Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика

Раздел Физика
Класс -
Тип Другие методич. материалы
Автор
Дата
Формат doc
Изображения Есть
For-Teacher.ru - все для учителя
Поделитесь с коллегами:

Відокремлений підрозділ

Національного університету біоресурсів і природокористування України

«Бахчисарайський коледж будівництва, архітектури та дизайну»



Робочий зошит

для виконання лабораторних робіт з дисципліни

«Загальна фізика»

для студентів

освітньо-кваліфкаційного рівня молодшого спеціаліста

за напрямом підготовки 6.0601 «Будівництво»

із спеціальності 5.06010101 «Будівництво та експлуатація

будівель і споруд»


Упорядкував викладач - методист

Мариніч Н.М.


Бахчисарай 2013

Рекомендовано цикловою комісією напряму «Будівництво та експлуатація будівель і споруд» протокол № 5 від 15 січня 2013року

Укладач: Н.М. Мариніч - викладач - методист ВП НУБіПУкраїни

«Бахчисарайський коледж будівництва,

архітектури та дизайну», вища категорія

Рецензент: Акімьшина С.П. - методист Симферопольского

автотранспортного технікуму, викладач -

методист,вища категорія

Методичні рекомендації щодо виконання лабораторних робіт з курсу «Загальна фізика»: Посібник / Упоряд.:Н.М.Мариніч - Бахчисарай.:ВПНУБіПУ «БКБА та Д», 2013.- 53 с. укр. м.

Посібник містить опис лабораторних робіт з курсу загальної фізики, які виконуються під час вивчення курсу фізики. Кожна робота супроводжується ґрунтовним викладенням теоретичного матеріалу, необхідного для вмотивованого виконання вимірювань та розрахунків. Детальні та проілюстровані пояснення процесу виконання робіт дозволяють підвищити ступінь самостійності студента на лабораторних заняттях, що значно підвищує ефективність бригадного методу виконання робіт.

Для студентів вищих навчальних закладів I-II рівнів акредитації за напрямом підготовки 5.06010101 «Будівництво та експлуатація будівель і споруд»

Зміст

  1. Вступ ____________________________________________стор. 4

  2. Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з физики____________________________________________стор.5

  3. Лабораторна робота № 1_____________________________стор.11

  4. Лабораторна робота № 2_____________________________стор.19

  5. Лабораторна робота № 3_____________________________стор.26

  6. Лабораторна робота № 4_____________________________стор.33

  7. Лабораторна робота № 5_____________________________стор.39

  8. Лабораторна робота № 6_____________________________стор.41

  9. Лабораторна робота № 7_____________________________стор.49

  10. Література ________________________________________стор. 54





Вступ

Викладання фізики, в якому

експеримент не складає основи і

наріжного каменя всього викладу

повинно бути визнано даремним і

навіть шкідливим.

О.Д. Хвольсон

В даному посібнику міститься комплект інструкцій для виконання лабораторних робіт з курсу Загальної фізики для студентів І курса вищих навчальних закладів І-II рівнів акредитації зі спеціальністі 5.06010101 «Будівництво та експлуатація будівель та споруд», передбачених чинною програмою, затвердженої Міністерством аграрної політики України, Науково-методичним центром аграрної освіти від 25 березня 2010 р.

Всі роботи мають чітку структуру та мету, таблицю обладнання. Кожна робота добре ілюстрована і має малюнки і схеми, які допомагають скласти установку і провести експеримент.

Мета навчального посібника полягає в тому, щоб навчити студента самостійно користуватися основними вимірювальними приладами і познайомитись з методами вимірювань різних фізичних величин, які використовуються в курсі Загальної фізики.

Опис робіт починається з теоретичних відомостей. Вони складені так, щоб студенти, які уже прослухали матеріал на лекціях, мали чітке уявлення про сутність фізичних явищ, що вивчаються, і метод вимірювань, який застосовується в лабораторній роботі. Після теоретичних відомостей надається опис вимірювальної апаратури. В подальшому наводяться завдання, які регламентують послідовність виконання роботи студентів при проведенні вимірювань. В кінці кожної роботи містяться контрольні питання.

Організоване за допомогою посібника навчання сприяє розвитку експериментальних умінь, викликає потребу в здобутті нових знань, розвиває творче мислення студентів.

Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з фізики

Метою проведення лабораторних робіт є:

  • закріпити і поглибити теоретичний програмний матеріал;

  • оволодіти практичними навичками роботи у фізичній лабораторії;

  • ознайомитися з темою, метою та завданням лабораторної роботи;

  • зацікавити студентів до подальшої лабораторно-дослідницької роботи;

  • набути необхідних знань, навичок і вмінь для подальшого вивчення фізики.

Правильно організовані лабораторні заняття мають важливе виховне та практичне значення і орієнтовані на вирішення наступних завдань:

  • поглиблення, закріплення і конкретизацію знань, отриманих на заняттяхз фізики і в процесі самостійної роботи;

  • формування практичних умінь і навичок, необхідних в майбутній професійній діяльності;

  • розвитку умінь спостерігати та пояснювати явища, що вивчаються;

  • розвитку самостійності тощо.

Етапи підготовки та проведення лабораторних робіт

  1. Попередня підготовка до лабораторної роботи полягає у вивченні студентами теоретичного матеріалу у відведений для самостійної роботи час, ознайомлення з інструктивними матеріалами з метою усвідомлення завдань лабораторної роботи, техніки безпеки.

  2. Консультування студентів викладачем з метою надання вичерпної інформації, необхідної для самостійного виконання запропонованих викладачем завдань, ознайомлення з правилами техніки безпеки при роботі в лабораторії.

  3. Попередній контроль рівня підготовки студентів до виконання конкретної роботи.

  4. Самостійне виконання студентами завдань відповідно до окресленої навчальною програмою тематики.

  5. Опрацювання, узагальнення отриманих результатів лабораторної роботи і оформлення індивідуального звіту.

І. Підготовка до роботи

  1. Ознайомитись з інструкцією і з'ясувати мету роботи.

  2. Повторити теоретичний матеріал, який стосується даної роботи.

  3. Підготуватись до додаткового завдання, тобто відповісти на питання:

  1. Як зробити?

  2. Яке додаткове обладнання потрібне?

  3. Порядок виконання?

  4. Аналіз результатів (прогноз).

