Методические рекомендации для студентов по выполнению лабораторных работ

Пояснительная записка

Методические рекомендации для выполнения лабораторных работ по дисциплине «Физика» предназначены для студентов 1-2 курсов специальностей технического профиля:

23.01.07 "Машинист крана (крановщик)

23.01.03 "Автомеханик"

23.01.06. " Машинист дорожных и строительных машин"

Планирование лабораторных занятий

При планировании содержания лабораторных и практических занятий следует исходить из того, что лабораторные и практические занятия имеют разные ведущие дидактические цели.

Ведущей дидактической целью лабораторных занятий является экспериментальное подтверждение и проверка существенных теоретических положений (законов, зависимостей) и поэтому преимущественное место они занимают при изучении дисциплин математического, естественнонаучного и общепрофессионального циклов.

В соответствии с ведущей дидактической целью содержанием лабораторных занятий может быть экспериментальная проверка формул, методик расчёта, установление и подтверждение закономерностей, ознакомление с методиками проведения экспериментов, установление свойств веществ, их качественных и количественных характеристик, наблюдение развития явлений, процессов и др.

При выборе содержания и объёма лабораторных занятий следует исходить из сложности учебного материала, внутрипредметных и межпредметных связей, значимости изучаемых теоретических положений для предстоящей профессиональной деятельности.

При планировании лабораторных занятий следует учитывать, что в ходе выполнения заданий у студентов формируются практические умения и навыки обращения с различными приборами, установками, лабораторным оборудованием, аппаратурой, которые могут составлять часть профессиональной практической подготовки, а также исследовательские умения (наблюдать, сравнивать, анализировать, устанавливать зависимости, делать выводы и обобщения, самостоятельно вести исследование, оформлять результаты).

Ведущей дидактической целью лабораторных работ является формирование практических (профессиональных) умений - выполнение определённых действий, операций, необходимых в последующей профессиональной деятельности или учебных (решение задач по математике, физике, химии, информатике и ИКТ и др.), необходимых в последующей учебно-профессиональной деятельности по общепрофессиональным и профессиональным дисциплинам.

В соответствии с дидактическими целями содержанием лабораторных работ является решение разного рода задач, в том числе профессиональных (анализ производственных ситуаций, решение ситуационных профессиональных задач, выполнение профессиональных функций в деловых играх), выполнение вычислений, расчётов, чертежей, работа с измерительными приборами, оборудованием, аппаратурой, работа с нормативными документами, инструкциями, справочниками.

На лабораторных работах студенты овладевают первоначальными профессиональными умениями и способами деятельности, которые в дальнейшем закрепляются и совершенствуются в процессе производственной практики.

Содержание лабораторных работ фиксируется в рабочих учебных программах дисциплин в разделе «Содержание учебной дисциплины».

Состав заданий для лабораторных работ должен быть спланирован с расчётом, чтобы за определенное отведённое время они могли быть выполнены качественно большинством обучающихся.

Количество лабораторных работ в рабочих программах дисциплины и объем часов на их проведение могут отличаться от рекомендованных примерной программой, но при этом должны обеспечить уровень подготовки выпускника, определённый требованиями ФГОС по соответствующей профессии или специальности, а также дополнительными требованиями к уровню подготовки выпускника, установленными самими образовательными учреждениями.

Организация и проведение лабораторных занятий

В настоящее время в утвержденных Федеральных государственных образовательных стандартах СПО (2009-2010 гг.), в требованиях к условиям реализации основной профессиональной образовательной программы сказано, что образовательное учреждение должно располагать материально-технической базой, обеспечивающей проведение всех видов лабораторных занятий, предусмотренных учебными планами.

Лабораторное занятие, как вид учебного занятия, должно проводиться в специально оборудованных учебных лабораториях. Его продолжительность составляет не менее одного академического часа. Основными этапами лабораторного занятия являются инструктаж, проводимый преподавателем, самостоятельная работа обучающихся, обсуждение итогов выполнения лабораторной работы, анализ и оценка выполненной работы, уровня овладения запланированными умениями.

Выполнению лабораторных занятий предшествует проверка знаний обучающихся, их теоретической готовности к выполнению заданий.

К каждому лабораторному занятию (заданиям) преподавателями должны быть разработаны и утверждены методические указания по их проведению.

