Лабораторная работа № 1 Измерение длины, объёма и температуры тела

Определения и обозначения

Длина — физическая величина, характеризующая протяжённость тела. Обычно её обозначают буквой l, а измеряют в миллиметрах, сантиметрах или метрах. Линейкой длину находят по положению краёв тела на шкале.

Объём — физическая величина, характеризующая пространство, занимаемое телом. Его обозначают буквой V, а единицами служат кубический метр, кубический сантиметр, литр и миллилитр. Объём нужен, чтобы узнать, сколько места занимает предмет или сколько жидкости находится в сосуде.

Температура — физическая величина, характеризующая тепловое состояние тела. Её обозначают буквой t и измеряют термометром, чаще всего в градусах Цельсия. По температуре можно сравнить, какое тело холоднее или горячее.

Цена деления — значение величины, соответствующее одному промежутку между соседними штрихами шкалы прибора. Чтобы её найти, берут разность значений двух подписанных штрихов и делят на число промежутков между ними. Цена деления показывает, насколько подробно прибор позволяет выполнять отсчёт.

Как это устроено

Перед измерением длины сначала находят начало шкалы и проверяют, не повреждён ли нулевой штрих. Линейку прикладывают вдоль тела, потому что при наклоне расстояние между отметками уже не будет соответствовать длине предмета. Показание снимают у второго края, а если тело начинается не от нуля, из конечного показания вычитают начальное.

Цена деления нужна для определения промежуточных значений, которых нет среди подписанных чисел. Сначала находят разность между двумя отметками, затем считают именно промежутки между ними: один промежуток соответствует одному делению. Чем меньше цена деления, тем более мелкие изменения можно заметить, хотя точность зависит также от аккуратности наблюдения.

Объём прямоугольного тела получают умножением его длины, ширины и высоты: V = a · b · h. Такое вычисление возможно потому, что тело можно мысленно разделить на одинаковые маленькие кубики, а их число зависит от трёх размеров. Размеры перед умножением приводят к одним единицам, иначе результат будет неверным.

Жидкость наливают в мензурку — сосуд с размеченной шкалой — и ставят её на ровную поверхность. Показание снимают по уровню жидкости, чтобы наклон сосуда не изменил положение шкалы относительно глаз. Такой способ позволяет сразу получить объём в миллилитрах или другой единице, указанной на приборе.

Для тела неправильной формы не всегда можно подобрать простую формулу и измерить его размеры. Поэтому тело полностью погружают в жидкость и сравнивают показания мензурки до и после погружения: поднятие уровня вызвано вытесненным объёмом. Термометр используют похожим образом: его чувствительная часть должна соприкоснуться с телом, а отсчёт выполняют после прекращения заметного изменения показания.

Измерение физических величин

Таблица помогает выбрать подходящий прибор или способ для каждой величины. Перед записью результата проверьте цену деления и единицу, нанесённую на шкалу. Если измерение состоит из нескольких действий, сначала запишите исходные показания, а затем выполните вычисление.

Разбор задач

Задача 1. По линейке с ценой деления 1 мм нужно определить длину карандаша, если его концы совпадают с отметками 2,3 см и 14,8 см. Начинать отсчёт от нуля нельзя, поскольку карандаш расположен между двумя ненулевыми отметками. Поэтому длина равна разности показаний.

1. Записываем конечное показание: 14,8 см.
2. Записываем начальное показание: 2,3 см.
3. Вычитаем: l = 14,8 − 2,3 = 12,5 см.

Ответ: длина карандаша равна 12,5 см. Цена деления 1 мм позволяет записать результат с точностью до миллиметра.

Задача 2. В мензурке было 40 мл воды, а после полного погружения тела стало 57 мл. Повышение уровня произошло не само по себе: тело заняло часть пространства и вытеснило воду. Значит, нужно найти разность конечного и начального объёмов.

1. Записываем начальный объём: V1 = 40 мл.
2. Записываем конечный объём: V2 = 57 мл.
3. Находим объём тела: V = V2 − V1 = 57 − 40 = 17 мл.

Ответ: объём тела равен 17 мл, или 17 см³. Единицы равны по числовому значению, потому что 1 мл = 1 см³.

Задача 3. Брусок имеет размеры 3,2 см, 2,0 см и 1,5 см. Сначала вычислим объём по формуле для прямоугольного тела, а затем сравним его с результатом вытеснения жидкости. Сравнение проводят в одинаковых единицах и учитывают, что измерения не бывают абсолютно точными.

1. Перемножаем размеры: V = 3,2 · 2,0 · 1,5 см³.
2. Получаем V = 9,6 см³.
3. Сравниваем с объёмом по мензурке: результаты должны быть близкими, а небольшое расхождение объясняется погрешностью измерений.

Ответ: вычисленный объём бруска равен 9,6 см³. Если по вытесненной жидкости получено близкое значение, оба способа согласуются.

Типичные ошибки

Иногда цену деления находят, деля разность значений на число штрихов. Ошибка появляется потому, что штрихи пересчитывают глазами вместо промежутков между ними. Проверьте себя: между двумя подписанными отметками должно быть посчитано именно количество равных отрезков.

Длину нередко отсчитывают от нулевой отметки, даже если предмет приложен к другому месту шкалы. Так получают координату края, а не длину тела. Для проверки вычтите начальное показание из конечного и убедитесь, что ответ не зависит от положения линейки.

При работе с мензуркой конечное показание иногда принимают за объём тела. В нём уже содержится объём первоначальной жидкости, поэтому такой ответ получается слишком большим. Самопроверка проста: используйте формулу Vтела = V2 − V1.

Показание термометра могут снять слишком рано или смотреть на шкалу сбоку. В первом случае прибор ещё не успел принять температуру тела, а во втором возникает ошибка отсчёта. Подождите устойчивого показания и расположите глаза напротив нужного уровня шкалы.

Связь с другими темами

Для лабораторной работы нужны знания об единицах длины, объёма и температуры, а также умение переводить их и перемножать размеры. Например, сантиметры при вычислении объёма дают кубические сантиметры.

Навыки измерения и оценки точности пригодятся при изучении плотности, массы, давления и других физических величин. В каждой такой работе важно выбрать прибор, определить цену деления и записать результат вместе с единицей.

Что запомнить

• Перед измерением выясни цену деления шкалы.
• Длину определяют по разности конечного и начального показаний.
• Объём прямоугольного тела равен произведению его размеров.
• Объём неправильного тела равен объёму вытесненной жидкости.
• Показание прибора записывают вместе с единицей измерения.
• Отсчёт по шкале выполняют внимательно, не меняя положения прибора.