ІІ. Виконання роботи

  1. Техніка безпеки. Пригадати Інструкцію, прийняти до уваги окремі вказівки викладача.

  2. Згідно з інструкцією виконати лабораторну роботу.

  3. Після оформлення звіту, виконати додаткове завдання ( не обов'язково )

ІІІ. Оформлення звіту

  1. Згідно з інструкцією виконати розрахунки, побудувати графіки.

  2. Обчислити похибки.

Виконання лабораторних робіт пов'язане з вимірюванням різних фізичних величин і дальшою обробкою їх результатів.

Вимірювання - знаходження значення фізичної величини дослідним шляхом за допомогою засобів вимірювання.

Пряме вимірювання - знаходження значення фізичної величини безпосередньо засобами вимірювання.

Посереднє вимірювання - знаходження значення фізичної величини за формулою.

Якщо А - деяка фізична величина, то А - абсолютна похибка вимірювань цієї величини. Вона складається з інструментальної похибки Аі і похибки відліку Ао

Абсолютна похибка відліку дорівнює половині ціни поділки вимірювального приладу.

Інструментальна похибка визначається конструкцією приладу ( див. таб. 1 ).

Засоби вимірювань

Межа вимірювань

Ціна поділки

Аі

1

Лінійка учнівська

До 50 см

1 мм

1 мм

2

Лінійка стальна

До 50 см

1 мм

0,1 мм

3

Штангенциркуль

150 мм

0,1 мм

0,05мм

4

мікрометр

25 мм

0,01 мм

0,005 мм

5

Терези учбові

200 г

--

0,01 г

6

Секундомір

30 хв.

0,2 с

1 с

7

Барометр

780 мм рт. ст.

1 мм рт. ст.

3 мм рт. ст.

8

Термометр

До 1000С

10С

10С

8

Термометр

До 1000С

20С

20С

9

Амперметр

2 А

0,05 А

0,05 А

10

Вольтметр

6 В

0,2 В

0,015 В

Якщо про інструментальну похибку нічого не відомо, то приймємо, що Аі =Ао

Таким чином, абсолютна похибка прямих вимірювань
А =Аі +Ао

Кінцевий результат лабораторної роботи отримують як правило за допомогою обчислень, тобто посередніх вимірювань.

При посередніх вимірюваннях визначають спочатку відносну похибку  за формулами, наведеними в таб. 2



Формула фізичної величини

Формула відносної похибки

1

Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика

Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика

2

Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика

Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика

3

Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика

Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика

4

Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика

Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика

Абсолютну похибку посередніх вимірювань визначають за формулою:

А=Анаб

Анаб - обчислене за формулою наближене значення фізичної величини ( виражається десятковим дробом )

Обчислювати абсолютну похибку потрібно для аналізу достовірності результатів лабораторної роботи. Наприклад, вам потрібно порівняти кілька значень, отриманих в результаті обчислень. Для цього записують ці результати у вигляді подвійних нерівностей:

А1наб - А1< А1наб< А1наб + А1

А2наб - А2< А2наб< А2наб + А2

Порівняти данні інтервали ( мал. 1 ): якщо інтервали не перекриваються, то результати не однакові, якщо перекриваються - результати однакові при даній відносній похибці вимірювань.

Також абсолютна похибка дає можливість побудувати достовірні графіки залежностей між фізичними величинами. Для цього значення фізичної величини в системі координат зображається у вигляді відрізка:

Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика

Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика



При побудові графіка проводиться лінія так, щоб вона пройшла через відрізки ( не обов'язково пряма лінія).Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика

  1. Спираючись на результати вимірювань, зробити висновок.

  2. Написати відповіді на контрольні питання.




Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физикаРабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика

ІНСТРУКЦІЇ

ДО ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ


Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физикаРабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика



Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика















Лабораторна робота № 1


Визначення моменту інерції тіл

Мета:

експериментально визначити момент інерції запропонованих тіл; засвоїти методику експериментального визначення моменту інерції тіла.

Обладнання:

штативи, кулька, циліндр, лінійка, штангенциркуль, терези з важками, копіювальний папір, установка для визначення моменту інерції тіла, клейка стрічка.

Теоретичні відомості

Розглянемо тіло, яке скочується без початкової швидкості та без проковзування з похилої площини (рис 1). Розглянемо два положення тіла А та В, та знайдемо повну механічну енергію тіла для цих положень. За нульовий рівень відліку потенціальної енергії візьмемо рівень ОО'.

Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика

Мал. 1

А: Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика (1)

В: Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика (2)

де, m - маса тіла; J - момент інерції тіла; Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика  лінійна швидкість центра мас тіла відносно поверхні в момент відриву тіла від поверхні; Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика  кутова швидкість обертання тіла навколо осі, що проходить через центр мас в момент відриву тіла від поверхні.

Для положень А та В застосуємо закон збереження повної механічної енергії: Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика (3)

Підставимо (1) та (2) в (3): Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика (4)

Використаємо формулу зв'язку лінійної і кутової швидкостей: Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика (5), де R - радіус тіла.

Підставимо (5) в (4): Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика (6)

Після відриву тіла в точці В від горизонтальної поверхні миттєва швидкість тіла Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика направлена горизонтально. Після відриву тіло рухатиметься у полі сили тяжіння, тому рух тіла після відриву можна розглядати, як рух тіла кинутого горизонтально з швидкістю Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика . Під час руху тіла у полі сили тяжіння, крім поступального руху, тіло здійснюватиме ще й рівномірний обертальний рух, оскільки під час руху тіла у полі сили тяжіння, хоч на нього і діятимуть сили тертя об повітря, але із-за малої швидкості тіла, дією сил в'язкого тертя можна знехтувати. Тому, обертальний рух тіла практично не впливатиме на зміну траєкторії руху тіла.

Отже, лінійну швидкість центра мас кульки в точці В можна визначити за законами кінематики, знаючи дальність польоту тіла і час польоту t:

Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика (7).

Рух кульки - це рух тіла, кинутого горизонтально. З аналогічних міркувань час польоту знайдемо із рівняння руху кульки вздовж вертикальної осі :

Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика(8),

де h - висота горизонтальної поверхні над поверхнею парти.

