Методические рекомендации по организации и проведению лабораторных работ студентов СПО
методическая разработка на тему

УПРАВЛЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ ЛИПЕЦКОЙ ОБЛАСТИ

ГОБПОУ «Грязинский технический колледж»

для специальности

08.02.01  Строительство и эксплуатация зданий и сооружений

Грязи  2017

Методические рекомендации по подготовке и проведению лабораторных работ по УП физика.

Составитель: Таныгина А.Р., преподаватель физики

Внутренний рецензент: Дубовых Н.Н., преподаватель математики

Методические рекомендации по подготовке и проведению лабораторных работ предназначены для обучающихся ГОБПОУ «Грязинский технический колледж» специальности 08.02.01  Строительство и эксплуатация зданий и сооружений

Методические рекомендации по подготовке и проведению лабораторных работ составлены в соответствии с рабочей программой УП Физика специальности 08.02.01  Строительство и эксплуатация зданий и сооружений

Оглавление

1.        Введение        4

2.        Пояснительная записка        5

3.        Погрешности измерений        6

4. Методика выполнения лабораторных работ        8

5.        Инструкция по технике безопасности        10

6.        Критерии оценок лабораторных работ        11

7.        Перечень лабораторных работ        12

Литература        33

Аннотация

Методические рекомендации разработаны для проведения лабораторных работ по физике. Этот документ содержит методику проведения занятия, описывая его основные этапы, а также методы и приёмы, используемые при проведении лабораторных работ. Особое внимание уделяется погрешностям измерения, методике проведения лабораторных работ, инструкции по технике безопасности.

1. Введение

Учебная работа по физике – комплексная: это изучение теории, решение задач и, что особенно важно, практическая проверка законов при выполнении лабораторных работ.

При измерениях физических величин выполняются три последовательные операции: 1) создание экспериментальных условий, 2) наблюдение,  3) отчет.

Методические рекомендации предназначены  для оказания помощи студентам в подготовке и проведении лабораторных работ, предусмотренных программой учебного предмета для освоения Государственного образовательного стандарта среднего (полного) общего образования по физике.

В методических рекомендациях определены цели выполнения лабораторных работ, дается план проведения и порядок  оформления работ.  Рекомендации универсальны, и могут использоваться при выполнении лабораторной работы любой тематики.

2. Пояснительная записка

Физика как наука о наиболее общих законах природы вносит существенный вклад в систему знаний об окружающем мире. Она раскрывает роль науки в экономическом и культурном развитии общества, способствует формированию современного научного мировоззрения.

Лабораторные работы позволяют  получить навыки экспериментальной работы, умение обращаться с приборами, самостоятельно делать выводы из полученных опытных данных и тем самым более глубоко и полно усваивать теоретический материал физики.

Цели работ:

• Закрепление, углубление и конкретизация знаний по изучаемому материалу.
• Приобретение практических навыков работы с приборами и оборудованием.
• Приобретение навыков экспериментальной деятельности.

Количество часов на лабораторные работы, определенных учебной программой, составляет 26 часов. Лабораторные работы выполняются бригадами по 2 человека. На выполнение одной работы отводится  два академических часа.

3. Погрешности измерений

Измерение - это нахождение числового значения физической величины опытным путем с помощью средств измерений (линейки, вольтметра, часов и т.д.).

Измерения могут быть прямыми и косвенными.

Прямое измерение - это нахождение числового значения физической величины непосредственно средствами измерений. Например, длину - линейкой, вес - динамометром.

Косвенное измерение - это нахождение числового значения физической величины по формуле, связывающей искомую величину с другими величинами, определяемыми прямыми измерениями. Например: сопротивление проводника определяют по формуле R=U/I, где U и I измеряются электроизмерительными приборами. Поэтому измерения никогда не могут быть выполнены абсолютно точно. Результат любого измерения приближенный, характеризуется погрешностью - отклонением измеренного значения физической величины от ее истинного значения.

Перечислим некоторые из причин, приводящих к появлению погрешностей.

1. Ограниченная точность изготовления средств измерения.
2. Влияние на измерение внешних условий (изменение температуры, колебание напряжения ...).
3. Действия экспериментатора (запаздывание с включением секундомера, различное положение глаза...).
4. Приближенный характер законов, используемых для нахождения измеряемых величин.

Перечисленные причины появления погрешностей неустранимы, хотя и могут быть сведены к минимуму. Для установления достоверности выводов, полученных в результате научных исследований, существуют методы оценки данных погрешностей.

Случайные и систематические погрешности.

Погрешности, возникающие при измерениях, делятся на систематические и случайные.

Систематические погрешности - это погрешности, соответствующие отклонению измеренного значения от истинного значения физической величины всегда в одну сторону (повышения или занижения). При повторных измерениях погрешность остается прежней.

Причины возникновения систематических погрешностей.

1. Несоответствие средств измерения эталону.
2. Неправильная установка измерительных приборов (наклон, неуравновешенность).
3. Несовпадение начальных показателей приборов с нулем и игнорирование поправок, которые в связи с этим возникают.

Случайные погрешности - это погрешности, которые непредсказуемым образом меняют свое численное значение. Такие погрешности вызываются большим числом неконтролируемых причин, влияющих на процесс измерения (неровности на поверхности объекта, дуновение ветра, скачки напряжения и т.д.). Влияние случайных погрешностей может быть уменьшено при многократном повторении опыта.

