ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ КИРОВСКОЙ ОБЛАСТИ Кировское областное государственное образовательное бюджетное учреждение
advertisement
ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ КИРОВСКОЙ ОБЛАСТИ Кировское областное государственное образовательное бюджетное учреждение среднего профессионального образования “Вятско-Полянский механический техникум” (КОГОБУ СПО ВПМТ) Методические рекомендации для обучающихся при выполнении лабораторных работ по дисциплине Физика в рамках основной профессиональной образовательной программы (ОПОП) по специальностям СПО 15.02.08 – «Технология машиностроения» 22.02.06 – «Сварочное производство» 09.02.04 – «Информационные системы (по отраслям)» 23.02.03 – «Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта» 13.01.10–«Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (по отраслям)» г. Вятские Поляны 2014г УДК373.7 ББК74.57 Рецензенты: Гарифова А. А. -председатель цикловой комиссии математических и естественно-научных дисциплин, преподаватель математики Вятско-Полянского механического техникума. Автор методической разработки «Методические рекомендации для обучающихся при выполнении лабораторных работ по дисциплине «Физика», преподаватель физики Пупкова.А.В.г. Вятские Поляны КОГОБУ СПО «Вятско – Полянский механический техникум» 2014г., стр.61. Методические рекомендации для обучающихся при выполнении Методические рекомендации для обучающихся при выполнении лабораторных работ по дисциплине «Физика» разработаны на основе программы дисциплины « физика» в соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом (ФГОС) по специальностям СПО 15.02.08 –« Технология машиностроения» 22.02.06 –«Сварочное производство» 09.02.04 –«Информационные системы (по отраслям)» 23.02.03 –«Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта» 13.01.10–«Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (по отраслям)» 1. ПРЕДИСЛОВИЕ. Данное пособие составлено в соответствии с программой по физике. Программой предусмотрены наряду с теоретическими занятиями, занятия практического характера - лабораторные работы. Лабораторные работы следует рассматривать как источник приобретения знаний, как средство предупреждения ошибок. Лабораторные работы служат для совершенствования экспериментальных умений и навыков, для выработки общих методов экспериментальной работы по физике. Лабораторные работы способствуют развитию умений экспериментального решения задач, умению сравнивать, обобщать, делать выводы по работе, а также составлять отчет о проделанной работе. Программой предусмотрено 16 лабораторных работ. Перечень лабораторных работ. 1. Исследование свободного падения тел; 2. Определение ускорения свободного падения при помощи маятника; 3. Опытная проверка закона Гей-Люссака; 4. Исследование изотермического процесса; 5. Измерение относительной влажности; 6. Определение поверхностного натяжения жидкости; 7. Определение КПД нагревательного прибора; 8. Определение удельного сопротивления проводника; 9. Исследование различных сопротивлений проводников; 10.Измерение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока; 11. Измерение мощности и работы электрического тока; 12. Изучение явления электромагнитной индукции ; 13. Измерение показателя преломления стекла; 14. Определение оптической силы и фокусного расстояния собирающей линзы; 15. Измерение длины световой волны; 16. Изучение треков заряженных частиц по готовым фотографиям. Обучающиеся допускаются к лабораторной работе только после инструктажа по технике безопасности. Обучающиеся обязаны расписаться в журнале о том, что ознакомлены с правилами техники безопасности при выполнении работ и обязуются их выполнять. Данное пособие содержит правила выполнения безопасности, лабораторных правила оформления работ, инструкцию отчета, а также по технике содержание лабораторных работ. 2. ПРАВИЛА ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ. Обучающийся должен: 2.1.Быть теоретически подготовленным к выполнению лабораторной работы, для этого должен выполнить весь объем домашней подготовки. 2.2. Знать, что выполнению каждой работы предшествует проверка готовности студента, которая проводится преподавателем. 2.3.Строго соблюдать правила техники безопасности. 2.4.Выполнять работу в соответствии с инструкцией. 2.5.После выполнения работы предоставить отчет о проделанной работе с последующим обсуждением полученных результатов и выводов. 2.6.Обучающийся , успешно сдавший отчет получает зачет или оценку за проделанную работу. 2.7.В случае пропуска лабораторной работы по любой причине обучающийся обязан ее выполнить. 3.СОДЕРЖАНИЕ И ПРАВИЛА ОФОРМЛЕНИЯ ОТЧЕТА ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ. Лабораторная работа № ___________________________ Тема ______________________________________ Цель работы ________________________________ Оборудование_______________________________ Выполнение лабораторной работы (измерения, расчета, заполнение таблицы) Вывод по работе ____________________________ Ответы на контрольные вопросы _______________ ИНСТРУКЦИЯ по охране труда при проведении лабораторных работ и лабораторного практикума по физике ИОТ - 039 -2002 1. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ 1.1.К проведению лабораторных работ и лабораторного практикума по физике допускаются учащиеся 1 курса прошедшие медицинский осмотр и инструктаж по охране труда. 1.2.Опасные производственные факторы: - поражение электрическим током при работе с электроприборами: -термические ожоги при нагревании жидкостей и различных физических тел; -порезы рук при небрежном обращении с лабораторной посудой и приборами из стекла: - возникновение пожара при с легковоспламеняющимися жидкостями. неаккуратном обращении 1.3.При получении учащимся травмы оказать первую помощь пострадавшему, сообщить об этом администрации учреждения и родителям пострадавшего, при необходимости отправить его в ближайшее лечебное учреждение. 1.4.После окончания лабораторной работы и лабораторного практикума тщательно вымыть руки с мылом. 2. ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ПЕРЕД НАЧАЛОМ РАБОТЫ. 2.1.Внимательно изучить содержание и порядок выполнения работы, а также безопасные приемы ее выполнения. 2.2.Подготовить рабочее место к работе, убрать посторонние предметы. Приборы и оборудование разместить таким образом, чтобы исключить их падение и опрокидывание. 2.3.Проверить целостность приборов из стекла и лабораторной посуды. 3. ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ВО ВРЕМЯ РАБОТЫ. 3.1.Точно выполнить указания учителя (преподавателя) при проведении работы, без его разрешения не выполнять самостоятельно никаких работ. 3.2.При работе со спиртовкой беречь одежду и волосы от воспламенения, не зажигать одну спиртовку от другой, не извлекать из горящей спиртовки горелку с фитилем, не задувать пламя спиртовки ртом, а гасить его, накрывая. 3.3. При нагревании жидкости в пробирке, колбе использовать специальные держатели (штативы), отверстие пробирки или горлышко колбы не направлять на себя и на своих товарищей. 3.4.Во избежание ожогов, жидкость и другие физические тела нагревать не выше 60 70°С, не брать их незащищенными руками. 