Методические указания для практических работ по физике

Бюджетное образовательное учреждение

среднего профессионального образования

Вологодской области

«Кадуйский политехнический техникум»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

ДЛЯ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ

ПО ФИЗИКЕ

Кадуй

2012

ОДОБРЕНЫ:

методической цикловой комиссией по ООД БОУ СПО ВО

«Кадуйский политехнический техникум»

Протокол № 3 от 13.12.12

Методические указания для практических занятий по физике - Кадуй.: 2012. - 20 с.

Методические указания предназначены для студентов 1 курса по всем специальностям СПО как руководство для выполнения практических занятий по физике.

Составитель: А.Е. Калачева, преподаватель БОУ СПО ВО

«Кадуйский политехнический техникум»

Рецензент: В.И. Лукина, методист БОУ СПО ВО

«Кадуйский политехнический техникум»

Содержание

Пояснительная записка …………………………………………………………...4

1. Инструкция по технике безопасности в кабинете физики ………………....5

2. Критерии оценки практических занятий ……………………………………6

3. Справочный материал по оценке погрешностей измерений ……………....7

4. Образец оформления отчета практического занятия ……………………....8

5. Практическое занятие №1 ……………………………………………………9

Определение жесткости пружины

6. Практическое занятие №2 …………………………………………………..10

Измерение ускорения свободного падения с помощью нитяного маятника

7. Практическое занятие №3 …………………………………………………..11

Расчет параметров состояния идеального газа

8. Практическое занятие №4 …………………………………………………..12

Определение модуля упругости (Юнга) материала

9. Практическое занятие №5 …………………………………………………..13

Доказательство законов последовательного и параллельного соединения

проводников

10. Практическое занятие №6 …………………………………………………..14

Действие магнитного поля на ток

11. Практическое занятие №7 …………………………………………………..15

Измерение длины световой волны с помощью дифракционной решетки

12. Практическое занятие №8 …………………………………………………..16

Расчет показателя преломления стекла

Приложения ……………………………………………………………………..18

3

Пояснительная записка

Методические указания предназначены для выполнения практических занятий, включенных в учебную программу дисциплины «Физика».

Основная цель практических занятий - овладение умениями применять полученные знания по физике для объяснения разнообразных физических явлений и свойств веществ; практического использования физических знаний.

В практические занятия включены следующие виды заданий:

- наблюдение и изучение физических явлений;

- измерение физических величин;

- оценка погрешностей измерений;

- исследование зависимостей между физическими величинами;

- проверка физических законов.

Данные задания способствуют формированию у студентов экспериментальных умений обобщенного характера: планировать проведение опыта, готовить оборудование, собирать установку, пользоваться измерительными приборами, проводить наблюдения, измерения и опыты, делать выводы и составлять краткий отчет о проделанной работе.

Помимо описаний практических занятий в методических указаниях приводится справочный материал для оценки погрешностей измерений и правдоподобности полученных результатов, приведена инструкция по технике безопасности в кабинете физики; оговорены критерии оценки практических занятий; представлены приложения.

Перед выполнением практических занятий необходимо ознакомиться с инструкцией по технике безопасности.

4

Инструкция по технике безопасности в кабинете физики

1. Не приступайте к выполнению работ без разрешения преподавателя.

2. Размещайте приборы, материалы, оборудование на своем рабочем месте таким образом, чтобы исключить их падение или опрокидывание.

3. Перед выполнением работы внимательно изучите ее содержание и ход выполнения.

4. При проведении опытов не допускайте предельных нагрузок измерительных приборов. При работе с приборами из стекла соблюдайте особую осторожность.

5. Следите за исправностью всех креплений в приборах и приспособлениях. Не прикасайтесь и не наклоняйтесь (особенно с неубранными волосами) к вращающимся частям машин.

6. При сборке экспериментальных установок используйте провода (с наконечниками и предохранительными чехлами) с прочной изоляцией без видимых повреждений.

7. При сборке электрической цепи избегайте пересечения проводов. Запрещается пользоваться проводником с изношенной изоляцией и выключателем открытого типа (при напряжении выше 42 В).

