Linnéuniversitetet Institutionen för fysik och elektroteknik

Transkript

1 Linnéuniversitetet Institutionen för fysik och elektroteknik Ht2015 Program: Naturvetenskapligt basår Kurs: Fysik Bas 1 delkurs 1 Laborationsinstruktion 1 Densitet Namn:... Lärare sign. :. Syfte: Träna på: Enhetsomvandlingar av volymer och densitet Noggrannhetsbedömningar Rimlighetsbedömningar Materiel Varje grupp får: 1 rätblock av metall. Alla rätblock ser ut att vara av samma metall, men har olika mått. 1 rör som ser ut vara av samma metall. 1 skjutmått 1 överrinningskärl För gemensam användning finns framme: Ett flertal vågar för jämförande mätningar. Mätglas med olika volym och noggrannhet. Naturvetenskapligt basår, Fysik A 1 (8)

2 Introduktion Genomgång av skjutmått Vad visar skjutmåttet? Dagens tumregel för värdesiffor Alla använder samma tumregel för värdesiffrorna så att det blir lättare att diskutera resultaten tillsammans. Idag gäller: Osäkerheten ligger i sista siffran. Naturvetenskapligt basår, Fysik A 2 (8)

3 Uppgift 1: beräkna densitet hos rätblocket Mät rätblockets mått och beräkna dess volym. Hur många värdesiffror har måtten och volymen? Väg ditt rätblock: nollställ alla vågar samtidigt så kan du jämföra. Är alla vågar pålitliga? Vilket värde på massan väljer du och hur många värdesiffror ska det ha. Beräkna densiteten. Ange resultatet både med enheten 3 g / cm och med SI-enheten 3 kg / m Kontrollera att din volymsberäkning var rimlig enligt instruktion på nästa sida. Fyll till sist i alla dina värden i tabellen på tavla. Tabell på tavlan för rätblock Grupp Största mått (cm) Mellanmått (cm) Minsta mått (cm) Volym (cm 3 ) Massa (g) Densitet (g/cm 3 ) Gemensam diskussion på slutet: Stämmer variationerna i gruppernas densitetsvärden med tumregeln, eller finns det mätvärden som utesluter varandra? Sedan beräknar vi ett medelvärde av densiteterna ovan. Finns det något tabellvärde som stämmer med medelvärdet, eller är alla uteslutna? Naturvetenskapligt basår, Fysik A 3 (8)

4 Kontrollera att din volymsberäkning var rimlig på följande sätt Placera bägaren under överrinningskärlets utlopp enligt Fig. 1. Figur 1 Bägares placering relativt överrinningskärl Fyll överrinningskärlet med vatten tills vatten rinner ut ur pipen ner i bägaren. Vänta tills vattnet slutat rinna ut ur överrinningskärlet. Töm sedan bägaren och placera den åter under överrinningskärlets pip utan att vidröra överrinningskärlet. Sänk försiktigt ned föremålet i överrinningskärlet till dess att det är helt nedsänkt i vattnet. Vänta tills vattnet slutat rinna ut ur bägaren. Använd ett mätglas för att bestämma volymen på vattnet som trängts ut ur överrinningskärlet. Uppgift 2: beräkna densitet hos röret Bestäm rörets volym och massa. Beräkna densiteten. Fyll i alla dina värden i tabellen på tavlan. Tabell på tavlan för rör Grupp Volym (cm 3 ) Massa (g) Densitet (g/cm 3 ) Gemensam diskussion på slutet: Är det samma metall i röret som i rätblocken? Naturvetenskapligt basår, Fysik A 4 (8)

5 Linnéuniversitetet Institutionen för fysik och elektroteknik Ht2015 Program: Naturvetenskapligt basår Kurs: Fysik 1 delkurs 1 Laborationsinstruktion 2 Mekanisk energi Namn:... Lärare sign. :. Uppgift: Att undersöka sambandet mellan lägesenergi, rörelseenergi och total energi hos en fallande kropp. Vid experimentet används en tempograf, en elektromagnetisk hammare som gör märken på en löpande pappersremsa. Hammaren slår 100 slag i sekunden. Teori: Om en vikt får falla fritt hur ändras dess rörelseenergi och lägesenergi? Rörelseenergi: Lägesenergi: W k W p 2 m v 2 m g h OBS! SKUMGUMMI Utförande: 1. Fäst en ca 2 m lång tempografremsa vid vikten. Träd remsan mellan nålen och bakstycket se till att remsan kommer på rätt sida om karbonpapperet. 2. Håll vikten strax under tempografen genom att hålla i pappremsan, och se till att remsan kan löpa fritt utan nämnvärd friktion. 3. Starta tempografen (håll in knappen), släpp remsan och registrera en fallrörelse. 4. En liten bit från starten på remsan markerar du en punkt med ett streck (punkt 1). Detta är höjden h 1 = 1,0 m. Fem punkter senare markerar du åter en punkt med ett streck (punkt 2). Detta är h 2 och denna höjd måste du mäta upp med utgångspunkt från den första punkten. Den ligger X cm från h 1, se figuren nedan. Fortsätt tills du har markerat sju punkter/höjder. 5. Beräkna sedan lägesenergi och rörelseenergi för sju olika höjder h 1, h 2, h 7. Naturvetenskapligt basår, Fysik A 5 (8)

