лабораторные работы по физике
учебно-методическое пособие по теме

Е.В. РОДИНА

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

ПО УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ

«Физика»

Для студентов специальности

22.02.06 Сварочное производство

Родина Е.В. Методические рекомендации по выполнению лабораторных работ по учебной дисциплине «Физика» для студентов специальности 22.02.06 Сварочное производство. – Муравленко: Муравленковский многопрофильный колледж, 2016. – 30 с.

Методические рекомендации рассмотрены, утверждены и рекомендованы к использованию на заседании предметной (цикловой) комиссии естественно - научных и математических дисциплин.

Протокол № 10 от 15.06.2016 г.

Авторы-составители:

Родина Елена Владиславовна, преподаватель высшей квалификационной категории Государственного бюджетного образовательного учреждения среднего профессионального образования Ямало-Ненецкого автономного округа «Муравленковский многопрофильный колледж»

Внутренние эксперты:

Белоусова Наталья Дмитриевна, преподаватель высшей категории Государственного бюджетного образовательного учреждения среднего профессионального образования Ямало-Ненецкого автономного округа «Муравленковский многопрофильный колледж»

Внешний эксперт:

Долматова Роза Сан-Неновна, учитель муниципального бюджетного общеобразовательного учреждения «Многопрофильный лицей» г. Муравленко

Методические рекомендации по выполнению лабораторных работ являются частью Учебно-методического комплекса программы подготовки специалистов среднего звена по специальности 22.02.06 Сварочное производство.

Методические рекомендации по выполнению лабораторных работ адресованы студентам очной формы обучения и включают в себя учебную цель, перечень образовательных результатов, заявленных во ФГОС СПО третьего поколения, задания для лабораторных работ студентов и инструкции по их выполнению.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Уважаемый студент!

Методические рекомендации по выполнению лабораторных работ по дисциплине «Физика» для студентов специальности 22.02.06 Сварочное производство созданы Вам в помощь.

Приступая к выполнению лабораторной работы, Вам необходимо ознакомиться с требованиями к уровню Вашей подготовки, краткими теоретическими материалами по теме лабораторной работы, ответить на вопросы для закрепления теоретического материала.

Все задания к лабораторной работе Вы должны выполнять в соответствии с инструкцией, анализировать полученные в ходе занятия результаты по приведенной методике.

Отчет о лабораторной работе Вы должны выполнить по приведенному алгоритму в тетрадях для лабораторных работ.

Наличие положительной оценки по лабораторным работам необходимо для допуска к экзамену, поэтому в случае отсутствия на занятии по любой причине или получения неудовлетворительной оценки за лабораторную работу Вы должны найти время для ее выполнения и пересдачи.

Если в процессе подготовки к лабораторным работам или при решении задач возникают вопросы, разрешить которые самостоятельно не удается, Вы можете обратиться к преподавателю для получения консультаций.

Желаем Вам успехов!

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Все, что сказано в этом введении, запоминать не нужно, это справочный материал, к которому необходимо обращаться при выполнении лабораторных работ.

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, определяемыми прямыми измерениями.

Используются следующие обозначения:

A, B, C, ... — физические величины.

Aпр — приближенное значение физической величины, т.е. значение, полученное путем прямых или косвенных измерений.

ΔA — абсолютная погрешность измерения физической величины.

ε — относительная погрешность измерения физической величины, равна:

ΔиA — абсолютная инструментальная погрешность, определяемая конструкцией прибора (погрешность средств измерения; указывается в каждой работе при описании прибора в разделе Оборудование и средства измерения)

ΔоA — абсолютная погрешность отсчета (получающаяся от недостаточно точного отсчета показаний средств измерения), она равна в большинстве случаев половине цены деления; при измерении времени - цене деления секундомера или часов.

Максимальная абсолютная погрешность прямых измерений складывается из абсолютной инструментальной погрешности и абсолютной погрешности отсчета при отсутствии других погрешностей: ΔA=ΔиA + ΔоA. 

Абсолютную погрешность измерения обычно округляют до одной значащей цифры (ΔA≈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 достаточно чувствительных и точных (с малыми погрешностями) средств измерения, отличаются друг от друга.

В этом случае Aпр находят как среднее арифметическое значение всех измерений, а ΔA (ее в этом случае называют случайной погрешностью) определяют методами математической статистики.

При выполнении лабораторных работ необходимо определять максимальные погрешности измерения физических величин. При этом для получения результата достаточно одного измерения.

Относительная погрешность косвенных измерений определяется, как показано в таблице.

Абсолютная погрешность косвенных измерений определяется по формуле ΔA=Aпрε (ε выражается десятичной дробью).

В таблице 1 представлены формулы для нахождения относительной погрешности косвенных измерений.

Таблица 1 - Формулы для нахождения относительной погрешности косвенных измерений

О классе точности электроизмерительных приборов

Для определения абсолютной инструментальной погрешности прибора надо знать его класс точности. Класс точности γпр измерительного прибора показывает, сколько процентов составляет абсолютная инструментальная погрешность ΔиA от всей шкалы прибора (Amax):

Класс точности указывается при описании прибора в разделе Оборудование и средства измерения. Существуют следующие классы точности электроизмерительных приборов: 0,1; 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2,5; 4. Зная класс точности прибора (γпр) и всю его шкалу (Amax), определяют абсолютную погрешность ΔиA измерения физической величины А этим прибором:

Как сравнивать результаты измерений

1. Записать результаты измерений в виде двойных неравенств:

A1 пр – ΔA1 < A1 пр < A1 пр + ΔA1

A2 пр – ΔA2 < A2 пр < A2 пр + ΔA2

2. Сравнить полученные интервалы значений (рисунок 1): если интервалы не перекрываются, то результаты неодинаковы, если перекрываются - одинаковы при данной относительной погрешности измерений.