3.5.Соблюдать осторожность при обращении с приборами из стекла и лабораторной посудой, не бросать, не ронять и не ударять их. 3.6.Следить за приспособлениях, исправностью не всех прикасаться и креплений не в наклоняться вращающимся и движущимся частям машин и механизмов. приборах и близко к 3.7.При сборке наконечниками, электрической схемы использовать без видимых повреждений пересечения проводов, источник тока очередь. провода изоляции, подключать в с избегать последнюю Собранную электрическую схему включать под напряжение только после проверки ее учителем (преподавателем) или лаборантом. 3.8.Не прикасаться к находящимся под напряжением элементам цепи, к корпусам стационарного электрооборудования, к зажимам конденсаторов, не производить переключении в цепях до отключения источника тока. Наличие напряжения в цепи проверять только приборами. 3.9.Не допускать предельных нагрузок измерительных приборов. 3.10. Не оставлять без надзора не выключенные электрические устройства. 4. ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ В АВАРИЙНЫХ СИТУАЦИЯХ 4 .1 . При обнаружении неисправности в работе электрических устройств, находящихся нагревании, появлении под напряжением, повышенном искрения, запаха горелой изоляции их и т.д. немедленно отключить источник электропитания и сообщить об этом учителю (преподавателю). 4.2.В случае, если разбилась лабораторная посуда или приборы из стекла, не собирать их осколки незащищенными руками, а использовать для этой цели щетку и совок. 4.3.При разливе легковоспламеняющейся жидкости и ее загорании немедленно сообщить об этом учителю (преподавателю). 4.4.При получении травмы, оказать первую помощь пострадавшему ,сообщить об этом администрации учреждения, при необходимости отправить пострадавшего в ближайшее лечебное учреждение. 5. ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ПО ОКОНЧАНИИ РАБОТЫ 5.1.Отключить источник тока, разрядить конденсаторы с помощью изолированного проводника и разобрать электрическую схему. 5.2.Разборку установки для нагревания жидкости производить после ее остывания. 5.3.Привести в порядок рабочее место, сдать учителю (преподавателю) приборы, оборудование, материалы. 6.Оценка лабораторных и практических работ Оценка «5» ставится в том случае, если учащийся: а) выполнил работу в полном объеме с соблюдением необходимой последовательности проведения опытов и измерений; б) самостоятельно и рационально выбрал и подготовил для опыта все необходимое оборудование, все опыты провел в условиях и режимах, обеспечивающих получение результатов и выводов с наибольшей точностью; в) в представленном отчете правильно и аккуратно выполнил все записи, таблицы, рисунки, чертежи, графики, вычисления и сделал выводы; г) правильно выполнил анализ погрешностей; д) соблюдал требования безопасности труда. Оценка «4» ставится в том случае, если выполнены требования к оценке 5, но: а) опыт проводился в условиях, не обеспечивающих достаточной точности измерений; б) или было допущено два-три недочета, или не более одной негрубой ошибки и одного недочета. Оценка «3» ставится, если работа выполнена не полностью, но объем выполненной части таков, что можно сделать выводы, или если в ходе проведения опыта и измерений были допущены следующие ошибки: а) опыт проводился в нерациональных условиях, что привело к получению результатов с большей погрешностью, б) или в отчете были допущены в общей сложности не более двух ошибок ( в записях единиц, измерениях, в вычислениях, графиках, таблицах, схемах, анализе погрешностей и т.д.), не принципиального для данной работы характера, не повлиявших на результат выполнения, в) или не выполнен совсем или выполнен неверно анализ погрешностей, г) или работа выполнена не полностью, однако объем выполненной части таков, что позволяет получить правильные результаты и выводы по основным, принципиально важным задачам работы. Оценка «2» ставится в том случае, если: а) работа выполнена не полностью, и объем выполненной части работы не позволяет сделать правильные выводы, б) или опыты, измерения, вычисления, наблюдения производились неправильно, в) или в ходе работы и в отчете обнаружились в совокупности все недостатки, отмеченные в требованиях к оценке «3». Оценка «1» ставится в тех случаях, когда учащийся совсем не выполнил работу или не соблюдал требований безопасности труда. ВВЕДЕНИЕ. 1.Как определять погрешности измерений Выполнение лабораторных работ связано с измерением различных физических величин и последующей обработкой их результатов. Измерение- нахождение значения физической величины опытным путем с помощью средств измерений. Прямое измерение- определение значения физической величины непосредственно средствами измерения. Косвенное измерение- определение значения физической величины по формуле, связывающей ее с другими физическими величинами, определяемые прямыми измерениями. Введем следующие обозначения: А,В,С,…-физические величины. Апр- приближенное значение физической величины, т.е. значение, полученное путем прямых или косвенных измерений. А- абсолютная погрешность измерения физической величины. - относительная погрешность измерения физической величины, равная: *100% пр и А – абсолютная инструментальная погрешность, определяемая конструкцией прибора (погрешность средств измерения; см. табл.1) о А – абсолютная погрешность отсчета (получающаяся от недостаточно точного отсчета показаний средств измерения), она равна в большинстве случаев половине цены деления; при измерении времени – цени деления секундомера или часов. Максимальная абсолютная погрешность прямых измерений складывается из абсолютной инструментальной погрешности и абсолютной погрешности отсчета при отсутствии других погрешностей: А= и А + о А Абсолютные инструментальные погрешности средств измерений № Средства измерений Предел Цена Абсолютная п/ измерени делени инструментальна п я я я погрешность 1 Линейка ученическая чертежная инструментальная(стальна До 50 см 1 мм 1 мм До 50 см 1 мм 1 мм 20 см 1мм 0,1 мм 100 см 1 см 0,5 см 150 см 0,5 см 0,5 см До 250 мл 1 мл 1 мл я) демонстрационная 2 Лента измерительная 3 Измерительный цилиндр 4 штангенциркуль 150 мм 0,1 мм 0,05 5 микрометр 25 мм 0,01 мм 0,005 6 Динамометр учебный 4Н 0,1 Н 0,05 Н 7 Весы учебные 200 г - 0,01 г 8 секундомер 0-30 мин 0,2 с 9 Барометр- анероид 720-780 1 мм мм рт ст. рт. ст. 0-1000С 10С 11 Амперметр школьный 2А 0,1 А 0,05 А 12 Вольтметр школьный 6В 0,2 В 0,15 В 10 Термометр лабораторный мм мм 1 с за 30 мин 3 мм рт.