Абсолютные и относительные погрешности.

Для количественной оценки качества измерений вводят понятия абсолютной и относительной погрешностей измерений.

Абсолютной погрешностью называют модуль разности истинного и измеренного значения величины:

Относительной погрешностью называют отношение абсолютной погрешности к истинному значению величины:

4. Методика выполнения лабораторных работ

 4.1 Подготовка к лабораторным работам

Подготовка к проведению лабораторных работ начинается в начале теоретического изложения изучаемой темы на уроках физики и продолжается по ходу её изучения при освоении материала на занятиях в колледже и работе над ним в ходе самостоятельной подготовки дома и в библиотеках. Для качественного выполнения лабораторных работ студентам необходимо:

1) повторить теоретический материал по конспекту и учебникам;

2) ознакомиться с описанием лабораторной работы;

3) в специальной тетради для лабораторных работ записать название и номер работы, перечень необходимого оборудования, подготовить схему или зарисовку установки, таблицы для записи результатов измерений и вычислений;

4) выяснить цель работы, четко представить себе поставленную задачу и способы её достижения, продумать ожидаемые результаты опытов;

5) ответить устно или письменно на контрольные вопросы по изучаемой теме или решить ряд задач;

6) изучить порядок выполнения лабораторной работы. Подготовить лабораторное оборудование к работе, если нужно собрать электрическую схему. После проверки правильности собранной схемы преподавателем можно начинать выполнение лабораторной работы.

4.2 Сборка электрических цепей

При сборке электрических цепей требуется придерживаться следующих правил:

1) Проводить сборку цепи при отключенном источнике напряжения;

2) Вначале собирается последовательная цепь, а затем к ней присоединяются параллельные участки;

3) Сборку цепи начинают с "+" источника, а заканчивают на "–" источника напряжения;

4) При сборке цепей постоянного тока необходимо соблюдать полярность включения электроизмерительных приборов. "+" приборов необходимо подключать к "+" источника, а "–" приборов к "–" источника.

5) При выполнении лабораторных работ необходимо соблюдать правила техники безопасности, быть аккуратным, бережно относиться к оборудованию и приборам.

4.3 Выполнение измерений и вычислений

1) Выполните лабораторную работу. При этом будьте внимательны при снятии показаний измерительных приборов. Старайтесь снять показания точнее, без излишне грубого округления. Результаты измерений занесите в таблицу.

2) Проведите вычисления искомых величин. При этом не нужно оставлять лишние цифры после запятой. Например, если U=10,3 В и I=0,53 А, то R=U/I=12,3/0,53=19,43396 Ом. Нет никакого смысла в результате вычисления сопротивления оставлять после запятой 5 знаков. Так как напряжение измерено с точностью до десятых долей вольта, то результат измерения сопротивления не будет превосходить эту точность. Точность измерения сопротивления будет ниже, чем точность измерения напряжения, поэтому в качестве ответа необходимо оставить R=19,4 Ом.

3) При вычислении относительной погрешности измерения, если δx < 10%, то результаты хорошие, δx < 20% - удовлетворительные и δx >20% - неудовлетворительные.

4) При построении графиков необходимо выяснить функциональную зависимость. Аргумент (независимая переменная) откладывается по горизонтальной оси, а функция – по вертикальной. Необходимо правильно выбрать масштаб по осям координат. Масштаб не должен быть слишком большим или слишком малым. В противном случае график будет или очень маленьким, или очень большим.

4.4 Составление отчета

Составление отчета - индивидуальная работа студента. Отчет является документом о проделанном эксперименте, поэтому в нем должны быть приведены все необходимые сведения для проверки результатов опытов и расчетов.

Отчет студента по лабораторной работе составляется по следующей схеме:

1. Тема работы.

2. Цель работы.

3. Оборудование.

4. Теоретическое введение.

5. Методика проведения эксперимента.

6. Экспериментальная часть.

7. Обработка результатов измерения.

8. Выводы.

9. Контрольные вопросы.

Теоретический материал, схемы, рисунки должны быть представлены в отчете в объеме, необходимом для осмысленного выполнения лабораторной работы. Рисунки и схемы выполняются с применением чертежных принадлежностей.

Полученные в опыте значения измеряемой величины заносятся, как правило, в таблицу либо представляются в виде графика.

Представление результатов измерений в виде графиков необходимо для наглядности и определения ряда величин. Масштаб выбирается таким, чтобы, во-первых, экспериментальные точки не сливались, во-вторых, обозначался простыми числами (10, 100, 0,1 и т.д. единиц соответствовали 1 см), в-третьих, занимал размеры около страницы. По осям откладываются деления и указываются символы величин и их единицы измерения.

5. Инструкция по технике безопасности

Общие требования безопасности:

1. Перед началом выполнения лабораторных работ по физике преподаватель проводит инструктаж по технике безопасности.
2. Студенты допускаются к выполнению лабораторных работ по физике при личной записи об ознакомлении и росписи в "Журнале по технике безопасности".
3. В случае появления дыма, специфического запаха горелой изоляции, студент должен выключить установку и немедленно сообщить о произошедшем преподавателю.