Рисунок 1 - Интервалы значений

Лабораторная работа № 1

ИЗМЕРЕНИЕ УСКОРЕНИЯ ТЕЛА ПРИ РАВНОУСКОРЕННОМ ДВИЖЕНИИ

Студент должен:

уметь: использовать законы физики при объяснении различных явлений в решении практических задач; обращаться с физическими приборами и использовать их при проведении лабораторной работы; оценивать погрешности измерений;

знать: понятия «ускорение» и «равноускоренное движение»; обозначения и единицы физических величин в СИ; физический смысл универсальных физических постоянных; применение физических явлений в природе и технике; способы измерения физических величин; правила техники безопасности при работе в кабинете физики.

Обеспеченность занятия

Оборудование и инструменты: металлический желоб, штатив с муфтой и зажимом, стальной шарик, металлический цилиндр, измерительная лента, секундомер или часы с секундной стрелкой.

Раздаточные материалы: данные методические рекомендации по выполнению лабораторных работ.

Краткие теоретические материалы по теме лабораторной работы

Движение шарика, скатывающегося по желобу, приближенно можно считать равноускоренным. При равноускоренном движении без начальной скорости модуль перемещения s, модуль ускорения а и время движения t связаны соотношением s = аt2/2. Поэтому, измерив sat, мы можем найти ускорение апо формуле а = 2S/t2. Чтобы повысить точность Г измерения, ставят опыт несколько раз, а затем вычисляют средние значения измеряемых величин.

Инструкция по выполнению лабораторной работы

1. Соберите установку, изображенную на рисунке 1.1 (верхний конец желоба должен быть на несколько сантиметров выше нижнего). Положите в желоб у его нижнего конца металлический цилиндр. Когда шарик, скатившись, ударится о цилиндр, звук удара поможет точнее определить время движения шарика.
2. Отметьте на желобе начальное положение шарика, а также его конечное положение верхний торец металлического цилиндра.

Рисунок 1.1

3. Измерьте расстояние между верхней и нижней отметками на желобе (модуль s перемещения шарика) и результат измерения запишите в таблицу 1.1.

Таблица 1.1

4. Выбрав момент, когда секундная стрелка находится на делении, кратном 10-ти, отпустите шарик без толчка у верхней отметки и измерьте время t до удара шарика о цилиндр.

Повторите опыт 5 раз, записывая в таблицу результаты измерений. При проведении каждого опыта пускайте шарик из одного и того же начального положения, а также следите за тем, чтобы верхний торец цилиндра находился у соответствующей отметки.

5. Вычислите tcp =(t1+t2+…+tn) /n и результат запишите в таблицу 1.1.
6. Вычислите ускорение, с которым скатывался шарик. Результат вычислений запишите в таблицу.

7. Запишите вывод.

Лабораторная работа № 2

ИЗУЧЕНИЕ ДВИЖЕНИЯ ТЕЛА, БРОШЕННОГО ГОРИЗОНТАЛЬНО

Студент должен:

уметь: изучить движение тела, брошенного горизонтально; обращаться с физическими приборами и использовать их при проведении лабораторных работ; оценивать погрешности измерений;

знать: основы теории курса физики, обозначения и единицы физических величин в СИ; устройство и принцип работы физических устройств; правила техники безопасности при работе в кабинете физики.

Обеспеченность занятия

Оборудование и инструменты: штатив с муфтой и зажимом, изогнутый желоб, металлический шарик, лист бумаги, лист копировальной бумаги, отвес, измерительная лента.

Раздаточные материалы: данные методические рекомендации по выполнению лабораторных работ.

Краткие теоретические материалы по теме лабораторной работы

Шарик скатывается по изогнутому желобу, нижняя часть которого горизонтальна. После отрыва от желоба шарик движется по параболе, вершина которой находится в точке отрыва шарика от желоба. Выберем систему координат, как показано на рисунке. Начальная высота шарика h и дальность полета l связаны соотношением h = gl2/2V02. Согласно этой формуле при уменьшении начальной высоты в 4 раза дальность полета уменьшается в 2 раза. Измерив h и l, можно найти скорость шарика в момент отрыва от желоба по формуле:

V0=l

Инструкция по выполнению лабораторной работы

1. Соберите установку, изображенную на рисунке 2.1. Нижний участок желоба должен быть горизонтальным, а расстояние h от нижнего края желоба до стола должно быть равным 40 см. Лапки зажима должны быть расположены вблизи верхнего конца желоба.
2. Положите под желобом лист бумаги, придавив его книгой, чтобы он не сдвигался при проведении опытов. Отметьте на этом листе с помощью отвеса точку А, находящуюся на одной вертикали с нижним концом желоба.
3. Поместите в желоб шарик так, чтобы он касался зажима, и отпустите шарик без толчка. Заметьте (примерно) место на столе, куда попадет шарик, скатившись с желоба и пролетев по воздуху. На отмеченное место положите лист бумаги, а на него — лист копировальной бумаги «рабочей» стороной вниз. Придавите эти листы книгой, чтобы они не сдвигались при проведении опытов.

