Методические указания по выполнению лабораторных работ
методическая разработка

Министерство образования и науки Республики Бурятия

ГБПОУ «Байкальский колледж туризма и сервиса»

Могойтинский филиал

Методические указания по выполнению лабораторных работ                для студентов по учебной дисциплине «Физика»  

профессии 23.01.03 Автомеханик

Составитель: Бухатиева Б.Ц.,

Преподаватель физики

Могойто  

2016

Рассмотрено на заседании

ПЦК Могойтинского филиала

№  __ протокола _______2016

_________ /О.Б.Белобородова/

Бухатиева Б.Ц., преподаватель физики, Методические указания по выполнению практических работ  студентов по дисциплине «Физика» курса по профессии  23.01.03 Автомеханик,  Могойто: Изд-во  Могойтинского филиала ГБОУ СПО «БКТиС», 2016.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Предлагаемое пособие входит в учебно-методический комплекс, разработанный автором к учебникам по физике, рекомендованным ФГОС.

Методические указания по физике разработаны для технических специальностей среднего специального образования в соответствии c требованиями ФГОС.

Предлагаемые методические указания представляют собой практикум по лабораторным работам для обучающихся соответствующих профессий по всему курсу общей физики и ориентированы на использование современных физических приборов.

Основная цель– способствовать формированию у обучающихся ключевых учебных  и личностных компетенций, а также развитию творческих компетенций.

По своему содержанию лабораторные работы представляют собой наблюдения, измерения и опыты, тесно связанные с темой занятия. В пособие включены следующие виды заданий: 1) наблюдение и изучение физических явлений, 2) наблюдение и изучение свойств веществ, 3) измерение физических величин, 4) исследование зависимостей физическими величинами, 5) изучение физических законов.

Выполнение всех работ является обязательным для всех обучающихся. Лабораторные работы являются эффективным средством активизации и мотивации обучения физике, способствуют применению различных методов и приемов обучения для формирования у обучающихся системы прочных знаний, интеллектуальных и практических умений и навыков, помогают развитию мышления обучающихся, так как побуждают к выполнению умственных операций: анализу, синтезу, сравнению, обобщению и др.

Лабораторные работы составлены в виде инструкций. Каждая инструкция содержит цель работы, перечень оборудования, краткую теорию, ход выполнения работы (включая графы для составления отчета) и контрольные вопросы, обращающие внимание обучающихся на существенные стороны изучаемых явлений. Вопросы помогают глубже осмыслить производимые действия и полученные результаты и на их основе самостоятельно сделать необходимые выводы.

Основное назначение методических указаний – оказать помощь обучающимся в подготовке и выполнении лабораторных работ, а также облегчить работу преподавателя по организации и  проведению лабораторных занятий.

Систематическое и аккуратное выполнение всей совокупности лабораторных работ позволит обучающемуся овладеть умениями самостоятельно ставить физические опыты, фиксировать свои наблюдения и измерения, анализировать их делать выводы в целях дальнейшего использования полученных знаний и умений.

Целями выполнения лабораторных работ является:

• обобщение, систематизация, углубление, закрепление полученных теоретических знаний по конкретным темам дисциплины;
• формирование умений применять полученные знания на практике, реализация единства интеллектуальной и практической деятельности;
• развитие интеллектуальных умений у будущих специалистов; аналитических, проектировочных, конструктивных и др.
• выработку при решении поставленных задач таких профессионально значимых качеств, как самостоятельность, ответственность, точность, творческая инициатива.

Для более эффективного выполнения лабораторных работ необходимо повторить соответствующий теоретический материал, а на занятиях, прежде всего, внимательно ознакомиться с содержанием работы и оборудованием.

В ходе работы необходимо строго соблюдать правила по технике безопасности; все измерения производить с максимальной тщательностью.

После окончания работы каждый обучающийся должен предоставить отчет. Небрежное оформление отчета, исправление уже написанного недопустимо.

В конце занятия преподаватель ставит зачет, который складывается из результатов наблюдения за выполнением практической части работы, проверки отчета, беседы в ходе работы или после нее. Все лабораторные работы должны быть выполнены и защищены в сроки, определяемые программой или календарным планом преподавателя. Обучающиеся, не получившие зачет, к экзамену не допускаются.

Лабораторные работы (ЛПР) - основные виды учебных занятий, направленные на экспериментальное подтверждение теоретических положений и формирование учебных и  профессиональных практических умений.

Лабораторная работа № 1.

Изучение движения тела по окружности под действием сил упругости и тяжести

Цель работы: определение центростремительного ускорения шарика при его равномерном движении по окружности. 