Підставивши (8) в (7) знайдемо лінійну швидкість центра мас тіла в момент відриву від поверхні в точці В:

Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика(9)

Підставимо (9) в (6): Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика

Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика

З останнього рівняння знайдемо момент інерції тіла J:

Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика

Отже, момент інерції тіла можна знайти за формулою

Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика

Контрольні запитання

1) Що називають абсолютно твердим тілом. Які види механічного руху Вам відомі? Сформулюйте означення різних видів механічного руху.

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2) Сформулюйте означення моменту інерції. Вкажіть одиниці вимірювання даної фізичної величини. ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3) Сформулюйте означення енергії. Які види енергії Вам відомі, запишіть формули для їх визначення. Запишіть формулу для визначення повної кінетичної енергії тіла. Назвіть фізичні величини, що до неї входять._________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4) Запишіть та порівняйте закони кінематики і динаміки для поступального і обертального руху.

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

5) Сформулюйте та запишіть закон збереження повної механічної энергії.

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

  1. Ознайомтесь з теоретичними відомостями та дайте відповідь на питання: «Під час спуску тіла з похилої площини на нього діє неконсервативна сила тертя, яка і створює обертальний момент. Чому ж для переходу кульки із стану А в В ми маємо право записати закон збереження повної механічної енергії?»

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Розв'яжіть тренувальні задачі

1) Визначте момент інерції диска масою m=5 кг і радіусом R=20 см, який обертається навколо осі, що паралельна його діаметру і проходить на відстані 2R/3 від центра диску. ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2) Диск діаметром D=0,6 м і масою m=1кг обертається навколо вісі, що проходить через його центр перпендикулярно до його площини, з частотою 20 об/с. Яку роботу потрібно виконати, щоб зупинити диск?

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Хід роботи

1. Опрацюйте теоретичні відомості та інструкцію лабораторної роботи. Підготуйте у роботі таблицю даних 1. Складіть установку мал.2.

Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика

Мал. 2

2. Використовуючи штангенциркуль, визначте радіус досліджуваного тіла R.

3. Визначте масу m досліджуваного тіла за допомогою важільних терезів.

4. Покладіть досліджуване тіло на поверхню похилої площини та помітьте на ній точку А. Виміряйте висоти h та Н (рис 1).

5. Відпустіть тіло та спостерігайте за його рухом. У місці падіння тіла на парту покладіть аркуш паперу, а поверх нього копіювальний папір та закріпіть їх за допомогою клейкої стрічки на поверхні парти.

6. Знову покладіть досліджуване тіло на поверхню похилої площини в точку А та відпустіть. Відмітьте місце падіння кульки на поверхню парти та визначте дальність польоту кульки l.

7. Проведіть дослід мінімум тричі, не змінюючи положення точки А та висот h та H, щоразу визначаючи дальність польоту тіла. За результатами декількох дослідів знайдіть середню дальність польоту тіла lср для заданих висот h та H.

8. Використовуючи формулу Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика , обчисліть момент інерції досліджуваного тіла.

9. Результати вимірювань та обчислень запишіть до складеної Вами таблиці даних.

10. Дослід (пункти 4 - 8) повторіть 3 - 5 різав для різних значень висот H, щоразу визначаючи момент інерції тіла J.

11. Обчислити похибки вимірювань.

12. Обчисліть момент інерції досліджуваного тіла за формулою (див. таблицю) та порівняйте отримане значення із з отриманим експериментально результатом.

13. Дослід (пункти 2 - 11) повторіть для різних досліджуваних тіла: суцільний циліндр, кільце та ін.

14. Зробіть висновок.

Радіус тіла, R, м

Маса тіла m, кг

Висота h, м

Висота Н, м

Дальность польоту кульки l, м

Середня дальність польоту тіла lср, м

Момент інерції тіла J, кг м2

1


2


3


4




Моменти інерції однорідних тіл правильної геометричної форми

відносно осі обертання, яка проходить через їх центр мас

Циліндр

Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика

Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика

Куля

Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика

Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика

Тонке кільце

Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика

Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика

Пустотілий циліндр

Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика

Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика

Висновок______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Лабораторна робота № 2

Визначення в'язкості рідини методом Стокса.

Мета роботи: визначити коефіцієнт в'язкості досліджуваної рідини при кімнатній температурі.

Обладнання та матеріали:

  • 1. Прилад Стокса.

  • 2. Стальні кульки.

  • 3. Мікрометр.

  • 4. Лінійка.

  • 5. Секундомір

  • 6. Термометр.

Теоретична частина

Під час руху рідини між її шарами виникають сили внутрішнього тертя, які діють таким чином, щоб зрівняти швидкості всіх шарів. Виникнення цих сил пояснюється тим, що шари, які рухаються з різними швидкостями, обмінюються молекулами. Молекули з більш швидкого шару передають більш повільному шарові певну кількість руху, внаслідок чого останній починає рухатись швидше. Молекули з більш повільного шару одержують у швидшому шарі відповідну кількість руху, що приводить до його гальмування.

Розглянемо рідину, що рухається в напрямку осі x (рис.1). Нехай шари рідини мають різну швидкість. Виберемо на осі z дві точки, які розташовані одна від одної на віддалі dz. Потік рідини цих точок за величиною швидкості відрізняється на dv. Співвідношення dv/dz характеризує зміну швидкості потоку в напрямку осі z і носить назву градієнта швидкості.

Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физикамал. 1 - Схема до визначення в'язкості

Сила внутрішнього тертя (в'язкості), що діє між двома шарами за законом Ньютона, пропорційна величині площі їх дотикання та градієнта швидкості:

Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика

Величина η називається коефіцієнтом внутрішнього тертя або коефіцієнтом динамічної в'язкості. Якщо взяти, що dv/dz=1 с-1 і ΔS=1 м2, тоді η=f, тобто коефіцієнт динамічної в'язкості чисельно дорівнює силі внутрішнього тертя, яка діє на одиницю площі двох шарів рідини, що дотикаються і рухаються один відносно другого з градієнтом швидкості, рівним одиниці. В системі СІ η вимірюється в одиницях кг·м-1·с-1. В системі СГС коефіцієнт динамічної в'язкості має розмірність г·см-1·с-1 і називається пуаз. Часто використовують одиницю в сто разів меншу - сантипуаз. Коефіцієнт динамічної в'язкості залежить від природи рідини і з підвищенням температури зменшується. В'язкість грає суттєву роль в рухові рідини. Шар рідини, який безпосередньо прилягає до твердої поверхні, в результаті прилипання залишається відносно неї нерухомим. Швидкість решти шарів зростає з віддаленням від твердої поверхні. Наявність шарів рідини між поверхнями твердих тіл сприяє значному зменшенню коефіцієнта тертя.