Рисунок 2.1

4. Снова поместите в желоб шарик так, чтобы он касался зажима, и отпустите без толчка. Повторите этот опыт 5 раз, следя за тем, чтобы лист копировальной бумаги и находящийся под ним лист не сдвигались. Осторожно снимите лист копировальной бумаги, не сдвигая находящегося под ним листа, и отметьте какую-либо точку, лежащую между отпечатками. Учтите при этом, что видимых отпечатков может оказаться меньше 5-ти, потому что некоторые отпечатки могут слиться.
5. Измерьте расстояние l от отмеченной точки до точки А, а также расстояние L между крайними отпечатками.

Повторите пункты 1-5, опустив желоб так, чтобы расстояние от нижнего края желоба до стола было равно 10 см (начальная высота). Измерьте соответствующее значение дальности полета и вычислите отношения h1/h2 , l1/l2

6. Результаты измерений и вычислений запишите в таблицу 2.1.

Таблица 2.1

7. По результатам первого опыта вычислите значение v0, используя формулу:
8. v0 = l
9. Запишите вывод.

Лабораторная работа № 3

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТРЕНИЯ СКОЛЬЖЕНИЯ

Студент должен:

уметь: измерить коэффициент трения скольжения дерева по дереву; обращаться с физическими приборами и использовать их при проведении лабораторных работ; оценивать погрешности измерений; пользоваться необходимой справочной литературой;

знать: способы измерения физических величин; устройство и принцип работы физических устройств; правила техники безопасности при работе в кабинете физики.

Обеспеченность занятия

Оборудование и инструменты: деревянный брусок, деревянная линейка, набор грузов известной массы (по 100 г), динамометр.

Раздаточные материалы: данные методические рекомендации по выполнению лабораторных работ.

Краткие теоретические материалы по теме лабораторной работы

Если тянуть брусок с грузом по горизонтальной поверхности так, чтобы брусок двигался равномерно, прикладываемая к бруску горизонтальная сила равна по модулю силе трения скольжения Fтp, действующей на брусок со стороны поверхности. Модуль силы трения Fтp связан с модулем силы нормального давления N соотношением Fтp = µN. Измерив Fтp и N, можно найти коэффициент трения µ по формуле µ= Fтp/ N. В данном случае сила нормального давления N равна весу Р бруска с грузом.

Инструкция по выполнению лабораторной работы

1. Определите с помощью динамометра вес бруска Р6р и запишите в приведенную ниже таблицу 3.1. Положите брусок на горизонтально расположенную деревянную линейку. На брусок поставьте груз.
2. Поставив на брусок один груз, тяните брусок равномерно по горизонтальной линейке, измеряя с помощью динамометра прикладываемую силу. Повторите опыт, поставив на брусок 2 и 3 груза. Записывайте каждый раз в таблицу значения силы трения FTp и силы нормального давления N = Р6р + Ргр .

Таблица 3.1

3. Начертите оси координат N и Fтp , выберите удобный масштаб и нанесите полученные три экспериментальные точки. Оцените (качественно), подтверждается ли на опыте, что сила трения прямо пропорциональна силе нормального давления: находятся ли все экспериментальные точки вблизи одной прямой, проходящей через начало координат.

4. Вычислите коэффициент трения по формуле µ= Fтp/ N и сделайте вывод.

Лабораторная работа № 4

ИЗМЕРЕНИЕ МОДУЛЯ ЮНГА

Студент должен:

уметь: экспериментальным путем измерить модуль упругости, использовать закон Гука при измерении модуля Юнга, обращаться с физическими приборами и использовать их при проведении лабораторной работы; оценивать погрешности измерений;

знать: закон Гука; обозначения и единицы физических величин в СИ; физический смысл универсальных физических постоянных; способы измерения физических величин; устройство и принцип работы физических устройств; правила техники безопасности при работе в кабинете физики.

Обеспеченность занятия

Оборудование и инструменты: штатив с муфтой, резиновый шнур, набор грузов, средство измерения.

Раздаточные материалы: данные методические рекомендации по выполнению лабораторных работ.

Краткие теоретические материалы по теме лабораторной работы

Модуль Юнга вычисляется по формуле, выводимой из закона Гука:    E=,

где Е – модуль Юнга; F – сила упругости, возникающая в растянутом шнуре и равная весу прикрепленных к шнуру грузов; S – площадь поперечного сечения деформированного шнура; l0 – расстояние между метками А и В на не растянутом шнуре. Если поперечное сечение шнура имеет форму круга, то площадь сечения выражается через диаметр шнура: S=πD2/4.

Вес грузов определяется динамометром, диаметр определяется штангенциркулем, расстояние между точками А и В – линейкой.

Инструкция по выполнению лабораторной работы

Рисунок 4.1

1. Измерить расстояние между метками А и В на нерастянутом шнуре.
2. Подвесить груз к нижнему концу шнура, предварительно определив их общий вес. Измерить расстояние между метками шнура и диаметр в растянутом шнуре.
3. Вычислить модуль Юнга резины: относительную и абсолютную погрешности измерения модуля Юнга.
4. Записать полученный результат: E=Eпр±∆Е,ε=…% сравнить с табличными данными. Запишите сделанный вами вывод.

Оформление отчета

Таблица 4.1

Лабораторная работа № 5

ИЗУЧЕНИЕ ОДНОГО ИЗ ИЗОПРОЦЕССОВ

Студент должен:

уметь: экспериментально проверить газовые законы, обращаться с физическими приборами и использовать их при проведении лабораторной работы; оценивать погрешности измерений;

знать: закон Бойля – Мариотта; физический смысл универсальных физических постоянных; способы измерения физических величин; устройство и принцип работы физических устройств; правила техники безопасности при работе в кабинете физики.