ст. 10С Абсолютную погрешность измерения обычно округляют до одной значащей цифры ( А 0,17=0,2); численное значение результата измерений округляют так. Чтобы его последняя цифра оказалась в том же разряде, что и цифра погрешности (А=10,332 10,3). Результаты повторных измерений физической величины А, проведенных при одних и тех же контролируемых условиях и при использовании достаточного чувствительных и точных (с малыми погрешностями) средств измерения, отличаются друг от друга. В этом случае Апр находят как среднее арифметическое значение всех измерений, а А (ее в этом случае называют случайной погрешностью) определяют методами математической статистики. В школьной лабораторной практике такие средства измерения практически не используется. Поэтому при выполнении лабораторных работ необходимо определять максимальные погрешности измерения физических величин. При этом для получения результата достаточно одного измерения. Относительная погрешность косвенных измерений определяется так, как показано в таблице 2. Абсолютная погрешность косвенных измерений определяется по формуле А= Апр ( выражается десятичной дробью). Формулы для нахождения относительной погрешности косвенных измерений № п/п 1 2 Формула физической величины А= ВСD CD 3 А= В+ С 4 А= В C D Формула относительной погрешности C D C D C D C D C C 1 C 1 D 2 C 2 D 2. О классе точности электроизмерительных приборов Для определения абсолютной инструментальной погрешности прибора надо знать его класс точности. Класс точности пр измерительного прибора показывает, сколько процентов составляет абсолютная инструментальная погрешность и А от всей шкалы прибора (Аmax): пр и 100% max Класс точности указывают на шкале прибора или в его паспорте (знак % при этом не пишется). Существуют следующие классы точности электроизмерительных приборов: 0,1; 0,2; 0,5 ; 1 ; 1,5; 2,5 ; 4. Зная класс точности прибора ( пр ) и всю его шкалу (Аmax), определяют абсолютную погрешность и А измерения физической величины А этим прибором: и пр max 100 3. Как сравнивать результаты измерений 1.Записать результаты измерений в виде двойных неравенств: 1пр 1 1пр 1пр 1 2 пр 2 2 пр 2 пр 2 2. Сравнить полученные интервалы значений(рис.201) : если интервалы не перекрывается, то результаты неодинаковы, если перекрывается – одинаковы при при данной относительной погрешности измерений. 4. Как оформлять отчет о проделанной работе 1. Лабораторная работа № ……… 2. Наименование работы. 3. Цель работы. 4. Чертеж ( если требуется). 5. Формулы искомых величин и их погрешностей. 6. Таблица с результатами измерений и вычислений. 7. Окончательный результат, вывод и пр. (согласно цели работы). 5. Как записать результат измерения пр ......%. Желаю успехов в оформлении лабораторной работы! Лабораторная работа №1 «Исследование свободного падения тел» Введение. Лабораторная работа посвящена исследованию ускорения свободного падения. На предыдущих уроках мы говорили о движении тела, которое называется свободным падением, и движении тела, брошенного вертикально вверх. Вооружившись этими знаниями, давайте проведем экспериментальное исследование ускорения свободного падения. Чтобы провести эту лабораторную работу, рекомендуется собрать установку для снятия показаний движения падающего тела и уже по ним произвести расчеты. Мы решили провести лабораторную работу по уже полученным данным и по ним рассчитать ускорение свободного падения. Цель работы: Вычислить ускорение свободного падения по данным прибора и определить погрешности. Оборудование: лента с миллиметровыми делениями, на которой стоят отметки падающего свободного тела. Краткая теория По отметкам на этой ленте мы должны определить время движения тела. Второе, что мы должны сделать, – это определить пройденное телом расстояние. Зная, что движение у нас равноускоренное, с нулевой начальной скоростью, мы используем уравнение для вычисления ускорения свободного падения. Обратите внимание на уравнение : t = n . T, Т – это промежуток времени, через который ставится отметка о падении тел. n – это порядок (количество) этих промежутков. В нашем случае Т = 0,02 с. Время это достаточно небольшое, поэтому для его измерения требуется специальное оборудование. Начальная скорость у падающего тела V0=0. Расстояние, которое проходит тело, определяется уравнением: . Из этого уравнения следует формула для вычисления ускорения свободного падения: . Ход выполнения работы Рассмотрев ленту и определив отсчеты, где стоят засечки положения пройденного тела, внесем данные в таблицу. № Время Путь S, мм Путь S, м Ускорение движения t = n *. T, свободного с падения 1 n=1 t= 2 n=2 t= 3 с с n=3 t= с Погрешности и выводы Теперь давайте обсудим вопрос погрешности измерения ускорения свободного падения. Для этого необходимо из значения, полученного нами, вычесть истинное значение (9,8 м/с2) и разделить на истинное значение ускорения свободного падения, причем результат выразить в процентах. Δg=------ Результат обязательно перевести в проценты. Оцените допустима ли такая погрешность измерения. Вывод: обязательно отметьте , какие причины обуславливают наличие погрешностей. Контрольные вопросы: 1. Какое движение называется свободным падением? К какому виду движения относится свободное падение? 2. Чему равно ускорение свободного падения? От чего зависит ускорение свободного падения? 3. Как направлено ускорение свободного падения? 4. Формула расчета скорости при свободном падении? 5. Формула расчета координаты при свободном падении? 6. Где легче побить спортивные рекорды: на экваторе или в более высоких широтах? Лабораторная работа № 2. «Определение ускорения свободного падения при помощи маятника» Цель работы: вычислить ускорение свободного падения и оценить точность полученного результата. Оборудование: часы с секундной стрелкой, измерительная лента, шарик с отверстием, нить, штатив с муфтой и кольцом. Тренировочные задания и вопросы 1. Свободными колебаниями называются _____ 2. При каких условиях нитяной маятник можно считать математическим? 3. Период колебаний – это _____ 4. В каких единицах в системе СИ измеряются: а) период [T]= _____ б) частота [ν]= _____ в) циклическая частота[ω]= _____ г) фаза колебаний[ϕ]= _____ 5. Запишите формулу периода колебаний математического маятника, полученную Г. Гюйгенсом. 6. Запишите уравнение колебательного движения в дифференциальном виде и его решение. 7. Циклическая частота колебаний маятника равна 2,5π рад/с. Найдите период и частоту колебаний маятника. 8. Уравнение движения маятника имеет вид x=0,08 sin 0,4πt. Определите амплитуду, период и частоту колебаний. Ход работы 1. Установите на краю стола штатив, у его верхнего конца укрепите при помощи муфты кольцо и подвесьте к нему шарик на нити. Шарик должен висеть на расстоянии 2-5 см от пола. 2. Измерьте лентой длину маятника: ℓ= _____ 3. Отклоните маятник от положения равновесия на 5-8 см и отпустите его. 4. Измерьте время 30-50 полных колебаний (например N=40). t₁ = _____ 5. Повторите опыт еще 4 раза (число колебаний во всех опытах одинаковое). t 2 = _____ t 3 = _____ t 4 = _____ t 5 = _____ 6. Вычислите среднее значение времени колебаний. t ср t1 t 2 t3 t 4 t5 , 5 t ср t ср __________ . 5 7. Вычислите среднее значение периода колебаний. Tcp t cp , Tcp , Tcp ________ . 8. Результаты вычислений и измерений занесите в таблицу. № опыта t, t ср , с с N T ср , ℓ, ∆t ср , ∆ℓ , ∆q , q ср , с м с м м/с² м/с² 1 2 3 4 5 9. Вычислите ускорение свободного падения по формуле: q ср q ср 4 . ср2 q ср __________ 10.Вычислите абсолютные погрешности измерения времени в каждом опыте. ∆t₁=|t₁−t ср |=| |= ∆t₂=|t₂−t ср |=| |= ∆t₃=|t₃−t ср |=| |= ∆t₄=|t₄−t ср |=| |= ∆t₅=|t₅−t ср |=| |= 11.Вычислите среднюю абсолютную погрешность измерений времени. ∆t cp = t1 t 2 t 3 t 4 t 5 5 t cp t cp = 5 _______ 12.