Методические указания для выполнения лабораторных работ

Краевое государственное автономное образовательное учреждение

среднего профессионального образования

«Добрянский гуманитарно-технологический техникум им. П.И. Сюзева»

Методические указания

по организации лабораторных работ

по дисциплине «Физика»

для обучающихся по профессии

110800.02 Тракторист-машинист сельскохозяйственного производства

Добрянка, 2012

Рассмотрено

на заседании П(Ц)К

технического профиля

«_____» ___________________2012 г

Председатель П(Ц)К технического профиля

___________________Л.В. Лисник

ОДОБРЕНО методическим

советом КГАОУ СПО ДГТТ

Протокол № __ от «___»_________2012г.

Заместитель директора

______________ О.О. Расторгуева

Согласовано

Составитель: Л.В. Лисник, преподаватель физики

Рецензенты:

СОДЕРЖАНИЕ

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА 4

Лабораторная работа №1 10

Лабораторная работа №2 12

Лабораторная работа №3 14

Лабораторная работа №4 17

Лабораторная работа №5 19

Лабораторная работа №6 21

Лабораторная работа №7 24

Лабораторная работа №8 26

Лабораторная работа №9 28

Лабораторная работа №10 30

Лабораторная работа №11 32

Лабораторная работа №12 33

Лабораторная работа №13 36

Лабораторная работа №14 41

Лабораторная работа №15 44

Лабораторная работа №16 48

Лабораторная работа №17 50

Лабораторная работа №18 54

Лабораторная работа №19 57

Лабораторная работа №20 59

Лабораторная работа №21 61

Лабораторная работа №22 63

Лабораторная работа №23 65

Лабораторная работа №24 67

Лабораторная работа №25 69

Лабораторная работа №26 71

Лабораторная работа №27 74

Лабораторная работа №28 77

УЧЕБНО_МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ 83

Приложения 85

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Физика как наука о наиболее общих законов природы вооружает обучающегося научными методами познания. Министерством образования России рекомендовано усиление практической, экспериментальной направленности преподавания физики, выполнение лабораторных работ нацелено на овладение экспериментальными методами научного познания.

Методические указания по организации лабораторных работ по дисциплине «Физика» являются пособием для обучающихся в процессе выполнения экспериментальных лабораторных работ.

Основная цель пособия - организовать обучающегося при проведении лабораторной работы, нацелить обучающегося на проведение эксперимента, указать порядок действий при выполнении эксперимента, задать способ оформления результатов измерений и расчетов величин, погрешностей.

Все лабораторные работы имеют разделы: цель лабораторной работы, приборы и материалы, сведения из теории, выполнение работы и контрольные вопросы.

Цель лабораторной работы определяет конечный результат, к которому должны стремиться обучающиеся. Все лабораторные работы по цели разбиты на три группы:

- лабораторные работы исследовательского характера направлены на изучение свойств явлений, установление закономерностей между физическими величинами, такие лабораторные работы проводятся на уроках усвоения новых знаний;

- лабораторные работы по проверке законов проводятся с целью закрепления знаний или обобщения материала, задача такого занятия - это выполнение экспериментальной проверки законов физики;

- лабораторные работы по измерению или определению физических величин нацелены на приобретение навыков работы с измерительными приборами, овладение методами кодировки научной информации, применение методов оценки погрешности измерений и расчетов. Лабораторные работы такого типа являются контрольными экспериментальными работами.

Указание приборов и материалов в лабораторной работе позволяет обучающемуся оценить степень точности выполняемой работы и определить метод выполнения эксперимента.

Сведения из теории имеют минимум информации по теме, в котором сосредоточен весь необходимый базовый материал, что позволяет напомнить обучающемуся основные понятия и зависимости между величинами.

Раздел «Выполнение работы» позволяет обучающемуся разложить цель на задачи, которые необходимо выполнить, чтобы достичь цели, в данном разделе сосредоточены основные математические уравнения законов, физических величин, выводы из данных уравнений искомых величин. В данном разделе рекомендованы способы оформления результатов и расчета погрешностей.

Контрольные вопросы вводятся для проверки осознанного выполнения работы, контрольные вопросы имеют прикладной характер.

В результате выполнения цикла лабораторных работ по физике обучающийся должен

- освоить знаний о фундаментальных физических законах и принципах, лежащих в основе современной физической картины мира;

- знать: основы разделов физики «Механика», «Молекулярная физика», «Электродинамика», «Квантовая физика», «Атомная и ядерная физика»;

- овладеть умениями проводить наблюдения, планировать и выполнять эксперименты, выдвигать гипотезы и строить модели, применять полученные знания по физике для объяснения разнообразных физических явлений и свойств веществ; практического использования физических знаний; оценивать достоверность естественно-научной информации; исследовательской и проектной деятельности, методами лабораторного исследования зависимостей физических величин.

Проведение лабораторных работ способствует

- развитию познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей в процессе приобретения знаний и умений по физике с использованием различных источников информации и современных информационных технологий;

- воспитанию убежденности в возможности познания законов природы; использования достижений физики на благо развития человеческой цивилизации; необходимости сотрудничества в процессе совместного выполнения задач, уважительного отношения к мнению оппонента при обсуждении проблем естественнонаучного содержания; готовности к морально-этической оценке использования научных достижений, чувства ответственности за защиту окружающей среды; использование приобретенных знаний и умений для решения практических задач повседневной жизни, обеспечения безопасности собственной жизни, рационального природопользования и охраны окружающей среды.

Выполнение лабораторных работ и оформление результатов фиксируется в лабораторных тетрадях, оценка деятельности обучающегося при выполнении лабораторной работы проводится по представленным отчетам в тетрадях.

Отчеты в тетрадях обучающихся должны иметь следующую структуру:

Лабораторная работа №

Тема лабораторной работы

Цель лабораторной работы:…..

Приборы и материалы:…….

Ход работы:

А) порядок выполнения работы, разложенный на последовательные, логически завершенные задачи;

Б) Результаты эксперимента (оформленные в виде таблицы);

В) Расчет погрешностей (оформленные в виде таблицы);

Г) Выводы по выполненной работе(в расчетных работах результаты записываются с указанием интервала, в котором лежит данная величина/ Например: А=20,23).

Ответы на контрольные вопросы.

ПЛАН ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ОБУЧАЮЩИХСЯ

Тема

Вид работы

Количество

часов

Тема 1.2.

Виды

механического движения

Лабораторная работа № 1

Изучение законов прямолинейного неравномерного движения

1

Тема 1.3

Движение по окружности

Лабораторная работа № 2 Изучение законов криволинейного движения

1

Тема 1.4.

Свободное падение

Лабораторная работа № 3

Определение ускорения свободного падения при помощи маятника

1

Тема1.5

Законы Ньютона

Лабораторная работа №4

Проверка выполнения второго закона Ньютона

1

Тема 1.7.

Закон сохранения энергии

Лабораторная работа №5

Изучение закона сохранения энергии

1

Тема 2.4

Уравнение состояния идеального газа

Лабораторная работа №6

Проверка закона Гей-Люссака.

2

Тема 2.5

Насыщенные и ненасыщенные пары

Лабораторная работа №7

Измерение влажности воздуха

1

Тема 2.6.

Поверхностное натяжение

Лабораторная работа №8

Измерение поверхностного натяжения жидкости

2

Тема 2.7

Твердые тела

Лабораторная работа №9

Наблюдение роста кристаллов из раствора

1

Тема 2.8 Механические свойства твердых тел

Лабораторная работа №10

Определение модуля упругости резины

2

Тема 3.4

Электрическая емкость

Лабораторная работа № 11

Изучение электрических характеристик конденсатора

1

Тема 3.6.

Постоянный электрический ток

Лабораторная работа № 12

Измерение удельного сопротивления проводника

2

Тема 3.7.

Электрические цепи

Лабораторная работа № 13

Изучение закона Ома для участка цепи, содержащего последовательное и параллельное соединение

2

Тема 3.8.

Закон Ома для полной цепи

Лабораторная работа № 14

Определение эдс и внутреннего сопротивления источника тока

2

Тема 3.9.

Электрический ток в металлах

Лабораторная работа № 15

Снятие ВАХ металлов

2

Тема 3.10.

Электрический ток в вакууме

Лабораторная работа № 16

Снятие ВАХ вакуума

2

Тема 3.11 Электрический ток в полупроводниках

Лабораторная работа № 17

Снятие ВАХ полупроводникового п-р перехода

2

Тема 3.12

Электрический ток в жидкости

Лабораторная работа № 18

Построение ВАХ жидкости

1

Лабораторная работа № 19

Определение заряда электрона

2

Тема 3.14.

Магнитное поле тока

Лабораторная работа № 20

Изучение магнитного поля тока

1

Тема 3.15

Сила Лоренца

Лабораторная работа № 21

Изучение треков заряженных частиц в магнитном поле

2

Тема 3.17

Электромагнитная индукция

Лабораторная работа № 22

Изучение явления электромагнитной индукции

1

Тема 3.20

Переменный электрический ток

Лабораторная работа № 23

Исследование зависимости силы тока от электроемкости конденсатора в цепи переменного тока

1

Тема 3.21.

Нагрузки переменной цепи

Лабораторная работа № 24

Измерение индуктивности катушки

1

Тема 3.26

Преломление света

Лабораторная работа № 25

Определение показателя преломления стекла

1

Тема 3.27.

Интерференция и дифракция света

Лабораторная работа № 26

Изучение интерференции и дифракции света

1

Лабораторная работа № 27

Определение длины световой волны с помощью дифракционной решетки

2

Тема 4.5.

Радиоактивность

Лабораторная работа № 28

«Оценка опасности радиоактивных излучений»

1

КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ:

Оценка «5» (отлично) выставляется при выполнении следующих требований:

- лабораторная работа выполнена в полном объеме ( работа выполнена в соответствии с методическими указаниями, в изложенной последовательности, с измерениями и вычислениями величин и погрешностей, в работе указаны выводы, которые соответствуют принципу научности и логически соответствуют результатам работы, записаны ответы на контрольные вопросы);

- в процессе работы не нарушена техника безопасности;

- работа выполнена самостоятельно;

- работа оформлена в лабораторной тетради в соответствии с требованиями, изложенными в методических указаниях.

Оценка «4» (хорошо) выставляется при выполнении следующих требований:

- работа имеет не более двух недочетов или одну ошибку(см. требования на «5»);

- при нарушении техники безопасности в процессе выполнения работы;

- работа выполнена под руководством педагога или консультанта;

- в оформлении работы допущены отклонения от требований или работа оформлена без соблюдения единого орфографического режима;

Оценка «3» (удовлетворительно) выставляется при выполнении следующих требований:

- работа имеет не более четырех недочетов или две ошибки(см. требования на «5»);

- при нарушении техники безопасности в процессе выполнения работы;

- работа выполнена под руководством педагога или консультанта;

- в оформлении работы допущены отклонения от требований или работа оформлена без соблюдения единого орфографического режима (оформление работы синей пастой, чертежи выполняются по линейке и карандашом), при оформлении нет последовательности и логики изложения.

Оценка «2» (неудовлетворительно) выставляется при отсутствии в лабораторной тетради оформленной работы.

Лабораторная работа № 1

Изучение законов прямолинейного неравномерного движения

Цель работы: Изучить законы кинематики прямолинейного движения. Измерить среднюю скорость, ускорение, начальную скорость.

Приборы и материалы: Штатив, желоб, секундомер, сантиметровая лента, шарик.

Сведения из теории

По наклонной плоскости тело происходит под действием постоянных сил и является равноускоренным. Следовательно, мы можем, применяя уравнения равноускоренного движения, вычислить среднюю скорость, ускорение и начальную скорость при движении вверх:

,

- при движении вниз (равноускоренном),

- при движении вверх (равнозамедленном).

Выполнение работы

1. Соберите установку согласно рисунку.

2. Измерьте время нескольких (10) пробегов шарика и найдите среднее значение времени.

3. Измерьте длину наклонной плоскости.

4. Вычислите среднюю скорость шарика и его ускорение.

5. Запустите шарик вверх (проделайте несколько опытов и выберите тот, в котором шарик укатился дальше всего).

6. Измерьте время движения и пройденный шариком путь.