6 Så här kan tempografremsan komma att se ut: s 3 s 2 s t h 2 =1,0m - x h 1 =1,0 m x Hur lång tid är det mellan varje punkt? s. h 1 Hur lång tid är t? s. Hastigheten v 1 beräknar du: s1 v1 osv. t h 7 h 4 Din nollnivå Redovisa resultatet i en tabellen: Punkt nr. t (s) h (m) s (m) t (s) v (m/s) W p (J) W k (J) W p + W k (J) 1 0 1, ,05 3 0,10 4 0,15 5 0,20 6 0,25 7 0,30 Redovisa med hjälp av ETT diagram över W p, W k och W p +W k (tiden t på x-axeln). Vilken slutsats drar du efter detta experiment? : Naturvetenskapligt basår, Fysik A 6 (8)

7 Linnéuniversitetet Institutionen för fysik och elektroteknik Ht2015 Program: Naturvetenskapligt basår Kurs: Fysik 1 delkurs 1 Laborationsinstruktion 3 Absoluta nollpunkten och linjär regression Namn:... Lärare sign. :. Uppgift: Att bestämma hur kallt det kan bli. Teori: Temperaturen hos en gas är ett mått molekylernas rörelseenergi i deras oordnade rörelse. (Ordnad rörelse, exempelvis när luft i ett flygplan följer med i dess rörele, räknas inte in i temperaturen). Det finns ett antal olika skalor som temperatur anges i. Två vanliga skalor är grader Celsius ( C) och Kelvin (K). Den vanligaste skalan vid fysikaliska tillämpningar är Kelvin, vilken är graderad så att när rörelseenergin är 0 J så är T = 0 K. Denna temperatur kallas för absoluta nollpunkten och är den lägsta möjliga temperaturen. För många en lag som kallas allmänna gaslagen eller ideala gaslagen med god noggrannhet. Enligt den gäller pv Konst. T där p är gasens tryck (N/m 2 )=(Pa), V är gasens volym (m 3 ), T är gasens temperatur (K). Om en ideal gas hålls innesluten i en tät behållare med konstant volym så förenklas den ideala gaslagen och vi får ett linjärt förhållande mellan gasens tryck p och dess temperatur T. Om temperaturen anges i Kelvin kan den förenklade versionen av den ideala gaslagen, Charles lag, uttryckas: p k T Konstanten C k här beror av volymen V och konstanten i allmänna gaslagen ovan. Vi kommer att bestämma den, men det är inte den som är viktig här. Det viktiga här är att T = 0 K om p = 0 Pa. Det utnyttjar vi för att bestämma absoluta nollpunkten: vi bestämmer först hur trycket p beror av temperaturen T i C. Sedan kan vi beräkna vid vilken temperatur trycket är 0. Då får vi absoluta nollpunkten i C. C Naturvetenskapligt basår, Fysik A 7 (8)

8 Utförande: 1. Bestäm trycket för gasen i metallkulan vid fyra olika temperaturer samt resp. temperatur. Temperatur och tillhörande tryck Omgivning Temperatur T ( C) Tryck p (KPa) Kokande vatten Rumstemperatur Is Flytande kväve 2. Rita in dina mätdata i ett diagram på mm-papper (p som funktion av T) 3. Använd linjal för att rita den linje som stämmer bäst med dina mätvärden. 4. Gör en linjär regression för p som funktion av T. Ange linjens ekvation: p kt m 5. Rita in den beräknade linjen i ditt diagram. Passar den med linjen du ritade för hand? 6. Bestäm absoluta nollpunkten ur regressionslinjen. Absoluta nollpunkten är: C Fyll i ditt värde i tabellen på tavlan. Hur många värdesiffrorna man får i linjära regressionen lär man sig i statistikkurser. Låt k och m ha minst 4 värdesiffror i dina beräkningar, eftersom de bara är mellanresultat. Vi bestämmer sedan antalet värdesiffror för absoluta nollpunkten gemnsamt. Tabell på tavlan för absolut nollpunkt Grupp kpa k ( ) C m ( C) Absolut nollpunkt ( C) Gemensam diskussion på slutet: Hur många värdesiffror är det rimligt att ha enligt variationerna? Utesluter de tabellvärdet? Naturvetenskapligt basår, Fysik A 8 (8)