8. Источник тока к электрической цепи подключайте в последнюю очередь. Собранную цепь включайте после проверки и разрешения преподавателя. Наличие напряжения в цепи можно проверять только с помощью приборов или указателей напряжения.

9. Не прикасайтесь к находящимся под напряжением элементам цепи, лишенным изоляции. Не производите измерения в цепях и смену предохранителей до отключения источника питания.

10. Следите за тем, чтобы во время работы случайно не коснуться вращающихся частей электрических машин. Не производите присоединения в электрических цепях машин до полной остановки ротора машины.

11. Не прикасайтесь к корпусам стационарного оборудования, к зажимам отключенных конденсаторов.

12. По окончании работы отключите источник электропитания, после чего разберите электрическую цепь.

13. Обнаружив неисправность в электрических устройствах, находящихся под напряжением, немедленно отключите источник электропитания и сообщите об этом преподавателю.

14. Не уходите с рабочего места без разрешения преподавателя.

5

Критерии оценки практических занятий

Оценка «5» ставится в том случае, если студент:

• обнаруживает верное понимание физической сущности рассматриваемых явлений и закономерностей, законов и теорий, дает точное определение и истолкование основных понятий, законов, теорий, а также правильное определение физических величин, их единиц и способов измерения;

• самостоятельно и рационально монтирует необходимое оборудование, все опыты проводит в условиях и режимах, обеспечивающих получение правильных результатов и выводов; соблюдает требования безопасности труда;

• в отчете правильно и аккуратно выполняет все записи, таблицы, рисунки, чертежи, графики, вычисления;

• правильно выполнил анализ погрешностей.

Оценка «4» - выполнены требования к оценке «5», но допускаются недочеты или негрубые ошибки.

Оценка «3» - результат выполненной части таков, что позволяет получить правильные выводы, но в ходе проведения опыта и измерений были допущены ошибки.

Оценка «2» - результаты не позволяют сделать правильных выводов, если опыты, измерения, вычисления, наблюдения проводились неправильно, нарушались правила техники безопасности.

6

Справочный материал по оценке погрешностей измерений

Выполнение практических занятий связано с измерением различных физических величин и последующей обработкой их результатов. Поэтому далее приводится справочный материал, к которому по мере необходимости можно обратиться.

Измерение-

нахождение значения физической величины опытным путем

с помощью средств измерений

Прямое измерение -

определение значения величины непосредственно средствами измерения

Косвенное измерение -

определение значения физической величины по формуле, связывающей ее с другими величинами

Любое измерение сопряжено с появлением погрешности - разницы между значением, полученным путем измерения и действительным значением величины.

Погрешности измерений

1. Максимальная абсолютная погрешность прямого измерения:

, где

Δ_иА - абсолютная инструментальная погрешность, определяемая конструкцией прибора;

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

2. Максимальная абсолютная погрешность косвенного измерения:

.

7

3. Максимальная относительная погрешность прямого измерения:

, где

А_приб - приближенное значение величины, т.е. полученное путем измерения физической величины.

4. Максимальная относительная погрешность косвенного измерения определяется по формуле, которая зависит от вида формулы.

Численное значение результата измерений округляют так, чтобы его последняя цифра оказалась в том же разряде, что и цифра погрешности. Результат измерений обычно записывают в виде:

Образец оформления отчета практического занятия

1. Титульный лист практического занятия оформляется в соответствии с приложением А

2. Цель работы

3. Оборудование

4. Ход работы (изложить кратко):
   - чертеж (если требуется)
   - формулы искомых величин

- расчет погрешностей

5. Таблица с результатами измерений и вычислений

(все расчеты приводятся в тетради)

6. Вывод (согласно цели работы).

8

Практическое занятие №1

Определение жесткости пружины

Цель работы: определить жесткость пружины.

Оборудование: штатив с муфтой и лапкой; спиральная пружина; набор грузов, масса каждого равна 100 г; линейка с миллиметровыми делениями.

Порядок выполнения работы:

1. Закрепите на штативе конец спиральной пружины.