Основные правила техники безопасности:

1. Не держите на рабочем месте предметы, не требующиеся при выполнении задания.
2. Перед тем как приступить к выполнению работы, тщательно изучите её описания, уясните ход её выполнения.
3. Произведите сборку электрических цепей, переключения в них, монтаж и ремонт электрических устройств только при отключении источника питания. Запрещается подключать к электрической сети 220В приборы и оборудование без разрешения преподавателя.
4. Следите, чтобы изоляция проводов была исправна, а на концах проводов были наконечники.
5. При сборке электрической цепи, провода располагайте аккуратно, а наконечники плотно зажимайте клеммами.
6. Выполняйте наблюдения и измерения, соблюдая осторожность, чтобы случайно не прикоснуться к оголённым проводам (токоведущим частям, находящимся под напряжением).
7. По окончании работы отключите источник электропитания, после чего разберите электрическую цепь.
8. Обнаружив неисправность в электрических устройствах, находящихся под напряжением, немедленно отключите источник электропитания и сообщите об этом преподавателю.

6. Критерии оценок лабораторных работ

Оценка «5» (отлично) ставится, если обучающийся выполняет работу в полном объеме с соблюдением необходимой последовательности проведения опытов и измерений; самостоятельно и рационально монтирует необходимое оборудование; все опыты проводит в условиях и режимах, обеспечивающих получение правильных результатов и выводов; соблюдает требования правил безопасного труда; в отчете правильно и аккуратно выполняет все записи, таблицы, рисунки, чертежи, графики, вычисления; правильно выполняет анализ погрешностей.

Оценка «4» (хорошо) ставится, если выполнены требования к оценке 5, но было допущено два - три недочета, не более одной негрубой ошибки и одного недочета.

Оценка «3» (удовлетворительно) ставится, если работа выполнена не полностью, но объем выполненной части таков, что позволяет получить правильные результаты и выводы; если в ходе проведения опыта и измерений были допущены ошибки.

Оценка «2» (неудовлетворительно) ставится, если работа выполнена не полностью и объем выполненной части работы не позволяет сделать правильных выводов; если опыты, измерения, вычисления, наблюдения производились неправильно.

Лабораторные работы выполняются по письменным инструкциям, которые приводятся в данном пособии. Каждая инструкция содержит краткие теоретические сведения, относящиеся к данной работе, перечень необходимого оборудования, подробный порядок выполнения.

7. Перечень лабораторных работ

ЛР 1. Определение погрешностей при выполнении ЛР

ЛР 2. Исследование зависимости силы трения скольжения от веса тела.

ЛР 3. Измерение коэффициента жесткости пружины и экспериментальная проверка закона Гука

ЛР 4. Изучение зависимости периода колебаний нитяного маятника от длины нити

ЛР 5. Определение массы воздуха в помещении

ЛР 6. Определение влажности воздуха и массы водяного пара в помещении

ЛР 7. Измерение коэффициента поверхностного натяжения жидкости

ЛР 8. Изучение закона Ома для участка цепи, последовательного и параллельного соединения проводников

ЛР 9. Определение ЭДС и внутреннего сопротивления источника напряжения

ЛР 10. Определение удельного сопротивления проводника

ЛР 11. Изучение явления электромагнитной индукции

ЛР 12. Определение фокусного расстояния и оптической силы собирающей линзы с использование формулы тонкой линзы

ЛР 13. Изучение интерференции и дифракции света. Определение длины световой волны

ИНСТРУКЦИОННАЯ КАРТА

на выполнение лабораторной работы № 1 по дисциплине «Физика»

Тема: Определение погрешностей при выполнении ЛР.

Цель: Научиться находить погрешности методом среднего арифметического, методом оценки результатов измерений и методом верхней и нижней границ.

Оборудование:  Измерительная лента, микрокалькулятор.

Теория

Выполнение лабораторных работ связано с измерением физических величин. Измерения не дают возможности получить абсолютно точные результаты. Точность измерений характеризуется абсолютной и относительной погрешностями.

Абсолютной погрешностью называют модуль разности истинного и измеренного значения величины:

Относительной погрешностью называют отношение абсолютной погрешности к истинному значению величины:

Существуют различные методы определения величин и их погрешностей.

1. Метод среднего арифметического.

Измерение величины производят несколько раз (минимум три) и среднеарифметическое результатов этих измерений принимают за истинное значение:

Находят абсолютные погрешности каждого измерения:

Определяют среднее арифметическое этих погрешностей:

Находят относительную погрешность:

2. Метод оценки результатов измерений.

Этот метод используют при косвенных измерениях искомой величины.

Погрешности вычисляют по формулам, приведенным в таблице.

Относительную погрешность выражают в процентах.        

3. Метод верхней и нижней границ.

Находят верхнюю и нижнюю границы искомой величины:

Определяют среднее значение искомой величины:

Определяют абсолютную и относительную погрешности:

Порядок выполнения работы

1. Измерить длину и ширину комнаты (три раза).
2. Определить среднее значение величин и их абсолютную погрешность.
3. Результаты записать в виде: длина ;  ширина
4. Вычислить площадь комнаты, абсолютную и относительную погрешности методом оценки результата измерений:

5. Вычислить площадь комнаты, абсолютную и относительную погрешности методом верхней и нижней границ:

6. Сделать вывод, сравнив результаты 4 и 5 пунктов.