7. Вычислите начальную скорость и ускорение шарика при равнозамедленном движении.

8. Рассчитайте погрешности измерений и вычислений, результаты занесите в таблицу.

Вычисления: Выполнить расчет ускорения и скорости по формулам

,

Таблица результатов.

№

V₀

S,м

t,с

V , м/с

a , м/c²

1

0

2

0

3

0

4

0

Таблица погрешностей

Измерительная погрешность

Δ _иS

Δ _оS

Δ S

Δ _иt

Δ _оt

Δ t

_a

Δ_а

Вывод: вычислить среднее арифметическое v _ср =

Контрольные вопросы:

1. Назвать вид данного движения.

2.Привести примеры равноускоренного движения из жизни.

3.Вывести формулу для определения времени этого движения через ускорение и путь.

Лабораторная работа №2

Изучение законов криволинейного движения

Цель работы: Изучить законы кинематики криволинейного движения. Измерить путь, перемещение, скорость, угловую скорость, центростремительное ускорение.

Приборы и материалы: секундомер, сантиметровая лента, шарик, шарик на нити, копировальная бумага.

Сведения из теории.

Если направить скорость тела, стоящего на наклонной плоскости горизонтально, то действующая на тело сумма сил будет направлена перпендикулярно скорости. Следовательно, движение тела будет напоминать движение тела брошенного горизонтально (т. е. по параболе). Если при этом измерить путь и перемещение тела, то можно убедиться в том, что они различаются. При равномерном вращении шарика на нити он движется с центростремительным ускорением:

Выполнение работы

1. Соберите установку согласно рисунку (положите папку на стопку книг, на неё лист бумаги, на него лист копировальной бумаги).

2. Толкните тяжёлый шарик горизонтально, снимите копировальную бумагу и прочертите тонкий след карандашом, начертите вектор перемещения.

3. Измерьте путь и перемещение шарика с учётом погрешности, сравните их.

4. Начертите векторы скорости в начале, середине и конце пути.

5. Приведите шарик на нити во вращение над линейкой.

6. Измерьте время прохождения 20 - 25 кругов и вычислите период движения шарика.

7. Вычислите скорость, угловую скорость и центростремительное ускорение шарика.

8. Рассчитайте погрешности измерений и вычислений, результаты занесите в таблицу.

Таблица результатов

Измерено

Вычислено

радиус, R,м

кол-во движений

за время 10с

π=3,14

Скорость,

v , м/с

угловая скорость,

ω, рад/с

центростремительное

ускорение a, м/с²

Период T, с

Таблица погрешностей

Измерительная погрешность

вычислительная погрешность

Δ_и R

Δ_о R

Δ R

Δ_и t

Δ_и t

Δt

_v

Δv

_a

Δ_a

_T

Δ_T

Контрольные вопросы:

1.В каком случае измерение будут точнее: если делать 30 оборотов шарика или 60?

2.Как изменится период движения шарика, если радиус окружности увеличить вдвое?

3.Как при этом изменится угловая скорость?

4.Как при этом изменится центростремительное ускорение?

Лабораторная работа № 3

Определение ускорения свободного падения при помощи маятника

Цель работы: вычислить ускорение свободного падения.

Приборы и материалы: часы с секундной стрелкой, измерительная лента с погрешностью Δ_л = 0,5 см, шарик с отверстием, нить, штатив с муфтой и кольцом.

Сведения из теории

Для измерения ускорения свободного падения применяются разнообразные гравиметры, в частности маятниковые приборы. С их помощью удается измерить ускорение свободного падения с абсолютной погрешностью порядка 10 ^-5 м/с².

В работе используется простейший маятниковый прибор - шарик на нити. При малых размерах шарика по сравнению с длиной нити и небольших отклонениях от положения равновесия период колебания равен

Для увеличения точности измерения периода нужно измерить время t достаточно большого числа N полных колебаний маятника. Тогда период

T=t/N

и ускорение свободного падения может быть вычислено по формуле

Выполнение работы

1. Установить на краю стола штатив. У его верхнего конца укрепить с помощью муфты кольцо и подвесить к нему шарик на нити. Шарик должен висеть на расстоянии 1-2 см от пола.

2. Измерить лентой длину l маятника.

3. Возбудить колебания маятника, отклонив шарик в сторону на 5-8 см и отпустив его.

4. Измерить в нескольких экспериментах время t 50 колебании маятника и вычислить t_cp:

где n- число опытов по измерению времени.

5. Вычислить среднюю абсолютную погрешность измерения времени

и результаты занести в таблицу.

Измерения

№

Длина нити L, м

время 10 колебаний t , с

количество колебаний N =10

π= 3,14

1

2

3

Таблица погрешностей (заполняется по таблице 1 стр. 205 физика 10, авт. Г.Б. Мякишев)

Δи L

Δо L

Δ L= ΔоL + Δи L

Δи t

Δо t

Δt== Δоt + Δи t

6. Вычислить ускорение свободного падения по формуле

7. Определить относительную погрешность измерения времени ε_t.

8. Определить относительную погрешность измерения длины маятника ε_l=Δl/l. Значение Δl складывается из погрешности мерной ленты и погрешности отсчета, равной половине цены деления ленты: Δl = Δl_л + Δl _отсч.

9. Вычислить относительную погрешность измерения g по формуле

ε_g=ε_l+2ε_π+2ε_t

учитывая, что погрешностью округления π можно пренебречь, если π = 3,14; также можно пренебречь ε_l, если она в 4 (и более) раз меньше 2ε_t.

10. Определить Δg= ε_g g_ср и записать результат измерения в виде

g_cp-Δg ≤ g ≤ g_cp+Δg.

Убедиться в достоверности измерений и проверить принадлежность известного значения g полученному интервалу.

Контрольные вопросы:

1. От каких величин зависит ускорение свободного падения?

2. Почему на экваторе ускорение свободного падения больше, чем в северных широтах?

3. Почему ускорение свободного падения на Луне меньше?

Лабораторная работа №4

Проверка выполнения второго закона Ньютона

Цель работы: Проверить выполнение второго закона Ньютона.

Приборы и материалы: штатив, желоб, линейка шарики разных масс, весы, секундомер.

Сведения из теории

Согласно формулировке второго закона Ньютона, ускорение тела пропорционально силе действующей на это тело и обратно пропорционально массе этого тела. Проверку закона, поэтому логично проводить в два этапа. На первом этапе, оставив силу без изменения проверить зависимость ускорения тела от его массы. Очевидно, если закон выполняется, то должно выполняться равенство . Из рисунка ясно, что силой скатывающей шарик, будет равнодействующая сил тяжести и реакции опоры. Можно показать, что

если , то

Далее, необходимо проверить зависимость ускорения тела от величины силы действующей на него. Если массу тела оставить неизменной, то должно выполняться соотношение: . Поэтому, если работать с одним шариком, то или .

Выполнение работы

1. Установите желоб под углом к столу. Выберите шарик меньшей массы. Запустите шарик без толчка вниз по желобу. Измерьте время движения шарика. Скатив шарик не менее 6^ти раз, найдите среднее время спуска и занесите его в таблицу. Измерьте высоту и длину наклонной плоскости.

2. Согласно формуле (***) определите высоту поднятия желоба для запуска второго шарика. Для этого взвесьте шарики на весах.

3. Произведите действия п. 1.

4. Рассчитайте отношение ускорений шариков и проверьте верность соотношения (*) с учётом погрешностей.

5. Результаты расчётов занесите в таблицу:

6. Теперь запустите один (лучше более тяжёлый) шарик с разных высот, измерьте отношение его ускорений и занесите результат в таблицу.

7. Проверьте выполнимость формулы (****) с учётом погрешностей.

8. Сделайте выводы

Контрольные вопросы:

1) действительно ли верно выведенное выше выражение для ускорения в данном случае (скатывание шарика) и как отразится поправка (если она есть) на дальнейших рассуждениях?

2) почему полученные равенства выполняются неточно?

3) Как при расчёте результата учесть конечный радиус шарика?

Лабораторная работа №5

Изучение закона сохранения энергии

Цель работы: Сравнить экспериментально уменьшение потенциальной энергии пружины с увеличением кинетической энергии тела, связанного с пружиной.

Приборы и материалы: штатив, динамометр, шарик на нити, лист белой и лист копировальной бумаги, сантиметровая лента, весы.

Сведения из теории

На основании закона сохранения и превращения механической энергии при взаимодействии тел силами упругости изменение потенциальной энергии растянутой пружины должно быть равно изменению кинетической энергии тела связанного с пружиной, взятому с обратным знаком. Для проверки этого утверждения можно воспользоваться установкой изображённой на рисунке. Закрепив динамометр в лапке штатива, прикрепляют нить с шариком к пружине и натягивают ее, держа нить горизонтально. Когда шар отпускают, он под действием силы упругости приобретает скорость V. При этом потенциальная энергия пружины переходит в кинетическую энергию шарика.. Скорость шарика можно определить, измерив, дальность его полёта S при падении его с высоты Н по параболе. Из выражений следует, что , а . Целью данной работы является проверка равенства:. С учётом равенства получим: .

Выполнение работы

1. Соберите установку (см. рис.). На место падения шарика положите лист белой, а сверху лист копировальной бумаги.

2. Соблюдая горизонтальность нити натянуть пружину динамометра до значения 1 Н. Отпустить шарик и по отметке на листе белой бумаги найти дальность его полёта. Повторить опыт три раза и найти среднее расстояние S.

3. Измерьте деформацию пружины при силе упругости 1 Н и вычислите потенциальную энергию пружины.

4. Повторите п.2,3 задавая силу упругости 2Н и 3Н соответственно.

5. Измерьте массу шарика и вычислите увеличение его кинетической энергии.

6. Результаты занесите в таблицу:

   N

   F_упр, Н

   Х, м

   Е_р, Дж

   Е_р, Дж

   Е_р, Дж

   м, кг

   Н, м

   S, м

   Е_к, Дж

   Е_к, Дж

   Е_к, Дж

   1

   1

   
   

   
   

   
   

7. Оцените границы погрешности и сравните полученные значения изменений энергий с учётом погрешностей.

8. Сделайте выводы, сделайте дополнительное задание.

Дополнительное задание.

Укрепив динамометр в вертикальном положении, произведите запуск шарика вверх. По высоте поднятия шарика оцените изменение его потенциальной энергии и сравните это увеличение с изменением энергии пружины.

Контрольные вопросы:

1) В каких случаях выполняется закон сохранения механической энергии?

2) Чем можно объяснить неточное выполнение исследуемых равенств?

3)Как бы выполнялись эти равенства, если бы погрешности измерений отсутствовал.

Лабораторная работа №6

Проверка закона Гей-Люссака.

Цель работы: проверить зависимость между температурой и объемом при постоянном атмосферном давлении.

Приборы и материалы: : стеклянная трубка, запаянная с одного конца, длиной 600 мм и диаметром 8-10 мм; цилиндрический сосуд высотой 600 мм и диаметром 40-50 мм, наполненный горячей водой (t ~ 60 °С); стакан с водой комнатной температуры; пластилин, термометр, линейка.

Сведения из теории

Чтобы проверить закон Гей-Люссака, достаточно измерить объем и температуру газа в двух состояниях при постоянном давлении и проверить справедливость равенства . Это можно осуществить, используя воздух при атмосферном давлении.

Стеклянная трубка открытым концом вверх помещается на 3-5 мин в цилиндрический сосуд с горячей водой (рис. а). В этом случае объем воздуха V₁ равен объему стеклянной трубки, а температура - температуре горячей воды Т₁. Это - первое состояние. Чтобы при

переходе воздуха в следующее состояние его количество не изменилось, открытый конец стеклянной трубки, находящейся в горячей воде, замазывают пластилином. После этого трубку вынимают из сосуда с горячей водой и замазанный конец быстро опускают в стакан с водой комнатной температуры (рис. б), а затем прямо под водой снимают пластилин. По мере охлаждения воздуха в трубке вода в ней будет подниматься. После прекращения подъема воды в трубке (рис. в) объем воздуха в ней станет равным V₂<V₁, а давление p=p_aтм-pgh. Чтобы давление воздуха в трубке вновь стало равным атмосферному, необходимо увеличивать глубину погружения трубки в стакан до тех пор, пока уровни воды в трубке и в стакане не выровняются (рис. г). Это будет второе состояние воздуха в трубке при температуре T₂ окружающего воздуха. Отношение объемов воздуха в трубке в первом и втором состояниях можно заменить отношением высот воздушных столбов в трубке в этих состояниях, если сечение трубки постоянно по всей длине

Поэтому в работе следует сравнить отношения. Длина воздушного столба измеряется линейкой, температура - термометром.