Поряд з коефіцієнтом динамічної в'язкості η часто користуються поняттям коефіцієнта кінематичної в'язкості:

Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика


де ρ - густина рідини. В системі СІ одиницею коефіцієнта кінематичної в'язкості є м2с-1, в системі СГС - см2с-1, яка має назву 1 стокс.

У даній лабораторній роботі для визначення коефіцієнта в'язкості рідини (розчин гліцерину, трансформаторне масло) застосовується метод Стокса, суть якого полягає в тому, що на кульку, яка рухається в рідині, діє сила внутрішнього тертя і гальмує її рух. Ця сила визначається за законом Стокса:

Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика, де r - радіус кульки, v - її швидкість.

Якщо кулька вільно падає у в'язкій рідині , то на неї, крім сили тертя f, будуть також діяти сила тяжіння P=vg=ρVg та сила виштовхування Архімеда P1=-ρ1gV, що напрямлена вертикально вгору і рівна вазі витісненої кулькою рідини.

Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика
мал. 1 - Прилад Стокса

На основі другого закону Ньютона складемо рівняння руху кульки:

Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика

Оскільки вираз

Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика


з часом дуже швидко спадає, швидкість руху кульки через малий проміжок часу встановлюється сталою і рівною

Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика


де V=4/3πr3 - об'єм кульки; ρ - густина речовини кульки; ρ1 - густина рідини.

Швидкість рівномірного руху кульки можна визначити, знаючи віддаль між мітками на приладі Стокса та час, протягом якого кулька проходить цю віддаль: Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика

Враховуючи вирази для v0 та V, знаходимо остаточну формулу для визначення коефіцієнта в'язкості: Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика

Порядок виконання роботи

1. Мікрометром виміряти діаметр d кульки.

2. Лінійкою виміряти віддаль l між гумовими мітками a і b на приладі Стокса.

3. Опустити кульку в рідину приладу і секундоміром заміряти час t її руху між мітками.

4. Ареометром визначити густину досліджуваної рідини ρ1, а термометром її температуру T °C.

5. Повторити вимірювання відповідно п.п. 1...3 ще для двох кульок.

6. Густину матеріалу кульок ρ (здебільшого сталь) взяти з довідникової таблиці і дані всіх вимірювань занести в таблицю 1.

7. Розрахувати значення коефіцієнта в'язкості η досліджуваної рідини згідно результатів вимірювання для кожної кульки окремо.

8. Вирахувати абсолютну і відносну похибки проведеного експерименту та оцінити його результати.

Таблиця 1 - Результати вимірювань та розрахунків

r=d/2, м

l, м

t, c

ρ, кг/м3

ρ1, кг/м3

Т, °С




Контрольні запитання

1. Поясніть причини виникнення внутрішнього тертя.

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Запишіть закони Ньютона та Стокса для внутрішнього тертя.

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. Поясніть фізичний зміст коефіцієнта динамічної в'язкості.

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4. У чому полягає метод визначення коефіцієнта в'язкості рідини поСтоксу?

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

5. Які сили діють на кулька за його русі в рідини?

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

6. Як залежить коефіцієнт внутрішнього тертя рідин від температури?

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

7. Який фізичний сенс коефіцієнта в'язкості рідини?

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

8. Є два свинцевих кульки різного діаметра. Який їх швидкість падіння рідини буде більше?

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Висновок__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Лабораторна робота № 3

Вивчення прискорення вільного падіння тіла за допомогою фізичного маятника

Мета роботи.

Вивчення фізичного маятника, визначення прискорення сили тяжіння.

Прилади та обладнання.

Фізичний маятник зі шкалою, секундомір, лінійка.

Теоретичні відомості.

Фізичним маятником називається тіло довільної форми, здатне здійснювати коливання під дією сили тяжіння навколо нерухомої горизонтальної осі ОО', яка не проходить через центр тяжіння цього тіла С (рис. 1).

Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика

Рис. 1.

При відхиленні маятника від положення рівноваги виникає обертальний момент М сили тяжіння, який намагається повернути маятник до положення рівноваги:


Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика,


де m - маса тіла, g- прискорення вільного падіння, l- відстань між точкою підвісу О та центром тяжіння С, α- кутове зміщення маятника. Знак "-" вказує на те, що повертаючий момент напрямлений проти кутового переміщення α.

При малих кутах відхилення Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика , тому обертаючий момент дорівнюватиме:


Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика(1)


Якщо дією моментів сил тертя знехтувати, то з основного рівняння динаміки обертального руху:


Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика, (2)


де І- момент інерції тіла відносно осі 00', а ε - кутове прискорення, яке дорівнює:


Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика


дістанемо рівняння руху фізичного маятника:


Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика.


Запишемо це рівняння в іншій формі:

Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика(3)


Величина Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика має розмірність циклічної частоти в квадраті, тому введемо позначення:

Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика(4)


Тоді остаточно дістанемо диференціальне рівняння вільних незгасаючих коливань фізичного маятника:

Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика(5)


Розв'язком цього рівняння є функція

Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика, (6)


де α(t) - кутове зміщення маятника відносно положення рівноваги в довільний момент часу; αm - амплітуда коливань, модуль максимального зміщення від положення рівноваги. Амплітуда вільних незгасаючих коливань визначається початковими умовами; ω0 - власна циклічна частота, це кількість коливань за 2π секунд. Як видно з рівняння (4) власна частота визначається параметрами коливальної системи; величину, що стоїть під знаком косинуса називають фазою коливань:

Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика,


де φ0 - фаза коливань в початковий момент часу (початкова фаза).

Як видно з рівняння (6), вільні незгасаючі коливання фізичного маятника є періодичними і відбуваються за законом косинуса (синуса) тобто є, гармонічними. Період вільних незгасаючих коливань (час одного повного коливання) Т0 визначається за формулою

Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика, (7)


а з врахуванням (4) період малих вільних коливань фізичного маятника дорівнюватиме:

Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика(8)


Методика вимірювання.