Обеспеченность занятия

Оборудование и инструменты: стеклянный цилиндр высотой 50 см, стеклянная трубка длиной 50-60 см, закрытая с одного конца, стакан, пластилин, термометр, линейка, барометр-анероид (один на группу), штатив с лапкой, холодная и горячая вода.

Раздаточные материалы: данные методические рекомендации по выполнению лабораторных работ.

Краткие теоретические материалы по теме лабораторной работы

Опытная проверка закона Бойля – Мариотта

В цилиндр с водой опускают открытым концом вниз трубку (рисунок 5.1). Если уровень воды в трубке находится ниже уровня воды в сосуде на h, то давление воздуха в трубке равно сумме атмосферного и гидростатического давления столба воды высотой h. Для упрощения расчетов можно измерять давление в миллиметрах ртутного столба. Тогда, с учетом того, что плотность воды в 13,6 раз меньше плотности ртути, для воздуха в трубке можно записать  p=H+h/13,6 где Н — атмосферное давление в миллиметрах ртутного столба, h — разность уровней воды в цилиндре и трубке,  измеренная в миллиметрах. В трубке заключена постоянная масса воздуха, который можно считать находящимся при постоянной (комнатной) температуре. Объем и давление воздуха, заключенного в трубке, можно изменять, изменяя глубину погружения трубки. Объем воздуха в трубке V = l S , где l — длина столба воздуха; S — площадь сечения трубки. Поскольку площадь поперечного сечения трубки постоянна, длина столба воздуха в трубке пропорциональна объему воздуха. Поэтому для проверки закона Бойля — Мариотта достаточно проверить справедливость равенства: (H+h/13,6)l=cons.

Инструкция по выполнению лабораторной работы

1. Соберите установку (рисунок 5.1).

Рисунок 5.1

2. Измерьте барометром атмосферное давление в мм рт. ст.
3. Погружая в воду трубку открытым концом вниз, измерьте h.

Повторите опыт 3-4 раза.

4. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу 5.1.

Таблица 5.1

Запишите вывод: что вы измерили и какой получили результат.

Лабораторная работа № 6

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ

Студент должен:

уметь: экспериментально найти эквипотенциальные поверхности и силовые линии электростатического поля; обращаться с физическими приборами и использовать их при проведении лабораторных работ; оценивать погрешности измерений; пользоваться необходимой справочной литературой;

знать: понятие электрического поля; способы исследования электрического поля; устройство и принцип работы физических устройств; правила техники безопасности при работе в кабинете физики.

Обеспеченность занятия

Оборудование и инструменты: нуль-гальванометр, щупы (подвижный и неподвижный), ванна со слабым раствором медного купороса, источник постоянного тока, набор электродов различной формы, цветные карандаши.

Раздаточные материалы: данные методические рекомендации по выполнению лабораторных работ.

Краткие теоретические материалы по теме лабораторной работы

Взаимодействие электрических зарядов друг с другом описывается с помощью электрического поля, основными характеристиками которого являются его напряженность E и потенциал ϕ. Вектор напряженности поля определяет силу, действующую на заряд, находящийся в электрическом поле, а именно: сила F, действующая на точечный заряд q, помещенный в некоторую точку поля, есть:

F=qE        (1),

где E – вектор напряженности поля в этой точке.

Работа, которую совершает электрическое поле над единичным положительным зарядом при переносе его из точки 1 в точку 2, равна разности потенциалов между этими точками:

А12 =ϕ1–ϕ2        (2).

Тем самым, потенциал ϕ определяет потенциальную энергию Wn   заряда q, находящегося в данной точке поля:

Wп=q⋅ϕ.  (3).

Сами величины E и ϕ связаны друг с другом следующим образом:

E= – grad ϕ         (4).

В формуле (4) нетрудно разглядеть известное из механики соотношение между силой и потенциальной энергией: F= – grad Wп, которое получается из (4) если умножить обе части равенства на заряд q и учесть (1) и (3).

Рисунок 6.1

Можно графически изображать поле с помощью силовых линий или эквипотенциальных поверхностей. Силовой линией или линией электрического поля называется такая линия, касательная к каждой точке которой, совпадает с направлением вектора напряженности E в данной точке. Силовые линии начинаются на положительных и оканчиваются на отрицательных зарядах, и либо одним, либо обоими своими концами уходят в бесконечность.

Эквипотенциальные поверхности, это поверхности равного потенциала. Силовые линии всегда направлены перпендикулярно эквипотенциальным поверхностям. Из сказанного следует, что задание вектора напряженности E или потенциала ϕ эквивалентно, вопрос лишь в том, какая из величин E или ϕ удобнее.

Изучение электрического поля в данной работе проводится методом электролитической ванны.

Метод электролитической ванны

В методе электролитической ванны изучение электростатического поля заменено изучением электрического поля, существующего в проводящей среде при протекании в ней постоянного тока. Такая замена оказывается правомочной, если потенциалы проводников, создающих поле, поддерживаются постоянными, а проводимость среды значительно меньше проводимости проводников. В этом случае поверхности проводников можно считать поверхностями равного потенциала.

Для проведения работы используется ванна со слабым водным раствором CuSO4 (медный купорос), в который погружаются различного вида электроды (Э1 и Э2). Пара электродов присоединяется к источнику постоянного тока (рисунок 6.2). Эквипотенциальные поверхности находятся с помощью двух щупов. Один из них (неподвижный) укрепляется на ванне и соединяется с нуль–гальванометром, который через другую клемму соединяется с подвижным щупом. Таким образом, получается замкнутая цепь: раствор – подвижный щуп – нуль-гальванометр – неподвижный щуп.