Выполнение работы

1. Подготовьте бланк отчета с таблицей (см. таблицу) для записи результатов измерений и вычислений

Таблица

Измерено

Вычислено

l_1, мм

l_2, мм

t_1, °С

t_2, °С

Δ_иl, мм

Δ_оl, мм

Δl, мм

Т₁, К

Т₁, К

Δ_иТ, К

Δ_оТ, К

Вычислено

ΔТ, К

l₁/l₂

ε₁, %

Δ₁

T₁/T₂

ε₂, %

Δ₂

2. Подготовьте стакан с водой комнатной температуры и сосуд с горячей водой.

Проведение эксперимента, обработка результатов

1. Измерьте длину l₁ стеклянной трубки и температуру воды в цилиндрическом сосуде.

2. Приведите воздух в трубке во второе состояние так, как об этом рассказано выше. Измерьте длину 1₂ воздушного столба в трубке и температуру окружающего воздуха Т₂.

3. Вычислите отношения l₁/l₂ и T₁/T₂, относительные (ε₁ и ε₂₎ и абсолютные (Δ₁ и Δ₂) погрешности измерений этих отношений по формулам

4. Сравните отношения l₁/l₂ и T₁/T₂.

5. Сделайте вывод о справедливости закона Гей-Люссака.

Контрольные вопросы

1. Почему после погружения стеклянной трубки в стакан с водой комнатной температуры и после снятия пластилина вода в трубке поднимается?

2. Почему при равенстве уровней воды в стакане и в трубке давление воздуха в трубке равно атмосферному?

Лабораторная работа №7

Измерение влажности воздуха

Цель работы: определить влажность воздуха с использованием прибора психрометра и психрометрической таблицы.

Приборы и материалы: психрометр, сборник задач по физике автор А.П. Рымкевич таблица на стр.164.

Сведения из теории

Влажность - это содержание водяных паров в воздухе.

Психрометр - это прибор, который состоит из двух термометров, один из них сухой, второй с влажным концом. Действие прибора основано на том, что в процессе испарения влажный термометр дает меньшие показания. Для работы носик одного термометра обматывают влажной тканью, носик второго термометра находится в воздухе. Показания термометров будут различны, на этом основано действие прибора.

Выполнение работы

1. Определите температуры сухого термометра t _сух.

2. Определите температуры влажного термометра t _влаж.-

3. Определите разность сухого и влажного термометров. Δt = t _сух. - t _влаж.

4. РАБОТА С ПСИХРОМЕТРИЧЕСКОЙ ТАБЛИЦЕЙ.

А) найдите вертикальный столбик показания сухого термометра.

Б) найдите горизонтальную строку разность показаний сухого и влажного термометров.

В) найдите пересечение данных столбцов и строк - найденное число дает относительную влажность воздуха.

Контрольные вопросы

1. Почему с повышение содержания водяных паров в воздухе скорость испарения становится меньше?

2. Чем объясняется, что будет определенная разность показаний сухого и влажного термометров?

3. Какой будет разность показаний сухого и влажного термометров, если на улице будет туман?

Лабораторная работа №8

Измерение поверхностного натяжения жидкости

Цель работы. Определить коэффициент поверхностного натяжения воды с помощью динамометра типа ДПН.

Приборы и материалы: Динамометр типа ДПН, штатив, вода, мыло.

Сведения из теории

На молекулы, находящиеся в поверхностном слое жидкости действуют силы натяжения других молекул, направленные внутрь жидкости. Для выхода молекулы из внутренних слоёв в поверхностный слой необходимо совершение работы против действия молекулярных сил натяжения. В результате молекулы в поверхностном слое жидкости обладают избытком энергии. Эта энергия называется свободной поверхностной энергией жидкости.

Свободная поверхностная энергия в состоянии равновесия жидкости стремится к минимуму, жидкость как бы стягивается упругой поверхностной плёнкой, стремясь к уменьшению своей площади.

При образовании тонкой плёнки шириной l вдоль границы поверхности жидкости действует сила поверхностного натяжения F, равная F=δ2L, где δ - коэффициент поверхностного натяжения; множитель 2 стоит по той причине, что плёнка имеет две поверхности. Отсюда: (2) δ =

Силу поверхностного натяжения F измеряют чувствительным динамометром типа ДПН, а ширину плёнки (равную ширине проволочной петли) - линейкой.

Динамометр типа ДПН состоит из корпуса, внутри которого размещена измерительная пружина, имеющая прямой конец с открытым зацепом. Зацеп предназначен для соединения петли с измерительной пружиной динамометра. Для отсчёта показаний по шкале на измерительной пружине закреплена стрелка. Исследуемая жидкость наливается в стеклянную чашку.

Для измерения коэффициента поверхностного натяжения проволочную петлю полностью погружают в жидкость, а затем медленно вытягивают из жидкости. При этом на петле образуется плёнка. Когда сила упругости пружины динамометра становится равна силе поверхностного натяжения F, плёнка разрывается.

Выполнение работы

1. Изучим устройство динамометра ДПН.

2. Подготовим прибор к выполнению измерений. Для этого наденем на открытый зацеп петлю. Придерживая установочный винт, установим стрелку динамометра на нулевое деление шкалы. Завинтим стопорный винт.

3. Нальём в чашку воду и установим её на подставку. Вращая винт держателя, поднимем чашку с жидкостью до такого уровня, чтобы петля полностью погрузилась в воду.

4. Теперь будем медленно опускать чашку с водой. Для этого будем поворачивать винт держателя до тех пор, пока не разорвётся плёнка жидкости, тянущаяся за петлёй. Замерим по шкале динамометра силу разрыва плёнки.

5. Вычислим коэффициент поверхностного натяжения по формуле 2.

6. Повторим измерения 3 раза. Вычислим среднее значение коэффициента поверхностного натяжения.

7. Результаты всех измерений и вычислений занесём в таблицу:

Измерено

Вычислено

Сила F, Н

Длина L,м

коэффициент поверхностного натяжения δ = , Н/м

Контрольные вопросы

1. Чем обеспечивается существование поверхностного натяжения жидкости?

2. Почему одни тела смачиваются водой, а другие - нет?

3. Как зависит коэффициент поверхностного натяжения от температуры?

4. Почему опыт проводится не с прямолинейным отрезком проволоки, а с петлёй, имеющей П - образную форму?

Лабораторная работа №9

Наблюдение роста кристаллов из раствора

Цель работы: Вырастить кристалл какой-либо соли.

Приборы и материалы: стакан, соли, вода.

Сведения из теории

Формы кристаллов чрезвычайно разнообразны. Изучением их занимается наука кристаллография.

Важнейшим геометрическим свойством кристаллов, кристаллических решеток и их элементарных ячеек является симметрия по отношению к определенным направлениям (осям) и плоскостям. Число возможных видов симметрии ограничено.

Французский кристаллограф О. Браве в 1848 г. положил начало геометрической теории структуры кристаллов и показал, что в зависимости от соотношения величины и взаимной ориентации ребер элементарной кристаллической ячейки может существовать 14 типов кристаллических решеток (они получили название решеток Браве).

Различают примитивные (простые), базоцентрированные, объем-ноцентрированные и гранецентрированные решётки Браве. Если узлы кристаллической решетки расположены только в вершинах параллелепипеда, представляющего собой элементарную ячейку, то такая решетка называется примитивной или простой. Если, кроме того, имеются узлы в центре оснований параллелепипеда, то решетка называется базоцентрированной, если есть узел в месте пересечения пространственных диагоналей - решетка называется объемноцентрированной, а если имеются узлы в центре всех боковых граней - гранецентрированной.

Выполнение работы

1. На 100 г воды размешать ложку соли.

2. Для получения перенасыщенного раствора - раствор нагреть, при этом добавлять соль. Довести до кипения, но не кипятить.

3. 

4. На карандаш намотать нить.

5. На второй свободный конец привязать маленький кристалл соли.

6. Над раствором на расстоянии 5-10 мм подвесить данный кристалл, карандаш использовать как опору.

7. Поставить данный стакан в такое место, чтобы не было сквозняков.

8. Наблюдать в течение нескольких дней за ростом кристалл.

9. Вывод: как растет кристалл, какова форма полученного кристалла?

Контрольные вопросы

1.Определите по внешнему виду тип кристаллической решетки.

2.Зависят ли внешние условия на формирование кристаллов?

3. Зачем необходимы «затравки»?

Лабораторная работа №10

Определение модуля упругости резины

Цель работы: Определить модуль Юнга резины.

Приборы и материалы: Резиновая лента, набор грузов, штатив, штангенциркуль, линейка.

Сведения из теории

Модуль Юнга - это коэффициент пропорциональности между механическим напряжением в материале и относительной деформацией . Для его измерения достаточно провести замер деформации и механического напряжения в образце при небольших нагрузках. При построении зависимости s от e, модуль Юнга равен тангенсу угла наклона кривой на начальном участке соответствующем упругой деформации.

Выполнение работы

1. Закрепите резиновую полоску в штативе, нанесите на ней ручкой два деления (по возможности на большем расстоянии одно от другого). Измерьте расстояние между делениями L₀, ширину a₀ и толщину b₀ полоски.

2. Подвесьте к полоске один груз, измерьте L, a, b.

3. Последовательно добавляя по одному грузу, каждый раз повторяйте измерения длины, ширины и толщины.

4. Рассчитайте относительное удлинение и механическое напряжение в образце, результат измерений и вычислений занесите в отчетную таблицу. Оцените границы погрешностей измерений. Постройте график зависимости .

№ опыта

СИЛА (Н)

Длина начальная

Длина конечная

Абсолютное удлинение

Относительное удлинение

Площадь поперечного сечения

Механическое напряжение

Модуль упругости,E

1

1

2

2

3

3

4

4

Контрольные вопросы:

Измерьте силу грудных мышц с помощью резинки (можно бельевую.)

1. Сядьте перед столом, разложите на нём измерительную ленту, возьмите руками резинку за концы и измерьте расстояние между руками (если вы используете бельевую резинку, то её надо сложить в пять - шесть раз)

2. Растягивайте резинку в разные стороны, измеряя при этом новое расстояние между руками.

3. Зная коэффициент жёсткости резины, узнайте силу своих мышц.

Лабораторная работа № 11

Изучение электрических характеристик конденсатора

Цель работы: Изучение рабочих характеристик конденсатора. Умение вычислять энергию и накопленный заряд конденсатора.

Приборы и материалы: различные типы конденсаторов.

Сведения из теории

Конденсаторы - это приборы, способные накапливать электрический заряд. Конденсаторы имеют прокладки и обкладки. Применение конденсаторов весьма обширно: в автомобиле - для накопления заряда и подачи большого заряда на свечу. Основными характеристиками конденсаторами являются: электроемкость, рабочее напряжение, они указываются на самих конденсаторах.

Выполнение работы

1. Рассмотрите надписи конденсатора и запишите в тетрадь значения

А) электроемкости С = …..Ф

Б) рабочее напряжение U = ….В

2. Вычислите значение накопленного заряда q=CU

3. Вычислите значение энергии, которую может накопить конденсатор

W =

4. Определите тип конденсатора

А) по назначению: силовой или радиотехнический.

Б) по типу диэлектрика: бумажный, слюдяной, керамический, электролитический .

Для ответа на 4 вопрос необходимо использовать справочники.

Контрольный вопрос:

1. Определите электроемкость батареи таких конденсаторов, если

А) в батарее два конденсатора

Б) соединенных последовательно

В) соединенных параллельно

Лабораторная работа № 12

Измерение удельного сопротивления проводника

Цель работы: вычислить удельное сопротивление вещества, определить погрешность измерения.

Приборы и материалы: источник тока, амперметр, вольтметр, соединительные провода, провод для определения удельного сопротивления, штангенциркуль, линейка.