Контрольные вопросы

1. Дать определение абсолютной и относительной погрешностей измерений.

2. Как определить среднее значение величины?

ИНСТРУКЦИОННАЯ КАРТА

на выполнение лабораторной работы№2 по дисциплине «Физика»

Тема: Исследование зависимости силы трения скольжения от веса тела.

Цель: Выяснить, зависит ли сила трения скольжения от силы нормального давления, если зависит, то как. Определить коэффициент трения дерева по дереву.

Оборудование: лабораторный комплект по «Механике»: динамометр, деревянный брусок, деревянная линейка или деревянная плоскость, набор грузов по 100 г.

Теория

Сила трения – это сила, которая возникает в том месте, где тела соприкасаются друг с другом, и препятствует перемещению тел.

Сила трения - это сила электромагнитной природы.

Возникновение силы трения объясняется двумя причинами:

1) Шероховатостью поверхностей.
2) Проявлением сил молекулярного взаимодействия.

Силы трения всегда направлены по касательной к соприкасающимся поверхностям и подразделяются на силы трения покоя, скольжения, качения.

В данной работе исследуется зависимость силы трения скольжения от веса тела.

Сила трения скольжения – это сила, которая возникает при скольжении предмета по какой-либо поверхности. Направление силы трения скольжения противоположно направлению движения тела. Сила трения в широких пределах не зависит от площади соприкасающихся поверхностей. В данной работе надо будет убедиться в том, что сила трения скольжения пропорциональна силе давления (силе реакции опоры): 
   Fтр=μN,

где μ - коэффициент пропорциональности, называется коэффициентом трения. Он характеризует не тело, а сразу два тела, трущихся друг о друга.        

Порядок выполнения работы

1. Определите массу бруска. Подвесьте брусок к динамометру, показания динамометра - это вес бруска. Для нахождения массы бруска разделите вес на g.  Принять g=10 м/с2.
2.  Положите брусок на горизонтально расположенную деревянную линейку. На брусок  поставьте 1 груз.
3. Прикрепив к бруску динамометр, как можно более равномерно тяните его вдоль линейки. Запишите показания динамометра, это и есть величина силы трения скольжения.
4. Добавьте второй, третий, четвертый грузы, каждый раз измеряя силу трения. С увеличением числа грузов,  растет сила нормального давления.
5. В каждом опыте рассчитайте  коэффициент трения по формуле:
6. Результаты измерений занесите в таблицу.

7. По результатам измерений постройте график зависимости силы трения Fтр от силы нормального давления  N.
8. Вывод.

Контрольные вопросы.

1. Что называется силой трения?

2. Какова природа сил трения?

3. Назовите основные причины, от которых зависит сила трения?

4. Перечислите виды трения.

5. Можно ли считать явление трения вредным?  Почему?

ИНСТРУКЦИОННАЯ КАРТА

на выполнение лабораторной работы №3 по дисциплине «Физика»

Тема: Измерение коэффициента жесткости пружины и экспериментальная проверка закона Гука.

Цель: Экспериментально подтвердить прямо пропорциональную зависимость силы  упругости от удлинения, рассчитать коэффициент жесткости пружины, используя результаты эксперимента.

Оборудование: лабораторный комплект по «Механике»: штатив с муфтой и лапкой, пружина,  динамометр  с пределом измерения 5Н, измерительная лента с миллиметровыми делениями,  грузы.

Теория

         Соотношение между силой упругости и деформацией упругого тела, описываемое формулой Fупр = k∆l, открыл английский ученый Роберт  Гук в 1660 году, поэтому это соотношение носит его имя и называется законом Гука.

Удлинение пружины в результате ее растяжения обозначается  ∆l =l - l0, где l0 - начальная длина, l - длина растянутой пружины.

Коэффициент k называют жесткостью пружины. Чем жестче пружина, тем труднее ее растянуть, и тем большее значение будет иметь k.

Сила упругости растянутой пружины уравновешивает силу тяжести, действующую на груз, т.е.

Fупр = FТ = mg = Р.

Порядок выполнения работы

1. В тетради запиши теорию по данной теме, используя план:

1. сделать рисунок;
2. ввести условные обозначения:

l0- ……………………………………….

l – ……………………………………….

Δl = l-l0 ………………………………….

Fупр-…………………………………….

mg - ……………………………………

k - ……………………………………….

2. Соберите установку эксперимента, закрепив пружину в лапке с муфтой.
3. Измерьте длину не деформированной пружины l0.
4. Подвесьте 1 груз, измерьте длину пружины с подвешенным грузом; рассчитайте удлинение;  при помощи динамометра определите вес 1  груза.
5. Повторите действие п.4 для 2-х, 3-х, 4-х грузов.
6. Рассчитайте коэффициент жесткости пружины для каждого случая, найдите среднее значение коэффициента жесткости пружины kср.
7. Найдите абсолютную и относительную погрешности для коэффициента  жесткости пружины:
8.                     Δkср                 
9. Заполнить  таблицу:

10. Постройте график зависимости Fупр(Δl), выбрав удобный масштаб, по графику определить вид приблизительной математической зависимости.
11.  Записать вывод, основываясь на поставленную цель;  записать рассчитанный    коэффициент жесткости пружины с погрешностью в виде k=kср± Δkср.