Для визначення прискорення вільного падіння (табличне значення Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика) в роботі спостерігають незгасаючі коливання фізичного маятника і визначають час t та кількість коливань маятника N за цей час. З формули періоду коливань (8) прискорення вільного падіння дорівнюватиме:


Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика(9)


Період коливань визначається за формулою


Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика(10)


В роботі фізичним маятником є металевий однорідний стержень, який коливається навколо осі, що проходить через його кінець, тому:


Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика, (11)


де Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика - довжина стержня.

Момент інерції стержня відносно осі ОО´ за теоремою Штейнера дорівнює


Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика,


де Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика - момент інерції стержня відносно осі, що проходить через центр тяжіння


Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика


Тоді момент інерції відносно осі 00' дорівнюватиме:


Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика(12)


Підставимо формули (10), (11), (12) в формулу (9) і отримаємо розрахункову формулу для прискорення вільного падіння:


Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика(13)


Порядок виконання роботи.

1. Виміряти лінійкою довжину стержня lс.

2. Відхилити маятник від положення рівноваги на кут α < 10° і відпустити.

3. Пропустити (1-2) коливання та ввімкнути секундомір.

4. Відрахувати (20 - 30) коливань і вимкнути секундомір. Визначити час цих коливань. Провести вимірювання 3 рази і результати занести в таблицю. За середніми значеннями виміряних величин визначити середнє значення прискорення вільного падіння за формулою (13)

N

T, c

Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика

Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика

Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика

Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика

Примітки

1


2


3


5. Визначити відносну похибку непрямого вимірювання прискорення вільного падіння за формулою:

Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика, Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика ,

а також абсолютну похибку непрямого вимірювання за формулою: Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика . Результати занести в таблицю.

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Висновок_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Контрольні запитання.

1. Що являє собою фізичний маятник?

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. За якими формулами у роботі визначаються прискорення вільного падіння та похибка його вимірювання?

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. Момент інерції твердого тіла відносно нерухомої осі обертання. Теорема Штейнера.

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4. Основне рівняння динаміки обертального руху твердого тіла навколо нерухомої осі.

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

  1. Рівняння руху фізичного маятника. Його розв'язок для малих відхилень від положення рівноваги - гармонічні коливання.

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

  1. Що називається зведеною довжиною фізичного маятника?

________________________________________________________________________________________________________________________________

Лабораторна робота № 4

Визначення абсолютної та відносної вологості повітря і точки роси.

Мета: навчитись користуватись приладами для визначення вологості повітря та точки роси, а також експериментально визначати відносну та абсолютну вологість повітря і точку роси за їх допомогою.

Обладнання: психрометр побутовий і станційний психрометр Августа.; гігрометр металевий; гігрометр волосяний;і спирт у склянці з корком; термометр лабораторний від 0 до 100°С; лійка; барометр; таблиця психрометрична; таблиця залежності тиску насиченої водяної пари від температури.

Теоретичні відомості та опис приладів.

Вологість повітря зумовлюється наявністю в ньому водяної пари. Маса водяної пари може змінюватись як за абсолютною величиною, так і за ступенем насичення, що відповідно характеризується абсолютною і відносною вологістю.

Абсолютна вологість повітря кількісно дорівнює масі водяної пари в грамах, що міститься в 1 м3 повітря, тобто її густині. Коли температури невисокі і пара далека від стану насичення (в цьому разі до водяної пари можна застосувати рівняння Менделєєва - Клапейрона), значення абсолютної вологості мало відрізняється від парціального тиску водяної пари в повітрі. Тому прийнято визначати абсолютну вологість також через величину парціального тиску водяної пари і виражати її в одиницях тиску.

Відносною вологістю повітря Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика називають виражене в процентах відношення абсолютної вологості до кількості пари, необхідної для насичення 1 м³ повітря при тій самій вологості.

Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика;

Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика, тобто Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика пропорційний Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика .

Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика.

Точкою роси називається температура, при якій наявна в повітрі водяна пара стає насиченою, тобто починає конденсуватися на охолодженій поверхні.

Основні способи визначення вологості повітря ґрунтуються на методах точки роси і психрометра.

І. Психрометром - за різницею температур термометрів, резервуар одного з яких обмотано смужкою тканини, опущеної у воду (правий), а іншого зали-
шається сухим (лівий), і за спеціальною таблицею визначають відносну вологість. Принцип роботи психрометра оснований на тому, що інтенсивність випаровування вологи з поверхні зволоженого резервуару психрометра пропорційна сухості повітря: чим воно сухіше, тим нижчі показники зволоженого термометра порівняно з сухим у зв'язку з тим, що тепло зволоженого психрометра втрачається на сховане тепло паротворення.

II. Конденсаційним гігрометром - за точкою роси, тобто температурою за якої водяна пара, що є в повітрі, стає насиченою, і за таблицею залежності тиску насиченої водяної пари від температури. Температуру у камері гігрометра знижують продуванням повітря крізь спирт, внаслідок чого він інтенсивно випаровується. Щоб легше було помітити появу роси на поверхні охолоджуваної камери, оточують металевим кільцем з теплоізолюючою прокладкою. Появу роси спостерігають, порівнюючи поверхню охолодженої камери з блискучою поверхнею кільця, яка під час досліду не змінюється.

III. Волосяним гігрометром безпосередньо вимірюють відносну вологість повітря у відсотках. Волосяний гігрометр встановлюють і перевіряють на основі визначення відносної вологості повітря за допомогою психрометра. Стрілку гігрометра на відповідну поділку шкали встановлюють за допомогою регулювального гвинта. Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика

Мал. Прилади для визначення вологості повітря

(а - психрометр Августа; б - психрометр Ассмана; в - гігрометр)

Відносну вологість визначають і за психрометричними таблицями для психрометрів Августа (при швидкості руху повітря 0,2 м/с). Її значення знаходять в точці перетину показників сухого і вологого термометров.

Порядок виконання роботи.

Завдання 1. Вимірювання відносної вологості повітря повітря за допомогою психрометра.

  1. Ознайомтеся з будовою психрометра.

  2. Визначте покази його термометрів і обчисліть різницю температур.

  3. Із психрометричної таблиці визначте відносну вологість повітря.

Завдання2. Вимірювання відносної вологості повітря за допомогою конденсаційного гігрометра.

  1. Ознайомтеся з будовою гігрометра. Протріть м'якою тканиною поліровану стінку і кільце гігрометра до цілковитого блиску.

  2. Виміряйте температуру повітря в кімнаті.

  3. Налийте в камеру гігрометра (наполовину) спирту, вставте в неї термометр і приєднайте гумову грушу.