Лабораторные занятия могут носить репродуктивный, частично-поисковый и поисковый характер.

Занятия, носящие репродуктивный характер, отличаются тем, что при их проведении студенты пользуются подробными инструкциями.

Занятия, носящие частично-поисковый характер, отличаются тем, что при их проведении обучающиеся не пользуются подробными инструкциями, им не дан порядок выполнения необходимых действий. Обучающиеся самостоятельно должны подобрать оборудование, выбрать способы выполнения заданий на основе инструктивной и справочной литературы и др.

Занятия, носящие поисковый характер, характеризуются тем, что обучающиеся должны решить новую для них проблему, опираясь на имеющиеся теоретические знания и практические умения.

При планировании лабораторных занятий необходимо находить оптимальное соотношение репродуктивных, частично-поисковых и поисковых методов, чтобы обеспечить высокий уровень интеллектуальной и практической деятельности.

Формы организации деятельности обучающихся на лабораторных занятиях могут быть: фронтальная, групповая и индивидуальная.

При фронтальной форме все обучающиеся выполняют одновременно одно и то же задание.

При групповой форме организации деятельности одно и то же задание выполняется группами от двух до пяти человек.

При индивидуальной форме каждый обучающийся выполняет индивидуальное задание.

- проведение лабораторных занятий на повышенном уровне трудности с включением в них заданий, связанных с выбором обучающимися условий их выполнения, конкретизацией целей, самостоятельным отбором необходимого оборудования;

- эффективное использование времени, отводимого на лабораторные занятия путём подбора дополнительных задач и заданий для студентов, работающих в более быстром темпе.

Оформление лабораторных работ

Требования к оформлению лабораторных работ по учебной дисциплине определяются предметными (цикловыми) комиссиями.

Структура и содержание лабораторных работ включает в себя следующие элементы:

- тема занятия,

• цель занятия,

• краткие теоретические основания выполняемого задания,

• оборудование и аппаратура,

• материалы и их характеристики,

• порядок выполнения задания,

• таблицы,

• выводы (без формулировки),

• контрольные вопросы,

- учебная и специальная литература.

Оценки за выполнение заданий на лабораторных занятиях могут выставляться по пятибалльной системе или в форме зачёта и учитываться как показатели текущей успеваемости студентов.

Перечень лабораторных работ :

1. Механика.

Лабораторные работы:

1.1. Определение начальной скорости свободно падающего тела.

1.2 Измерение времени реакции с использованием линейки.

1.3. Изучение закона сохранения импульса и реактивного движения.

1.4. Сохранение механической энергии при движении тела под действием сил тяжести и упругости.

2. Молекулярная физика. Термодинамика.

Лабораторные работы:

2.1. Измерение влажности воздуха.

2.2. Наблюдение роста кристаллов из раствора.

3. Электродинамика.

Лабораторные работы:

3.1. Изучение закона Ома для участка цепи.

3.2. Измерение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока.

3.3. Сборка схемы включения двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением.

3.4 Исследование зависимости силы тока от электроемкости конденсатора в цепи переменного тока.

3.5. Измерение индуктивности катушки.

4.Физика атомного ядра

Лабораторные работы:

4.1 Изучение закона радиоактивного распада

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1.1

Определение начальной скорости свободно падающего тела

Цель

Определить, какую скорость вы можете сообщить щелчком пальца небольшому кусочку стирательной резинки

Теоретическая часть работы

Движение резинки можно разбить на две составляющие: горизонтальную и вертикальную. Движение по горизонтали - равномерное, поэтому горизонтальная составляющая скорости во время движения не изменялась. Определить ее можно по формуле

,

где t - время движения резинки, l - расстояние, пройденное резинкой горизонтально (рис. 1)

Движение по вертикали равноускоренное, а именно с ускорением g=9,8 м/с². Зная высоту падения h, из формулы находим время t: . Следовательно, начальная скорость резинки равна

Оборудование

Стирательная резинка, измерительная лента, стол.

Ход работы

1. Положите резинку на край стола и щелчком приведите ее в движение. Заметьте точку, в которую упала резинка. Измерьте высоту стола (h) и расстояние, которое пролетела резинка (l).

2. Вычислите скорость движения резинки по формуле

3. Повторите опыт пять раз, стараясь не нарушать условий опыта.