Контрольные вопросы.

1. Когда возникает сила упругости?
2. Как найти удлинение пружины?
3. Как рассчитать жёсткость пружины?
4. Груз неподвижно висит на пружине. Что можно сказать в этом случае о силе тяжести груза и силе упругости пружины?
5. Чем является график зависимости силы упругости от удлинения пружины?
6. Каково направление силы упругости?
7. От чего зависит коэффициент жесткости? В каких единицах измеряется?

ИНСТРУКЦИОННАЯ КАРТА

на выполнение лабораторной работы №4 по дисциплине «Физика»

Тема: изучение зависимости периода колебаний математического маятника от длины нити.

Цель: проверить на практике, как зависит период и частота свободных колебаний математического маятника от его длины.

Оборудование:   лабораторный комплект по «Механике»: штатив с муфтой и  лапкой, шарик с нитью, секундомер, измерительная лента.

Теория

Колебательное движение – это движение, повторяющееся через равные промежутки времени.

Период колебания T – время одного полного колебания.

Частота колебания ʋ-число полных колебаний за единицу времени; величина, обратная периоду.

Для математического маятника:

  , где l – длина нити, g=9,8 м/с2  - ускорение свободного падения.

 .

Порядок выполнения работы

1. Начертите таблицу 1 в тетрадь для записи результатов измерений и вычислений:

2. Соберите штатив. Закрепите нить с шариком в лапке штатива. Первоначальная длина маятника 5 см (от точки подвеса до середины шарика).
3. Отклоните шарик от положения равновесия на 1-2 см и отпустите. Измерьте промежуток времени t, за который маятник совершит 30 полных колебаний. Результат запишите в таблицу 1.
4. Повторите пункт 3 для длины маятника в 20, 45, 80, 125 см.
5. Для каждого опыта вычислите и запишите в таблицу 1 значения периода Т колебаний: Т=t/N.
6. Для каждого опыта вычислите и запишите в таблицу 1 значения частоты ʋ колебаний: ʋ =1/Т.
7. Сделайте вывод, как зависит период и частота колебаний маятники от его длины.

Дополнительное задание.

Цель задания: выяснить, какая математическая зависимость существует между длиной маятника и периодом его колебаний.

1. Начертите таблицу 2.

2. Пользуясь данными табл.1, вычислите и запишите приведенные в таблице 2 отношения периодов и длин (округлите до целых чисел).
3. Сравните результаты всех четырех столбцов таблицы 2 и найдите их общую закономерность. На основании этого выберите из пяти приведенных ниже равенств те, которые верно отражают зависимость между периодом и длиной маятника:

1.        2)       3)      4)      5)  , где k – 2, 3, 4, 5.

Контрольные вопросы

1. Какое движение называют колебательным? Перечислите основные величины колебательного движения.
2. Что называют периодом и частотой колебаний? В каких единицах они измеряются?
3. Что называется математическим и пружинным маятником?
4. Как изменится период и частота колебаний маятника при увеличении длины нити в 4 раза?

ИНСТРУКЦИОННАЯ КАРТА

на выполнение лабораторной работы № 5 по дисциплине «Физика»

Тема: Определение массы воздуха в помещении.

Цель: Научиться определять массу воздуха в помещении, используя уравнение Менделеева - Клапейрона.

Оборудование:   Измерительная лента, термометр, барометр.

Теория

К обычному состоянию газа, в том числе воздуха можно применить уравнение Менделеева - Клапейрона:

- универсальная газовая постоянная

          - молярная масса воздуха

Из уравнения Менделеева - Клапейрона можно выразить массу.

Порядок выполнения работы

1. Измерить длину, ширину и высоту своей комнаты в метрах с точностью до сотых.
2. Вычислить объем комнаты: .
3. С помощью термометра определить температуру в комнате по шкале Цельсия и выразить ее в Кельвинах.
4. С помощью барометра определить давление в мм. рт. ст. и выразить его в Паскалях. 1мм. рт. ст.133 Па.
5. Вычислить массу воздуха в комнате при помощи уравнения Менделеева-Клапейрона.
6. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу.

7. Вычислить плотность воздуха и сравнить ее значение с табличным. Сделать вывод.

Контрольные вопросы:

1. Из уравнения Менделеева - Клапейрона выразить любую величину и выполнить действия с единицами измерений.
2. Как выразить температуру в Кельвинах, а давление в Паскалях?

ИНСТРУКЦИОННАЯ КАРТА

на выполнение лабораторной работы № 6 по дисциплине «Физика»

Тема: Определение влажности воздуха и массы водяного пара в помещении.

Цель: Научиться определять влажность воздуха и массу водяного пара в помещении, используя психрометр.

Оборудование:   Измерительная лента, психрометр.

Теория

В атмосфере Земли всегда содержатся водяные пары. Их содержание в воздухе характеризуется абсолютной и относительной влажностью.

Абсолютной влажностью воздуха называют массу водяного пара, содержащегося в  1 м3 воздуха, т. е. плотность водяного пара.

Относительной влажностью воздуха называют отношение абсолютной влажности к  плотности водяного пара, насыщающего воздух при данной температуре.