2. Установите рядом с пружиной или за ней линейку с миллиметровыми делениями и закрепите ее.

3. Отметьте и запишите то деление линейки, против которого находится стрелка-указатель пружины.

4. Подвесьте к пружине груз известной массы и измерьте вызванное им удлинение пружины.

5. Добавьте к первому грузу второй, третий и т.д. грузы, записывая каждый раз удлинение пружины.

6. Заполните таблицу по результатам измерений:

№ опыта

m, кг

, Н

, м

7. Постройте график зависимости силы упругости от удлинения. После построения графика возьмите точку на прямой (в средней части графика), определите по нему соответствующие этой точке значения силы упругости и удлинения и вычислите жесткость =.

8. Рассчитайте погрешности измерений:

=;

.

9. Запишите вывод и результат в виде .

9

Практическое занятие №2

Измерение ускорения свободного падения с помощью нитяного маятника

Цель работы: вычислить ускорение свободного падения.

Оборудование: штатив с муфтой и кольцом; шарик на нити; секундомер; измерительная лента.

Порядок выполнения работы:

1. Установите на краю стола штатив. У его верхнего конца укрепите при помощи муфты кольцо и подвесьте к нему шарик на нити. Шарик должен висеть на расстоянии 3-5 см от пола.

2. Отклоните шарик от положения равновесия на 5-8 см и отпустите его.

3. Измерьте длину подвеса мерной лентой.

4. Измерьте время 40 полных колебаний.

5. Повторите измерения 7 раз (не изменяя условий опыта).

6. Вычислите период колебаний T по формуле: и определите среднее значение периода .

7. Вычислите значение .

8. Занесите в таблицу полученные результаты:

Номер опыта

, м

, с

, с

, м/с²

9. Рассчитайте относительную погрешность измерения по формуле:

.

10. Сравните полученное среднее значение для со значением 9,8 м/с² и сделайте вывод.

10

Практическое занятие №3

Расчет параметров состояния идеального газа

Цель работы: закрепить знания и умения решать задачи на изопроцессы.

Оборудование: карточки с заданиями.

1 вариант

1. Дан изохорный процесс. Давление меняется от 10 до 5 кПа. Найдите начальную температуру, если конечная температура 200 К.

2. Дан изотермический процесс. Объем меняется от 2 до 4 л. Определите конечное давление, если начальное давление 8 кПа.

3. В баллоне емкостью 2·10^-2 м³ находится водород под давлением 8,31·10⁶ Па и при температуре 17°С. Найдите его массу.

4. Назовите изопроцессы. Представьте данный график в координатах V, p и p,T

2 вариант

1. Дан изобарный процесс. Объем меняется от 12 до 24 л. Определите конечную температуру, если начальная температура 300 К.

2. Дан изотермический процесс. Давление меняется от 3 до 12 кПа. Найдите начальный объем, если конечный объем 3 л.

3. Определите температуру 1,6·10^-2 кг кислорода, находящегося под давлением 10⁶ Па и занимающего объем 1,6 л.

4. Назовите изопроцессы. Представьте данный график в координатах V, p и T,V

11

Практическое занятие №4

Определение модуля упругости (Юнга) материала

Цель работы: определить модуль упругости (Юнга) материала.

Оборудование: штатив с муфтой и лапкой; резиновый шнур; грузы; динамометр; штангенциркуль.

Порядок выполнения работы:

1. Нанесите карандашом две метки на резиновом шнуре.

2. Измерьте расстояние между метками на нерастянутом шнуре.

3. Подвесьте груз к нижнему концу шнура, предварительно определив динамометром его вес F.

4. Измерьте линейкой расстояние между метками на деформированном шнуре.

5. Измерьте штангенциркулем диаметр d деформированного шнура.

6. Вычислите модуль упругости (Юнга) материала по формуле:

.

7. Определите абсолютные и относительные погрешности измерений:

ΔE=E_пр·ε.