Вычислите относительную погрешность измерения q по формуле: g l 2t cp , где l = 0,75 см l t cp g g = _____ 13.Вычислите абсолютную погрешность измерения q. q q q cp ∆q = _____ ∆q = _____ 14.Запишите результат в виде q = q ср ± ∆q. q = _____ q = _____ 15.Сравните полученный результат со значением 9,8 м/с². Вывод: Лабораторная работа 3. ОПЫТНАЯ ПРОВЕРКА ЗАКОНА ГЕЙ-ЛЮССАКА Цель работы: формировать умение проводить математическую обработку результатов с определением абсолютной и относительной ошибок. Оборудование: стеклянная трубка, запаянная с одного конца, длиной 600 мм ; цилиндрический сосуд высотой 600 мм , наполненный горячей водой (t ~ 60 °С); стакан с водой комнатной температуры; пластилин, термометр, линейка. Теоретическая часть работы: Чтобы проверить закон Гей-Люссака, достаточно измерить объем и температуру газа в двух состояниях при постоянном давлении и проверить справедливость равенства V1 T1 . Это можно осуществить, используя V2 T2 воздух при атмосферном давлении. Стеклянная трубка открытым концом вверх помещается на 3—5 мин в цилиндрический сосуд с горячей водой (рис. а). В этом случае объем воздуха V1 равен объему стеклянной трубки, а температура — температуре горячей воды Т1. Это — первое состояние. Чтобы при переходе воздуха в следующее состояние его количество не изменилось, открытый конец стеклянной трубки, находящейся в горячей воде, замазывают пластилином. После этого трубку вынимают из сосуда с горячей водой и замазанный конец быстро опускают в стакан с водой комнатной температуры (рис. б), а затем прямо под водой снимают пластилин. По мере охлаждения воздуха в трубке вода в ней будет подниматься. После прекращения подъема воды в трубке (рис. в) объем воздуха в ней станет равным V2<V1, а давление p=paтм—pgh. Чтобы давление воздуха в трубке вновь стало равным атмосферному, необходимо увеличивать глубину погружения трубки в стакан до тех пор, пока уровни воды в трубке и в стакане не выровняются (рис. г). Это будет второе состояние воздуха в трубке при температуре T2 окружающего воздуха. Отношение объемов воздуха в трубке в первом и втором состояниях можно заменить отношением высот воздушных столбов в трубке в этих состояниях, если сечение трубки постоянно по всей длине Поэтому в работе следует сравнить отношения: l1/l2 и T1 /T2 Длина воздушного столба измеряется линейкой, температура — термометром. Ход выполнения работы: Измерено Вычислено l1, мм l2, мм t1, °С t2, °С Δиl, Δоl, Δl, мм мм мм 0,1 0,05 0,15 600 550 60 30 Т1, К Т2, К ΔиТ, ΔоТ, К К 274 273,5 Вычислено ΔТ, К l1/l2 ε1, % Δ1 T1/T2 ε2, % Δ2 546,5 Обработка результатов 1. Измерьте длину l1 стеклянной трубки и температуру воды в цилиндрическом сосуде. 2. Приведите воздух в трубке во второе состояние так, как об этом рассказано выше. Измерьте длину 12 воздушного столба в трубке и температуру окружающего воздуха Т2. 3. Вычислите отношения l1/l2 и T1/T2, относительные (ε1 и ε2) и абсолютные (Δ1 и Δ2) погрешности измерений этих отношений по формулам 1 2 l l l , 1 1 1 l1 l 2 l2 T T T ,2 1 2 T1 T2 T2 4. Сравните отношения l1/l2 и T1/T2. 5. Сделайте вывод о справедливости закона Гей-Люссака. Контрольные вопросы: 1. Какие параметры изменяются при протекании изотермического процесса в данной массе газа ? 2. Какие параметры изменяются при протекании изобарного процесса в данной массе газа ? 3. Укажите изохору идеального газа (рис 1.) 4. Укажите изобару идеального газа (рис 1.) 1)V 2) p 3) p 4) p (рис 1) T T V V 5. Входит ли постоянная Больцмана в уравнение Менделеева-Клапейрона? А) входит в явном виде; б) входит в неявном виде; в) не входит совсем Лабораторная работа № 4. Исследование изотермического процесса. Цель работы: экспериментально проверить выполнимость закона БойляМариотта для изотермического процесса. Оборудование: 1. Прибор для изучения газовых законов (сильфон). 3. Манометр. 4. Испытуемый газ - воздух. Пояснение к работе. Любой газ оценивается большим количеством параметров. Основными являются - масса, давление, объем, температура. Изменение параметров газа называется газовым процессом. Если у газа меняются только два параметра, то это называется изо - процессом. В данной работе исследуется изотермический процесс, т.е. масса и температура газа являются постоянными (m-const, T-const) и проверяется закон Бойля- Мариотта (PV-const). Задание: 1.Определить цену деления манометра и барометра. 2.Соединить манометр с сильфоном. 3.Открыть оба крана манометра и установить любой произвольный объем (предпочтительно среднее значение). 4.Закрыть кран, соединяющий манометр с атмосферой, т.е. отсечь определенную массу газа в сильфоне. 5.Определить по шкале в условных единицах, объем газа (V). 6.Определить по барометру атмосферное давление (Ро). 7.Определить избыточное давление по манометру (∆Р). 8.Рассчитать давление воздуха в сильфоне (Р=Р0+∆Р). 9.Рассчитать постоянную C1=P1xV1. 10.Изменить объем газа и измерить его. 11.Повторить пункты 6,7,8,9 и найти (C2=P2 x V2). 12.Еще раз изменить объем и найти Сз=Р3 х V3. 13.Определить среднее значение постоянной Сср= С1 С2 С3 3 14.Найти С Сср С ср относительную погрешность каждого опыта 100% Ход выполнения работы (%) (Па/усл.ед.) погрешностьσ Относительная постоянной Сср значение Среднее С (Па/усл.ед.) Постоянная Р(Па) V(усл.ед) сильфоне Объем воздуха в барометра Показания (Па) манометра Давление ∆Р(Па) воздуха Показания N опыта Ро 15.Все величины занести в таблицу (в системе СИ). 1 2 3 16.Сделать вывод, отражающий цель работы. 17.Ответить на контрольные вопросы. 17.1.Что означают слова: - процесс изохорический? - процесс изобарический? 17.2.Какими основными параметрами определяется данное состояние газа? 17.3.Изобразить процесс изотермический в координатах PV, VT, РТ. Лабораторная работа № 5 «Измерение относительной влажности воздуха.» Краткая теория. Относительной влажностью воздуха называется отношение парциального давления водяного пара, содержащегося в атмосфере, к давлению насыщенного пара при данной температуре, выраженное в процентах. = Р\Рн*100 % Давление , которое производил бы водяной пар, если бы все остальные газы отсутствовали, называют парциальным давлением . Цель работы: Научиться определять влажность воздуха. Оборудование. 1. Термометр. 2. Стакан с водой. 3. Психрометр. 4. Таблица психрометрическая.. 5. Кусочек марли или тряпки. Порядок проведения работы. 1. Познакомиться с принципом работы психрометра. 2. Измерить температуру воздуха в аудитории и температуру воды в стакане. Убедиться в их равенстве tсух. 3. Обернуть резервуар термометра кусочком увлажненной марли или ваты. 4. Подержать «влажный» термометр в воздухе до тех пор, пока не прекратится понижение температуры. 5. Снять показания термометра tвлажн. 6. Найти разность показаний сухого и влажного термометров Δt. 7. Пользуясь психрометрической таблицей, определить относительную влажность воздуха в аудитории φ изм.. 8. Аналогичные измерения провести дома. 9. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 1. 10. Ответить на контрольные вопросы. 11. Заполнить таблицу 2. ТАБЛИЦА № 1 № Место измерения 1 Аудитория 2 Дом 3 Улица tсух. tвлажн. Δt φизмер. ˚С ˚С ˚С % 12.КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ. 1. При испарении жидкости энергия: А) выделяется; Б) поглощается; В) остается неизменной. 2. Какой пар называется насыщенным? А) Обладающий наибольшей плотностью при данных условиях; Б) находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью; В) подчиняющийся газовым законам. 3. Для здоровья и хорошего самочувствия человека относительная влажность должна быть: А) 20-30%; Б)40-60%; В) 60-80%. 4. .Как по внешнему виду отличить в бане трубу с горячей водой от трубы с холодной водой? А) Труба с холодной водой сухая, с горячей - покрыта влагой; Б) труба с холодной водой покрыта влагой, с горячей - сухая; В) обе трубы влажные, отличить нельзя. 5.Какова абсолютная влажность воздуха, который в объёме 20 м 3 содержит 100 г влаги? А) 5 г\м3 Б) 5% В) 5 кг\ м3 Г) среди указанных ответов нет верного ответа 6.Насыщенным или ненасыщенным является водяной пар плотностью 4,84 г\м3 при температуре 00 С? А) насыщенным Б) ненасыщенным 7.При каком давлении водяного пара в атмосфере «запотевают» вынутые из холодильника ягоды, если их температура равна +4 0 С? А) 789 Па Б) 921 Па В) 1052 Па Г) 1184 Па Таблица №2 № tсух. tвлажн. Δt φизмер. ˚С ˚С ˚С % 1 06 02 ? ? 2 14 ? ? 42 3 ? ? 8 40 4 12 ? ? 48 5 10 09 ? ? 6 30 ? ? 50 Лабораторная работа № 6. «Определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости.» Цель работы: Познакомится с одним из методов определения коэффициента поверхностного натяжения и определить его для воды. Оборудование: 1. Химический стаканчик. 2. Сосуд с водой. 3. Весы технические. 4. Разновес. 5. Пипетка. Пояснение к работе. Существует несколько способов измерения коэффициента поверхностного натяжения жидкости. Одним из них является метод капель. Этот метод основан на том, что, если капля жидкости отрывается под действием собственного веса, то ее вес равен силе поверхностного натяжения. Значит необходимо найти вес капли и длину линии, по которой она граничит с твердым телом в момент ее отрыва. А далее рассчитать коэффициент. Задание. 1. По диаметру, указанному на этикетке пипетки, рассчитать длину окружности l = πd(см) . 2. Взвесить химический стаканчик с точностью до 0,01 г (mс). 3.Держа пипетку строго вертикально, медленно выжимать из нее капли воды в стаканчик (всего не менее 100 капель). Частота отрыва капель не должна превышать 30-40 капель в минуту. Только в этом случае вес капли будет равен силе поверхностного натяжения. 4. Взвесить стаканчик с водой (с отсчитанными каплями) (m0). 5. Рассчитать массу воды (общую всех капель) (mв= mо-mс). 6. Рассчитать массу одной капли (m1). 7. Рассчитать вес капли в динах р=981 х m1 (если m в граммах.) 8..Рассчитать коэффициент поверхностного натяжения G = 9. Определить относительную погрешность Р l G CT • 100% GT Где GT=72 дн/см - табличное значение для воды d l m mo mв n m1 Р G GT 72 (%) Относительная коэффициента( погрешность Дж/см) натяжения Табличное (дн/см) значение Коэффициент поверхностного Вес капли (дн) Масса капли (г) Число капель Масса воды (г) окружности Масса стакана в (см) граммах Масса стакана с водой (г) отверстия (см) Длина Диаметр 10. Все измеренные и расчетные данные занести в таблицу. c Контрольные вопросы. 1.Какими силами создается поверхностное натяжение? 2. Как и почему коэффициент поверхностного натяжения зависит от температуры? 3. Как влияет коэффициент поверхностного натяжения на высоту поднятия жидкости в капиллярных трубках? Лабораторная работа №7. «Определение КПД нагревателя» Цель работы- научиться определять КПД электроприборов на примере электрочайника. Приборы и материалы: Электрический чайник, термометр, часы с секундной стрелкой. Указание к работе: Повторить теоретический материал по темам: « КПД, Тепловое действие тока. Закон Джоуля-Ленца.» 1. Рассмотрите электрочайник. По паспортным данным определите электрическую мощность электроприбора «Р». 2. Налейте в чайник воду объёмом V, равным 1 л или 1,5 л. 3. Измерьте с помощью термометра начальную температуру воды t1 . 4. Включите чайник в электрическую сеть и нагрейте воду до кипения. 5. Определите по таблице температуру кипения воды t2 . 6. Заметьте по часам промежуток времени, в течение которого нагрелась вода Δt . Все измерения выполняйте в системе СИ. 7. Используя данные измерений, вычислите: а)совершённую электрическим током работу, зная мощность чайника Р и время нагревания воды Δt, по формуле A эл.тока = P * Δt б) количество теплоты, полученное водой и равное полезной работе, Q нагр. = cm(t2 – t1) 8. Рассчитайте коэффициент полезного действия электрочайника по формуле кпд= ( Qнагрев. /Aэл. тока)*100% = (cm(t2 – t1) / P * Δt)*100% 9. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу. ически Количе м тво токомр Кпд теплот абота , чайник ы, ДЖ дж% а, электр ,С 0 шённая воды t2 е Δt,С 0 Совер атура чайник темпер воды ая в ания Конечн атура Время воды, одного t1, С 0 нагрев темпер Нач. V, м3 воды, ВТ Объём а, Р, чайник сть Мощно Ход выполнения работы 10. Разместите в бланке отчёта фотографии своего бытового прибора, на которых видны его электрические параметры и вода, налитая в чайник. Контрольные вопросы: 1. Как рассчитать количество теплоты, выделяющегося в проводнике при протекании по нему тока, зная сопротивление этого проводника? 2. Почему спираль электрочайника изготавливают из проводника большой площади сечения? Дайте развёрнутый ответ. 3. Приведите примеры других электроприборов. В которых нагревательным элементом является спираль. Чем эти приборы отличаются друг от друга? Дайте развёрнутый ответ. Лабораторная работа №8. «Определение удельного сопротивления проводника» ЦЕЛЬ РАБОТЫ: опытным путем вычислить удельное сопротивление проволоки и по таблице № 9 (в задачнике 10-11 класс, А.П. РЫМКЕВИЧ) , определить материал проволоки. ОБОРУДОВАНИЕ: ЛИП, амперметр, вольтметр, соединительные провода, реостат, линейка ученическая . Ход работы: 1. Изучите схему по рисунку: 2. Начертите схему , используя условные обозначения приборов. 3. Запишите показания амперметра и вольтметра ( в таблицу). 4. Диаметр проволоки равен d=0,33мм, длина равна L=0,5 м. ( система СИ!!!) 5. Используя закон Ома для участка цепи, рассчитайте сопротивление проволоки по формуле: R U I 6. Вычислите площадь поперечного сечения по формуле: S d2 4 7. Вычислите удельное сопротивление проволоки по формуле: RS L 8. Используя таблицу ( приложение), определить погрешности измерения диаметра ( измеряется с помощью штангенциркуля) проводника и внести их в таблицу ( № 11) . 9. Вычислить относительную ( ε ) и абсолютную ( Δρ ) погрешности по формулам: ε=ΔU/U+2Δd/d+ΔI/I+2Δl/l, 10. Δρ=ρ+ε ВЫЧИСЛИТЬ ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ ( пользуемся таблицей погрешностей и формулами) ΔI = ΔиI + Δ0 I, ΔиI = А, ΔоI = A, ΔI = + = A. ΔU =Δи U + Δ0 U, ΔU = Δ0 U = + = + Δ0 L = м, Δи L = м, Δ0 d= м, Δи d= м, м. = Δd= Δи d+ Δ0 d, Δd= B, B. Δ L = Δи L + Δ 0 L, ΔL= Δи U = B, = + м. 11.Результаты измерений и вычислений занести в таблицу. Вычислено ИЗМЕРЕ ВЫЧИСЛЕНО НО S, м 2 R I Ом А U В Δи d м Δ0 d м Δd м Δи L м Δ0 L ΔL ρ, Δρ, м м Ом* Ом*м м 11.