Вид занятия: лабораторная работа

Продолжительность занятия: 1 час

Оборудование

 Штатив с муфтой и лапкой, лента измерительная, циркуль, динамометр лабораторный, весы с разновесами, шарик на нити, кусочек пробки с отверстием, лист бумаги, линейка

Краткая теория

Эксперименты проводятся с коническим маятником. Небольшой шарик движется по окружности радиуса R. При этом нить АВ, к которой прикреплен шарик, описывает поверхность прямого кругового конуса. На шарик действуют две силы: сила тяжести и натяжение нити  (рис. а). Они создают центростремительное ускорение , направленное по радиусу к центру окружности. Модуль ускорения можно определить кинематически. Он равен:

Для определения ускорения надо измерить радиус окружности и период обращения шарика по окружности.

Центростремительное (нормальное) ускорение можно определить также, используя законы динамики.

Согласно второму закону Ньютона . Разложим силу  на составляющие и , направленные по радиусу к центру окружности и по вертикали вверх.

Тогда второй закон Ньютона запишется следующим образом:

Направление координатных осей выберем так, как показано на рисунке б. В проекциях на ось О1у уравнение движения шарика примет вид: 0 = F2 — mg. Отсюда F2 = mg: составляющая уравновешивает силу тяжести , действующую на шарик.

Запишем второй закон Ньютона в проекциях на ось О1х:

man = F1. Отсюда

Модуль составляющей F1 можно определить различными способами. Во-первых, это можно сделать из подобия треугольников ОАВ и FBF1:

Отсюда  и

Во-вторых, модуль составляющей F1 можно непосредственно измерить динамометром. Для этого оттягиваем горизонтально расположенным динамометром шарик на расстояние, равное радиусу R окружности (рис. в), и определяем показание динамометра. При этом сила упругости пружины уравновешивает составляющую .

 Сопоставим все три выражения для аn:

, ,

и убедимся, что они близки между собой.

В этой работе с наибольшей тщательностью следует измерять время. Для этого полезно отсчитывать возможно большее число оборотов маятника, уменьшая тем самым относительную погрешность.

Взвешивать шарик с точностью, которую могут дать лабораторные весы, нет необходимости. Вполне достаточно взвешивать с точностью до 1 г. Высоту конуса и радиус окружности достаточно измерить с точностью до 1 см. При такой точности измерений относительные погрешности величин будут одного порядка.

Оборудование: штатив с муфтой и лапкой, лента измерительная, циркуль, динамометр лабораторный, весы с разновесами, шарик на нити, кусочек пробки с отверстием, лист бумаги, линейка.

Указания  к  работе.

1. Определяем массу шарика на весах с точностью до 1 г.

2. Нить продеваем сквозь отверстие и зажимаем пробку в лапке штатива (рис. в).

3. Вычерчиваем на листе бумаги окружность, радиус которой около 20 см. Измеряем радиус с точностью до 1 см.

4. Штатив с маятником располагаем так, чтобы продолжение шнура проходило через центр окружности.

5. Взяв нить пальцами у точки подвеса, вращаем маятник так, чтобы шарик описывал окружность, равную начерченной на бумаге.

6. Отсчитываем время, за которое маятник совершает к примеру, N = 50 оборотов.

7. Определяем высоту конического маятника. Для этого измеряем расстояние по вертикали от центра шарик; до точки подвеса.

8. Находим модуль центростремительного ускорение по формулам:

 и

9. Оттягиваем горизонтально расположенным динамо метром шарик на расстояние, равное радиусу окружности, и измеряем модуль составляющей . Затем вычисляем ускорение по формуле .

10. Результаты измерений заносим в таблицу.

Сравнивая полученные три значения модуля центростремительного ускорения, убеждаемся, что они примерно одинаковы.

Лабораторная работа №2.

Сравнение работы силы упругости с изменением кинетической энергии тела

Цель работы: экспериментальная проверка теоремы о кинетической энергии.

Оборудование:

1) штативы для фронтальных работ — 2 шт.;

2) динамометр учебный;

3) шар;

4) нитки;

5) линейка измерительная 30 см с миллиметровыми делениями;

6) весы учебные со штативом;

7)  гири Г4-210

Содержание и метод выполнения работы

Теорема о кинетической энергии утверждает, что работа силы, приложенной к телу, равна изменению кинетической энергии
тела:

Для экспериментальной проверки этого утверждения можно воспользоваться установкой, изображенной на рисунке 1.

В лапке штатива закрепляют горизонтально динамометр. К его крючку привязывают шар на нити длиной 60—80 см. Па другом штативе на такой же высоте, как и динамометр, закрепляют лапку. Установив шар на краю лапки, штатив вместе с шаром отодвигают от первого штатива на такое расстояние, чтобы на шар действовала сила упругости Fynp со стороны пружины динамометра. Затем шар отпускают. Под действием силы упругости шар приобретает скорость , его кинетическая энергия изменяется от 0 до .