4. Вычислите среднее значение скорости движения резинки.

Таблица Результаты измерений и вычислений

№ опыта

Высота стола

H,м

Расстояние, пройденное

горизонтально

L,м

Начальная скорость

V, м/с

Средняя скорость

Vср., м/с

1

2

3

4

5

Вычисления

1. Скорость

2. Среднее значение скорости:

Вывод

1. Что называется начальной скоростью движения тела?

2. Какие тела можно назвать «свободно падающими»?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1.2

Измерение времени реакции с использованием линейки

Цель

повторить законы равноускоренного движения и на их основе экспериментально определить время реакции

Теоретическая часть работы

Что такое время реакции?

В энциклопедическом словаре дается следующее определение:

- протяженность от начала сигнала до реакции организма человека на этот сигнал.

Время реакции зависит от:

• Возраста

• Тренированности

• Самочувствия

Испытатель держит линейку в вертикальном положении за ее верхний край. Испытуемый держит руку на уровне 2-3 см от нижнего края или вблизи отметки «ноль». В какой-то момент испытатель отпускает линейку, а испытуемый пытается как можно быстрее поймать ее пальцами. Линейка свободно падает, т.к. на нее действует сила тяжести, то она сообщает линейке ускорение свободного падения g=9,8 м/с².

Определив длину участка h между пальцами отметками, где держали линейку и где ее поймали, можно определить, сколько времени линейка падала. Остается связать путь и время при свободном падении.

(1).

Определите время реакции своего друга (родственника).

Оборудование

Линейка длиной не менее 20 см

Ход работы

1. Поднимите линейку таким образом, чтобы «0» приходился на высоту плеча испытуемого. (Вы держите линейку за максимальное деление, испытуемый протягивает руку к «0», но не задерживает движение линейки)

2. Отпустите линейку.

3. Определите h (отметка, за которую испытуемый поймал линейку)

4. Вычислите время реакции.

5. Выполните эксперимент 5 раз, запишите среднее значение времени реакции.

Таблица Результаты измерений и вычислений

№ опыта

Длина участка свободного падения

L, м

Время реакции

t, c

Среднее значение времени реакции,

t ср. , с

1

2

3

4

5

Вычисления

1. Время реакции

t₁=

t₂=

t₃=

t₄=

t₅=

2. Среднее значение реакции:

t_ср=

Вывод

1. Запишите формулы равноускоренного движения и комментарии к ним.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1.3.

.

Изучение закона сохранения импульса и реактивного движения.

Цель:

убедиться в справедливости закона сохранения импульса путем проведения расчетов импульса тел и системы в целом.

Оборудование:

1 наклонная плоскость

2 полоса бумаги

3 линейка измерительная

4 монеты достоинством 5 руб. и 2 руб.

Ход работы:

Задание: определите импульс монеты достоинством 5 руб. после ее скольжения по наклонной плоскости. Поставьте на пути пятирублевой монеты двухрублевую и проанализируйте результат их взаимодействия. Сравните импульс системы из двух монет до столкновения с импульсом этой системы после столкновения монет.

Содержание и метод выполнения работы:

В .специальных измерениях импульса тела нет необходимости, если известны его масса и скорость. В этом случае импульс находится как их произведение. Однако в физике довольно часто встречаются случаи, когда прямые измерения массы и скорости тела оказываются затрудненными или невозможными, но сведения о них можно получить на основании измерений импульса тела. Такая ситуация характерна для многих экспериментов в. области ядерной физики и физики элементарных частиц, в которых обнаруживаются новые частицы с неизвестной массой. Измерив импульс и кинетическую энергию частицы, можно определить затем ее массу и скорость.

Измерение импульса тела с неизвестной массой, движущегося с неизвестной скоростью, возможно на основании закона сохранения импульса.

В данной работе исследуется суммарный: импульс системы из двух монет до и после их соударения. При этом импульсы сравниваются векторно в случае нецентрального удара. Для этой цели одна из монет соскальзывает с наклонной плоскости и затем сталкивается с неподвижной монетой. Так как массы монет известны, то для определения их импульсов нужно определить их скорости. Они вычисляются по длине тормозного пути и измеренному коэффициенту трения монеты о бумагу.