По таблице № 9 определить материал, из которого может быть изготовлен проводник. НЕ ЗАБЫВАЙТЕ ВСЕ ЗНАЧЕНИЯ ЗАПИСЫВАТЬ В СИСТЕМЕ «СИ» ε % Лабораторная работа № 9. «Исследование различных сопротивлений проводников» ЦЕЛЬ РАБОТЫ: проверить законы тока, напряжения и сопротивления при последовательном и параллельном соединениях проводников. ОБОРУДОВАНИЕ: источник тока на 4,5 В, резисторы на 1 Ом и 2 А –2 шт., амперметр – 3 шт., вольтметр – 3 шт., ключ, соединительные провода. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ: а) Последовательное соединение 1. Соберите электрическую цепь, изображенную на рисунке 1, и начертите ее. Рис. 1 2. По показаниям амперметров определите силу тока в цепи I и на каждом из резисторов I1 и I2. 3. По показаниям вольтметров определите напряжение на всем участке цепи U и падение напряжения на каждом из резисторов U1 и U2. 4. Вычислите сопротивление всей цепи и каждого резистора R=U/I= / R1=U1/I1= R2=U2/I2= Ом, = / / = Ом, = Ом. 5. Сравните вычисленные значения R1 и R2 со значениями, указанными на резисторах, а также вычисленное значение полного сопротивления цепи R с суммарным сопротивлением и убедитесь в справедливости формулы: R= R1 + R2= + = Ом. 6. Сравните напряжение U на всем участке цепи с суммой напряжений U1 +U2 , убедитесь в справедливости формулы расчета напряжений для последовательного соединения проводников U=U1+U2= = + В. 7. Сравните силу тока I с силой тока на каждом из резисторов I1 и I2, убедитесь в справедливости формулы для силы тока при последовательном соединении. I=I1=I2= = = А. 8. Занесите результаты измерений и вычислений в таблицу. U1 U2, ,B B U,B I1, I2 , I, A R1,Ом R2, A A Ом R, I, U, R,О ER, Ом A B м % 9. Рассчитайте абсолютные и относительные погрешности. иI= оI= A, I=иI+оI = + иU= A, А. = B, оU= U=иU+оU = B, + В. = ER=(U/U+I/I).100%=( + ).100%= R=E′R×R= = R = (R ± R) Ом, ER=……% - общий вид ответа R=( ± % Ом ) Ом, ER= % 10. Проанализировав результат, сделайте вывод о выполнимости законов тока, напряжения и сопротивления при последовательном соединении проводников. Вывод: б) Параллельное соединение 1. Соберите электрическую цепь, изображенную на рисунке 2, и начертите ее схему. Рис. 2 2. По показаниям амперметров определите силу тока в цепи I и на каждом из резисторов I1 и I2. 3. По показаниям вольтметров определите напряжение на всем участке цепи U и падение напряжения на каждом из резисторов U1 и U2. 4. Вычислите сопротивление всей цепи и каждого резистора R=U/I= / = Ом, Ом, R1=U1/I1 = / = R2=U2/I1 = / = Ом. 5. Сравните вычисленные значения сопротивлений каждого из резисторов R1 и R2 со значениями, указанными на резисторах, а также вычисленное значение R в п. 4 со значением сопротивления, рассчитанным по формуле для параллельного соединения проводников R1 и R2. 6. Убедитесь в справедливости формулы: 1/R=1/R1 + 1/R2= + = Ом. 7. Сравните напряжение U на всей цепи с напряжениями на каждом из резисторов U1 и U2. 8. Убедитесь в справедливости формулы напряжений для параллельного соединения проводников: U=U1=U2= = = В. 9. Сравните силу тока I с суммой токов тока на каждом из резисторов I1 и I2. 10. Убедитесь в справедливости формулы расчета силы тока при параллельном соединении: I=I1 + I2= + = A. 11. Занесите результаты измерений и вычислений в таблицу. U1 U2, ,B B U,B I1, I2 , I, A R1,Ом R2, A A Ом R, I, U, R,О ER, Ом A B м % 12. Рассчитайте абсолютные и относительные погрешности. иI= оI= A, I=иI+оI = иU= A, = А. + оU= B, U=иU+оU = = В. + ER=(U/U+I/I).100%= R=E′R×R= B, ( + ). 100%= Ом = R = (R ± R) Ом, ER=……..% - общий вид ответа R= ( ) ± % Ом, ER = % 13. Проанализировав результат, сделайте вывод о выполнимости законов тока, напряжения и сопротивления при последовательном соединении проводников. Вывод:____________________________________________________________ _ Лабораторная работа №10. «ИЗМЕРЕНИЕ ЭДС И ВНУТРЕННЕГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ИСТОЧНИКА ТОКА». ЦЕЛЬ РАБОТЫ: определить ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока. ОБОРУДОВАНИЕ: источник постоянного тока на 4,5В, вольтметр, амперметр, реостат, соединительные провода. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ: 1. Изучите электрическую цепь, изображенную на рисунке, и начертите ее схему . 2. Измерьте силу тока в цепи I1 и напряжение U1, когда в цепь включен реостат, ползунок которого находится в среднем положении, считая его сопротивление равным R1 = 7 Ом. 3. Отключив от источника тока реостат и амперметр, подключив к источнику только вольтметр и он будет показывать значение ЭДС источника Е= 4,5 В. 4. Вычислите внутреннее сопротивление источника, воспользовавшись формулой, полученной при выводе: I1 = E/(R1 + r) → E = I1(R1 + r); U= IR — напряжение на r= E- IR/ I ; внешней цепи I2 = E/(R2 + r) → E = I2(R2 + r) → I1 R1 + I2 r = I2 R2 + I2 r ( I1 – I2 ) r = I2 R2 – I1 R1 rпр = ( I2 R2 – I1 R1 ) / ( I1 – I2 ) =( U2 – U1) /( I1 – I2 ) rпр = ( - )/( - )= Ом. 5. Вычислите ЭДС источника тока по одной из формул: E1 пр = U1 + I1 r = + = В. E 2пр = U2 + I2 r = + = В. ΔE= E 2пр- E1 пр= + = В 6. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу. I1 ΔI, I2 ,А А ,А U1,B U2,В ΔU,В R2, Ом 0,3 4,0 r, Δr, Er, E, ΔE, Ee, Ом Ом % В В % 3 7. Рассчитайте абсолютные и относительные погрешности. ΔI = ΔиI + Δ0 I, ΔI = + ΔиI = = ΔU =Δи U + Δ0 U, А, ΔоI = A, A. Δ0 U = B, Δи U = B, ΔU = + = B. Er = (ΔU/U2 + ΔU/U1 +Δ I/I1 +Δ I/I2 )∙100% =( + + + )∙100%= % Er =...... %, Ee = ( ΔE/ E )∙100% = ( Ee =...... / )∙100% = %. %, Δ r = E r∙ r = Ом. = Eпр = ( E + ΔE ) В Eпр = ( + )В, 8. Проанализировав результат, сделайте вывод. Вывод: ______________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ 9. Что КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ: называют электродвижущей силой?___________________________________________ 2.Отчего зависит сопротивление проводника?________________________________________ 3.Какие силы принято сторонними?_________________________________________ называть Лабораторная работа №11. «ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ И РАБОТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА» ЦЕЛЬ РАБОТЫ: определить мощность и работу тока в лампе, используя амперметр, вольтметр и часы. ОБОРУДОВАНИЕ: источник тока на 4,5В, низковольтная лампочка, амперметр, вольтметр, соединительные провода, ключ, часы. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТ: 1. Изучите электрическую цепь, изображенную на рисунке, и начертите ее схему. 2. Измерьте напряжение U1 на лампочке и силу тока I1 в цепи ( по рисунку). 3. Время t1 в течение, которого была включена лампочка, =30 сек 4. Опыт повторите три раза. 5. Рассчитайте мощность тока P в лампе, для каждого случая, по формуле Pпр1= I 1U 1 = = Вт, Pпр 2= I 2U 2 = = Вт, Pпр3 = I 3U 3 = = Вт. 6. Рассчитайте среднее значение мощности тока в лампе по формуле Pпр ср. = ( Pпр1 + Pпр2 + Pпр3 ) / 3 = = Вт. 7. Рассчитайте работу тока в лампочке по формуле Aпр 1= I 1 U 1 t 1 = = Дж, Aпр 2 = I 2 U 2 t2 = = Дж, Aпр 3= I 3 U3 t 3 = = Дж. 8. Рассчитайте среднее значение работы тока в лампе по формуле А пр ср. = ( Апр1 + Апр2 + Апр3 ) / 3 = = Дж. 9. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу. № I, А ΔI, U, А В ΔU,В P,Вт t, с Δ t,с ΔA,Дж Ep, A,Дж % 1 2 0,6 7 20 3 0,9 10 10 Ср. зн. 10. Рассчитайте абсолютные и относительные погрешности. ΔI = ΔиI + Δ 0 I, ΔI = + ΔиI = = + Δ t =Δи t + Δ0 t, Δи U = = ΔоI = A, A. ΔU =Δи U + Δ0 U, ΔU = А, B, Δ0 U = B, , Δ0 t = с. B. Δи t = с Ea, % Δt= + = с. Ep = ( ΔU/Uср +Δ I / Iср )∙100% = ( + )∙100% = Ea =(Δ U/Uср + ΔI / Iср + Δ t/tср )∙ 100% = ( + ΔP = E΄p∙P пр.ср = = Вт. E΄p∙-без % ΔA = E΄a∙ A пр.ср= = Дж. E΄a без % + %. )∙100% = %. P = ( Pпр ср + Δ P) Вт, A = ( A пр ср + ΔA) Дж, P=( + ) Вт, A=( + ) Дж, 11.Проанализировав результат, сделайте вывод. Вывод:____________________________________________________________ КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ: 1. Сколько электроэнергии за 1,5 ч расходует утюг, рассчитанный на мощность 300 Вт? __________________________________________________________________________ 2. Электрический паяльник рассчитан на напряжение 127 В и силу тока 0,5 А. Вычислите работу тока в паяльнике за 10 мин._____________________________________________________________ 3. Электрическая лампа имеет сопротивление 480 Ом. Какое количество теплоты выделится в ней за 20 мин, если сила тока нити накаливания 0,1 А? _______________________________________________________________ 4. Две лампы рассчитаны на напряжение 127 В каждая. Мощность одной лампы 50 Вт, а другой –100 Вт. У какой лампы больше сопротивление?___________________________________________________ 5. Как зависит мощность, выделяемая в проводнике с током от типа их соединения?________________________________________________________ Лабораторная работа№12. «Измерение магнитной индукции». Цель: измерить индукцию однородного магнитного поля, пронизывающего контур в плоскости перпендикулярной индукции. Оборудование: магнит дугообразный, катушка, гальванометр, омметр, линейка измерительная. Указания к работе: Индукцию однородного магнитного поля В можно определить путем измерения магнитного потока Ф, пронизывающего контур с площадью S, в плоскости, перпендикулярной индукции В: Ф = ВS Для измерения магнитного потока можно воспользоваться явлением электромагнитной индукции: при быстром удалении контура из магнитного поля магнитный поток, пронизывающий его, изменяется от величины Ф до 0. Величина ЭДС индукции, возникающей при этом в контуре, определяется выражением: ε= ΔФ/Δ t ε= BS/Δ t или При удалении из магнитного поля катушки, содержащей N витков, величина ЭДС индукции в ней в N раз больше, чем в контуре: или ε= (ΔФ/Δ t)N ε= (BS/Δ t) N Если концы катушки замкнуты на гальванометр, то при удалении катушки из магнитного постоянного магнита в ее цепи протекает индукционный ток I. Разделив обе части уравнения на величину полного сопротивления цепи R получим: ХОД РАБОТЫ 1. Измерьте диаметр катушки, вычислите площадь S ее поперечного сечения, определите число витков в ней. 2. Присоедините выводы катушки в зажимам гальванометра, введите катушку в магнитное поле постоянного магнита, расположив ее плоскость перпендикулярно линиям индукции (см.рис.). 3. Быстро удалите магнит и заметьте число делений n, на которое отклоняется стрелка гальванометра по шкале. Повторите опыт 3 раза и определите среднее значение nср и величину заряда Δq , протекающего в цепи катушки. 4. За полное сопротивление цепи возьмите сопротивление включенного в цепь резистора, т.к. сопротивление катушки и гальванометра малы по сравнению с сопротивление резистора. 5. Вычислите индукцию магнитного поля (см. выше). 6. Результаты измерений и вычислений внесите в таблицу: № D, м S, м2 N nср Δq, Кл B, Тл 1 2 3 ВЫВОД: _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ Контрольные вопросы 1. В 1820 г. Х. Эрстед обнаружил действие электрического тока на _____ 2. В 1820 г. А. Ампер установил, что два параллельных проводника с током 3. Что является основной характеристикой магнитного поля? В каких единицах в системе СИ измеряется? 4. В чем состоит особенность линий магнитной индукции? 5. Формула силы Ампера имеет вид: Fа= _____ 6. Максимальный вращающийся момент М, действующий на рамку с током со стороны магнитного поля, зависит от 7. 28 августа 1831 г. М. Фарадей _____ 8. В чем заключается явление электромагнитной индукции? 9. Магнитным потоком Ф через поверхность площадью S называют _____ 10.В каких единицах в системе СИ измеряются магнитный поток [Ф]= _____ 11. Правило Ленца позволяет определить _____ 12. Запишите формулу закона электромагнитной индукции. 13. В чем заключается физический смысл закона электромагнитной индукции? 14. Почему открытие явления электромагнитной индукции относят к разряду величайших открытий в области физики? Лабораторная работа № 13. «Измерение показателя преломления стекла» Цель работы: вычислить показатель преломления стекла относительно воздуха. Оборудование: стеклянная пластина, имеющая форму трапеции, линейка ученическая , источник тока, ключ, лампочка, соединительные провода, металлический экран с щелью. Ход работы : 1. Положите пластинку на лист и обведите карандашом её контуры. 2. Проведите произвольный падающий луч и перпендикуляр в точку падения. 3. Глядя через нижнее основание пластины на падающий луч, отметьте две точки, откуда выходит луч. 4. Уберите стекло и проведите преломленный луч. 5. Через точку В границы раздела сред воздух-стекло проведите перпендикуляр к границе, лучи падающий и преломленный и отметьте углы падения α и преломления β. 6. Проведите окружность с центром в точке В и отметьте точки пересечения окружности с падающим и отраженным лучами (соответственно точки А и С). 7. Измерьте расстояние от точки А до перпендикуляра к границе раздела. α= ____ 8. Измерьте расстояние от точки С до перпендикуляра к границе раздела. b= _____ 9. Вычислите показатель преломления стекла по формуле. случаев) ( для двух a n , b sin a sin b т.к. n1= _____ n2= _____ 10.Вычислите относительную погрешность измерения показателя преломления по формуле: n a b , где ∆α = ∆b = ∆αинс +∆bотс = _______мм a b ( таблица погрешностей); n =_____ n = _____ 1 2 11. Вычислите абсолютную погрешность измерения n. ∆n1 = n1 · ε n 1 ∆n1 = ______ ∆n2 = n2 · ε n 2 ∆n2 = _____ 12. Результаты вычислений и измерений занесите в таблицу. № α, мм B, мм 34 22 n ∆α, мм ∆b, мм опыта 1 ε n ,% 2 Вывод: Контрольные вопросы: 1. Преломление света – это явление _____ 2. Почему пальцы, опущенные в воду, кажутся короткими? 3. В чем заключается физический смысл показателя преломления? 4. Чем отличается относительный показатель преломления от абсолютного? 5. Запишите формулу закона преломления света. 6. В каком случае угол преломления луча равен углу падения. ∆n Лабораторная работа №14. «Определение оптической силы и фокусного расстояния собирающей линзы». Цель работы: определить фокусное расстояние и оптическую силу собирающей линзы. Оборудование: линейка, два прямоугольных треугольника, длиннофокусная собирающая линза, лампочка на подставке с колпачком, содержащим букву, источник тока, ключ, соединительные провода, экран, направляющая рейка. Теоретическая часть: В курсе физики рассматриваются простейшие тонкие линзы, то есть такие, толщина которых много меньше образующих линзы радиусов. Для тонких линз справедлива формула: 1/d +1/f = 1/F, d- расстояние от предмета до линзы; f- расстояние от линзы до изображения; F- фокусное расстояние. Экспериментально измерив значение d и f, можно вычислить физические величины : оптическую силу линзы и фокусное расстояние линзы. Ход работы 1 Соберите электрическую цепь, подключив лампочку к источнику тока через выключатель. 