Сведения из теории

Немецкий физик Георг Ом в 1826 году обнаружил, что напряжение между концами металлического проводника, являющегося участком электрической цепи , к силе тока в цепи есть величина постоянная

Эту величину называют электрическим сопротивление проводника , которое измеряется в омах. Электрическим сопротивлением в 1 Ом обладает такой участок цепи , на котором при силе тока 1А напряжение равно 1В.

Опыт показывает, что электрическое сопротивление проводника прямо пропорционально его длине L , и обратно пропорционально площади поперечного сечения проводника

Постоянный параметр данного вещества называется удельным сопротивлением вещества, характеризующая зависимость изменения сопротивления проводника от материала , которого он изготовлен. Удельное сопротивление измеряется Ом*м.

Выполнение работы

1. Приведите оборудование и средства измерения в начальное состояние.

2. Отрежьте кусачками от катушки проводник нужной длины.

3. Измерьте длину проводника, результаты измерения l в таблицу.

4. Измерьте диаметр проводника, результаты измерения d в таблицу.

5. электрическую цепь для определения тока, протекающего через проводник и падения напряжения на проводнике

6. Проверьте правильность соединения проводников.

7. Установите напряжение по вашему выбору на источнике постоянного тока

8. Измерьте ток протекающий в цепи. Занесите показания амперметра

I _пр в таблицу.

9. Занесите показания вольтметра U _пр.

10. Вычислите приблизительное значение удельного сопротивления проводника ρ _пр. Его можно вычислить, используя формулы

Сопротивление проводника можно измерить, используя закон Ома. В этом случае формула для расчета удельного сопротивления будет иметь вид:

Таблица результатов

Измерено

Вычислено

Длина

L, м

диаметр

d,м

сила тока

I,А

напряжение

U,В

площадь

S=,м²

удельное сопротивление

ρ =, Ом*м

Таблица погрешностей

Измерительные

Косвенные

Δ_u L

Δ_о L

Δ L

Δ_u d

Δ_оd

Δd

Δ_u I

Δ_о I

Δ I

Δ_u U

Δ_о U

ΔU

_ρ

Δρ

Контрольные вопросы:

1. Что означает удельное сопротивление, полученное в вашей работе?

2. Определите по таблице удельных сопротивлений веществ материал провода.

3. Определите по таблице вещество с наибольшим сопротивлением, к какому классу веществ относится этот материал?

4. Почему для изготовления нагревательных элементов применяют проводники с большим удельным сопротивлением, а для проводящих проводников - с малым?

Лабораторная работа № 13

Изучение закона Ома для участка цепи, содержащего последовательное и параллельное соединение

Цель работы: рассмотреть применение закона Ома для расчета электрических цепей. I = проверить справедливость законов электрического тока для последовательного и параллельного соединения проводников. Проверить законы последовательного и параллельного соединений.

Приборы и материалы: источник тока, три проволочных резистора, амперметр, вольтметр, реостат, ключ.

Сведения из теории

В практике используется соединение проводников: параллельное, последовательное, смешанное. Например: осветительные приборы в квартире соединены параллельно, поэтому при перегорании одной из лампочек остальные лампы работают исправно. В новогодней гирлянде используется последовательное соединение, поэтому, если перегорает одна из ламп, то вся гирлянда не работает.

Электрической цепью называют совокупность устройств, предназначенных для получения, передачи, преобразования и использования электрической энергии. Электрическая цепь состоит из отдельных устройств: источников электрической энергии, потребителей электрической энергии , аппаратов для включения и отключения цепи, проводов.

Проводники в электрических цепях могут соединяться последовательно и параллельно.

При последовательном соединении проводников (рис. 1.2) сила тока во всех проводниках одинакова:

I₁ = I₂ = I.

По закону Ома, напряжения U₁ и U₂ на проводниках равны

U₁ = IR₁, U₂ = IR₂.

Общее напряжение U на обоих проводниках равно сумме напряжений U₁ и U₂:

U = U₁ + U₂ = I(R₁ + R₂) = IR,

где R - электрическое сопротивление всей цепи. Отсюда следует:

При последовательном соединении полное сопротивление цепи равно сумме сопротивлений отдельных проводников.

Этот результат справедлив для любого числа последовательно соединенных проводников.

При параллельном соединении (рис. 1.3) напряжения U₁ и U₂ на обоих проводниках одинаковы:

U₁ = U₂ = U.

Сумма токов I₁ + I₂, протекающих по обоим проводникам, равна току в неразветвленной цепи:

I = I₁ + I₂.

Этот результат следует из того, что в точках разветвления токов (узлы A и B) в цепи переменного тока не могут накапливаться заряды. Например, к узлу A за время Δt подтекает заряд IΔt, а утекает от узла за то же время заряд I₁Δt + I₂Δt. Следовательно, I = I₁ + I₂.

Записывая на основании закона Ома

где R - электрическое сопротивление всей цепи, получим

При параллельном соединении проводников величина, обратная общему сопротивлению цепи, равна сумме величин, обратных сопротивлениям параллельно включенных проводников.

Этот результат справедлив для любого числа параллельно включенных проводников.

Выполнение работы

1. Соберите электрические цепи

рис. 1

Рис. 2

по схеме А, затем по схеме Б

А)

рис. 3

рис. 4

Б)

2. Проведите расчеты по результатам эксперимента.

3. На основании проведенных опытов, сделайте вывод о том, выполняются ли законы электрического тока для последовательного и параллельного соединений проводников.

Последовательное соединение

Параллельное соединение

Цель работы: проверить законы последовательного соединения

Цель работы: Проверить законы параллельного соединения

ХОД РАБОТЫ :

1.Поставить амперметр в три точки: до

первого резистора, после первого резистора, после второго резистора, после третьего резистора. Сделать вывод по показаниям амперметра.

2.Подключить вольтметр к первому, затем ко второму, затем к третьему резистору, показания занести в таблицу(рис 5)

Сделать вывод по показаниям вольтметра.

3. Вычислить сопротивление первого, второго и третьего резистора и общее сопротивление цепи по формуле

R =

Результаты занести в таблицу А.

ХОД РАБОТЫ :

1. Подключить вольтметр к

2. первому, затем ко второму, затем к третьему резистору, показания занести в таблицу. Сделать вывод по показаниям вольтметра.

3. 2.Поставить амперметр в три точки: до первого резистора, до второго резистора, до третьего резистора. Сделать вывод по показаниям амперметра.(рис 6)

4. 3. Вычислить сопротивление первого, второго и третьего резистора и общее сопротивление цепи по формуле

R =

Результаты занести в таблицу Б

Заполнить таблицу результатов

А) для последовательного соединения

Сопротивление резистора

Напряжение на резисторе

Сила тока I в цепи

R₁

R₂

R₃

R_общ

U₁

U₂

U₃

U_общ

Б)параллельного соединений

Напряжение U на резисторе

Сила электрического тока в цепи

Сопротивление резистора

I₁

I₂

I_общ

R₁

R₂

R_общ

Выводы по выполненной работе

Выводы по выполненной работе

При последовательном соединении постоянной величиной является….

При параллельном соединении постоянной величиной является….

При последовательном соединении общее напряжение ………….

При параллельном соединении общая сила тока……..

При последовательном соединении общее сопротивление….

При параллельном соединении общее сопротивление……..

R₁

R₂

V

A

A

A

R₁

R₂

V

A

Рис 5 рис 6

Контрольные вопросы:

1. Как соединяются лампы в осветительной сети дома? Докажите это свойствами этого соединения.

2. Какое соединение новогодних ламп в одной ветви гирлянды? Докажите это свойствами этого соединения.

Лабораторная работа № 14

Определение эдс и внутреннего сопротивления источника тока

Цель работы: Измерить эдс и вычислить внутреннее сопротивление источника тока.

Приборы и материалы: амперметр, вольтметр, ключ, провода, реостат, источник тока.

Сведения из теории

Схема электрической цепи, которую используют в этой лабораторной работе, показана на рисунке. В качестве источника тока в схеме используется аккумулятор или батарейка от карманного фонаря.

При разомкнутом ключе ЭДС источника тока равна напряжению на внешней цепи. В эксперименте источник тока замкнут на вольтметр, сопротивление которого должно быть много больше внутреннего сопротивления источника тока г. Обычно сопротивление источника тока мало, поэтому для измерения напряжения можно использовать школьный вольтметр со шкалой 0-6 В и сопротивлением Rв = 900 Ом (см. надпись под шкалой прибора). Так как сопротивление источника обычно мало, то действительно R_B>> г. При этом отличие ξ от U не превышает десятых долей процента, поэтому погрешность измерения ЭДС равна погрешности измерения напряжения.

Внутреннее сопротивление источника тока можно измерить косвенно, сняв показания амперметра и вольтметра при замкнутом ключе. Действительно, из закона Ома для замкнутой цепи получаем ξ = U + Ir, где U= IR - напряжение на внешней цепи. Поэтому . Для измерения силы тока в цепи можно использовать школьный амперметр со шкалой 0-2 А. Максимальные погрешности измерений внутреннего сопротивления источника тока определяются по формулам

Δr=r_прε_r

Выполнение работы

1. Подготовьте бланк отчета со схемой электрической цепи и таблицей (см. таблицу 6) для записи результатов измерений и вычислений.

Таблица 6

№ опыта

Измерено

Вычислено

U_пр, В

I_пр, А

ξ_пр, В

r_пр, Ом

1.

Вычисление погрешностей

Δ_иU, В

Δ_оU, В

ΔU, В

ε_U, %= ε_Е %

ΔI_и, А

ΔI_о, А

ΔI, А

ε_I, %

ε_r, %

Δr, Ом

2. Соберите электрическую цепь согласно рисунку.Проверьте надежность электрических контактов, правильность подключения амперметра и вольтметра.

3. Проверьте работу цепи при разомкнутом и замкнутом ключе.

А) Измерьте ЭДС источника тока при разомкнутом ключе.

Б) Снимите показания амперметра и вольтметра при замкнутом ключе и вычислите r_пр.

4. Вычислите абсолютную и относительную погрешности измерения ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока, используя данные о классе точности приборов.

_{, где ΔI = ΔиI+ ΔоI, ΔU= ΔЭДС = ΔиU+ ΔоU}

3. Запишите результаты измерений ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока:

ξ=ξ_пр ±Δξ, ε_Е = …%;

r=r_пр ±Δr, ε_r = …%;

Контрольные вопросы

1. Почему показания вольтметра при разомкнутом и замкнутом ключе различны?

2. Как повысить точность измерения ЭДС источника тока?

3. Можете ли вы предложить другие способы измерения ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока?

Лабораторная работа № 15

Снятие ВАХ металлов

Цель работы: исследовать зависимость силы тока, напряжения, сопротивления от длины проводника; исследовать зависимость силы тока, напряжения, сопротивления от площади поперечного сечения проводника; исследовать зависимость силы тока, напряжения, сопротивления от температуры проводника; построить ВАХ металлического проводника.

Приборы и материалы: 2 резистора, амперметр, вольтметр, источник тока, соединительные провода.

Сведения из теории

Вольт - амперная характеристика - это зависимость силы тока от напряжения, данная зависимость может быть записана математической формулой или задана графически. Данная зависимость устанавливается экспериментально, при этом необходимо выполнить несколько измерений значений силы тока и напряжения на одном и том же сопротивлении.

ЧАСТЬ 1

Выполнение работы

1. Собрать электрическую цепь по схеме, сопротивлением в этой схеме является длинный провод на деревянной подставке.

2. Изменяя длину провода, включенного в сеть, снимите показания силы тока, напряжения, занесите показания в таблицу.

3. Выполните расчеты сопротивления.

Таблица результатов.

№

L (м)

U(B)

I (A)

R =

1

0,1

2

0,2

3

0,3

4

0,4

5

0,5

4. СДЕЛАЙТЕ ВЫВОД ПО ЭКСПЕРИМЕНТУ.

ЧАСТЬ II

Выполнение работы

1. Собрать электрическую цепь по схеме, сопротивлением в этой схеме является длинный толстый провод на деревянной подставке.

2. Снимите показания силы тока, напряжения, занесите показания в таблицу.

3. Выполните расчеты сопротивления.