Относительная влажность выражается в процентах:  

Порядок выполнения работы

1. Подготовить термометр к работе.
2. Определить показания сухого и смоченного термометров.
3. По таблице психрометра определить относительную влажность воздуха.
4. Пользуясь таблицей «Плотность насыщенного водяного пара при различных температурах» определить плотность насыщенного водяного пара, соответствующую температуре воздуха в помещении.
5. Пользуясь формулой , вычислить абсолютную влажность воздуха
6. Определить массу водяного пара в помещении по формуле , используя объем своей комнаты.
7. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу.

Контрольные вопросы

1. Дать определение абсолютной и относительной влажности воздуха.
2. Рассказать, как пользоваться психрометром.

ИНСТРУКЦИОННАЯ КАРТА

на выполнение лабораторной работы № 7 по дисциплине «Физика»

Тема: Определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости.

Цель: Научиться определять коэффициента поверхностного натяжения жидкости методом отрыва капель.

Оборудование:   Капельница, весы с разновесами, стакан.

Теория

На каплю жидкости, которая висит на конце пипетки, действуют две силы уравновешивающие друг друга: сила тяжести и сила поверхностного натяжения.

                                 Из этого следует, что коэффициент поверхностного натяжения    

                                 может   быть рассчитан по формуле:

Порядок выполнения работы

1. Измерить диаметр канала пипетки.

2. Определить массу пустого стакана.

3. Добиться медленного отрыва капель.

4. В пустой стакан отсчитать 100 капель и взвесить его.

5. Определить массу капель.

6. Вычислить коэффициент поверхностного натяжения по формуле:

7. Опыт повторить с другим количеством капель.

8. Найти среднее значение коэффициента поверхностного натяжения и сравнить    

    результат табличным.

9. Определить абсолютную и относительную погрешности:

10.Результаты измерений и вычислений занести в таблицу.

Контрольные вопросы

1. От чего зависит коэффициент поверхностного натяжения?
2. Изменится ли коэффициент поверхностного натяжения, если изменить диаметр канала пипетки?
3. Почему следует добиваться медленного падения капель?
4. Почему рекомендуется производить измерения для возможно большего количества капель?

ИНСТРУКЦИОННАЯ КАРТА

на выполнение лабораторной работы № 8  по дисциплине «Физика»

Тема: Изучение закона Ома для участка цепи, последовательного и параллельного соединения проводников.

Цель: Экспериментальная проверка законов последовательного и параллельного соединений проводников.

Оборудование:   Источник тока, планшет с элементами (резисторы, ключ), амперметр лабораторный, вольтметр лабораторный, соединительные провода, мультиметр.

Теория

Последовательным считают такое соединение проводников, при котором конец первого проводника соединяют с началом второго, конец второго с началом третьего и т.д.

I= I1= I2 = const              U = U1 + U2                          R = R1+ R2         

Параллельным называется такое соединение проводников, при котором начала всех проводников присоединяются к одной точке электрической цепи, а их концы- к другой.

       I= I1+ I2                 U = U1 = U2 = const                                

Порядок выполнения работы

1 часть: изучение последовательного соединения.

1.  Заполните  пропуски в формулах последовательного соединения:

      U=U1…U2      R=R1….R2         I=I1 …I2

2. Соберите цепь для изучения последовательного соединения по схеме:
3. После проверки цепи преподавателем замкнуть ключ и снять показания амперметра и вольтметра, рассчитать по закону Ома электрическое сопротивление резисторов:

R =….Ом

4. Поочерёдно, подключая мультиметр к первому резистору, ко второму резистору,  снять показания сопротивлений на каждом резисторе, затем общее сопротивление. Проверить по формулам последовательного соединения:    

                                                       R=R1+R2

Результаты измерений занесите в таблицу.

5. Сравните измеренное и рассчитанное сопротивления при последовательном соединении.

2 часть: изучение параллельного соединения

6. Заполните пропуски в формулах параллельного соединения

           U=U1…U2                             I=I1 …I2

7.  Соберите цепь для изучения параллельного соединения по схеме:
8. После проверки цепи преподавателем замкнуть ключ и снять показания амперметра и вольтметра, рассчитать по закону Ома электрическое сопротивление резисторов.

9. Зная значения сопротивлений каждого резистора, рассчитать общее сопротивление при параллельном соединении по формулам параллельного соединения:    

Результаты измерений занесите в таблицу.

10. Сравните измеренное и рассчитанное сопротивления при параллельном соединении.
11.  Вывод.

Контрольные вопросы

1. Законы последовательного и параллельного соединений?
2. От чего зависит сопротивление проводника?
3. Как соединяются потребители электроэнергии в квартирах? Почему?

Дополнительное задание

Вычислить абсолютную и относительную погрешность для общего сопротивления при последовательном и параллельном соединениях.

ИНСТРУКЦИОННАЯ КАРТА

на выполнение лабораторной работы №9  по дисциплине «Физика»

Тема: Определение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока.

Цель: Научиться определять ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока.

Оборудование:   Источник тока, планшет с элементами (реостат, ключ), амперметр лабораторный, вольтметр лабораторный, соединительные провода.