2. Поставьте лампочку на один край стола, а экран – у другого края. Между ними поместите собирающую линзу. 3. Включите лампочку и передвигайте линзу вдоль рейки, пока на экране не будет получено резкое, уменьшенное изображение светящейся буквы колпачка лампочки. 4. Измерьте расстояние от экрана до линзы в мм. (d = 500 мм.) 5. Измерьте расстояние от линзы до изображения в мм. ( f1 =201 мм ) 6. При неизменном d повторите опыт еще 2 раза, каждый раз заново получая резкое изображение. f2 = 203 мм f3 =196 мм 7. Вычислите среднее значение расстояния от изображения до линзы. f ср f1 f 2 f 3 3 f cp 3 f cp = _______ 8. Вычислите оптическую силу линзы D ср 1 1 1 d f cp 9. Вычислите фокусное расстояние до линзы. 1 D cp F cp 1 1 Dcp F cp = 10. Результаты вычислений и измерений занесите в таблицу. № f·10¯³, опыта м f ср 10 3 , м d 10 3 , D ср , м дптр D, дптр F ср , м 1 2 3 11. Измерьте толщину линзы в мм. (h= 5 мм) 12. Вычислите абсолютную погрешность измерения оптической силы линзы по формуле: ∆D = h h 2 , 2 2d f cp ∆D = _____ 13. Запишите результат в виде D = D ср ± ∆D . Вывод: Контрольные вопросы: 1. Линзой называется _____ 2. Тонкая линза – это _____ 3. Покажите ход лучей после преломления в собирающей линзе. 4. Запишите формулу тонкой линзы. 5. Оптическая сила линзы – это _____ D= ______ 6. При каком условии изображение предмета, получаемое с помощью собирающей линзы, является мнимым? 7. Источник света помещен в двойной фокус собирающей линзы, фокусное расстояние которой F = 2 м. На каком расстоянии от линзы находится его изображение? 8. Постройте изображение в собирающей линзе. Дайте характеристику полученному изображению. Лабораторная работа № 15. «Измерение длины световой волны» Цель работы: измерить длину световой волны с помощью дифракционной решетки. Оборудование: дифракционная решетка с периодом 1 1 мм или мм, 50 100 штатив, линейка с держателем для решетки и черным экраном с щелью посредине, который может перемещаться вдоль линейки, источник света. Тренировочные задания и вопросы 1. Дисперсией света называется _____ 2. Интерференция световых волн – это _____ 3. Сформулируйте принцип Гюйгенса-Френеля. 4. Дифракционная решетка представляет собой _____ 5. Максимумы у дифракционной решетки возникают при условии _____ 6. На дифракционную решетку с периодом d=2 мкм нормально падает монохроматическая волна света. Определите длину волны, если k=4. 7. Почему частицы размером менее 0,3 мкм в оптическом микроскопе не видны? 8. Зависит ли положение максимумов освещенности, создаваемых дифракционной решеткой, от числа щелей? 9. Рассчитайте разность хода волн монохроматического света (λ=6·10 7 м), падающих на дифракционную решетку и образующих максимум второго порядка. Ход работы 1. Включите источник света. 2. Глядя сквозь дифракционную решетку и щель в экране на источник света и перемещая решетку в держателе, установите ее так, чтобы дифракционные спектры располагались параллельно шкале экрана. 3. Установите экран на расстоянии приблизительно 50 см от решетки. 4. Измерьте расстояние от дифракционной решетки до экрана. α= _____ 5. Измерьте расстояние от щели экрана до линии первого порядка красного цвета слева и справа от щели. Слева: b = _____ справа: b=_____ 6. Вычислите длину волны красного цвета слева от щели в экране. кр1 d b k a кр 1 = _____ 7. Вычислите длину волны красного цвета справа от щели в экране. кр 2 d b k a кр 2 = ______ 8. Вычислите среднее значение длины волны красного цвета. кр кр1 кр 2 2 кр кр = ______ 9. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу. Цвет в Расположение спектре спектра красный Слева от щели Справа от щели фиолетовый Слева от щели k d α b λ λ ср Справа от щели 10.Повторите измерения и вычисления для фиолетового цвета. Вывод: Лабораторная работа № 16. Изучение взаимодействия частиц и ядерных реакций (по фотографиям) Цель работы: проанализировать фотографии треков заряженных частиц, движущихся в магнитном поле и участвующий в ядерных реакциях; идентифицировать заряженную частицу по результатам сравнения ее трека с треком протона в камере Вильсона, помещенной в магнитное поле. Оборудование : фотография трека заряженной частицы в камере Вильсона, помещенной в магнитное поле. Правила техники безопасности. На столе не должно быть никаких посторонних предметов. Аккуратно работать с линейкой и карандашом, не размахивая этими принадлежностями. Тренировочные задания и вопросы 1. Какое неизвестное ядро Х образуется в результате ядерной реакции 1 1 p 115B X ? 2.Скорость α-частицы в среднем в 15 раз меньше скорости β-частицы. Почему α-частица слабее откланяется магнитным полем? 3.В чем различие принципов действия камеры Вильсоны и пузырьковой камеры? 4. Каким положениям классической физики противоречит первый постулат Бора? Ход работы: 1.Определите знак электрического заряда неизвестной частицы на фотографии. 2.Укажите на фотографии направление вектора магнитной индукции. Начальные скорости обеих частиц одинаковы и перпендикулярны краю фотографии. Трек I принадлежит протону, трек II – частице, которую надо идентифицировать. 3.Перенесите на кальку треки частиц с фотографии. 4.Измерьте радиусы кривизны треков частиц, скопированных на кальку, на их начальных участках. Радиус кривизны трека частицы определяют следующим образом. Накладывают на фотографию лист прозрачной бумаги и переводят на нее трек (это нужно сделать осторожно, чтобы не повредить фотографию). Вычерчивают, как показано на рисунке 2, две хорды и восстанавливают к этим хордам в их серединах перпендикуляры. На пересечении перпендикуляров лежит центр окружности; ее радиус измеряют линейкой. 5.Сравнить удельные заряды неизвестной частицы и протона. Идентифицировать частицу по результатам измерений. где - - удельный заряд частицы. 6.Сделайте соответствующие выводы. Литература О.Ф.Кабардин, В.А.Орлов, Н.И.Шефер. 1. Факультативный курс физики 10кл. Пособие для учащихся. М. « Просвещение». 1979, 192 с. 2. С.А.Хорошавин. Физический эксперимент в школе. М. «Просвещение». 1988, 175 с. 3. О.Ф.Кабардин, С.И.Кабардина, В.П.Орехов. Методика проведения факультативных занятий по физике. М. «Просвещение». 240 с. 4. В.А.Буров, Б.С.Зворыкин, А.А.Покровский. Практикум по физике в средней школе. М. «Просвещение». 1981, 256 с. 5.Л.В. Байбородова. Обучение физике в средней школе: методическое пособие/Л.В.Байбородова, И.Б.Бровкин, Т.М.Крайнова. 2007.-239 с. 6.В.Г. Разумовский. Физика в школе. Научный метод познания и обучение/ В.Г.Разумовский, В.В.Майер. М. : Гуманитар. 2007.-463 с. (Библиотека учителя физики). 7. М.Г.Ковтунович. Домашний эксперимент по физике : пособие для учителя / М.Г.Ковтунович. М. Гуманитар. 2007.-207 с. (Библиотека для учителя физики).