4. Возьмите из первой части результаты показаний силы тока, напряжения и сопротивления для длины провода 50 см, занесите их в данную таблицу как показания для тонкого провода.

Таблица результатов.

№

S (м²)

U(B)

I (A)

R =

1

тонкий

2

толстый

5. СДЕЛАЙТЕ ВЫВОД ПО ЭКСПЕРИМЕНТУ.

ЧАСТЬ III

1. Собрать электрическую цепь по схеме, сопротивлением в этой схеме является спираль нагревательного элемента.

2.Снимите показания силы тока, напряжения, занесите показания в таблицу для первоначального включения, затем дайте нагреться проводнику от прохождения электрического тока в течение 2-5 мин.

3.Выполните расчеты сопротивления.

Таблица результатов.

№

Температура

U(B)

I (A)

R =

1

холодный

2

горячий

2. СДЕЛАЙТЕ ВЫВОД ПО ЭКСПЕРИМЕНТУ.

ЧАСТЬ IV

1. Собрать электрическую цепь по схеме, для изменения напряжения, подаваемого на сопротивление, в этой схеме включается реостат .

А

2. Передвигая бегунок реостата, снимайте показания амперметра и вольтметра.

3. Выполните расчеты сопротивления.

4. Заполните таблицу результатов

№ опыта

1

2

3

4

5

6

I, А

U, В

R, Ом

I

U

Постройте график зависимости силы тока от напряжения.

5. СДЕЛАЙТЕ ВЫВОД ПО ЭКСПЕРИМЕНТУ.

Лабораторная работа № 16

Снятие ВАХ вакуума

Цель работы: научиться зажигать нить накала электронной лампы, найти анод и катод электронной лампы, доказать, что данные электроды являются анодом и катодом, снять ВАХ.

Приборы и материалы: источник тока, вольтметр, амперметр, соединительные провода, электронная вакуумная лампа, реостат.

Сведения из теории

Электронно-вакуумные приборы широко используются в радиотехнике, т.к. сила тока, протекающая в них не зависит от внешних условий. Вакуумные лампы имеют один недостаток: они потребляют больше энергии, чем приборы такого же назначения, т.к. для работы данных ламп необходимо первоначально накалить нить накала, чтобы разогреть катод. Разогретый катод начинает испускать электроны - это явление получило название термоэлектронная эмиссия.

Выполнение работы

1. Собрать цепь по схеме ( В данной цепи в качестве гальванометра используйте вольтметр).

А) подключить сначала нить накала. Какой особенностью обладает нить накала?

Б) Не снимая контактов с нити накала, подключите катод и анод лампы, для этого их необходимо найти. Каким свойством обладают эти электроды?

Поочередно используя каждую пару контактов, найдите эти электроды.

ЛСхема для снятия ВАХ

(Л -лампа, подключается по принципу, который описан в пункте 1)

2. Для снятия ВАХ подключите источник тока к реостату, последовательно к нему подключите амперметр, затем электронную лампу. Параллельно подключается вольтметр. ( На анод положительный полюс вольтметра, на катод - отрицательный)

3. Изменяя, напряжение в цепи с помощью реостата, проследите за изменением силы тока в цепи, данные занесите в таблицу, постройте график ВАХ.

Напряжение, U,В

Сила тока, I,А

I

U

Контрольные вопросы:

1. Какой должна быть зависимость силы тока от напряжения, чтобы выполнялся закон Ома?

2. Почему закон Ома не выполняется для вакуума?

Лабораторная работа № 17

Снятие ВАХ полупроводникового п-р перехода

ЧАСТЬ I

Исследование проводимости полупроводникового диода.

Цель работы: Исследовать проводимость диода при смене полярности(прямое и обратное включение диода),снять ВАХ диода.

Приборы и материалы: источник тока, соединительные провода, амперметр, вольтметр, полупроводниковый диод, терморезистор, фоторезистор, реостат.

Сведения из теории

Полупроводник - вещество, у которого удельное сопротивление может изменяться в широких пределах и очень быстро убывает с повышением температуры, а это значит, что электрическая проводимость (1/R ) увеличивается, такое явление наблюдается у кремния, германия, селена и у некоторых соединений.

Кристаллы полупроводников имеют атомную кристаллическую решетку, где внешние электроны связаны с соседними атомами ковалентными связями.
При низких температурах у чистых полупроводников свободных электронов нет, и он ведет себя как диэлектрик. Если полупроводник чистый( без примесей), то он обладает собственной проводимостью, которая невелика.
Собственная проводимость бывает двух видов:
1) электронная ( проводимость "n " - типа)
При низких температурах в полупроводниках все электроны связаны с ядрами и сопротивление большое; при увеличении температуры кинетическая энергия частиц увеличивается, рушатся связи и возникают свободные электроны - сопротивление уменьшается.

2) дырочная ( проводимость " p" - типа )
При увеличении температуры разрушаются ковалентные связи, осуществляемые валентными электронами, между атомами и образуются места с недостающим электроном - "дырка".
Она может перемещаться по всему кристаллу, т.к. ее место может замещаться валентными электронами. Перемещение "дырки" равноценно перемещению положительного заряда.
Перемещение дырки происходит в направлении вектора напряженности электрического поля. Кроме нагревания, разрыв ковалентных связей и возникновение собственной проводимости полупроводников могут быть вызваны освещением ( фотопроводимость ) и действием сильных электрических полей

Выполнение работы

1. Собрать цепь по схеме.

2. Поменяйте полярность тока на диоде и проверьте, если ток в этом случае.

3. Сравните показания силы тока в первом и во втором случай, сделайте вывод. При какой полярности тока на диоде сила тока в цепи не равна нулю? Определите область п - типа и область р- типа полупроводников)

4. Для снятия ВАХ проводимости диода соберите цепь по схеме:

5. Данные занесите в таблицу

Напряжение, U,В

Сила тока, I,А

I

U

Выполняется ли закон Ома для участка цепи, на котором включен диод?

ЧАСТЬ II

Исследование проводимости полупроводникового терморезистора.

Цель работы:

• Исследовать проводимость терморезистора.

• Снять ВАХ терморезистора.

• Выстроить график зависимости сопротивления от температуры.

Выполнение работы

1. Собрать цепь по схеме

2. Первоначально определите значение силы тока и напряжения после включения терморезистора.

3. Затем изменяя температуру терморезистора - опустите его в горячую воду- проведите замеры силы тока и напряжения

4. По полученным данным заполните таблицу

5. Данные занесите в таблицу

Сила тока I, A

Напряжение U,B

Сопротивление R,Ом

5. По данным постройте график зависимости сопротивления от температуры.

ЧАСТЬ III

Исследование проводимости полупроводникового фоторезистора.

Цель работы:

• Исследовать проводимость фоторезистора от света

1.Собрать цепь по схеме

2. Ограничьте поступление света на фоторезистор.

3. Сделайте вывод. (Как зависит сила тока и сопротивление фоторезистора от освещенности?)

Контрольные вопросы:

1. От каких величин зависит сила тока в полупроводниковых приборах?

2. Какое сходство проводимости вакуума и полупроводников?

Лабораторная работа № 18

Построение ВАХ жидкостей

ЧАСТЬ I

Исследование проводимости жидкости

Цель работы: Исследовать проводимость жидкости: определение зависимости силы тока в жидкости от расстояния между электродами, от глубины погружения электродов в электролит, от концентрации раствора, от температуры раствор. Снять ВАХ жидкости.

Приборы и материалы: источник тока, амперметр, вольтметр, электролитическая ванна, электроды, реостат.

Сведения из теории

Жидкости по степени электропроводности делятся на: диэлектрики дистиллированная вода), проводники (электролиты),(расплавленный селен).

Электролит - это проводящая жидкость (растворы кислот , щелочей, солей и расплавленные соли). Электролитическая диссоциация
(разъединение) при растворении в результате теплового движения происходят столкновения молекул растворителя и нейтральных молекул электролита.
Молекулы распадаются на положительные и отрицательные ионы.
Например, растворение медного купороса в воде.

Ион - это атом или молекула, потерявшая или присоединившая к себе один или несколько электронов;
- существуют положительные ( катионы ) и отрицательные ( анионы ) ионы.

Ионная проводимость - упорядоченное движение ионов под действием внешнего эл.поля; существует в электролитах; прохождение эл.тока связано с переносом вещества.

Электронная проводимость - также в небольшой мере присутствует в электролитах, но в основном характеризует электропроводимость жидких металлов.
Ионы в электролите движутся хаотически до тех пор, пока в жидкость не опускаются электроды, между которыми существует разность потенциалов. Тогда на хаотическое движение ионов накладывается их упорядоченное движение к соответствующим электродам и в электролите возникает эл. ток.

Выполнение работы

1. Собрать цепь по схеме.

2. Увеличьте концентрацию раствора и пронаблюдайте за показаниями приборов, сделайте вывод по проводимости электрического тока в данном эксперименте.

3. Увеличьте расстояние между электродами, снимите показания приборов, сделайте вывод по проводимости электрического тока в данном эксперименте.

4. Измените глубину погружения электродов в ванну, снимите показания приборов, сделайте вывод по проводимости электрического тока в данном эксперименте.

5. Измените температуру раствора, для этого погрузите электролитическую ванну в горячую воду, через несколько минут температура повысится, снимите показания приборов, сделайте вывод по проводимости электрического тока в данном эксперименте.

ЧАСТЬ II

Снятие ВАХ жидкости

1. Дополните предыдущую схему реостатом. Изменяя напряжение, подаваемое на анод и катод, снимите показания силы тока. Данные занесите в таблицу.

№

Напряжение, U,B

Сила тока I, A

Сопротивление, R, Ом

1

2

3

4

5

2. Постройте графики зависимости

А) силы тока от напряжения

Б) силы тока от сопротивления

3. Сделайте вывод по ВАХ тока в жидкости.

Контрольные вопросы:

1. Почему налет металла можно обнаружить только на катоде?

2. Почему при прохождении электрического тока в жидкости некоторые катоды разрушаются?Лабораторная работа № 19

Определение заряда электрона

Цель работы: Определить величину заряда электрона, используя закон Фарадея для электролиза.

Приборы и материалы: стакан с раствором медного купороса, источник постоянного тока, реостат, ключ, амперметр, соединительные проводники, лабораторные весы с разновесом, часы, медные пластины на изолирующей крышке, часы.

Сведения из теории

Для проведения эксперимента можно использовать водный раствор сульфата меди ( CuSO), а в качестве электродов - медные пластины.

Заряд электрона может быть определён по формуле

е = МIt/mnN, (1)

полученной из закона Фарадея для электролиза. Здесь m - масса выделившейся на катоде меди, М - малярная масса меди, n - валентность меди, N - число Авогадро, I - сила тока, t - время прохождения тока через электролит.

Масса выделившейся на катоде меди определяется путём взвешивания катода до и после электролиза m = m- m.

Для измерения силы тока используют амперметр лабораторный, время измеряют часами.

Время электролиза рекомендуется не менее 20 минут. Реостат в цепи необходим для регулирования силы тока.

Выполнение работы

1.Изобразите схему опыта.

2. Взвесьте предварительно электрод. В цепи он должен быть катодом (отрицательным электродом).

3. Опустите электроды в стакан с раствором медного купороса, соберите электрическую цепь по схеме.

4. Замкните ключ, установите с помощью реостата силу тока не более 1 А. Проводите электролиз в течение 20 минут.

5. По окончании опыта разомкните ключ, выньте, обсушите катод и взвесьте его.

6. Определите массу выделившейся на катоде меди и подставьте

в формулу (1).

7. Вычислите относительную ε = 2∆m/ m- m. + ∆I/I + ∆t/t

и абсолютную ∆e =e∙ε погрешности.

8. Запишите результат измерения заряда электрона:

e =e± ∆e

9. Сравните полученный результат с табличным значением и сделайте вывод.

Контрольные вопросы:

1.Определить сколько времени длится никелирование, если сила тока 2,5 А , а масса выделенного вещества 1,8 гр.

2.Определить какое количество заряда было пронесено через электролит, если на электроде за 2 часа выделилось 2 грамма серебра.

Лабораторная работа № 20

Изучение магнитного поля тока

Цель работы: Изучить свойства магнитного поля.