  4. Установіть прилад так, щоб дзеркальна поверхня його була розташована під кутом 30-40° до напряму променя зору. Продувайте повітря крізь спирт і уважно стежте за полірованою поверхнею стінки камери, порівнюючи її з поверхнею кільця.

  5. У момент появи роси запишіть показ термометра Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика , припиніть продування повітря і продовжуйте спостереження, щоб записати показ термометра Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика в момент остаточного зникнення роси.

  6. Спостереження повторіть декілька разів, намагаючись якомога точніше визначити температуру появи і зникнення роси. Після закінчення спостережень спирт, який залишився в гігрометрі, злийте в склянку і щільно закоркуйте її. Результати досліду запишіть у таблицю 5.1.

  7. Визначити точку роси як середнє арифметичне:

Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика.

  1. Розрахуйте середнє значення точки роси Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика . Результати запишіть в таблицю.


досліду

Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика

Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика

Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика

Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика

р

р0

1


2

3




  1. За середнім значенням точки роси і за таблицею залежності тиску насиченої водяної пари від температури знайдіть значення абсолютної вологості р і тиск насиченої водяної пари при температурі повітря в кімнаті р0. Запишіть значення в таблицю.

Завдання З. Вимірювання відносної вологості повітря психрометром.

1.Визначити покази сухого термометра tРабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физикаі вологого термометра tРабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика

2. Знайти різницю показів сухого і вологого термометрів tРабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика-tРабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика

3. За таблицею визначити відносну вологість Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика

Покази сухого термометра tРабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика,Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физикаC

Покази вологого термометра tРабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика,Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физикаC

Різниця показів

tРабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика-tРабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика,CРабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика

Відносна вологість Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика


Висновок ______________________________________________________________________________________________________________________________________

Контрольні запитання.

1. Яку пару називають ненасиченою; насиченою?

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Що таке точка роси?

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. Як формулюється закон Дальтона для випаровування?

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4. Для чого термометри в аспіраційному психрометрі вміщено в нікельовані металеві трубки?

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

5. Яка розмірність психрометричного коефіцієнта?

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

6. Яке практичне значення має вимірювання вологості повітря?

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

7. Чому у зимовий період відносна вологість у приміщеннях підтримується приблизно 10 - 15 %?

____________________________________________________________________________________________________________________________________

8. Чому тиск насиченої пари не залежить від об'єму?

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

9. За нормальних тиску і температури взяли однакові за об'ємом проби сухого й вологого повітря. Чи однакові їх маси?

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________


Лабораторна работа № 5

Визначення коефіцієнту поверхневого

натягу води методом відривання петлі

Мета роботи: Виміряти коефіцієнт поверхневого натягу дистильованої

води.

Прилади і матеріали:

  1. Динамометр типу ДПН з приладдям.

  2. Штатив з муфтою і лапкою.

  3. Вода дистильована.

Теоретичні відомості

В

Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физикарис. 1

ільна поверхня рідини в стані рівноваги прагне до мінімуму, рідина ніби стягується пружною поверхневою плівкою, щоб зменшити свою площу.

З утворенням тонкої плівки шириною l вздовж межі поверхні рідини діє сила поверхневого натягу F , модуль якої дорівнює: F = 2s×l ,

де s - коефіцієнт поверхневого натягу; множник 2 взято тому, що плівка має дві поверхні l.

З цієї формули маємо вираз для коефіцієнта поверхневого натягу:

Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика.

Модуль сили поверхневого натягу F вимірюють чутливим динамометром типу ДПН, ширина плівки дорівнює ширині дротяної петлі. Динамометр типу ДПН (рис.1) складається з корпусу 3, всередині якого розміщена вимірювальна пружина 5, що має прямий кінець з відкритим гачком 7. Гачок призначений для з'єднання петлі 8 з вимірювальною пружиною динамометра. Стрілка 6 призначена для відлічування показів по шкалі. Досліджувану рідину наливають у скляну чашку 9.

Для вимірювання поверхневого натягу дротяну петлю повністю занурюють у рідину, а потім її повільно виймають. При цьому на петлі утворюється плівка. Коли сила пружності пружини динамометра за модулем дорівнюватиме силі поверхнево­го натягу, плівка розривається.

Хід роботи:

  1. Вивчіть будову динамометра ДПН.

  2. Приготуйте прилад до виконання вимірювань. Для цього надіньте на відкритий гачок 7 петлю 8 (див. рис.1). Притримуючи установочний гвинт 1, відкрутіть стопорний гвинт 2. Обертаючи стакан 4 і натискаючи на головку гвинта 1, встановіть стрілку динамометра на нульову поділку шкали. Закрутіть стопорний гвинт.

  3. Налийте в чашку 9 дистильованої води і встановіть її на підставку 10. Обертаючи гвинт тримача 11, підніміть чашку з рідиною до такого рівня, щоб петля повністю занурилась у воду.

  4. Повільно опускайте чашку з водою. Для цього викручуйте гвинт тримача 11 доти, поки не розірветься плівка рідини, що тягнеться за петлею. Позначте на шкалі динамометра силу розривання плівки.

  5. Обчисліть поверхневий натяг за наведеною вище формулою.

  6. Повторіть вимірювання тричі, взявши петлі різної довжини. Обчисліть середнє значення коефіцієнту поверхневого натягу.

  7. Результати вимірювань і обчислень запишіть у таблицю

№ досліду

l, м

F, Н

s, Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика

sсер, Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика

1


2

3


Висновок

________________________________________________________________________________________________________________________

Дайте відповіді на запитання:


  1. Як направлена сила поверхневого натягу?

  • Перпендикулярно до поверхні рідини

  • По дотичній до поверхні рідини перпендикулярно до лінії контуру

  • Вздовж поверхні рідини по дотичній до лінії контуру


  1. Як залежить коефіцієнт поверхневого натягу рідини від температури?

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. Пояснити причини виникнення поверхневого натягу. Який напрямок має сила поверхневого натягу?

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4. Що таке коефіцієнт поверхневого натягу? Як він залежить від температури?

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

5.Чому при відсутності зовнішніх сил рідина має вигляд сфери?

____________________________________________________________________________________________________________________________________

Лабораторна рабта № 6

Вивчення роботи трансформатора та визначення його ККД.