Рисунок 6.2

Подвижный щуп служит для отыскания точек, для которых нуль-гальванометр не дает отклонения. Отсутствие тока через нуль-гальванометр означает, что концы щупов имеют равные потенциалы, т. е. щупы находятся на эквипотенциальной поверхности.

Инструкция по выполнению лабораторной работы

1. Определение эквипотенциальной поверхности производится следующим образом. Укрепите неподвижный щуп НЩ на краю ванны (эквипотенциальная поверхность «a»), затем, держа в руке неподвижный щуп, передвигайте его в ванне до тех пор, пока стрелка гальванометра не остановится на нуле.

2. Отметьте эту точку на миллиметровке; пусть это будет точка 1. Затем, передвигая подвижный щуп, найдите новую точку 2, где гальванометр дает нулевое показание, так найдите 5-6 точек. Соединив, плавной кривой, вы получите эквипотенциальную кривую (рисунок 6.2). После этого переставьте неподвижный щуп НЩ в новое положение «б», и найдите 5-6 точек другой эквипотенциальной кривой.

3. Для каждой конфигурации электродов Э1 и Э2 данного вида на одном и том же листе миллиметровки карандашами различного цвета  начертите 8-10 эквипотенциальных кривых.

Помните, что каждая точка получена с некоторой ошибкой. В каждом случае положение электродов в ванне должно быть схематически изображено на миллиметровке (между ними и располагаются эквипотенциальные кривые).

4. Затем по известным эквипотенциальным кривым вычертите силовые линии. Чтобы задать направление силовых линий, отметьте на чертеже положительные и отрицательные потенциалы проводников Э1 и Э2.

5. Запишите вывод и ответьте на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1. Что называется силовой линией? Как найти силовые линии в методе электролитической ванны?
2. Что называется эквипотенциальной поверхностью? Докажите, что силовые линии идут всегда перпендикулярно эквипотенциальным поверхностям.
3. Как выглядят эквипотенциальные поверхности:

– точечного заряда,

– однородного поля?

161071824. Как по картине силовых линий определить области высокой и низкой напряженности поля?
161071825. Как по картине эквипотенциальных поверхностей определить области высокой и низкой напряженности поля?
161071826. Могут ли силовые линии пересекаться? Могут ли эквипотенциальные поверхности пересекаться?

Лабораторная работа № 7

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАВИСМОСТИ МОЩНОСТИ, ПОТРЕБЛЯЕМОЙ ЛАМПОЙ,

ОТ НАПРЯЖЕНИЯ НА ЕЕ ЗАЖИМАХ

Студент должен:

уметь: обращаться с физическими приборами и использовать их при проведении лабораторной работы; оценивать погрешности измерений; исследовать зависимость сопротивления проводника от температуры; использовать знания для решения практических задач;

знать: понятие мощности, методы измерения мощности, потребляемой электроприбором; зависимость мощности, потребляемой лампочкой, от напряжения на её зажимах; зависимость сопротивления проводника от температуры.

Обеспеченность занятия

Оборудование и инструменты: источник питания, лампа накаливания, амперметр, ключ, вольтметр, провода соединения;

Раздаточные материалы: данные методические рекомендации по выполнению лабораторных работ.

Инструкция по выполнению лабораторной работы

1. Соберите цепь из источника питания, лампы амперметра и ключа, соединив все последовательно.
2. Измерьте вольтметром напряжение на лампе.
3. Начертите в тетради схему собранной цепи и запишите показания приборов.
4. Вычислите мощность тока в лампе.
5. Заметьте время включения и выключения лампы. По времени ее горения и мощности определите работу тока в лампе.
6. Проверьте, совпадает ли полученное значение мощности с мощностью, обозначенной на лампе. Если значения не совпадут, объясните причину этого.
7. Запишите вывод.

Дополнительные задания

Решите задачи в тетрадях следующие задачи:

1. По сопротивлению, к концам которого приложено напряжение 220 В, течет ток с силой 4 А. Определите мощность электрического тока и работу, совершаемую электрическим током за 10 с.
2. Расход энергии в электрической лампе при силе тока 0,5 А в течение 8 ч составляет 1728 кДж. Чему равно сопротивление лампы?
3. Определите стоимость электроэнергии, потребляемой телевизором в течение 2 ч, если стоимость 1 кВт∙ч равна 1 руб., а потребляемая телевизором мощность от сети – 150 Вт.

Лабораторная работа № 8

ИЗУЧЕНИЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО И ПАРАЛЛЕЛЬНОГО СОЕДИНЕНИЯ ПРОВОДНИКОВ

Студент должен:

уметь: обращаться с физическими приборами и использовать их при проведении лабораторной работы; экспериментально изучить характеристики последовательного и параллельного соединения проводников; пользоваться необходимой справочной литературой;

знать: методы измерения мощности, потребляемой электроприбором; зависимость мощности, потребляемой лампочкой, от напряжения на её зажимах; зависимость сопротивления проводника от температуры.

Обеспеченность занятия

Оборудование и инструменты: источник тока, вольтметр (диапазон измерений 0-30 В, измеряет с точностью 0,5% ), миллиамперметр (диапазон измерений 0-1000 мА, измеряет с точностью 0,1%. При превышении величины тока 1,5 А миллиамперметр выходит из строя, и требуется заново приводить оборудование в начальное состояние.), резистор, провода.

Раздаточные материалы: данные методические рекомендации по выполнению лабораторных работ.

