Лабораторная работа 1, страница 4 - гдз по физике 7 класс тетрадь для лабораторных работ Исаченкова, Громыко

Проверьте себя

1) Что такое цена деления шкалы прибора и как ее определить?

Решение: Цена деления шкалы прибора ($C$) - это значение наименьшего деления на шкале измерительного прибора. Она показывает, какое значение величины соответствует одному самому малому делению шкалы. Для определения цены деления необходимо выбрать два ближайших оцифрованных (подписанных числами) деления на шкале прибора, вычесть из большего значения меньшее и разделить полученную разность на количество промежутков (делений) между этими оцифрованными значениями. Формула для определения цены деления: $C = \frac{\text{значение большего оцифрованного деления} - \text{значение меньшего оцифрованного деления}}{\text{количество промежутков между ними}}$.

Ответ: Цена деления - это значение самого малого деления шкалы, определяемая делением разности двух соседних оцифрованных значений на число промежутков между ними.

2) Что такое верхний и нижний пределы значений шкалы измерительного прибора?

Решение: Верхний предел измерения - это максимальное значение величины, которое может быть измерено данным прибором, то есть наибольшее значение на его шкале. Нижний предел измерения - это минимальное значение величины, которое может быть измерено данным прибором, то есть наименьшее значение на его шкале.

Ответ: Верхний предел - это максимальное значение на шкале прибора, нижний предел - минимальное значение на шкале прибора.

3) Чем определяется погрешность измерения данным прибором?

Решение: Погрешность измерения данным прибором (абсолютная погрешность) обычно определяется ценой деления его шкалы. Общепринято считать, что абсолютная погрешность измерения равна половине цены деления шкалы прибора ($ \Delta X = \frac{C}{2} $). В некоторых случаях погрешность может быть указана производителем прибора в его паспорте или на корпусе.

Ответ: Погрешность измерения прибором определяется, как правило, половиной цены деления его шкалы.

Ход работы

1. Определите цену деления шкалы и погрешность измерения представленных на рисунке 1 приборов.

а) Линейка:

Решение: Возьмем два оцифрованных деления: 10 см и 11 см. Разность значений: $11 \text{ см} - 10 \text{ см} = 1 \text{ см}$. Количество промежутков между ними: 10. Цена деления $C = \frac{1 \text{ см}}{10} = 0.1 \text{ см}$ или $1 \text{ мм}$. Погрешность измерения $ \Delta X = \frac{C}{2} = \frac{0.1 \text{ см}}{2} = 0.05 \text{ см}$ или $0.5 \text{ мм}$.

Ответ: Цена деления $C = 0.1 \text{ см}$ ($1 \text{ мм}$), погрешность измерения $ = 0.05 \text{ см}$ ($0.5 \text{ мм}$).

б) Рулетка:

Решение: Аналогично линейке, возьмем два оцифрованных деления: 15 см и 16 см. Разность значений: $16 \text{ см} - 15 \text{ см} = 1 \text{ см}$. Количество промежутков между ними: 10. Цена деления $C = \frac{1 \text{ см}}{10} = 0.1 \text{ см}$ или $1 \text{ мм}$. Погрешность измерения $ \Delta X = \frac{C}{2} = \frac{0.1 \text{ см}}{2} = 0.05 \text{ см}$ или $0.5 \text{ мм}$.

Ответ: Цена деления $C = 0.1 \text{ см}$ ($1 \text{ мм}$), погрешность измерения $ = 0.05 \text{ см}$ ($0.5 \text{ мм}$).

в) Мерная лента:

Решение: Мерная лента имеет такую же шкалу, как и рулетка. Возьмем два оцифрованных деления: 15 см и 16 см. Разность значений: $16 \text{ см} - 15 \text{ см} = 1 \text{ см}$. Количество промежутков между ними: 10. Цена деления $C = \frac{1 \text{ см}}{10} = 0.1 \text{ см}$ или $1 \text{ мм}$. Погрешность измерения $ \Delta X = \frac{C}{2} = \frac{0.1 \text{ см}}{2} = 0.05 \text{ см}$ или $0.5 \text{ мм}$.

Ответ: Цена деления $C = 0.1 \text{ см}$ ($1 \text{ мм}$), погрешность измерения $ = 0.05 \text{ см}$ ($0.5 \text{ мм}$).

г) Мензурка:

Решение: Возьмем два оцифрованных деления: 40 мл и 50 мл. Разность значений: $50 \text{ мл} - 40 \text{ мл} = 10 \text{ мл}$. Количество промежутков между ними: 10. Цена деления $C = \frac{10 \text{ мл}}{10} = 1 \text{ мл}$. Погрешность измерения $ \Delta X = \frac{C}{2} = \frac{1 \text{ мл}}{2} = 0.5 \text{ мл}$.

Ответ: Цена деления $C = 1 \text{ мл}$, погрешность измерения $ = 0.5 \text{ мл}$.

д) Термометр бытовой:

Решение: Возьмем два оцифрованных деления: 0 °C и 10 °C. Разность значений: $10 \text{ °C} - 0 \text{ °C} = 10 \text{ °C}$. Количество промежутков между ними: 10. Цена деления $C = \frac{10 \text{ °C}}{10} = 1 \text{ °C}$. Погрешность измерения $ \Delta X = \frac{C}{2} = \frac{1 \text{ °C}}{2} = 0.5 \text{ °C}$.

Ответ: Цена деления $C = 1 \text{ °C}$, погрешность измерения $ = 0.5 \text{ °C}$.