Приборы и материалы: катушка, источник тока, магнит, магнитная стрелка, металлические опилки.

Сведения из теории

Первые упоминания о постоянных магнитах и их использовании в устройствах типа компаса встречаются в древнекитайских летописях, возраст которых составляет не менее 2000 лет. О некоторых свойствах магнитов были осведомлены и древние греки. Само название «магнит» предположительно происходит от названия города Магнезия в Малой Азии, где добывались магнетитовые руды. Одной из важнейших вех в истории физики магнитных явлений стало осуществление в 1820 году опыта Эрстеда с магнитной стрелкой, фактически подтолкнувшего учёных к созданию единой теории электромагнитных взаимодействий. В том же году А. М. Ампер высказал гипотезу молекулярных токов. В 1831 году М. Фарадей открыл закон электромагнитной индукции и впервые ввёл в обращение термин «магнитное поле».

Выполнение работы

Опыт 1.Опыт Эрстеда. Собирается электрическая цепь из последовательно, соединенных источника тока, ключа, резистора. Около проводника ставят магнитную стрелку.

( Используется катушка, металл и Эл.ток)

Вывод:…………………

Опыт 2: Используется 2 прямых длинных невесомых проводника, расположенных вертикально, источник тока. Включают ток в двух ситуациях:

А) токи имеют противоположное направление,

Б) токи имеют одинаковое направление.

Вывод: ………………

Опыт 3. Опыт может быть выполнен в трех вариантах: катушка и постоянный магнит, 2 катушки с током, катушка и прямой провод). Включается ток и наблюдается действие магнита на проводник с током.

Выводы: ………….

Опыт 4. Расположение магнитной стрелки в магнитном поле проводника. (катушка и магнитная стрелка)

1. Магнитная стрелка располагается перпендикулярно проводнику.

2. Плоскость проводника и стрелки взаимно перпендикулярны.

Выводы:…………….

Опыт 5. Наблюдение линий магнитной индукции магнитного поля тока. ( опыт с катушкой на подставке и магнитными опилками)

Выводы:……

Контрольные вопросы:

1. Поток электронов, летящий от электронной пушки к экрану, телевизора управляется катушками с током. Объясните принцип действия этой системы.

2. Магнитное поле Земли приходит в изменение под действием солнечного излучения. Почему изменяется магнитное поле Земли?

Лабораторная работа № 21

Изучение треков заряженных частиц в магнитном поле

Цель работы: Провести идентификацию заряженной частицы по результатам сравнения треков неизвестной и известной частицы. Определить заряд, массу и название частицы.

Приборы и материалы: фотографии с треками заряженных частиц, линейка, карандаш.

Сведения из теории

Метод изучения частиц по трекам был разработан в 1928 г. физиками А.П. Ждановым и Л.В. Мысовским. Его сущность заключается в использовании специальных фотоэмульсий для регистрации заряженных частиц. Пролетающая сквозь фотоэмульсию быстрая заряженная частица действует на зерна бромистого серебра и образует скрытое изображение. При проявлении фотопластинки образуется трек. После исследования трека оценивается энергия и масса заряженной частицы.

Преимущество метода: с его помощью получают не исчезающие со временем следы частиц, которые могут быть тщательно изучены.

Сегодня широкое применение нашли полупроводниковые детекторы, регистрирующие заряженные частицы, возникающие при излучениях.

Выполнение работы

I Начертить на чертеже вектор магнитной индукции магнитного поля и направление скорости частицы. По условию: частицы влетают перпендикулярно плоскости чертежа.

На фотографии треков частиц изображен трек протона 1 и трек неизвестной частицы 2.

2.Линии магнитной индукции перпендикулярны плоскости чертежа.

1. Начальные скорости обеих частиц направлены перпендикулярно плоскости края фотографии, первоначальные скорости частиц одинаковы по модулю.

II. Определить радиус дуги трека.

1. Отметить на треке протона три точки А , В , С.

2. Провести отрезки АВ, ВС.

3. Провести серединные перпендикуляры к отрезкам АВ и ВС.

4. Точка пересечения перпендикуляров - это центр дуги окружности.

5. Определите радиус дуги окружности трека протона.

6. Аналогичную работу выполнить для второго трека.

III. Расчеты.

1.По второму закону Ньютона.

F =ma, где а - центростремительное ускорение a =

F - сила Лоренца F = qBv sin

m = qBv sin

(1) =

2. Записать

А) выражение (1) для протона и неизвестной частицы,

Б) выполнить деление этих выражений, учитывая что m_p = 1,67 *10^-27 кг и q _p = 1,6*10^-19 Кл сделайте выводы о неизвестной частице.

3. Вывод.

Контрольные вопросы:

1.Чем будут отличаться треки протонов и электронов в одном и том же магнитном поле?

2.Какая сила вызывает поворот частицы в магнитном поле?

3.Назовите, начертите и покажите правило, по которому определяется данная сила..

Лабораторная работа № 22

Изучение явления электромагнитной индукции

Цель работы: изучить явление электромагнитной индукции, рассмотреть основные свойства явления.

Приборы и материалы: катушка, амперметр, соединительные провода, магнит, источник тока , вторая катушка, ключ, реостат.

Сведения из теории

Явление возникновения электродвижущей силы в проводящем контуре при изменении магнитного потока сквозь поверхность этого контура называется электромагнитной индукцией. Это явление было открыто Майклом Фарадеем в 1831 г. Возникающий при этом в замкнутом контуре ток называется индукционным.

В цепи появляется электрический ток, если на свободные заряды действуют сторонние силы. Работа этих сил при перемещении единичного положительного заряда вдоль замкнутого контура называют электродвижущей силой (ЭДС). При изменении магнитного потока, проходящего через ограниченную контуром поверхность, в нем возникает ЭДС индукции .

Закон Фарадея для явления электромагнитной индукции можно сформулировать так: ЭДС индукции в замкнутом контуре пропорциональна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром, и числу витков в контуре N.

Знак минус означает, что индукционный ток в замкнутом контуре всегда имеет такое направление, при котором его магнитное поле противодействует изменению магнитного потока, вызывающего этот индукционный ток.

Выполнение работы

1. Соберите установку для наблюдения явления ЭМИ.

2. Пронаблюдайте, от каких параметров зависит сила, возникающего тока и его направление.

3. Замените в установке магнит на катушку с током и получите ток в опытной катушке.

Контрольные вопросы:

1.Каковы условия получения индукционного тока?

2.Почему не возникает тока в катушке, если во вторичной катушке протекает постоянный ток?

3. Приведите примеры применения явления ЭМИ.

Лабораторная работа № 23

Исследование зависимости силы тока от электроемкости конденсатора в цепи переменного тока

Цель работы: рассчитать действующее значение силы переменного тока в цепи с конденсатором известной электроёмкости; выполните измерение силы тока в этой цепи; сравните расчётные и экспериментальное значение силы тока.

Приборы и материалы: Источник переменного напряжения (6В), конденсатор бумажной (6мкф), миллиамперметр переменного тока, вольтметр переменного тока, омметр, соединительные провода.

Сведения из теории

Два проводника, разделённые слоем диэлектрики обладают электроёмкостью С. При подаче переменного напряжения между такими проводниками перенос электрических зарядов сквозь диэлектрик не , периодически повторяющиеся процессы зарядки и разрядки конденсатора приводят к возникновению переменного тока в цепи, содержащей конденсатора. Действующее значение силы тока I_д в этой цепи определяется значение электроёмкости С, частотой ωׂвынужденных колебаний силы тока в цепи и действующим значениям напряжения U на обкладках.

V

A

A

A

~6в

C

Iд =U ωC (1)

Данное равенство справедливо если можно пренебречь активным сопротивлением R остальных участков цепи, то есть если

Xc = 1/ ωC = 1/ 2πfC >> R , (2)

Таким образом, рассчитав силу тока по формуле(1) можно сравнить полученное значение с показателем миллиамперметра, предварительно убедившись в справедливости неравенства (2).

Выполнение работы

1. Соберите электрическую цепь по схеме, представленной на рисунке, выполните измерение силы тока в цепи Iд. экспериментальное при напряжении 6В.

2. Вычислите ёмкостное сопротивление Хс конденсатора на частоте 50гц по формуле (2).

3. Рассчитайте действующее значение силы тока Iд в цепи с конденсатором при подаче его обкладки переменного напряжения 6В .

4. Измерьте с помощью омметра электрическое сопротивление R проводящих проводов и амперметра.

5. Вычислите абсолютную и относительную погрешности экспериментального измерения силы тока в цепи Iд._Э и теоретического значения I_д .

6. Результаты измерений и вычислений занесите в отчётную таблицу 1.

U,B

F,Гц

С,Ф

Xc,

Ом

R

Ом

I_э, A

I_л, А

ΔI

ε_I

Контрольные вопросы:

1.Запишите закон Ома для цепи переменного тока с конденсатором и катушкой.

2. Запишите формулу собственной частоты колебаний.

3. В каких фазах колеблются сила тока и напряжение при наличии емкостного сопротивления в цепи переменного тока?

Лабораторная работа № 24

Измерение индуктивности катушки

Цель работы: вычислить индуктивное сопротивление катушки и ее индуктивность по результатам измерений напряжений на катушке и силы тока в цепи.

Приборы и материалы: Источник переменного напряжения (6В), катушка разборного трансформатора, вольтметр и миллиамперметр переменного тока, соединительные провода, ключ однополюсной, омметр

Сведения из теории

Индуктивное сопротивление катушки переменному току с частотой ω равно:

Х_L=ωL=2πfL (1)

Если активное сопротивление обмотки катушки значительно меньше индуктивного сопротивления катушки переменному току (RX_L), то зависимость между действующими значениями силы тока в катушке и напряжения, приложенного к концам ее обмотки, определяется выражением:

I= U /Х_L= U/2πfL (2).

Цель данной работы - измерить индуктивное сопротивление и определить индуктивность катушки. Эта задача осложняется тем обстоятельством, что наряду с индуктивным сопротивлением, катушка обычно обладает еще активным сопротивлением R.

Для определения индуктивного сопротивления катушки Х_L можно определить ее полное сопротивление переменному току Z, измерив действующие значения переменного напряжения на концах катушки U и силу тока I в ней: Z= U /I (3)

Затем, используя выражение Z= = Х_L ² (так как Х_С =0), можно найти индуктивное сопротивление катушки: Х_L = (4). Активное сопротивление R катушки К можно измерить в отдельном опыте с помощью омметра.

Выполнение работы

1. Соберите электрическую цепь

2. Выполните измерение силы тока I в цепи при напряжении 6В. Вычислите полное сопротивление катушки Z по формуле (3).

3. Выключите переменное напряжение и измерьте активное сопротивление катушки R омметром.

4. По результатам измерений полного Z и активного R сопротивление катушки вычислите ее индуктивное сопротивление Х_L по формуле (4) и индуктивность L из формулы (1).

5. Вычислите относительную погрешность измерений индуктивности по формуле

ε L=^.100%

где L_таб.=0,03 Гн.

6. Результаты занести в таблицу 1.

Таблица 1

ν, гц

U,в

I,А

Z, Ом

R, Ом

Х_L, Ом

L, Гн

ε L, %

Контрольные вопросы:

1.По какой формуле можно вычислить индуктивное сопротивление катушки переменного тока?

2. Как изменится индуктивное сопротивление, если увеличить индуктивность катушки? Как изменится индуктивное сопротивление, если увеличить частоту переменного тока?

Лабораторная работа № 25

Определение показателя преломления стекла

Цель работы: Опытным путем определить показатель преломления света.

Приборы и материалы: стеклянная призма, луч света от любого источника, экран с щелью для выделения луча света.

Сведения из теории

Рассмотрим луч света, падающий на границу раздела двух сред: стекла с коэффициентом преломления n=1,5 и воздуха с коэффициентом преломления n=1. Часть света будет отражаться от границы раздела сред, а часть света будет проходить через границу, испытывая преломление. Суммарная энергия отраженного и преломленного луча в точности равна энергии падающего луча, но соотношение интенсивностей этих лучей будет зависеть от разницы показателей преломления сред, угла падения и поляризации падающего луча.