Изучение последовательного соединения проводников

Инструкция по выполнению лабораторной работы

1. Соберите электрическую цепь для изучения последовательного соединения проводников.
2. Проверьте правильность соединения проводников.
3. Установите напряжение по вашему выбору на источнике постоянного тока
4. Измерьте ток протекающий в цепи. показания амперметра I в таблицу.
5. Измерьте с помощью вольтметра напряжение в цепи. показания вольтметра U в таблицу.
6. Измерьте с помощью вольтметра падение напряжения на первом резисторе. показания вольтметра U1 в таблицу.
7. Измерьте падение напряжения на втором резисторе. показания вольтметра U2 в таблицу.
8. Вычислите общее сопротивление цепи R. Вычислите значения R1, R2 - сопротивление первого и второго резистора соответственно.
9. Проверьте выполнение законов соединения.

10. Результаты экспериментов запишите в таблицу:

Изучение параллельного соединения проводников

Инструкция по выполнению лабораторной работы

1. Соберите электрическую цепь для изучения параллельного соединения проводников.
2. Проверьте правильность соединения проводников.
3. Установите напряжение по вашему выбору на источнике постоянного тока.
4. Измерьте ток протекающий в цепи, показания амперметра I в таблицу.
5. Измерьте с помощью вольтметра напряжение в цепи. показания вольтметра U в таблицу.
6. Измерьте с помощью миллиамперметра ток протекающий через первый резистор. показания амперметра I1 в таблицу.
7. Измерьте ток протекающий через второй резистор. показания амперметра I2 в таблицу.
8. Вычислите общее сопротивление цепи R. Вычислите значения R1, R2 - сопротивление первого и второго резистора соответственно.

9. Проверьте выполнение законов соединения. Результаты экспериментов запишите в таблицу:

10. Запишите вывод.

Лабораторная работа № 9

ИЗУЧЕНИЕ ЯВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ

Студент должен:

уметь: обращаться с физическими приборами и использовать их при проведении лабораторных работ; исследовать явление электромагнитной индукции – определить от чего зависят величина и направление индукционного тока; пользоваться необходимой справочной литературой;

знать: методы измерения мощности, потребляемой электроприбором; зависимости мощности, потребляемой лампочкой от напряжения на её зажимах; исследовать зависимость сопротивления проводника от температуры.

Обеспеченность занятия

Оборудование и инструменты: миллиамперметр, катушка-моток, магнит дугообразный, магнит полосовой, источник постоянного тока, две катушки с сердечниками, реостат, ключ, длинный провод, соединительные провода.

Раздаточные материалы: данные методические рекомендации по выполнению лабораторных работ.

Краткие теоретические материалы по теме лабораторной работы

Индукционный ток в замкнутом контуре возникает при изменении магнитного потока через площадь, ограниченную контуром. Изменение магнитного потока через контур можно осуществить двумя различными способами:

1) изменением во времени магнитного поля, в котором находится неподвижный контур при вдвигании магнита в катушку или  при выдвигании;

2) движением этого контура (или его частей) в постоянном магнитном поле (например, при надевании катушки на магнит).

Инструкция по выполнению лабораторной работы

Катушку-моток подключите к зажимам миллиамперметра, а затем надевайте и снимайте ее с северного полюса дугообразного магнита с различной скоростью (см. рисунок), и для каждого случая замечайте максимальную и минимальную силу индукционного тока и направление отклонения стрелки прибора.

Рисунок 9.1

1. Переверните магнит и вдвиньте медленно южный полюс магнита внутрь катушки, а затем выдвиньте его. Повторите опыт с большей скоростью. Обратите внимание на то, куда в этот раз отклонялась стрелка миллиамперметра.

2. Сложите два магнита (полосовой и дугообразный) одноименными полюсами и повторите эксперимент с разной скоростью движения магнитов в катушке.

3. Подключите к зажимам миллиамперметра вместо катушки длинный провод, свернутый в несколько витков. Надевая и снимая витки провода с полюса дугообразного магнита, заметьте максимальную силу индукционного тока. Сравните ее с максимальной силой индукционного тока, полученной в опытах с тем же магнитом и катушкой, и обнаружьте зависимость ЭДС индукции от длины (числа витков) проводника.

4. Проанализируйте ваши наблюдения и сделайте выводы относительно причин, от которых зависят величина индукционного тока и его направление.

5. Соберите цепь, изображенную на рисунке 1. Катушки со вставленными в них сердечниками должны быть расположены близко одна к другой и так, чтобы их оси совпадали.

6. Проведите следующие эксперименты:

а) поставьте ползунок реостата в положение, соответствующее минимальному сопротивлению реостата. Замкните цепь ключом, наблюдая за стрелкой миллиамперметра;

б) разомкните цепь ключом. Что изменилось?

в) поставьте ползунок реостата в среднее положение. Повторите опыт;

г) поставьте ползунок реостата в положение, соответствую шее максимальному сопротивлению реостата. Замкните и разомкните цепь ключом.

7. Проанализируйте ваши наблюдения и сделайте выводы.

Лабораторная работа № 10

УСТРОЙСТВО И РАБОТА ТРАНСФОРМАТОРА

Студент должен:

уметь: определять коэффициент трансформации; пользоваться необходимой справочной литературой;

знать: устройство и принцип работы трансформатора.

Обеспеченность занятия

Оборудование и инструменты: источник регулируемого переменного напряжения, трансформатор лабораторный разборный, вольтметры переменного тока (или авометр), ключ, провода соединительные;

Раздаточные материалы: данные методические рекомендации по выполнению лабораторных работ.