Предоставим монете возможность после соскальзывания с наклонной плоскости двигаться по бумаге на горизонтальной поверхности стола до остановки. Измерим тормозной путь, пройденный монетой по горизонтальной поверхности от точки А - положения центра монеты в начале пути-до точки остановки В (рис.). Как легко доказать, скорость монеты в точке А равна

Коэффициент трения можно найти, определив угол трения, т. е. минимальный угол, при котором монета скользит равномерно по наклонной плоскости (рис.):

На основе этих данных можно найти значение модуля импульса монеты до столкновения.

Так как вторая монета до столкновения находится в покое, импульс первой монеты до столкновения равен импульсу системы из двух монет после столкновения:

Порядок выполнения работы

1. Положите на наклонную плоскость полосу бумаги таким образом, чтобы часть ее длиной 25-30 см находилась на горизонтальной поверхности стола.

Монета, положенная на поверхность бумажной полосы на наклон ной плоскости, должна плавно соскальзывать по ней и двигаться го горизонтальной поверхности до остановки. Подберите такие углы наклона плоскости и начальное положение запуска монеты, чтобы путь монеты на горизонтальной поверхности составлял 15-25 см.

2. Отметьте начальное положение монеты на наклонной плоскости и ее конечное положение на горизонталь ной плоскости. Проведите на горизонтально расположенном участке бумажной полосы прямую, по которой двигался центр диска монеты. Отметьте положение центра монеты в начале горизонтального участка пути (точка Л) и в его конце (точка В). Измерьте тормозной пути s = AB (отрезок АВ) (рис.).

3. Поставьте на пути движения первой монеты достоинством 5 руб. вторую монету достоинством 3 руб.; таким образом, чтобы столкновение произошло в тот момент, когда центр диска первой монеты проходит через точку А. Удар должен быть нецентральным, т. е. центр диска второй монеты должен быть расположен на некотором расстоянии от прямой АВ, по которой движется

центр диска первой монеты

. Отметьте начальное положение центра диска второй монеты (точка С на рис.). Запустите первую монету с того же места на наклонной плоскости, как и в первом опыте. Отметьте конечное положение центров дисков первой (точка Е) и второй (точка D) монет (см. рис.). Соедините точки А и Е отрезком АЕ, точки С и D отрезком CD. Измерьте расстояния s1 и s2.

4. Положите монету на наклонную плоскость с бумажной полосой и постепенно увеличивайте угол наклона до тех пор, пока монета не начнет скользить по бумаге. Измерьте длины катетов h и b, вычислите тангенс угла предельного наклона (tg φ = h/b) , равный коэффициенту трения: = tg

φ = h/b

5. По известным значениям масс m1 =5 г и m2 = 2 г монет, тормозных путей s, s1, s2 и коэффициента трения вычислите значения скоростей монет υ, υ1 и υ2 и модулей р, р1 и р2 их импульсов.

6. Отложите на прямых, проходящих через точки А и В, А и Я, С и D, отрезки, пропорциональные модулям импульсов монет. Постройте векторы р, р1, p2 (рис.). Проверьте, выполняется ли условие

7. Постройте вектор р' = р1 + p2, перенеся начало вектора р2 в точку . Найдите разность векторов ∆p_э = р' - р. Измерьте длину вектора ∆p_э и по известному масштабу построения векторов импульса определите значение модуля вектора ∆p_э.

8. Определите границу погрешностей значений импульсов, системы из двух монет до и после столкновения. Проверьте, лежит ли обнаруженное различие импульсов ∆p_э в пределах границ погрешностей измерений. Результаты измерений и вычислений занесите в отчетную таблицу.

Отчетная таблица

S,м

S1,м

S2,м

H,см

В,см

P,Н*с

P1,Н

P2,Н

P',Н*

∆Pэ,

μ

έ

∆Pт,

Контрольные вопросы:

1 Сформулируйте понятие импульса.

2 Запишите математическую форму закона импульса и поясните границы его применимости.

3 Какое движение называют реактивным? Приведите примеры использования реактивного движения.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1.4

Сохранение механической энергии при движении тела под действием сил тяжести и упругости.

Цель:

сравнить две величины-уменьшение потенциальной энергии прикрепленного к пружине тела при его падении и увеличение потенциальной энергии растянутой пружины.