Выполнение работы

1. Собрать установку для проведения эксперимента: лампочку расположить до экрана с щелью. Выделить узкий и длинный пучок света. На пути пучка положить призму и повернуть ее так, чтобы было видно отчетливо преломление светового луча.(рис.1)

2. Отметьте точки до преломления луча: А,В и после преломления луча: С.Д.

ДЛЯ РАБОТЫ С ЧЕРТЕЖОМ НА ЛИСТЕ БУМАГИ ВЫПОЛНИТЕ ДЕЙСТВИЯ:

1. Обвести на листе бумаги призму(в тетради)

2. Отметить на листе бумаги точки падения луча А, В.

3. Отметить на листе точки выхода луча из призмы С,Д.

4. Соединить точки А и В , провести линию до призмы - получим точку падения луча на призму.

5. Соединить точки С и Д, провести линию до призмы - получим точку выхода луча из призмы.

6. Соединить точки падения и точки выхода луча из призмы, получим преломленный луч.

7. Проведите перпендикуляр в точку падения луча.

8. Определите угол падения и угол преломления с помощью транспортира: ά = γ=

Вычисления: Вычислите показатель преломления по формуле

n =

Вывод: ……………….

Контрольные вопросы:

1. Что означает полученное число?

2. Какие характеристики волны изменяются при переходе из воздуха в стекло? С чем связано изменение характеристик волны при переходе из воздуха в стекло? Зависит ли показатель преломления от угла падения?

Лабораторная работа № 26

Изучение интерференции и дифракции света

Цель работы: Пронаблюдать явление интерференции света, зарисовать картину интерференции в проходящем и отраженном свете. Зарисовать ход световых лучей, дающих картину интерференции в

А) проходящем свете,

Б) отраженном свете.

Приборы и материалы: стеклянные пластины, лампа, штангенциркуль, капроновая лента, компьютерные диски, перо птицы.

Сведения из теории

Интерференция - явление характерное для волн любой природы: механических, электромагнитных. "Интерференция волн - сложение в пространстве двух (или нескольких) волн, при котором в разных его точках получается усиление или ослабление результирующей волны". Для образования устойчивой интерференционной картины необходимы когерентные (согласованные) источники волн. Когерентными называются волны, имеющие одинаковую частоту и постоянную разность фаз ν₁ = ν₂,

• условия максимума (∆d =kλ) ,

• условия минимумов (∆d =kλ/2) где k=0; ± 1; ± ± 3;… (разность хода волн равна четному числу полуволн - произойдет усиление)

• Интерференционная картина - регулярное чередование областей повышенной и пониженной интенсивности света. Интерференция света - пространственное перераспределение энергии светового излучения при наложении двух или нескольких световых волн. Следовательно, в явлениях интерференции и дифракции света соблюдается закон сохранения энергии. В области интерференции световая энергия только перераспределяется, не превращаясь в другие виды энергии. Возрастание энергии в некоторых точках интерференционной картины относительно суммарной световой энергии компенсируется уменьшением её в других точках (суммарная световая энергия - это световая энергия двух световых пучков от независимых источников).
  Светлые полоски соответствуют максимумам энергии, темные - минимумам.

Дифракция - явление отклонения волны от прямолинейного распространения при прохождении через малые отверстия и огибании волной малых препятствий. Условие проявления дифракции: d < λ, где d - размер препятствия, - длина волны. Размеры препятствий (отверстий) должны быть меньше или соизмеримы с длиной волны. Существование этого явления (дифракции) ограничивает область применения законов геометрической оптики и является причиной предела разрешающей способности оптических приборов. Дифракционная решетка - оптический прибор, представляющий собой периодическую структуру из большого числа регулярно расположенных элементов, на которых происходит дифракция света. Штрихи с определенным и постоянным для данной дифракционной решетки профилем повторяются через одинаковый промежуток d (период решетки). Способность дифракционной решетки раскладывать падающий на нее пучок света по длинам волн является ее основным свойством. Различают отражательные и прозрачные дифракционные решетки.

Выполнение работы

Наблюдение интерференции

1. Взять два стекла, хорошо их протереть и плотно прижать друг к другу. (Для этого несколько раз проведите поверхностью одного стекла по поверхности другого стекла). Пальцы плотно прижимают стекла друг к другу.

2. Расположите стекла так, чтобы угол падения светового луча на стекло был больше 70⁰ , следовательно, угол отражения также будет более 70⁰ .

3. Ход лучей будет иметь вид - наблюдение картины в отраженном свете.

В этом прямоугольнике зарисуйте картину интерференционных полос.

4. Не изменяя прижатия пластин, поменяйте направление рассмотрения пластины - смотрите на пластину снизу, т.е. наблюдайте картину интерференции в проходящем свете.

Зарисуйте картину интерференции в проходящем свете.

Вычертите ход световых лучей.

Вывод.

( объясните образованные картины)

Наблюдение дифракция света:

1. Если посмотреть на яркий источник света, прищурившись сквозь собственные ресницы, то тоже можно наблюдать дифракцию.

2. Пронаблюдайте за картиной дифракции на лапках штангенциркуля или на раздвижной щели. Увеличивайте и уменьшайте ширину щели. Опишите наблюдаемый эффект.

3. Пронаблюдайте явление дифракции на тонкой нити. (Для удобства ее лучше закрепить на рамке).

4. Перо птиц (самые тонкие ворсинки) Тоже можно использовать как дифракционную решетку, т. к. расстояние между ворсинками и их размеры соразмерны с длиной световой волны.

5. Лазерный диск представляет собой отражательную дифракционную решетку, бороздки на котором расположены настолько близко, и представляют собой преодолимое препятствие для световой волны.

6. Капроновая решетка, которую мы изготовили специально для данной лабораторной работы, в силу тонкости ткани и близости расположения волокон представляет собой хорошую двухмерную дифракционную решетку.

Контрольные вопросы:

1.Чем отличается картина интерференции в отраженном и проходящем свете?

2.Почему исчезает картина дифракции при увеличении ширины щели.

3.Почему микроскоп имеет определенную разрешающую способность?

Лабораторная работа № 27

Определение длины световой волны с помощью дифракционной решетки

Цель работы: Пронаблюдать дифракции света с помощью дифракционной решетки. Вычислить длину световой волны, используя дифракционную решетку.

Приборы и материалы: Источник света, оптическая скамья, дифракционная решетка, штатив.

Сведения из теории

Дифракционная решетка - это прибор, предназначенный для разложения света в спектр. Она представляет собой плоскую стеклянную или металлическую поверхность, на которой через строго определенные расстояния специальным резцом нарезаны узкие шероховатые бороздки (штрихи), не пропускающие свет (рис. 3.1). Сумма ширины ненарушенного промежутка и ширины бороздки называется постоянной решетки d (или периодом решетки). На стеклянных решетках наблюдения можно производить как в проходящем, так и в отраженном свете, на металлических - только в отраженном. Наиболее типичные дифракционные решетки, которые используются для работы в видимом диапазоне спектра (l = 390 - 780 нм) имеют от 300 до 1600 штрихов/мм. Дифракционные решетки изготавливают также, делая фотокопии и голограммы с решетки - оригинала.

Gnλ= dsin

Здесь (см. рис.1) d-период дифракционной решётки; - угол, под которым виден световой максимум (угол дифракции). Так как углы дифракции, как правило, малы, то для них можно принять sin = tg , a tg = a/b (рис. 1). Поэтому

n λ = d a / b (3)

λ = d a / n b (4)

В данной работе эту формулу используют для вычисления длины световой волны.

Белый свет по составу - сложный.. Нулевой максимум для него белая полоса, а максимумы высших порядков представляют собой набор семи цветных полос, совокупность которых называют спектром соответственно 1,2... порядка (см. рис. 2).

Получить дифракционный спектр можно, используя прибор для определения длины световой волны (рис.3). Прибор состоит из бруска 1 со шкалой 2 (по ней определяется расстояние Ь). Вдоль бруска в боковых пазах его может перемещаться ползунок 3 с экраном 4 (по нему определяется расстояние а). К концу бруска прикреплена рамка 5, в которую вставляют дифракционную решетку.

Выполнение работы

1.Соберите установку согласно рисунку. Смотря через щель экрана на окно (люминесцентную лампу или на лампу накала).

2.Смотря через дифракционную решетку на экран, направить прибор на источник света.

3.Перемещением экрана со шкалой по продольной линейке добиться четкого изображения на экране спектров 1 и 2 -го порядка (Наилучшее расстояние b для получения точных результатов для данного прибора в пределах 10-20 см).

4.Определить расстояние от нулевого деления шкалы экрана до середины полоски нужного цвета (расстояние а). (Рис 4)

5.Измерить расстояние от решетки до экрана (b). (Рис 4)

6. Запишите в таблицу результатов показания с экрана и оптической скамье.

Gnλ= dsin (2)

№

d(м)

N

а (м)

b (м)

λ (м)

λ (%)

Цвет

1

2'

3

Контрольные вопросы:

1.Почему нулевой максимум дифракционного спектра белого света - белая полоса, а максимумы высших порядков - набор цветных полос?

2.Какова природа световых волн и звуковых волн?

3.Имеем графическое изображение красной, фиолетовой и желтой световой волны

(см. рис.5). Какой график, какой волне принадлежит ?

Лабораторная работа № 28

«Оценка опасности радиоактивных излучений»

Цель работы: Используя прибор дозиметр определить опасные радиоактивные излучения, окружающие человека: проверить радиационный фон здания, проверить радиационный фон продуктов питания, поступающих на стол человека,

Приборы и материалы: дозиметр, несколько видов круп, чая, кофе, овощей.

Сведения из теории

Основным источником естественной радиоактивности атмосферы является радиоактивный инертный газ радон, возникающий в результате альфа-распада радия (рис.1). Так как радий содержится в небольших количествах практически во всех почвах, повсюду из почвы в атмосферу выделяется радон. Наряду с радоном в атмосфере содержится радиоактивный газ торон (продукт альфа-распада тория), а также продукты их распада.

Рис. 1

Продукты распада урана и тория не являются стабильными изотопами. Они, в свою очередь, испытывают радиоактивный распад. На рис.1 приведена цепь радиоактивных превращений урана. Вся совокупность радиоактивных изотопов, возникающих в результате радиоактивных превращений урана, называется радиоактивным семейством урана. Убыль ядер этих изотопов в природе в результате радиоактивного распада постоянно пополняется за счет распада новых ядер.

Если все радиоактивные ядра сами собой распадаются, то возникают вопросы. Почему же на Земле, возраст которой не менее 4-5 млрд. лет до сих пор встречаются радиоактивные изотопы? Почему все радиоактивные ядра не распались? В поисках ответа на эти вопросы среди всех радиоактивных элементов заслуживают особого внимания уран и торий. Содержание их в земной коре составляет около 2,6 х10^-4 % и 1,2х10^-3 % от массы Земли. Знакомство с характеристиками радиоактивных изотопов объясняет загадку их существования.

Период полураспада радиоактивного изотопа урана равен 4,5 млрд. лет, а изотопа тория -14млрд. лет. Вот почему за время существования Земли эти изотопы распались лишь частично.

Человек с помощью органов чувств не способен обнаружить не только слабые и потому безвредные ионизирующие излучения, но даже и те, которые представляют для него серьезную опасность. Поэтому важной для практики является задача изучения свойств ядерных излучений, особенностей их взаимодействия с веществом, выяснения влияния ионизирующих излучений на человеческий организм и разработка приборов, способных регистрировать такого рода излучения, умело использовать готовые приборы для измерения ионизирующих излучений и сообщать окружающим о грозящей опасности.

Первоначально практическая радиационная дозиметрия обслуживала главным образом медицину. Измерение ионизации воздуха в рентгеновском кабинете привело к появлению дозиметрической величины - экспозиционной дозы Д , как меры ионизационного воздействия излучения на воздух.

• Единицей экспозиционной дозы в СИ является кулон/килограмм - Кл/кг. 1 Кл/кг - это экспозиционная доза излучения, при которой в 1 кг сухого воздуха при нормальных условиях (температура 20^оС, атмосферное давление 760 мм рт. ст.) создаются ионы, несущие заряд в 1 Кл (каждого знака).