Теория

Для получения электрического тока в проводнике необходимо создать и поддерживать на его концах разность потенциалов. Для этого используют источник тока. Основными характеристиками источников тока являются ЭДС и внутреннее сопротивление. Их можно определить экспериментально, используя закон Ома для полной цепи:

Порядок выполнения работы

1. Составить электрическую цепь по схеме:
2. После проверки цепи преподавателем замкнуть ключ и снять показания амперметра и вольтметра.
3. Опыт повторить три раза, изменяя сопротивление цепи при помощи реостата.
4. Вычислить внутреннее сопротивление и ЭДС источника тока по формулам:

5. Найти среднее значение этих величин:

6. Определить абсолютную и относительную погрешности:

7. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу:

8.  Вывод.

Контрольные вопросы

1.  Какова физическая суть электрического сопротивления?

2.  Как при помощи вольтметра измерить ЭДС источника тока?

3.  От чего зависит напряжение на зажимах источника тока?

4.  Сравнить ЭДС источника тока и напряжение на внешнем участке цепи.

ИНСТРУКЦИОННАЯ КАРТА

на выполнение лабораторной работы №10 по дисциплине «Физика»

Тема: Определение удельного сопротивления проводника.

Цель: Научиться определять удельное сопротивление проводника и определять материал, из которого сделан проводник.

Оборудование: источник постоянного тока, проволочный резистор, амперметр,  вольтметр, линейка, соединительные провода, ключ.

Теория

Проводниками называются вещества, которые проводят электрический ток. Сопротивление проводника зависит от линейных размеров и рода вещества:  Удельным сопротивлением  называют сопротивление проводника длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 м2. Каждое вещество имеет свое удельное сопротивление. Его можно измерить экспериментально.

Порядок выполнения работы

8. Собрать электрическую цепь по схеме:
9. Измерить силу тока и напряжение.
10. Определить длину проводника.
11. C проволочного резистора записать диаметр проводника.
12. Вычислить сопротивление проводника по формуле:    
13. Вычислить площадь поперечного сечения проводника:
14.  Используя формулу  ,  выразить и вычислить  удельное сопротивление проводника.
15. По таблице определить материал, из которого сделан проводник: ρтаб.
16. Сравнить полученное значение с табличным и вычислить абсолютную и относительную погрешности: ,      
17. Заполнить таблицу:

18. Вывод.

Контрольные вопросы

5. Зависит ли удельное сопротивление от размеров проводника? От рода вещества?
6. Зависит ли удельное сопротивление от температуры?
7. От батарейки карманного фонаря к одной из двух одинаковых лампочек мальчик подвел железные провода, а к другой медные. У какой лампочки будет ярче светиться нить накала, если длина и площадь поперечного сечения проводов одинаковые?
8. В каких единицах выражается удельное сопротивление проводника? 
9. Из каких веществ изготавливают проводники, применяемые на практике?

ИНСТРУКЦИОННАЯ КАРТА

на выполнение лабораторной работы №11 по дисциплине «Физика»

Тема: Исследование явления электромагнитной индукции.

Цель: исследовать условия возникновения индукционного тока в замкнутом проводнике; убедиться в справедливости правила Ленца; выяснить факторы, от которых зависит сила индукционного тока.

Оборудование: миллиамперметр, полосовой магнит, проволочная катушка  на каркасе.

Теория

Явление электромагнитной индукции  заключается в возникновении электрического тока в проводящем контуре, который либо покоится в переменном магнитном поле, либо движется в постоянном магнитном поле таким образом, что число линий магнитной индукции, пронизывающих контур, меняется.

Полученный таким способом ток называется индукционным током.

Магнитным потоком  Ф через поверхность площадью S называется величина, равная произведению модуля вектора магнитной индукции  на площадь S и   между векторами  и  :

Ф=В S cos α

Направление индукционного тока, возникающего в замкнутом контуре при изменении магнитного потока через него определяется правилом Ленца: возникающий в замкнутом контуре индукционный ток своим магнитным полем противодействует тому изменению магнитного потока, которым он вызван.

Применять правило Ленца надо так:

1. Установить направление линий магнитной индукции В внешнего магнитного поля.

2. Выяснить, увеличивается ли поток магнитной индукции этого поля через поверхность, ограниченную контуром (ΔФ>0), или уменьшается (ΔФ<0).

3. Установить направление линий магнитной индукции В' магнитного поля

индукционного тока I  пользуясь правилом буравчика или правилом правой руки.

При изменении магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром, в последнем появляются сторонние силы, действие которых характеризуется ЭДС, называемые ЭДС индукции.

Закон электромагнитной индукции:  ЭДС индукции в замкнутом контуре равна по модулю скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром: 

Порядок выполнения работы

1.  На рис. 1-6 изображены полосовой магнит, катушка-моток (далее — катушка), присоединенная к миллиамперметру, и указано направление скорости движения магнита. Для каждого случая:

• изобразите направление линий магнитной индукции магнитного поля полосового магнита — синим цветом;
• изобразите направление магнитного поля индукционного тока, который возникнет в катушке,— красным цветом;
• укажите магнитные полюса катушки.

                     рис.1                                 рис.2                                    рис.3

                   рис.4                                             рис.5                                     рис.6

2. По результатам выполнения задания  заполните таблицу:

3. Вывод.