Краткие теоретические материалы по теме лабораторной работы

Повышение и понижение напряжения осуществляют с помощью специальных приборов — трансформаторов. Трансформатор состоит из двух катушек изолированного провода, намотанных на общий стальной сердечник. Одна катушка (первичная обмотка) подключается к источнику переменного напряжения, а с другой катушки (вторичная обмотка) снимают переменное напряжение  для дальнейшей его передачи.

Переменный ток в первичной обмотке создает переменное магнитное поле. Благодаря стальному сердечнику практически такое же переменное магнитное поле пронизывает и вторичную обмотку, намотанную на тот же сердечник. Поскольку все витки пронизываются одним и тем же переменным магнитным потоком, вследствие явления электромагнитной индукции в каждом витке генерируется одно и то же напряжение. Поэтому отношение напряжений  на первичной и вторичной обмотках равно отношению числа витков в них:

Коэффициент трансформации — величина, равная отношению напряжений в первичной и вторичной обмотках трансформатора:

Повышающий трансформатор — трансформатор, увеличивающий напряжение (). У повышающего трансформатора число витков  во вторичной обмотке больше числа витков в первичной обмотке, т.е. .

Понижающий трансформатор — трансформатор, уменьшающий напряжение ().У понижающего трансформатора число витков во вторичной обмотке меньше числа витков в первичной обмотке, т.е. .

Рисунок 10.1

Инструкция по выполнению лабораторной работы

1. Ознакомьтесь с устройством трансформатора. Определите первичную обмотку (клеммы с надписью 36 В) и две вторичные (клеммы 2,2  В и 4,4 В).  Разберите трансформатор, выньте сердечник и рассмотрите его устройство. Соберите трансформатор.
2.  Присоедините первичную обмотку трансформатора к сети переменного тока напряжением 36 В и замкните цепь.
3. Измерьте напряжение на одной из вторичных обмоток.
4. Вычислите коэффициент трансформации.
5.  Проделайте аналогичные действия для другой вторичной обмотки.
6. Результаты измерений и вычислений запишите в таблицу:
7. Присоедините одну из вторичных обмоток трансформатора к сети переменного тока напряжением 4 В и замкните цепь.
8. Измерьте напряжение на первичной обмотке.
9. Вычислите коэффициент трансформации.

10.Присоедините другую вторичную обмотку трансформатора к сети переменного тока напряжением 4 В, замкните цепь и измерьте напряжение на первичной обмотке.

11.Вычислите коэффициент трансформации.

12.Результаты измерений и вычислений запишите в таблицу 10.1.

Таблица10.1

13. Запишите вывод, что вы измеряли и какой получен результат.

Лабораторная работа № 11

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ СТЕКЛА

Студент должен:

уметь: измерять показатель преломления стекла с помощью плоскопараллельной пластины; пользоваться необходимой справочной литературой;

знать: формулы по измерению показателя преломления стекла.

Обеспеченность занятия

Оборудование и инструменты: стеклянная плоскопараллельная пластина, имеющая форму трапеции, металлический экран с щелью, лампочка, линейка.

Раздаточные материалы: данные методические рекомендации по выполнению лабораторных работ.

Инструкция по выполнению лабораторной работы

1. Для проведения эксперимента выберите пластину и угол падения светового пучка α. Поместите пластину так, что бы она преломляла световой пучок. Проведите границы раздела сред воздух-стекло и стекло-воздух.

2. Вдоль падающего на пластину и вышедшего из нее световых пучков поставьте по паре точек. Выключите свет и верните пластину на место. Прочертите входящий, выходящий и преломленный лучи.

3. Через точку B, в которой падающий луч преломляется, на границе раздела сред воздух-стекло проведите перпендикуляр к границе. Проведите окружность с центром в точке B.

4. Постройте прямоугольные треугольники ABE и CBD. Измерьте с помощью линейки длину отрезка АЕ. Занесите результаты измерения в таблицу. Измерьте с помощью линейки длину отрезка DC.

5. Занесите результаты измерения в таблицу. В обоих случаях инструментальную погрешность можно считать равной 1 мм. Погрешность отсчета надо взять также равной 1 мм. Введите в таблицу значения: ΔAE – максимальная абсолютная погрешность измерения отрезка АЕ; ΔDC – максимальная абсолютная погрешность измерения отрезка DC.

6. Определите показатель преломления стекла относительно воздуха по формуле:

Так как sin α =AE__AB , sin β =DC__BC и AB=BC, то формула для определения показателя преломления стекла примет вид  nпр=AE__DC.

7. Вычислите абсолютную и относительную погрешности измерения показателя преломления.

Занесите данные в таблицу 11.1. Если вы будете проводить эксперимент еще раз, то предварительно добавьте строку в таблицу результатов.

Результаты экспериментов запишите в таблицу 11.1 и сделайте выводы.

Таблица 11.1

Лабораторная работа № 12

ИЗМЕРЕНИЕ ДЛИНЫ СВЕТОВОЙ ВОЛНЫ С ПОМОЩЬЮ

ДИФРАКЦИОННОЙ РЕШЕТКИ

Студент должен:

уметь: измерять длину световой волны с помощью дифракционной решетки; пользоваться необходимой справочной литературой;

знать: формулы по измерению показателя преломления стекла.

Обеспеченность занятия

Оборудование и инструменты: Электрическая лампочка с прямой нитью накаливания (одна на класс), прибор для определения длины световой волны, штатив с лапкой, дифракционная решетка.

Раздаточные материалы: данные методические рекомендации по выполнению лабораторных работ.