• Единица дозы в 1 рентген определяется как экспозиционная доза излучения, при которой в 1 см³ сухого воздуха при нормальных условиях создаются ионы, несущие заряд каждого знака в одну единицу системы СГС (1 единица заряда в системе СГС равна 3,34х10^-10 Кл).

Значит, 1 рентген можно представить либо как число пар ионов, создаваемых в единице объема воздуха, либо как заряд, создаваемый в массе единицы объема воздуха. Поэтому рентген определяют следующим образом:

1 Р.=2,08х109 пар ионов/см3 или 1 Р.=2,58х10^-4 Кл/кг.

Первое соотношение получают путем деления электрического заряда (1ед.СГС=3,34х10^-10Кл) на заряд одного иона (1,6х10^-19 Кл).

Второе соотношение получают путем деления этого же заряда 3,34х10^-10 Кл на массу воздуха в 1 см³ , т.е. на 1,29х10^-6 кг.

• Доза, отнесенная к единице времени, называется мощностью дозы. Мощность дозы излучения радиоактивного препарата прямо пропорциональна его активности, обратно пропорциональна квадрату расстояния от него и зависит от вида излучающего изотопа. Например, препарат радия с интенсивностью излучения в 1 кюри на расстоянии 1 м от него имеет мощность дозы 1 Р/ч. Эти сведения необходимы для осознания и понимания тех цифр, которые фиксирует дозиметр на своем дисплее.

Все живые существа на нашей планете находятся под влиянием естественного радиационного фона. Он складывается не только из радиоактивного излучения горных пород и космических лучей, но и радиационного излучения веществ, поступающих вместе с пищей в организм человека.

Естественная радиоактивность продуктов питания сертифицирована Министерством здравоохранения. Ее измеряют в беккерелях на килограмм - Бк/кг. В пищевой промышленности за единицу удельной активности в системе СИ принята активность препарата, в котором происходит один распад в секунду, отнесенный к единице массы в 1 кг. Это и есть 1 Бк/кг. Из-за исключительной малости эта единица измерения используется сравнительно редко.

• Широкое применение имеет внесистемная единица - 1 кюри (Ки). 1 Ки=3,7х10¹⁰ Бк. Удельную радиоактивность измеряют в Ки/кг.

Ниже приведена таблица 2 сертифицированных продуктов питания с указанием естественной радиоактивности.

К естественной радиоактивности прибавляется радиоактивность техногенная. Обычно техногенное излучение разносится по большим площадям и становится малозаметным на фоне естественной радиации Земли и Космоса. Как источники внешнего облучения, такие излучатели уже не представляют для человека прежней опасности. Но, попадая в организм человека по пищевому тракту и дыхательным путям, они способны оставить такой след, который не мог бы возникнуть даже при самом сильном дискретном внешнем обучении. Вот почему санэпидемстанции (СЭС) даже сравнительно слабое радиационное излучение продуктов, продаваемых на рынках, не оставляют без внимания.

Выполнение работы

1. Дозиметром "Квартекс" проведите трехкратные измерения на каждой лестничной площадке и занесите их в таблицу 1.

Вывод: При удалении от подвального помещения радиационный фон становится меньше, причиной радиации является сырая земля и накопление радона в подвале.

2. Дозиметр настройте на режим оценки объемной активности радионуклидов в пробах, т.е. суммируйте средние значения на дисплее после двукратного срабатывания таймера в течение 10 минут.

3. Согласно регламента данного режима проведите измерения вначале фоновой активности, затем суммарной активности вместе с исследуемым продуктом и по приведенной в таблице формуле рассчитайте активность продукта. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу 3.

Выводы:

Контрольные вопросы:

1. Какое влияние оказывает высокая температура на радиоактивность?

2. От чего зависит высокая радиоактивность чая, сахарного песка, кофе, картофеля?

3. Почему радиоактивность выше при приближении к подвальным помещениям?

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Основные источники:

1. Генденштейн Л. Э., Дик Ю. И. Физика. Учебник для 10 кл. - М., 2012

2.Генденштейн Л. Э. Дик Ю. И. Физика. Учебник для 11 кл. - М., 2012

3. Громов С. В. Физика: Механика. Теория относительности. Электродинамика: Учебник для 10 кл. общеобразовательных учреждений. - М., 2010.

4.Громов С. В. Физика: Оптика. Тепловые явления. Строение и свойства вещества: Учебник для 11 кл. общеобразовательных учреждений. - М., 2010

5.Дмитриева В. Ф. Задачи по физике: учеб. пособие. - М., 2012.

6.Дмитриева В. Ф. Физика: учебник. - М., 2013.

7.Касьянов В. А. Физика. 10 кл.: Учебник для общеобразовательных учебных заведений. - М., 2013

8.Касьянов В. А. Физика. 11 кл.: Учебник для общеобразовательных учебных заведений. - М., 2013.

9.Самойленко П. И., Сергеев А. В. Сборник задач и вопросы по физике: учеб. пособие. - М., 2013

10.Самойленко П. И., Сергеев А. В. Физика (для нетехнических специальностей): учебник. - М., 2013

Дополнительные источники:

1.Г.Я. Мякишев, Физика 10 класс,2009 г

2. Г.Я Мякишев , Б.Б. Буховцев Физика 11 класс, 2008 г

3. Физика, 10 класс (Г. Я. Мякишев, Б. Б, Буховцев, Н. Н. Сотский) 2008

4. Физика. Задачник, 10-11 класс (А. П. Рымкевич) 2006

5.Физика. Электродинамика, 10-11 классы (Мякишев Г.Я., Синяков А.З., Слободсков Б.А.) 2005

6.Физика: Колебания и волны, 11 класс (Г. Я. Мякишев, А. З. Синяков) 2002

7.Физика, 11 класс (Касьянов В. А.) 2004

8.Физика: Оптика. Квантовая физика, 11 класс (Г. Я. Мякишев, А. З. Синяков) 2002

9.Физика, 11 класс (Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, В. М. Чаругин) 2010

10.Физика. Оптика. Квантовая природа света, 11 класс (А. И. Ромашкевич) 2009

11.Физика, 11 класс (Э.В. Коршак, О.И. Ляшенко, В.Ф. Савченко) 2012

Электронные ресурсы:

1.1С: Школа. Физика 7-11. Библиотека наглядных пособий.

2. Библиотека наглядных электронных пособий. Физика 7-11 классы.

3. Электронные уроки и тесты. Физика в школе. Молекулярная структура материи. Внутренняя энергия.

4. Уроки физики Кирилла и Мефодия 11 класс.

5. Учебное электронное издание «Физика: 7 - 11 классы».

6. Электронное приложение в учебнику «Физика. 10 класс» (Г.Я. Мякишев и др)

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1

Погрешности, возникающие при выполнении лабораторных работ

Пусть А,B,C некоторые физические величины. Погрешностью физической величины называется некоторая неточность, полученная при определении величины. При выполнении лабораторных работ некоторые величины будут получены при измерениях, другие при расчетах, поэтому погрешности бывают измерительными и косвенными (вычислительные). По методу расчета погрешности бывают абсолютные и относительные.
Тогда - приближённое значение физической величины, т.е. значение, полученное путём прямых или косвенных измерений, а - абсолютная погрешность измерения любой физической величины; таким образом
- абсолютная погрешность некоторой физической величины
- относительная погрешность измерения некоторой физической величины, например, :

- абсолютная инструментальная погрешность, определяемая конструкцией прибора (т.е. погрешность средств измерения; см. табл. 1).
- абсолютная погрешность отсчёта (получающаяся от недостаточно точного отсчёта 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 отсчёта при отсутствии других погрешностей:

Абсолютную погрешность измерения обычно округляют до одной значащей цифры
(); числовое значение результата измерений округляют так, чтобы его последняя цифра оказалась в том же разряде, что и цифра погрешности ().
Результаты повторных измерений некоторой физической величины , проведённых при одних и тех же контролируемых условиях и при использовании достаточно чувствительных и точных (с малыми погрешностями) средств измерения, обычно отличаются друг от друга. В этом случае находят как среднее арифметическое значение всех измерений, а погрешность (её называют случайной погрешностью) определяют методами математической статистики.
В школьной лабораторной практике такие средства измерения практически не используются. Поэтому при выполнении лабораторных работ необходимо определять максимальные погрешности измерения физических величин. Для получения результата достаточно одного измерения.
Для определения абсолютной инструментальной погрешности прибора надо знать его класс точности . Класс точности измерительного прибора показывает, сколько процентов составляет абсолютная инструментальная погрешность от всей шкалы прибора ():

Класс точности указывают на шкале прибора или в его паспорте (знак % при этом не пишут). Существуют следующие классы точности электроизмерительных приборов: 0,1; 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2,5; 4. Зная класс точности прибора () и всю его шкалу (), определяем абсолютную погрешность измерения физической величины этим прибором:

Абсолютная погрешность косвенных измерений определяется по формуле:

( выражается десятичной дробью).
Относительная погрешность косвенных измерений определяется так, как показано в табл. 2.

ОБРАЗЦЫ РАСЧЕТА ПОГРЕШНОСТЕЙ

Работа с погрешностями

I. ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ПОГРЕШНОСТЬ

Название величины (прибор)

Инструментальная погрешность Δ_и

Погрешность отсчета Δ_о

Абсолютная измерительная погрешность Δ

Сила тока I (А) (амперметр)

Δ_u I=0,05

Δ_о I= 0,05

ΔI=0,1

Напряжение U(В)

(вольтметр)

Δ_о U=±0,15

Δ_n U=0,1

Δ_n U=0,25

Длинна L(м)

(линейка)

Δ_u L=0,001 м

Δ_o L=0,0005м

Δ L=0,0015 м

Диаметр d(мм)

(штангенциркуль)

Δ_u d=0,05

Δ_о d=0,05

Δ d=0,1

Масса m (кг)

(Весами)

Δ_u m=0,01г=0,00001 кг

Δ_о m=0,005г=

0,000005 кг

Δ_u m=0,000015кг

Время t (с)

(секундомер)

Δ_иt=±1c

Δ _оt=0,5

Δt=1,5с

Сила F(Н)

динамометра

Δ_n F=0,05

Δ_о F=0,05

ΔF=0,1Н

II. ТАБЛИЦА РАСЧЕТНЫХ ПОГРЕШНОСТЕЙ

Формула Расчета

(%) - относительная погрешность вычислений

Δ - абсолютная

погрешность вычислений

ΔR = R*

_R

++

Δρ=ρ*

_ρ

ΔS=S* ℇ_S

P=IU

ΔP=P* ℇ_P

Δr=r*

_r

Приложение 2

Образец оформления лабораторной работы в тетради

Лабораторная работа № 1

Изучение законов прямолинейного неравномерного движения

Цель работы: Изучить законы кинематики прямолинейного движения. Измерить среднюю скорость, ускорение, начальную скорость.

Приборы и материалы: Штатив, желоб, секундомер, сантиметровая лента, шарик.

Ход работы:

1. Установили наклонную плоскость под углом 20⁰ к горизонту.

2. Измерили длину наклонной плоскости, это будет пройденный путь S

3. Запустили шарик по наклонной плоскости и засекли время движения шарика по наклонной плоскости t.

4. Время определили 4 раза для четырех запусков.

5. Результаты занесли в таблицу

   №

   V₀

   S,м

   t,с

   V , м/с

   a , м/c²

   1

   0

   2

   10

   4

   0,04

   2

   0

   2

   11

   3,52

   0,032

   3

   0

   2

   11

   3,52

   0,032

   4

   0

   2

   10

   4

   0,04

Вычисления: Выполнить расчет ускорения и скорости по формулам

,

Таблица погрешностей

Измерительная погрешность

Δ _иS

Δ _оS

Δ S

Δ _иt

Δ _оt

Δ t

_a

Δ_а= 0,04 +0,009

1мм

0,5мм

1,5мм

1

1

2

0,238

Вывод: вычислить среднее арифметическое v _ср = =3,76 м/с

Ответы на контрольные вопросы:

1. Назвать вид данного движения - равноускоренное движение

2.Привести примеры равноускоренного движения из жизни - пример движения лыжника с горки

3.Вывести формулу для определения времени этого движения через ускорение и путь. t = для данного случая, при начальной скорости равной нулю.

12