Мета роботи: виміряти коефіцієнт трансформації та коефіцієнт корисної дії трансформатора.

Прилади і матеріали:

  1. Трансформатор лабораторний.

  2. Амперметр змінного струму на 2А.

  3. Вольтметр змінного струму на 2В.

  4. Реостат повзунковий РПІП-2.

  5. Вимикач (2 шт.).

  6. Комплект з'єднувальних проводів.

Теоретичні відомості:

Трансформатор перетворює змінний струм однієї напруги на змінний струм іншої напруги при незмінній частоті. Він складається із замкнутого осердя, виготовленого із спеціальної листової трансформаторної сталі, на якому розміщено дві котушки (їх називають обмотками) з різною кількістю витків з мідного дроту. Одну з обмоток, яку називають первинною, під'єднують до джерела змінної напруги. Прилади, які споживають електроенергію, під'єднують до вторинної обмотки.

Якщо первинну обмотку під'єднати до джерела змінної напруги, а вторинна буде розімкнута (цей режим роботи називають холостим ходом трансформатора), то в первинній обмотці з'явиться слабкий струм, який створює в осерді змінний магнітний потік. Цей потік наводить у кожному витку обмоток однакову ЕРС, тому ЕРС індукції в кожній обмотці буде прямо пропорційна кількості витків у цій обмотці, тобто:

Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика

Якщо вторинна обмотка буде розімкнута, то напруга на її затискачах U2 дорівнюватиме ЕРС (2 ), яка в ній наводиться. У первинній обмотці ЕРС (1) за числовим значенням мало відрізняється від напруги U1, яка підводиться до цієї обмотки. Практично їх можна вважати однаковими, тому:

Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика

де k - коефіцієнт трансформації; якщо вторинних обмоток декілька, то коефіцієнт трансформації для кожної з них визначають аналогічно.

Якщо у вторинне коло трансформатора увімкнути навантаження, то у вторинній обмотці з'явиться струм. Цей струм створює магнітний потік, який, за правилом Ленца, повинен зменшити зміну магнітного потоку в осерді, що, своєю чергою, призведе до зменшення ЕРС індукції в первинній обмотці. Але ця ЕРС дорівнює напрузі, прикладеній до первинної обмотки, тому струм у первинній обмотці повинен зрости, відновлюючи початкову зміну магнітного потоку. При цьому збільшується потужність, яку споживає трансформатор від мережі.

Оскільки при роботі трансформатора відбуваються втрати енергії, то потужність, яка споживається первинною обмоткою, більша від потужності у вторинній обмотці. ККД трансформатора буде дорівнювати відношенню потужності Р2 вторинної обмотки до потужності Р1 первинної обмотки:

Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика

Для визначення ККД треба виміряти силу струму І1 в первинному та сила струму І2 у вторинному колах, а також напругу U2 на вторинній та U1 на первинній обмотках. Тоді ККД становитиме:

Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика

Усі вимірювання в роботі виконуються за допомогою одного приладу - авометра (ампервольтомметра), який треба буде вмикати в різні ділянки кола трансформатора.

У процесі виконання роботи потрібно вивчити будову трансформатора, ввімкнути його в мережу змінного струму (36 В або 42 В). У режимі холостого ходу виміряти напругу на обмотках і обчислити коефіцієнт трансформації, а під час роботи трансформатора (під навантаженням) визначити його ККД. Для виконання роботи застосовують лабораторний розбірний трансформатор (рис.1,а), розрахований на вмикання в мережу змінної напруги 36 В або 42 В частотою 50 Гц. Трансформатор складається з двох котушок і осердя. Осердя складається з двох половин, які вставляють у котушки і за допомогою скоби закріплюють на основі (рис.1,б).

а)

Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика

б)

Рис.1

Хід роботи.

Завдання 1. Вивчення будови трансформатора:

  1. Розгляньте будову трансформатора. Визначте первинну обмотку (клема з написом: 36 В або 42 В) і вторинну обмотку.

  2. Накресліть електричну схему трансформатора.

Завдання 2. Визначення коефіцієнта трансформації:

  1. Під'єднайте трансформатор до мережі змінної напруги (36 В або 42 В) замкніть коло.

  2. Перемкніть ампервольтомметр на вимірювання змінної напруги (границя 50В і виміряйте напругу на первинній обмотці U1).

  3. Виміряйте напругу на вторинній обмотці U2. Результати вимірювань запишіть у таблицю.О

    Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика

    бчисліть коефіцієнт трансформації k. Результати обчислень запишіть у таблицю.

    № досліду

    U1, B

    U2, B

    k

    1

    2

    3


  4. Обчисліть відносну похибку вимірювань за формулою:

Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физикаде U1 і U2 - абсолютні похибки вимірювань напруг.

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Завдання 3. Дослідження залежності ККД трансформатора від навантаження:

1.У вторинне коло увімкніть через ключ реостат, рис.2.

2.Виміряйте сили струмів в первинній І1 і вторинній І2 обмотках.

3.Виміряйте напруги на первинній і вторинній обмотках U1 і U2. Результати вимірювань

запишіть у таблицю.

4.Дослід повторіть для інших опорів R.

5.Обчисліть потужності, які споживають первинна і вторинна обмотки трансформатора за різних навантажень. Знайдені числові значення Р1 і Р2 запишіть у таблицю.

6.Обчисліть ККД трансформатора для кожного навантаження і заповніть останню графу таблиці.

R, Ом

I1, А

U1, В

I2, А

U2, В

P1, Вт

P2, Вт


























Висновок____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Контрольні запитання:


  1. Знайдіть всі правильні відповіді:

  • Для підвищувального трансформатора Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика >Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика

  • Для знижувального трансформатора Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика >Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика

  • Для підвищувального трансформатора k  1

  • Для знижувального трансформатора k  1


  1. У трансформаторі, який знижує напругу від 36 В до 5 В:

  • Знижується тільки постійна напруга

  • Кількість витків у вторинній обмотці більша, ніж у первинній

  • Використовується явище електромагнітної індукції


  1. Для передачі електроенергії на велику відстань напругу підвищують за допомогою трансформатора до декількох сотень тисяч вольт. Це роблять для:

  • Збільшення сили струму в лінії електропередач

  • Зменшення опору лінії електропередач

  • Зменшення втрат електроенергії при передачі

4. Які будова та призначення однофазного трансформатора?