Приборы и материалы: 1) динамометр, жесткость пружины которого равна 40 Н/м; 2) линейка измерительная; 3) груз из набора по механике; масса груза равна (0,100 ±0,002) кг; 4) фиксатор; 5) штатив с муфтой и лапкой.

Основные сведения.

Если тело способно совершить работу, то говорят, что оно обладает энергией.

Механическая энергия тела - это скалярная величина, равная максимальной работе, которая может быть совершена в данных условиях.

Обозначается Е Единица энергии в СИ [1Дж = 1Н*м]

Кинетическая энергия - это энергия тела, обусловленная его движением.

Физическая величина, равная половине произведения массы тела на квадрат его скорости, называется кинетической энергией тела:

Кинетическая энергия - это энергия движения. Кинетическая энергия тела массой m, движущегося со скоростью равна работе, которую должна совершить сила, приложенная к покоящемуся телу, чтобы сообщить ему эту скорость:

Наряду с кинетической энергией или энергией движения в физике важную роль играет понятие потенциальной энергии или энергии взаимодействия тел.

Потенциальная энергия - энергия тела, обусловленная взаимным расположением взаимодействующих между собой тел или частей одного тела.

Потенциальная энергия тела в поле силы тяжести (потенциальная энергия тела, поднятого над землёй).

Ep = mgh

Она равна работе, которую совершает сила тяжести при опускании тела на нулевой уровень.

Растянутая (или сжатая) пружина способна привести в движение прикрепленное к ней тело, то есть сообщить этому телу кинетическую энергию. Следовательно, такая пружина обладает запасом энергии. Потенциальной энергией пружины (или любого упруго деформированного тела) называют величину

, где k - жесткость пружины, х - абсолютное удлинение тела.

Потенциальная энергия упруго деформированного тела равна работе силы упругости при переходе из данного состояния в состояние с нулевой деформацией.

Потенциальная энергия при упругой деформации - это энергия взаимодействия отдельных частей тела между собой силами упругости.

Если тела, составляющие замкнутую механическую систему, взаимодействуют между собой только силами тяготения и упругости, то работа этих сил равна изменению потенциальной энергии тел, взятому с противоположным знаком:

A = -(Ep2 - Ep1).

По теореме о кинетической энергии эта работа равна изменению кинетической энергии тел:

A = Ek2 - Ek1

Следовательно Ek2 - Ek1 = -(Ep2 - Ep1) или Ek1 + Ep1 = Ek2 + Ep2.

Сумма кинетической и потенциальной энергии тел, составляющих замкнутую систему и взаимодействующих между собой силами тяготения и силами упругости, остается неизменной.

Это утверждение выражает закон сохранения энергии в механических процессах. Он является следствием законов Ньютона.

Сумму E = Ek + Ep называют полной механической энергией.

Полная механическая энергия замкнутой системы тел, взаимодействующих между собой только консервативными силами, при любых движениях этих тел не изменяется. Происходят лишь взаимные превращения потенциальной энергии тел в их кинетическую энергию, и наоборот, или переход энергии от одного тела к другому.

Е = Ек + Еp = const

Закон сохранения механической энергии выполняется только тогда, когда тела в замкнутой системе взаимодействуют между собой консервативными силами, то есть силами, для которых можно ввести понятие потенциальной энергии.

В реальных условиях практически всегда на движущиеся тела наряду с силами тяготения, силами упругости и другими консервативными силами действуют силы трения или силы сопротивления среды.

Сила трения не является консервативной. Работа силы трения зависит от длины пути.

Если между телами, составляющими замкнутую систему, действуют силы трения, то механическая энергия не сохраняется. Часть механической энергии превращается во внутреннюю энергию тел (нагревание).

Описание установки.

Для работы используется установка, показанная на рисунке. Она представляет собой укрепленный на штативе динамометр с фиксатором 1.

Пружина динамометра заканчивается проволочным стержнем с крючком. Фиксатор (в увеличенном масштабе он показан отдельно - помечен цифрой 2) - это легкая пластинка из пробки (размерами 5 Х 7 X 1,5 мм), прорезанная ножом до ее центра. Ее насаживают на проволочный стержень динамометра. Фиксатор должен перемещаться вдоль стержня с небольшим трением, но трение все же должно быть достаточным, чтобы фиксатор сам по себе не падал вниз. В этом нужно убедиться перед началом работы. Для этого фиксатор устанавливают у нижнего края шкалы на ограничительной скобе. Затем растягивают и отпускают.

