CC BY
2
Топоева А. А. студент
Хакасский государственный университет Институт естественных наук и математики
г.Абакан
МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ОРГАНИЗАЦИИ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО ФИЗИКЕ НА ПРИМЕРЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОДУЛЯ ЮНГА РАЗЛИЧНЫХ ВЕЩЕСТВ В ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ШКОЛЕ
Аннотация: В работе рассматриваются теоретические сведения по теме. Представлены методические указания в виде этапов выполнения лабораторной работы на определение модуля Юнга как вида самостоятельной работы учащихся.
Ключевые слова: модуль Юнга, упругость тел, деформация, сопротивление материала, внешнее усилие, измерение.
Topoeva A.A. student
Khakass State University Institute of Natural Sciences and Mathematics
Abakan
METHODOLOGICAL FEATURES OF THE ORGANIZATION OF
LABORATORY WORK IN PHYSICS ON THE EXAMPLE OF
DETERMINING THE YOUNG'S MODULUS OF VARIOUS SUBSTANCES IN A SECONDARY SCHOOL
Annotation: The paper deals with theoretical information on the topic. Methodological guidelines are presented in the form of stages of laboratory work to determine the Young's module as a type of independent work of students
Keywords: Young's modulus, elasticity of bodies, deformation, material resistance, external force, measurement.
В процессе обучения в школе выполнение лабораторной работы учащимися является формой образовательных технологий, способствующей формированию у учащихся комплекса компетенций:
- способность к познавательной деятельности;
- способность применять навыки работы с информацией из различных источников для решения задач и др.
Заметим, при выполнении лабораторной работы, учащийся должен понимать физический смыл процесса, представленного в лабораторной работе. Поэтому к выполнению работы нужно приступать только после изучения теоретического материала.
С учетом представленной к рассмотрению тематики в данной статье, отметим, что как кристаллические, так и аморфные твердые тела имеют свойство изменять свою форму под воздействие приложенной к ним силы, - деформироваться. Если тело возвращается к исходным размерам и форме после того, как внешнее усилие прекращает свое воздействие, то его называют упругим, а его деформацию считают упругой. Для любого тела есть предел приложенного усилия, после которого деформация перестает быть упругой, т.е. тело не возвращается в исходную форму и к исходным размерам, а остается в деформированном состоянии.
Теория упругих деформаций была создана в конце XVII века ученым Р. Гуком и развита в трудах Т. Юнга. Модуль Юнга есть важная механическая характеристика вещества. Во время принудительного изменения формы предметов внутри них активизируются силы, сопротивляющиеся такому изменению, и стремящиеся к восстановлению исходной формы и размеров упругих тел. Если тело не оказывает сопротивления изменению формы и остается в деформированном виде, то такое тело называют абсолютно неупругим.
Величина, которая характеризует сопротивление материала к растяжению, т.е. увеличению его длины вдоль оси, или к сжатию -сокращению линейного размера, называется модулем упругости. Он является мерой сопротивляемости продольным деформациям и определяет степень жесткости. Обозначается как Е; измеряется н/м2 или в Па.
Отметим, модуль Юнга показывает зависимость относительного удлинения от нормальной составляющей силы к ее площади
распространения и упругости (Е). Модули упругости для различных материалов имеют разные значения, зависящие:
- от природы веществ, формирующих состав материала;
- от состава: моно- или многокомпонентный;
- структуры (вид кристаллической решетки, молекулярное строение);
- плотности материала;
- обработки, которой подвергался материал (обжиг, травление, и т.п.).
Так, модуль упругости для алюминия составляет диапазон от 61,8 до
73,6 ГПа. Для отожженного алюминия модуль Юнга - 68,5 ГПа. Для железа показатель напряжения к деформации зависит от метода его обработки: литое - 100-130 или кованное - 196,2-215,8 ГПа. Для стали модуль упругости может достигать 235 ГПа. Заметим, на величины параметров прочности влияют также формы изделий.
Представим методику выполнению лабораторной работы на определение модуля Юнга. Цель работы - определить модуль Юнга стали.
Стальная проволока 1 растягивается под действием переменных грузов 4 (рис. 1). Длина проволоки ' измеряется линейкой 2, ее диаметр ^ -микрометром, абсолютное удлинение А/ - индикатором 3.
Рис. 1 Установка для измерения модуля Юнга стальной проволоки
Представим методику выполнения работы:
1. Нагрузив проволоку грузами для ее выпрямления, сделать отсчет по индикатору длин.
2. Провести контрольные измерения величин входящих в уравнение:
где ^ - диаметр растягиваемой проволоки, ' - ее длина.
3. Результаты измерений занести в таблицу 1.
Таблица 1 - Результаты измерений и расчетов для определения модуля
продольной упругости проволоки
№ п/п т, кг А/ □ О3, „ ' , м
При увеличении нагрузки При уменьшении нагрузки
1
2
3
4
5
4. Оценить относительную случайную погрешность величины а методом наименьших квадратов.
5. Определить модуль Юнга проволоки.
6. Оценить полную относительную погрешность косвенных измерений модуля Юнга проволоки.
Итак, мы представили методические указания к порядку выполнения лабораторной работы на определение модуля Юнга и обработки полученных результатов измерений.
Использованные источники:
1. Савельев И.В. Курс общей физики. - М.: Наука, 2012. - 432 с.
2. Сивухин Д.В. Общий курс физики. - М.: Наука, 2017. - 576 с.
3. Физический практикум / Под ред. Кембровского Г.С. - Минск: Изд-во «Университетское», 2016. - 352 с.