е) Секундомер:

Решение: Возьмем два оцифрованных деления на основном циферблате: 0 с и 5 с. Разность значений: $5 \text{ с} - 0 \text{ с} = 5 \text{ с}$. Количество промежутков между ними: 10. Цена деления $C = \frac{5 \text{ с}}{10} = 0.5 \text{ с}$. Погрешность измерения $ \Delta X = \frac{C}{2} = \frac{0.5 \text{ с}}{2} = 0.25 \text{ с}$.

Ответ: Цена деления $C = 0.5 \text{ с}$, погрешность измерения $ = 0.25 \text{ с}$.

2. Определите и занесите в таблицу значения верхнего и нижнего пределов измерения шкалы прибора.

Ответ: Значения занесены в таблицу.

3. Ответьте письменно на контрольные вопросы.

а) Как связана погрешность измерения с ценой деления шкалы прибора?

Решение: Погрешность измерения ($\Delta X$) напрямую связана с ценой деления шкалы прибора ($C$). В большинстве случаев, абсолютная погрешность измерения прибором принимается равной половине цены деления шкалы: $ \Delta X = \frac{C}{2} $. Это означает, что чем меньше цена деления прибора, тем меньше его инструментальная погрешность и тем более точные измерения можно получить.

Ответ: Погрешность измерения обычно равна половине цены деления шкалы прибора.

б) С одинаковой ли погрешностью будет измерена длина бруска мерной лентой (рис. 2, а) и линейкой (рис. 2, б)? Почему?

Решение: На рисунке 2 (а) изображена мерная лента, а на рисунке 2 (б) - линейка. Если внимательно рассмотреть шкалы обоих приборов, видно, что они идентичны: на каждом сантиметре имеется 10 делений, что соответствует цене деления в $0.1 \text{ см}$ ($1 \text{ мм}$). Поскольку инструментальная погрешность определяется ценой деления ($ \Delta X = \frac{C}{2} $), то для обоих приборов она будет одинаковой и составит $0.05 \text{ см}$ ($0.5 \text{ мм}$). Следовательно, длина бруска будет измерена с одинаковой инструментальной погрешностью.

Ответ: Да, с одинаковой инструментальной погрешностью, так как цена деления шкалы у обоих приборов одинакова.

в) Каким термометром (рис. 3) можно измерить температуру кипящей воды? температуру в морозильной камере? Почему?

Решение:

Для измерения температуры кипящей воды (около $100 \text{ °C}$): Подойдет термометр 4, так как его шкала охватывает диапазон до $100 \text{ °C}$. Остальные термометры имеют верхний предел значительно ниже. Для измерения температуры в морозильной камере (температура ниже $0 \text{ °C}$, например, $-18 \text{ °C}$): Подойдет термометр 1, так как его шкала начинается от $-30 \text{ °C}$ и включает отрицательные температуры. Термометр 2 (медицинский) предназначен для измерения температуры тела человека и имеет узкий диапазон положительных температур (примерно от $34 \text{ °C}$ до $42 \text{ °C}$). Термометр 3 имеет диапазон только от $0 \text{ °C}$ до $50 \text{ °C}$.

Ответ: Температуру кипящей воды можно измерить термометром 4 (диапазон до $100 \text{ °C}$). Температуру в морозильной камере можно измерить термометром 1 (диапазон от $-30 \text{ °C}$). Выбор обусловлен соответствием диапазона измерения прибора измеряемой величине.

г) От чего зависит минимальное и максимальное значение величины, которую можно измерить прибором?

Решение: Минимальное и максимальное значения величины, которую можно измерить прибором (его пределы измерения), зависят от: 1. Назначения прибора: каждый прибор разработан для измерения определенного диапазона величин (например, медицинский термометр для температуры тела, уличный для широкого диапазона). 2. Конструктивных особенностей: физические ограничения материалов и механики прибора. 3. Производителя: производитель устанавливает диапазон шкалы в зависимости от целевого применения и технических характеристик.

Ответ: Зависит от назначения, конструктивных особенностей и установленного производителем диапазона шкалы прибора.

4. Сделайте выводы.

Решение: В ходе данной работы было изучено, как определять цену деления шкалы измерительного прибора, которая является ключевой характеристикой его точности. Также было усвоено, что погрешность измерения прибором, как правило, составляет половину цены деления. Была получена практика определения верхних и нижних пределов измерения для различных приборов. Осознана важность правильного выбора измерительного прибора в зависимости от диапазона измеряемой величины и требуемой точности. Понято, что цена деления и пределы измерения напрямую влияют на применимость и точность измерения.

Ответ: Изучены методы определения цены деления и погрешности измерения, а также верхних и нижних пределов шкалы приборов. Выбор прибора зависит от диапазона и требуемой точности измерения.

5. Выполните суперзадание. Объясните, для чего под шкалой высокоточных стрелочных приборов (рис. 4) имеется зеркальная полоса.

Решение: Зеркальная полоса под шкалой высокоточных стрелочных приборов (таких как амперметры, вольтметры) предназначена для уменьшения погрешности, называемой параллаксом. Параллакс возникает, когда глаз наблюдателя находится не строго перпендикулярно плоскости шкалы. Если смотреть на стрелку под углом, то из-за смещения глаза показания могут быть искажены, так как стрелка будет казаться расположенной напротив разных делений. Зеркальная полоса позволяет избежать этой ошибки: чтобы снять показания без погрешности параллакса, нужно расположить глаз так, чтобы отражение стрелки в зеркале было полностью скрыто самой стрелкой. В этот момент взгляд наблюдателя перпендикулярен шкале, и показания считываются максимально точно.

Ответ: Зеркальная полоса служит для устранения погрешности параллакса, позволяя наблюдателю расположить глаз так, чтобы его взгляд был строго перпендикулярен шкале, обеспечивая точное считывание показаний.