Фиксатор вместе с проволочным стержнем должен подняться вверх, отмечая этим максимальное удлинение пружины, равное расстоянию от упора до фиксатора.

Если поднять груз, висящий на крючке динамометра, так, чтобы пружина не была растянута, то потенциальная энергия груза по отношению, например, к поверхности стола равна mgh. При падении груза (опускание на расстояние x = h) потенциальная энергия груза уменьшится на

Е₁=mgh

а энергия пружины при ее деформации увеличивается на

Е₂=kx²/2

Порядок выполнения работы

1. Груз из набора по механике прочно укрепите на крючке динамометра.

2. Поднимите рукой груз, разгружая пружину, и установите фиксатор внизу у скобы.

3. Отпустите груз. Падая, груз растянет пружину. Снимите груз и по положению фиксатора измерьте линейкой максимальное удлинение х пружины.

4. Повторите опыт пять раз. Найдите среднее значение h и х

5. Подсчитайте Е_1ср=mgh и Е_2ср=kx²/2

6. Результаты занесите в таблицу:

№ опыта

h=х_max,
м

h_ср=х_ср,
м

Е_1ср,
Дж

Е_2ср,
Дж

Е_1ср/ Е_2ср

1

2

3

4

5

7. Сравните отношение Е_1ср/ Е_2ср с единицей и сделайте вывод о погрешности, с которой был проверен закон сохранения энергии.

8. Ответьте на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы.

1.Раскройте понятие механической энергии?

2.Какая энергия называется кинетической? По какой формуле она находится?

3.Какая энергия называется потенциальной? По какой формуле она находится?

4.Сформулируйте закон сохранения механической энергии.

5.Каковы границы применения закона сохранения механической энергии?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2.1

Измерение относительной влажности воздуха.

Начинать с наблюдений.

А.Ампер

Цель работы:

Научиться определять влажность воздуха.

Оборудование:

термометр, кусок марли, стакан с водой, психрометрическая таблица.

Порядок выполнения работы:

1.Измерьте термометром температуру воздуха в помещении и воды в стакане.

2.Оберните термометр кусочком увлажненной марли.

3.Как только понижение температуры прекратится, снова снимите показания термометра.

4. Найдите разность температур "Сухого" и "влажного" термометра.

5 .Определите относительную влажность воздуха используя психрометрическую таблицу.

6. Результаты занесите в таблицу.

№ опыта

tсух

tвл

t сух-t вл

y

7.Сравните результаты ваших показаний с показаниями психрометра.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2.2

Наблюдение роста кристаллов из раствора

Цель

Научиться создавать кристаллы, пронаблюдать рост кристалла

Теоретическая часть работы

Существуют два простых способа выращивания кристаллов из раствора: охлаждение насыщенного раствора соли и его выпаривание. Первым этапом при любом из двух способов является приготовление насыщенного раствора. С появлением центров кристаллизации избыток вещества выделяется из раствора, Избыток вещества из раствора выпадает в виде кристаллов; количество кристаллов тем больше, чем больше центров кристаллизации в растворе. Центрами кристаллизации могут служить загрязнения на стенках посуды с раствором, пылинки, мелкие кристаллики Чтобы вырастить крупный кристалл, в тщательно отфильтрованный насыщенный раствор нужно внести кристаллик - затравку, заранее прикрепленный на волосе или тонкой леске, предварительно обработанной спиртом.

Можно вырастить кристалл без затравки. Для этого волос или леску обрабатывают спиртом и опускают в раствор так, чтобы конец висел свободно. На конце волоса или лески может начаться рост кристалла.

Если стакан с раствором прикрыть так, чтобы вода из раствора могла испаряться, то вскоре раствор станет пересыщенным и начнется рост кристалла. Во время роста кристалла стакан с раствором лучше всего держать в теплом сухом месте, где температура в течение суток остается постоянной. На выращивание крупного кристалла в зависимости от условий эксперимента может потребоваться от нескольких дней до нескольких недель.

Оборудование

поваренная соль, дистиллированная вода, воронка, деревянная шпажка, марля, стаканы, нитка (леска)

Ход работы

1. Вымыть два стакана, простерилизовать их.

