечения деформированного шнура; 10 - расстояние между метками А и В на растянутом шнуре (рис. б); I - расстояние между этими же метками на растянутом шнуре (рис. в). Если поперечное сечение имеет форму круга, то площадь сечения выражается через диаметр

Шнура:

Окончательная формула для определения модуля Юнга имеет

Вид:

Пример выполнения:

Вес грузов определяется динамометром, диаметр шнура -штангенциркулем, расстояние между метками А и В - линейкой. Для заполнения таблицы проведем следующие вычисления: 1) Аи1 - абсолютная инструментальная погрешность Аи1 = 0,001 А0/ - абсолютная погрешность отсчета А01 = 0,0005 А1 - максимальная абсолютная погрешность А1 = А и I+ А 01 = 0,0015 2) АиО = 0,00005 А0О = 0,00005 АО = А и В + А 0 В = 0,0001 3) А и Р = 0,05 А0Р = 0,05 АР = А и Р + А 0 Р = 0,05 + 0,05 = 0,1

Вывод: полученный результат модуля упругости резины совпадает с табличным.

Лабораторная работа 4.

Определение модуля упругости резины.

Теория . Если к однородному стержню, закрепленному на одном конце, приложить силу F вдоль оси стержня, то стержень подвергнется деформации растяжения. Деформацию растяжения характеризуют абсолютным удлинением Δl=l - l 0 ; относительным удлинением . В деформированном теле возникает механическое напряжение σ, равное отношению модуля силы F к площади поперечного сечения тела S:

На упруго деформированные тела распространяется закон Гука: при малых деформациях механическое напряжение σ прямо пропорционально относительному удлинению:

Коэффициент пропорциональности Е, входящий в закон Гука, называется модулем упругости или модулем Юнга. Модуль Юнга показывает, какое механическое напряжение возникает в материале при относительной деформации равной единице, т.е. при увеличении длины образца вдвое. В данной работе надо определить модуль упругости Е (модуль Юнга) резинового шнура. При выполнении работы надо учесть, что сила упругости в деформированном теле численно равна силе тяжести груза, подвешенного к резиновому шнуру: F=mg. Резиновый шнур имеет квадратное сечение, поэтому S=а 2 , где а - сторона квадрата (а=1мм=10 -3 м). Окончательная формула для расчета модуля Юнга имеет вид:

Цель работы : научиться измерять модуль Юнга, используя закон Гука.

Оборудование : резиновый шпур, штатив с муфтой и лапкой, грузы, измерительная линейка.

Ход работы .

1.Опыт№1

Нанести на резиновом шнуре две метки на расстоянии l 0 друг от друга (около 10см) и измерить это расстояние: l 0 = …. см= ….. м.

Закрепить короткий конец шнура в лапке штатива, а к длинному концу подвесить груз массой m 1 = ….г=…..кг.

1. Снова измерить расстояние между метками на шнуре l 1 = …. см= ….. м. Рассчитайте абсолютное удлинение шнура Δl 1 =l 1 - l 0 =…. см= …..м.
2. Пользуясь формулой , рассчитать модуль упругости резины.
3. Е 1 =

2. Опыт №2 (повторить опыт №1 с грузом другой массы и снова рассчитать модуль Юнга).
m 2 = ….г=…..кг.

l 0 = …. см= ….. м

l 2 = …. см= ….. м

Δl 2 =l 2 - l 0 =…. см= …..м.

E 2 =

4. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу.

№ опыта	l 0 , м	l, м	Δl, м	m, кг	g, м/с 2	а, м	S, м 2	E, ПА	E ср , Па