Контрольные вопросы

1. Явление электромагнитной индукции, индукционный ток, магнитный поток.
2. Правило левой руки, правило Ленца, правило буравчика (правило правой руки).

ИНСТРУКЦИОННАЯ КАРТА

на выполнение лабораторной работы №12  по дисциплине «Физика»

Тема:  Определение фокусного расстояния и оптической силы собирающей  линзы с использование формулы тонкой линзы.

Цель:  Научиться определять фокусное расстояние и оптическую силу  собирающей линзы.

Оборудование:  Рейка, источник света, собирающая линза ЛС-1 (длиннофокусная), рамка с диафрагмой буквы, экран, рейтеры, источник питания.

Теория:

Простейший способ измерения фокусного расстояния и оптической силы линзы основан на использовании формулы тонкой линзы  .

В качестве предмета используется светящаяся рассеянным светом буква. Действительное изображение этой буквы получают на экране.

Порядок выполнения работы.

1. Начертить таблицу для результатов измерений и вычислений:

2. Установить на противоположных концах рейки источник света на рейтере, с установленной на него рамкой диафрагмы буквы, и экран на рейтере, а между ними собирающую линзу ЛС-1 на рейтере.
3. Включить источник света и, приближая линзу к экрану, получить на нем четкое действительное, перевернутое, уменьшенное изображение буквы диафрагмы.
4. Измерить расстояние d от предмета  до линзы и записать в таблицу.
5. Измерить расстояние f от изображения  до линзы и записать в таблицу.
6. Включить источник света и, удаляя линзу от экрана, получить на нем четкое действительное, перевернутое, увеличенное изображение буквы диафрагмы.
7. Измерить расстояние d от предмета  до линзы и записать в таблицу.
8. Измерить расстояние f от изображения  до линзы и записать в таблицу.
9. Вычислить фокусное расстояние, используя формулу тонкой линзы:

     Результат вычисления занести в таблицу.

10. Вычислить оптическую силу собирающей линзы, используя формулу:

      Результат вычисления занести в таблицу.

11. Определить среднее значение фокусного расстояния Fср.
12. Определить абсолютную и относительную погрешности, если Fтаб=5·10-2 м:

Результаты измерений и вычислений занести в таблицу.

13. Вывод.

Дополнительное задание.

Получите   действительное, перевернутое, в натуральную величину изображение на экране.

Контрольные вопросы

1. Дайте определение линзы. Виды линз.
2. Дайте определение оптического центра, оптической оси, главных фокусов и фокальной плоскости линзы. Начертите ход лучей в линзе.
3. Что такое оптическая сила линзы? В каких единицах она измеряется?
4. При каких условиях собирающая линза дает увеличенное, а при каких - уменьшенное изображение?
5. Назовите оптические приборы?

ИНСТРУКЦИОННАЯ КАРТА

на выполнение лабораторной работы № 13 по дисциплине «Физика»

Тема: Определение длины световой волны.

Цель: Научиться определять длину световой волны при помощи дифракционной решетки.

Оборудование:   Прибор для определения длины световой волны при помощи дифракционной решетки.

Теория

При прохождении света сквозь дифракционную решетку на экране наблюдаются интерференционные максимумы. При этом выполняется условие: . Для маленьких углов . Эта формула позволяет определять длину световой волны при помощи дифракционной решетки экспериментально.

Порядок выполнения работы:

1. Смотря через дифракционную решетку направить прибор на свет так, чтобы увидеть на экране спектры.

2. Определить расстояние  от дифракционной решетки до экрана.

3. Определить расстояние  от нулевого деления шкалы экрана до середины фиолетовой полосы спектра первого порядка слева и справа.

4. Вычислить среднее значение этого расстояния:
5. Рассчитать длину световой волны по формуле:
6. Проделать то же самое для фиолетовой полосы спектра второго порядка.
7. Найти среднее значение длины волны фиолетового света:
8. Аналогично найти длину волны красного света.
9. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу.

Контрольные вопросы

1.  Что представляет собой дифракционная решетка?

2.  Что показывает период дифракционной решетки?

3.  Какое явление наблюдается на экране за дифракционной решеткой?

4.  В каких пределах находится длина волны видимого света?

Литература

1. Мякишев Г.Я. Учебник Физика 10 кл.: Дрофа,  2014 год.
2. Мякишев Г.Я. Учебник Физика 11 кл.: Дрофа,  2014 год.
3. Рымкевич А.П. Задачник. Физика. 10-11 кл.: Дрофа, 2013 год.
4. Фирсов А.В.  Учебник.  Физика 10 кл.: Академия, 2013 год.
5. Лабораторные работы по физике с вопросами и заданиями: учеб. пособие / Тарасов О.М. – М.: Форум, 2011. – 96 с.

Интернет ресурсы

1. http://www.alleng.ru/d/phys/phys324.htm
2. http://pnu.edu.ru/ru/faculties/full_time/fkfn/physics/study/labs/
3. http://www.informio.ru/fond/1986/Metodicheskie-ukazanija-dlja-vypolnenija-laboratornyh-rabot-po-fizike
4. http://www.nizrp.narod.ru/kaffysik.htm
5. http://pedsovet.org/publikatsii/fizika/uchebno-metodicheskiy-komplekt-po-fizike