2. Взять 200 г дистиллированной воды, растворить в ней 50 г поваренной соли (10 чайных ложек)

3. Профильтровав, перелить раствор в другой стакан.

4. На шпажку прикрепить нить, обработанную спиртом, так, чтобы нить не доставала до дна стакана (см. рисунок).

5. Опустить нить в стакан с фильтрованным раствором.

6. Пронаблюдать рост кристаллов в стакане.

7. Полученные кристаллы сдать вместе с работой.

Вывод

1. Перечислите основные свойства твердых тел.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3.1.

Изучение закона Ома для участка цепи

Цель работы:

установить на опыте зависимость силы тока от напряжения и сопротивления.

Оборудование:

амперметр лабораторный, вольтметр лабораторный, источник питания, набор из трёх резисторов сопротивлениями 1 Ом, 2 Ом, 4 Ом, реостат, ключ замыкания тока, соединительные провода.

Ход работы.

Краткие теоритические сведения

Электрический ток - упорядоченное движение заряженных частиц

Количественной мерой электрического тока служит сила тока I

Сила тока - - скалярная физическая величина, равная отношению заряда q, переносимого через поперечное сечение проводника за интервал времени t, к этому интервалу времени:

В Международной системе единиц СИ сила тока измеряется в амперах [А].

[1A=1Кл/1с]

Прибор для измерения силы тока Амперметр. Включается в цепь последовательно

На схемах электрических цепей амперметр обозначается .

Напряжение - это физическая величина, характеризующая действие электрического поля на заряженные частицы, численно равно работе электрического поля по перемещению заряда из точки с потенциалом φ₁ в точку с потенциалом φ₂

U₁₂ = φ₁ - φ₂

U - напряжение

A - работа тока

q - электрический заряд

Единица напряжения - Вольт [В]

[1B=1Дж/1Кл]

Прибор для измерения напряжения - Вольтметр. Подключается в цепь параллельно тому участку цепи, на котором измеряется разность потенциалов.

На схемах электрических цепей амперметр обозначается .

Величина, характеризующая противодействие электрическому току в проводнике, которое обусловлено внутренним строением проводника и хаотическим движением его частиц, называется электрическим сопротивлением проводника.

Электрическое сопротивление проводника зависит от размеров и формы проводника и от материала, из которого изготовлен проводник.

S - площадь поперечного сечения проводника

l - длина проводника

ρ - удельное сопротивление проводника

В СИ единицей электрического сопротивления проводников служит ом [Ом].

Графическая зависимость силы тока I от напряжения U - вольт-амперная характеристика

Закон Ома для однородного участка цепи: сила тока в проводнике прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника.

Назван в честь его первооткрывателя Георга Ома.

Практическая часть

1. Для выполнения работы соберите электрическую цепь из источника тока, амперметра, реостата, проволочного резистора сопротивлением 2 Ом и ключа. Параллельно проволочному резистору присоедините вольтметр (см. схему).

2. Опыт 1. Исследование зависимости силы тока от напряжения на данном участке цепи. Включите ток. При помощи реостата доведите напряжение на зажимах проволочного резистора до 1 В, затем до 2 В и до 3 В. Каждый раз при этом измеряйте силу тока и результаты записывайте в табл. 1.

Таблица 1. Сопротивление участка 2 Ом

Напряжение U, B

Сила тока I, A

3. По данным опытов постройте график зависимости силы тока от напряжения. Сделайте вывод.

4. Опыт 2. Исследование зависимости силы тока от сопротивления участка цепи при постоянном напряжении на его концах. Включите в цепь по той же схеме проволочный резистор сначала сопротивлением 1 Ом, затем 2 Ом и 4 Ом. При помощи реостата устанавливайте на концах участка каждый раз одно и то же напряжение, например, 2 В. Измеряйте при этом силу тока, результаты записывайте в табл 2.

Таблица 2. Постоянное напряжение на участке 2 В

Сопротивление участка

R, Ом

Сила тока I, A

5. По данным опытов постройте график зависимости силы тока от сопротивления. Сделайте вывод.

6. Ответьте на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1. Что такое электрический ток?

2. Дайте определение силы тока. Как обозначается? По какой формуле находится?

3. Какова единица измерения силы тока?