8. Заполните таблицу результатов измерений:

Измерено

Вычислено

м

м

d,

м

F,

Н

м

Δd,

м

ΔF, Н

E_пр, Па

ΔE, Па

ε,

%

9. Сделайте вывод и результат запишите в виде E = E_пр, ε =…%.

12

Практическое занятие №5

Доказательство законов последовательного и параллельного соединения проводников

Цель работы:проверить выполнение законов последовательного и параллельного соединения проводников.

Оборудование: источник питания; два проволочных резистора; реостат; ключ; амперметр; вольтметр; соединительные провода.

Порядок выполнения работы:

1 Последовательное соединение проводников

1. Начертите схему цепи, состоящей из последовательно соединенных: источника питания, ключа, реостата, амперметра, двух проволочных резисторов.

2. Соберите цепь по схеме.

3. Подготовьте таблицу для записи результатов.

4. Определите цену деления приборов:

амперметр

вольтметр

5. Отрегулируйте с помощью реостата силу тока в цепи, так, чтобы показание амперметра соответствовало целому числу делений. Запишите значение силы тока I₁₂.

6. Присоедините два свободных провода к клеммам вольтметра.

7. Измерьте напряжение на резисторах R₁ и R₂.

8. Найдите сумму напряжений U₁ + U₂.

9. Измерьте напряжение на участке, состоящем из двух резисторов U₁₂.

10. Сравните полученные значения (U₁ + U₂) и U₁₂ .

11. Определите сопротивление каждого резистора и сопротивление участка цепи из двух резисторов R₁; R₂; R₁₂; R₁+ R₂, зная, что сила тока в различных последовательно соединенных участках цепи одинакова I₁=I₂=I₁₂.

12. Сравните полученные результаты: (R₁+ R₂) и R₁₂.

13. Сделайте вывод по полученным результатам.

13

2 Параллельное соединение проводников

1. Начертите схему цепи, состоящей из последовательно соединенных: источника питания, ключа, реостата, амперметра и двух проволочных резисторов, соединенных параллельно друг с другом.

2. Соберите цепь по схеме.

3. Подготовьте таблицу для записи результатов.

4. Отрегулируйте с помощью реостата силу тока в цепи, так, чтобы показание амперметра соответствовало целому числу делений. Запишите значение силы тока I₁₂.

5. Измерьте силу тока I₁ на участке, содержащем сопротивление R₁, а затем силу тока I₂ на участке с сопротивлением R₂.

6. По результатам измерений найдите сумму токов: I₁+I₂.

7. Сравните полученные значения (I₁+I₂) и тока I₁₂.

8. Измерьте напряжение на участке, состоящем из двух резисторов U₁₂.

9. Определите сопротивление каждого резистора R₁ и R_2, сопротивление участка цепи из двух резисторов R₁₂, зная, что напряжение при параллельном соединении одинаково U₁=U₂=U₁₂.

10. Определите общее сопротивление R₁₂ на всем участке цепи по формуле:

11. Сравните полученные результаты R₁₂, полученные двумя способами.

12. Сделайте вывод по полученным результатам.

Практическое занятие №6

Действие магнитного поля на ток

Цель работы: пронаблюдать действие магнитного поля на ток.

Оборудование: проволочный моток; штатив; источник тока; реостат; ключ; соединительные провода; дугообразный магнит.

Порядок выполнения работы:

1. Подвесьте проволочный моток к штативу, подсоедините его к источнику тока последовательно с реостатом и ключом. Предварительно ключ должен быть разомкнут, движок реостата установлен на максимальное сопротивление.

2. Поднесите к висящему мотку магнит и, замыкая ключ, пронаблюдайте движение мотка.

14

3. Выберите несколько характерных вариантов относительного расположения мотка и магнита и зарисуйте их, указав направление магнитного поля, направление тока и предполагаемое движение мотка относительно магнита.

4. Проверьте на опыте правильность предположений о характере и направлении движения мотка.

5. Сделайте вывод.

Практическое занятие №7

Измерение длины световой волны с помощью дифракционной решетки

Цель работы: измерить длину волны красного и фиолетового света в спектре первого порядка.