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________5. Як намотуються первинна і вторинна обмотки трансформатора?

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

6. Які умови забезпечують максимальний к.к.д. трансформатора?

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

7.Які втрати енергії в трансформаторі і від чого вони залежать?

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Лабораторна робота № 7

Визначення довжини світлової хвилі за допомогою дифракцій­ної решітки.

Мета: навчитися визначати довжину світлової хвилі, знаючи сталу дифракційної решітки і кут відхилення променя світла від прямолінійного напряму поширення.

Обладнання:
дифракційна решітка з вимірювальною установкою, зображеною на мал. 1, джерело світла (лампочка розжарювання або свічка).

Теоретичні питання.

  1. Явище дифракції. Дифракція на щілині.

  2. Дифракційна решітка. Стала дифракційної решітки.

  3. Умови максимумів та мінімумів дифракційного спектру, одержаного від дифракційної решітки.

  4. Дисперсія світла. Дисперсійний спектр.

  5. Особливості дифракційного спектру та його відмінність від дисперсійного.

  6. Застосування дифракційної решітки.

Теоретичні відомості та опис приладів.

У роботі на визначення довжини світлової хвилі використовують дифракційну решітку з періодом 1/100 мм або 1/50 мм (періоди вказано на решітці). Решітка - це основна частина вимірювальної установки, зображеної на мал. 1. Решітка 1 встановлена в тримачі 2, що прикріплений до кінця лінійки 3. На лінійці розміщується чорний екран 4 з вузькою вертикальною щілиною 5 посередині. Екран можна переміщувати вздовж лінійки, щоб змінювати його відстань до дифракційної решітки. На екрані і лінійці є шкали з міліметровими поділками. Вся установка закріплена на штативі 6.

Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика

Якщо дивитися крізь решітку і щілину на джерело світла (лампочку розжарювання чи свічку), то на чорному фоні екрана можна спостерігати по обидва боки від щілини дифракційні спектри 1-го, 2-го і т. д. порядків.

Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине Общая физика

Довжина хвилі визначається за формулою: λ= dsin φ /k, де d - період решітки, k - порядок спектра, φ - кут, під яким спостерігається максимум світла відповідного кольору.
Оскільки кути, під якими спостерігаються максимум 1-го і 2-го порядків, не перевищують 5°, то замість синусів кутів можна брати їхні тангенси. З малюнка 2 видно, що tgφ=b/a. Відстань а від решітки до екрана визначають за допомогою лінійки, а відстань b від щілини до вибраної лінії спектра - за шкалою екрана. Отже, довжина хвилі становитиме: λ =bd/ka.

Примітка: Якщо кути, під якими спостерігаються спектри, більші 5°, тоді

sin φ =b/c=b/(a2+b2)0,5, довжина хвилі буде визначатися за формулою: λ =bd/k(a2+b2)0,5.

У цій роботі похибку визначення довжини хвилі не оцінюють, оскільки немає повної чіткості у виборі середини частини спектра даного кольору.

Порядок виконання роботи.

  1. Складіть вимірювальну установку, встановивши екран на відстані 50 см від решітки. Добийтеся, дивлячись через дифракційну решітку і щілину в екрані і джерело світла, щоб дифракційні спектри розмістилися паралельно шкалі екран. Для цього відкорегуйте розміщення решітки у тримачі.

  2. Проведіть необхідні дослідження розміщення на екрані червоного світла дифракційному спектрі 1-го порядку. Результати вимірювань та обчислень внесіть до таблиці:

№ до-слі-ду

Назва кольору світла

Стала решітки d, м

Порядок спектра k

Віддаль від екрана до решітки а, м

Віддаль від щілини до лінії спектра

Довжина хвилі λ, м

зліва b1,
м

справа b2,
м

Середнє значення

b=(b1+b2)/2

1



2



3.Зробіть те саме для решти кольорів світла дифракційного спектра 1-го порядку.

4.Порівняйте одержані результати з поданими в довіднику чи підручнику довжинами хвиль відповідних кольорів.

5.За результатами досліджень зробіть висновок.

Висновок______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Контрольні запитання.

  1. Яка будова дифракційної решітки? Що називається її періодом?

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

  1. Як утворюється дифракційний спектр? Чим він відрізняється від дисперсійного?

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

  1. Які промені дифракційного спектра відхиляються від початкового напряму поширення на більший кут? Чому?

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

  1. Як впливає зміна періоду дифракційної решітки на кут відхилення світлових променів?

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

  1. Чому максимуми вищих порядків розміщуються симетрично відносно центрального максимуму?

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

  1. Чому центральний максимум дифракційного спектру білого світла - біла смуга, а максимуми вищих порядків - набір кольорових смуг?

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Рекомендована література

1. Курс фізики / За редакцією І.Є.Лопатинського. - Львів: Вид. «Бескид Біт», 2002.

2. Кучерук І.М. та ін. Загальний курс фізики. Т.1 : Механіка. Молекулярна фізика і термодинаміка. - К.: Техніка, 1999. - 536 с.
3. Зачек І.Р. та ін. Курс фізики: Навчальний підручник. - Львів.: «Бескит Біт», 2002. - 376 с.
4. Мисліцька Н.А. Загальна фізика. Механіка. Методичні рекомендації -Вінниця: ВДПУ. 2009. - 30 с.
5. Волков О.Ф., Лумпієва Т.П. Курс фізики: У 2-х т. Т.2: Коливання і хвилі. Хвильова і квантова оптика. Елементи квантової механіки. Основи фізики твердого тіла. Елементи фізики атомного ядра: Навчальній посібник для студентів інженерно-технічних спеціальностей вищих навчальних закладів. - Донецьк: ДонНТУ, 2009. - 208 с.

6.Курс физики. Трофимова Т.И. 11-е изд., стер. - М.: Академия, 2006.- 560 с.

7.Ігнатенко В.М., Нефедченко В.Ф., Опанасюк А.С., Посібник до практичних занять з фізики, ч. 1,2, 3, Суми, СумДУ, 2008 р.

8. Рудницька Ж. О. Творчі завдання до лабораторних робіт з курсу загальної фізики для студентів вищого технічного навчального закладу // Зб.наук.ст. Вісн. Чернігів. держ. пед. ун-ту. Сер. пед. науки.- Чернігів: ЧДПУ. - 2004.- Вип. 23. - №23. - С. 279-283.


© 2010-2022