.

Для определения модуля скорости v шара, приобретенной под действием силы упругости Fупр, можно измерить дальность полета s шара при свободном падении с высоты Н:

, .

Отсюда модуль скорости v равен: , а  изменение кинетической энергии равно  .

Сила упругости во время действия на шар по закону Гука изменяется линейно от  до Fynp2=0, среднее значение силы упругости равно

.

Измерив  деформацию пружины динамометра x, можно вычислить работу силы упругости: .

Задача настоящей работы состоит в проверке равенства
, т.е. .

Порядок выполнения работы

1. Укрепите на штативах динамометр и лапку для шара на одинаковой высоте Н = 40 см от поверхности стола. Зацепите за крючок динамометра нить с привязанным шаром.

2. Удерживая шар на лапке, отодвигайте штатив до тех пор, пока показание динамометра станет равным 2 Н. Отпустите шар с лапки и заметьте место его падения на столе. Опыт повторите 2—3 раза  и  определите среднее  значение  дальности  полета S  шара.

3. Измерьте массу шара с помощью весов и вычислите изменение кинетической энергии шара под  действием силы упругости:

4.        Измерьте деформацию пружины динамометра х при силе
упругости 2 Н. Вычислите работу А силы упругости:

5.        Оцените границы погрешности определения значении изменения кинетической энергии  и работы А силы упругости.

Динамометр имеет погрешность = 0,05H, погрешность=0,02 кг, =0,02. Относительная погрешность изменения кинетической энергии

Абсолютная погрешность изменения кинетической энергии

6. Сравните полученные значения работы А силы упругости и изменения кинетической энергии Ек шара. Сделайте вывод.

Лабораторная работа № 3.

Изучение теплового расширения воды

Цель работы: изучить свойства воды связанные с тепловым расширением, теплопроводностью.

Краткая теория. Жидкости расширяются значительно сильнее твердых тел. Они также расширяются во всех направлениях. Вследствие большой подвижности молекул жидкость принимает форму сосуда, в котором она находится, причем следует учитывать и тепловое расширение сосуда. Расширение жидкости в трубках также представляет собой объемное расширение.

Коэффициент объемного расширения слабо зависит от температуры. Вода является исключением и коэффициент расширения воды сильно зависит от температуры, а в интервале от 0 до 4 0С принимает отрицательное значение. Другими словами объём воды уменьшается от 0 до 4  0С, а затем возрастает.

Оборудование: набор лабораторный «Тепловые явления».

Ход работы:

6. Наполнить большую пробирку холодной водой, измерить температуру и вылить воду в стакан. t1=__________.

7. Наполнить ту же пробирку горячей водой, измерить температуру, вылить и эту воду в стакан.t2=______________.

8. Измерить температуру получившейся смеси, tэ=________.

9. Составить уравнение теплового баланса и рассчитать температуру смеси t=____.

10. Сравнить t и tэ и сделать вывод:

__________________________________________________________________.

Контрольные вопросы:

1. Объясните особенности теплового расширения воды.
2. Какое значение имеет тепловое расширение тел в природе и технике.
3. Дайте определение удельной теплоемкости тела.
4. В чем смысл теплового баланса?

Лабораторная работа № 4.

Изучение закона Ома для участка цепи.

Цель работы:

• опытным путем проверить выполнение закона Ома для участка цепи.

Вид занятия: лабораторная работа

Продолжительность занятия: 1 час

Краткая теория

Электрический ток и напряжение являются основными физическими величинами, характеризующими электромагнитные процессы в электрической цепи.

Напряжение на участке электрической цепи измеряется вольтметром, включенным между двумя точками цепи параллельно этому участку (см. рисунок).

Ток цепи измеряется амперметром, включенным последовательно с цепью (см.  рисунок)                      

Ток и напряжение на участке электрической цепи с резисторным элементом R, связаны законом Ома .

Оборудование

Амперметр, вольтметр, реостат, источник тока, соединительные провода,

миллиметровая бумага.

Ход работы.

1. Собрать электрическую цепь по схеме:

2. Записать значение сопротивления R (Ом). R=_________
3. Проводим измерения силы тока при различных значениях напряжения.

4. Построить зависимость I(U).

5. Аналогично проводим измерения силы тока, изменяя сопротивления.
6. Записать значение напряжения U (В). U=________________________

7. Построить зависимость I (R).

8. Сделать вывод.