Оборудование: прибор для определения длины световой волны; дифракционная решетка; лампа накаливания.

Порядок выполнения работы:

1. Подготовьте таблицу для записи результатов измерений и вычислений.

2. Вставьте дифракционную решетку в рамку на продольной линейке прибора.

3. Установите экран со шкалой в конце продольной линейки.

4. Расположите прибор так, чтобы через прорезь в экране была видна нить лампы.

5. Добейтесь перемещением экрана со шкалой по продольной линейке наиболее четкого изображения на экране спектров первого порядка.

6. Измерьте расстояние а от решетки до экрана.

7. Запишите период дифракционной решетки.

8. Отсчитайте на шкале смещение b_кр до красного света первого порядка слева и справа от щели и запишите их среднее значение в таблицу.

9. Отсчитайте на шкале смещение b_ф до фиолетового света первого порядка слева и справа от щели и запишите их среднее значение в таблицу.

15

10. Вычислите длину волны красного и фиолетового света в спектре первого порядка по формуле:

11. Сравните полученные результаты с табличными значениями длин волн.

Практическое занятие №8

Расчет показателя преломления стекла

Цель работы: рассчитать показатель преломления стекла.

Оборудование: стеклянная пластина; металлический экран с щелью; лампа накаливания; циркуль; линейка.

Порядок выполнения работы:

1. Расположите стеклянную пластину на листе бумаги в клетку так, чтобы одна из ее параллельных граней совпала с предварительно отмеченной линией на бумаге, и обведите ее.

2. Направьте узкий световой пучок, не смещая пластины, на ее первую параллельную грань под углом к грани.

3. Поставьте точки вдоль падающего на пластину и вышедшего из нее световых пучков (у экрана, на первой грани, на второй грани и на продолжении луча).

4. Выключите лампочку, снимите пластину и с помощью линейки прочертите входящий, выходящий и преломленный лучи.

5. Проведите перпендикуляр через точку падения к первой грани.

6. Начертите окружность с центром в точке падения с помощью циркуля (большого радиуса).

7. Проведите из точки пересечения падающего луча с окружностью отрезок АЕ под углом 90° к перпендикуляру.

8. Продолжите до окружности выходящий луч.

9. Проведите из точки пересечения выходящего луча отрезок СД под углом 90° к перпендикуляру.

10. Подготовьте таблицу для записи результатов.

11. Измерьте отрезки АЕ и СД.

12. Рассчитайте показатель преломления стекла по формуле:

16

13. Рассчитайте максимальную относительную погрешность измерения показателя преломления по формуле: + и максимальную абсолютную погрешность по формуле: .

14. Сделайте вывод и результат запишите в виде: ±.

17

Приложение А

Оформление титульного листа практического занятия

БОУ СПО ВО

«Кадуйский политехнический техникум»

Практическое занятие №

название практического занятия

студента группы №

Фамилия, имя

18

Приложение Б

Абсолютные инструментальные погрешности средств измерений

№ п/п

Средства

измерений

Цена

деления

Абсолютная инструментальная погрешность

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Линейка:

- ученическая

- чертежная

-инструментальная (стальная)

- демонстрационная

Лента измерительная

Измерительный цилиндр

Штангенциркуль

Микрометр

Динамометр учебный

Весы учебные

Секундомер

Барометр-анероид

Термометр лабораторный

Амперметр школьный

Вольтметр школьный

1 мм

1 мм

1мм

1 см

0,5 см

1 мл

0,1 мм

0,01 мм

0,1 Н

0,2 с

1 мм рт. ст.

1˚С

0,1 А

0,2 В

±1 мм

±0,2 мм

±0,1 мм

±0,5 см

±0,5 см

±1 мл

±0,05 мм

±0,005 мм

±0,05 Н

±0,01 г

±1 с за 30 мин

±3 мм рт. ст.

±1˚С

±0,05 А

±0,15 В

19

Приложение В

Формулы для нахождения относительной погрешности

косвенных измерений

№ п/п

Формула физической

величины

Формула относительной погрешности

1

2

3

4

A = B+C

20