В большинстве случаев экспериментального изучения различных физических явлений целесообразно представить полученные зависимости в виде графика.
Как оценить, согласуются ли результаты опыта с ожидаемой величиной, получаемой из зависимости между измеряемыми величинами? Наглядное представление об этом получают, сопоставляя теоретическую кривую и найденные экспериментально точки. Особенно удобно проверить, ложатся ли данные точки на прямую. Поэтому при построении графиков желательно выбирать такие координаты, чтобы ожидаемая зависимость была линейной.
Например, при определении ускорения свободного падения из соотношения h = gt 2 /2 между высотой и временем падения удобно строить график координатах (t 2, h). Тогда g = 2 tgα, т. е. определяется по всей совокупности результатов измерений t и h [по наклону прямой h (t 2)].
Экспериментальные точки на графике представляют в виде крестиков, размах по высоте и ширине которых равен удвоенным погрешностям измерения, отложенных по осям величин.
Лабораторная работа № 1
Определение плотности твердых тел правильной
геометрической формы
Цель работы: 1) Научиться пользоваться измерительными приборами -штангенциркулем, микрометром; 2) определить плотность твердых тел правильной геометрической формы; 3) научиться оценивать погрешности измерений.
Приборы и материалы: технические весы, штангенциркуль, микрометр, тела правильной геометрической формы (цилиндр и параллелепипед).
Краткая теория
Штангенциркуль состоит из линейки со шкалой 1, имеющей миллиметровые деления, и нониуса 4 — дополнительной линейки, которая может перемешаться вдоль шкалы (рис. 1). Нониус имеет 10 делений, которые равны 9 делениям шкалы, поэтому каждое деление нониуса короче деления шкалы на 0,1 и равно 0,9 мм (рис.1). При сдвинутых щеках штангенциркуля нулевая отметка нониуса совпадает с нулевой отметкой линейки, а десятая отметка — с девятой отметкой линейки. При этом первое деление нониуса не доходит до первого деления линейки на 0,1 мм. Второе деление нониуса соответственно не доходит до второго деления линейки уже на 0,2 мм и т. д. Следовательно, если раздвинуть щеки штангенциркулем так, чтобы первая отметка нониуса совпала с первой отметкой линейки, то между щеками образуется просвет 0,1 мм. Если совпадет с отметкой линейки вторая отметка нониуса, просвет между щеками будет уже 0.2 мм и т. д. Следовательно, отметка нониуса, совпадающая с отметкой линейки, указывает расстояние между щеками в десятых долях миллиметра. Таким образом, можно сформулировать следующие правила пользования штангенциркулем:
— При измерении длины тела его зажимают между щеками штангенциркуля. Отсчет целых делений (мм) производят по шкале линейки до нуля нониуса, затем отсчитывают по нониусу десятые доли миллиметра, число которых равно номеру штриха на нониусе, совпавшему со штрихом основной шкалы.
— Штангенциркулем можно измерять внутренний диаметр отверстий и глубину отверстий (рис. 2). Проверяют штангенциркуль при сдвинутых щеках по совпадению нулевой отметки нониуса с нулевой отметкой шкалы линейки. Микрометр. Основные части микрометра (рис.3) — стальная скоба 8 и втулка 3, имеющая с внутренней стороны микрометрическую резьбу, а на поверхности — шкалу с делениями в 0,5 мм и продольную черту. Во втулку ввертывается микрометрический винт 2. На правый конец винта насажена гильза 5, имеющая 50 делений. Гильза скреплена с микрометрическим винтом непосредственно или гайкой, навинчиваемой на ее правый конец. При вращении винта она вращается вместе с ним. С правой стороны микрометрического винта ввертывается трещотка 6, с помощью которой производится передвижение винта во втулке. Трещотка регулирует нажим на измеряемое тело и позволяет получать более точные результаты измерений микрометром. На левом конце скобы находится упорная щека — наковаленка 1. Для закрепления винта в определенном положении применяется фиксатор в виде рычажка или кольца 7. Шаг винта микрометра равен 0,5 мм, поэтому микрометр имеет на втулке шкалу с делениями через 0,5 мм. Число делений на гильзе равно 50, и, следовательно, от поворота гильзы на одно деление винт отходит от щеки на 0,01 мм; при двух оборотах гильзы последняя проходит 100 делений, и винт отодвигается от щеки на 1 мм. ГОСТом 6507 для микрометра МК с пределом измерения 25 мм и ценой деления 0,01 мм допускаемая погрешность нормирована ±4 мкм. При использовании микрометра с ценой деления 0,01 мм на лабораторных занятиях допускаемая погрешность может быть взята ±0,005 мм. Пример показания микрометра — 8,21 мм—дан на рисунке 4.