Краткие теоретические материалы по теме лабораторной работы

Дифракционная решетка — это оптический прибор, предназначенный для изучения спектра света. В частности, с ее помощью можно измерить длины волн, соответствующие различным цветам спектра. Дифракционная решетка представляет собой совокупность большого числа очень узких параллельных щелей одинаковой ширины, разделенных непрозрачными промежутками. На практике часто используют стеклянные пластинки, на которые нанесены параллельные штрихи. Периодом решетки d называется расстояние между центрами соседних щелей (период указывается на решетке). Если смотреть сквозь решетку и прорезь на источник света, то на черном фоне экрана можно наблюдать по обе стороны от прорези дифракционные спектры. Их наблюдается несколько, но мы будем рассматривать только первый из них по обе стороны от щели.

Расчеты показывают, что длина волны  , где  — расстояние от дифракционной решетки до экрана, h — расстояние от щели до максимума света, соответствующего выбранному цвету.

Инструкция по выполнению лабораторной работы

1. Соберите измерительную установку, изображенную на рисунке. Решетка 1 устанавливается в держателе 2, который прикреплен к концу линейки 3. На линейке же располагается черный экран 4 с узкой вертикальной щелью 5 посередине. Вся установка крепится на штативе 6.

Рисунок 12.1

2. Запишите период дифракционной решетки d.

3. Направляя прибор на электрическую лампочку с прямой нитью накаливания и наблюдая излучение через дифракционную решетку и прорезь шкалы, добейтесь того, чтобы по обе стороны от прорези были видны максимумы интенсивности излучения первого и второго порядка фиолетового и красного света.

4. Измерьте расстояние от дифракционной решетки до шкалы.
5. Измерьте отклонения от центра прорези до максимумов первого порядка красного света (слева и справа от прорези).
6. Найдите среднее арифметическое отклонение.
7. Вычислите длину волны красного цвета.
8. Повторите измерения и вычислите длину волны для фиолетового цвета.
9. Полученные результаты занесите в таблицу 12.1.

Таблица12.1

10.  Запишите вывод, что вы измеряли и какой получен результат.

Лабораторная работа № 13

ИЗУЧЕНИЕ ТРЕКОВ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ

ПО ГОТОВЫМ ФОТОГРАФИЯМ

Студент должен:

уметь: изучить треки заряженных частиц с помощью фотографий; пользоваться необходимой справочной литературой;

знать: необходимые формулы.

Обеспеченность занятия

Оборудование и инструменты: фотография треков двух заряженных частиц (трек I принадлежит протону, трек II – частице, которую надо идентифицировать), линейка.

Раздаточные материалы: данные методические рекомендации по выполнению лабораторных работ.

Инструкция по выполнению лабораторной работы

1. Перенесите треки частиц с фотографии на кальку.
2. Измерьте радиус кривизны RI трека протона на начальном участке. Радиус кривизны трека частицы определяют следующим образом. Вычерчивают, как показано на рисунке 1, две хорды и восставляют к этим хордам в их серединах перпендикуляры. На пересечении перпендикуляров лежит центр окружности.

Рисунок 13.1

1. Поставьте  точку в начале трека протона.
2. Следующей точкой отметьте конец первой хорды.
3. Поставьте точку для конца второй хорды.
4. хорды и серединные перпендикуляры к ним.
5. Поставьте точку на пересечении перпендикуляров - центр окружности.
6. Измерьте радиус при помощи линейки, результаты измерения занесите в таблицу.

3. Измерьте радиус кривизны RII трека заряженной частицы на начальном участке.

1. Поставьте точку в начале трека заряженной частицы.
2. Следующей точкой отметьте конец первой хорды.
3. Затем поставьте точку для конца второй хорды.
4. Проведите хорды и серединные перпендикуляры к ним.
5. Поставьте точку на пересечении перпендикуляров, это центр окружности.
6. Измерьте радиус при помощи линейки, результаты измерения RII занесите в таблицу.

4. В обоих случаях инструментальную погрешность можно считать равной 1 мм. Погрешность отсчета надо взять также равной 1 мм.
5. Введите в таблицу значения:

• ΔRI - максимальная абсолютная погрешность измерения отрезка RI
• ΔRII - максимальная абсолютная погрешность измерения отрезка RII

6. Идентифицируйте частицу по результатам измерений.
7. Идентификация неизвестной частицы осуществляется путем сравнения ее удельного заряда q_m с удельным зарядом протона. Для заряженной частицы, движущейся перпендикулярно вектору индукции магнитного поля, можно записать:

Из этой формулы видно, что отношение удельных зарядов частицы равно обратному отношению радиусов их траекторий. Вычислите удельный заряд идентифицируемой частицы q/mч и занесите результат в таблицу.

8. Вычислите абсолютную и относительную погрешности измерения удельного заряда.

9. Результаты экспериментов занесите в таблицу 13.1:

Таблица13.1

10. Сделайте вывод.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Анциферов, Л.И., Пищиков, И.М. Практикум по методике и технике школьного физического эксперимента. – М.: Просвещение, 1984. – 255 с.
2. Головин, П.П. Фронтальные лабораторные работы и практикум по электродинамике. – Ульяновск: «Корпорация технологий продвижения», 2005. – 256с.
3. Физика: Учебник для 10 кл. общеобразоват. учреждений / Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Сотский. – 12-е изд. – М.: Просвещение, 2011. – 336 с.
4. Физика: Учебник для 11 кл. общеобразоват. учреждений / Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Сотский. – 12-е изд. – М.: Просвещение, 2011. – 381 с.
5. Физический практикум для классов с углубленным изучением физики. Дидактический материал / под ред. Ю.И. Дика, О.В. Кабардина. – М.: Просвещение, 1993. – 208 с.