Контрольные вопросы:

1. Как присоединяется в электрической цепи амперметр? Почему?
2. Как присоединяется к электрической цепи вольтметр? Почему?
3. Зависит ли сопротивление проводника от приложенного к нему напряжения и силы тока?
4. Как можно найти напряжение на концах проводника, если известны силы тока в цепи и сопротивление проводника?

Лабораторная работа № 5

Изучение интерференции и дифракции света

Цель работы:

• исследование картины интерференционных полос на мыльной пленке; исследование дифракционной картины от ширины щели.

Вид занятия: лабораторная работа

Продолжительность занятия: 1 час

1. Наблюдение интерференции света на мыльной пленке.

Оборудование

стаканы с раствором мыла, кольца проволочные с ручкой диаметром 30 мм.

Наблюдают интерференцию в затемненной комнате на плоской мыльной пленке при монохроматическом освещении. На проволочном кольце получаем мыльную плёнку и располагаем её вертикально.

Наблюдаем светлые и тёмные горизонтальные полосы, изменяющиеся по ширине по мере изменения толщины плёнки.

1. Зарисуйте наблюдаемую картину.
2. Подсчитайте число полос одного цвета, которые одновременно наблюдаются на пленке.
3. Проследите, как изменяется положение полос на пленке с течением времени.
4. Определите, изменяются ли ориентация и форма полос при повороте рамки в вертикальной плоскости.

2. Наблюдение интерференции света на мыльном пузыре.

1. Учащиеся выдувают мыльные пузыри
2. Запишите ответы на вопросы:
3. Почему на верхней части мыльного пузыря возникают цветные полосы?
4. Почему эти полосы имеют форму окружности?
5. Почему полосы не остаются на месте, а перемещаются вниз?
6. Полоса какого цвета идёт последней? Почему? Почему в конце пузырь бесцветен?
7. Зарисуйте наблюдаемую картину.

3. Наблюдение дифракции света на узкой щели          

Оборудование:картонная рамка с разрезом посередине

1. Приставляем экран вплотную к глазу (располагая шель вертикально).
2. Сквозь эту щель смотрим на вертикально расположенную нить горящей лампы.
3. Наблюдаютем по обе стороны от нити параллельные ей радужные полоски.
4. Изменяем ширину щели в пределах 0,05 – 0,8 мм.
5. Ученики зарисовывают в тетрадь увиденную картину.

4. Наблюдение дифракции света на капроновой ткани

Оборудование:лампа с прямой нитью накала, ткань капроновая размером 100x100мм

1. Смотрим через капроновую ткань на нить горящей лампы.
2. Наблюдаем “дифракционный крест” (картина в виде двух скрещенных под прямым углом дифракционных полос) 
3. Ученики зарисовывают в тетрадь увиденную картину (дифракционный крест ).

5. Наблюдение дифракции света на грампластинке и лазерном диске

Оборудование:лампа с прямой нитью накала, грампластинка или CD-диск

1. Располагаем грампластинку так, чтобы бороздки расположились параллельно нити лампы и наблюдаем дифракцию в отраженном свете.
2. Наблюдаем яркие дифракционные спектры нескольких порядков.

Контрольные вопросы (ответить письменно на вопросы):

1. Что такое свет?
2. Кем было доказано, что свет – это электромагнитная волна?
3. Какова скорость света в вакууме?
4. Кто открыл интерференцию света?
5. Чем объясняется радужная окраска тонких интерференционных пленок?
6. Могут ли интерферировать световые волны идущие от двух электрических ламп накаливания? Почему?
7. Почему толстый слой нефти не имеет радужной окраски?
8. Зависит ли положение главных дифракционных максимумов от числа щелей решетки?
9. Почему видимая радужная окраска мыльной пленки все время меняется?

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Сотский Физика: Учебник для 10 кл.: общеобразоват. учреждений – 14-е изд. - М.: Просвещение, 2014.
2. Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев  Физика: Учебник для 11 кл.: общеобразоват. учреждений – 14-е изд. - М.: Просвещение, 2014.
3. В.А.Перышкин. Физика. Дрофа, 2010г.
4. Трофимова Т.И. Курс физики. М.: Высшая школа, 2009. Гл.2, §§ 5-8.
5. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. М.: Высшая школа, 2011. Гл. 2, §§ 2.1-2.5.
6. CD ROM  Открытая физика 2.5. Часть 1. ООО "ФИЗИКОН", 2003.
7. Чудеса своими руками. Описание интересных простых опытов по физике.

http://demonstrator. nагоd.ги/cont/html

8. http:// class-fizika.narod.ru
9. http://www.fizika.ru
10. http://www.book.ru
11. http://www.enter3006.narod.ru