4. Каким прибором измеряется сила тока? Как он включается в электрическую цепь?

5. Дайте определение напряжения. Как обозначается? По какой формуле находится?

6. Какова единица измерения напряжения?

7. Каким прибором измеряется напряжение? Как он включается в электрическую цепь?

8. Дайте определение сопротивления. Как обозначается? По какой формуле находится?

9. Какова единица измерения сопротивления?

Лабораторная работа 3.2.

Измерение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока.

Цель работы:

научиться измерять ЭДС (E) источника тока и косвенными измерениями определять его внутреннее сопротивление.

Оборудование:

• аккумулятор или батарейка для карманного фонаря;

• вольтметр;

• амперметр;

• реостат;

• ключ.

Теоретическая часть

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

Внутреннее сопротивление источника тока можно измерить косвенным путем, сняв показания амперметра и вольтметра при замкнутом ключе. Действительно, из закона Ома для замкнутой цепи (см. § 108) получаем E = U + Ir, где U = IR - напряжение на внешней цепи (R - сопротивление реостата). Поэтому г_пр = (E_пр - U_пр)/I_пр. 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 ε_пр = (ΔE + ΔU)/(E_пр - U_пр) + ΔI/I_пр, Δr = r_прε_r

Указания к работе

1. Подготовьте бланк отчета со схемой электрической цепи и таблицей для записи результатов измерений и вычислений.

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

3. Проверьте работу цепи при разомкнутом и замкнутом ключе.

4. Измерьте ЭДС источника тока.

5. Снимите показания амперметра и вольтметра при замкнутом ключе и вычислите r_пр. Вычислите абсолютную и относительную погрешности измерения ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока, используя данные о классе точности приборов.

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

E = E_пр ± ΔE, ε_E = ...%

r = r_пр ± Δr, ε_r = ...%

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3.3

Сборка схемы включения двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением. Снятие механических и рабочих характеристик.

Цель работы:

Научиться запускать в ход двигатель постоянного тока параллельного возбуждения. Снять механические и рабочие характеристики с двигателя.

Основные теоретические положения

Двигатель постоянного тока преобразует электрическую энергию, подводимую к нему из сети, в механическую энергию вращения, снимаемую с вала двигателя.

Двигатель постоянного тока состоит из станции, на которой укреплены электромагниты постоянного тока, и якоря, снабженного коллектором со щетками.

У двигателя параллельного возбуждения обмотка возбуждения включена параллельно обмотке якоря. Для пуска двигателя применяют пусковой реостат. В начале пуска включены все элементы пускового сопротивления. По мере разгона двигателя пусковое сопротивление реостата уменьшают. В рабочем режиме пусковое сопротивление выведено полностью. Частота вращения якоря двигателя прямо пропорциональна

магнитному потоку Ф. Что бы изменить направление вращения якоря двигателя необходимо изменять направление тока в мотке якоря или в обмотке возбуждения.

Частоту вращения в двигателе параллельного возбуждения регулируют изменением магнитного потока, для чего в цепь обмотки возбуждения включают регулировочный реостат.

Для нагрузки двигателя можно применять при выполнении работы механический или электромагнитный тормоз.

Свойства двигателя отражают его рабочие и механические характеристики.

Рабочими характеристиками называются зависимости частоты вращения n, ток Т, вращающего момента II и коэффициента полезного действия ŋ от мощности Р2 на валу двигателя при постоянных значениях напряжения и тока возбуждения.

Основной характеристикой двигателя является механическая характеристика, определяющая зависимость частоты вращения вала двигателя n от величины вращающего момента.

При проведении работы скорость вращения измеряется тахометром. Тормозящий момент, создаваемый при помощи тормоза, вычисляется путем измерения тормозной силы F (н) и плеча l (м), к которому приложена эта сила. Вращающий момент двигателя равный тормозящему в установившемся режиме определяется по формуле:

М =Fl

Коэффициент полезного действия - это отношение полезной
мощности Р2, отдаваемой двигателем рабочей машине, к мощности Р1,
которую двигатель получает из сети:

ŋ = Р2 х 100%; Р2 = M ω ω= 2П п;

Р1 60

Р1 = Uн ( 1я + 1в) = UнI,

где ω - угловая скорость вращения вала двигателя, рад/сек

n - скорость вращения вала двигателя, об/мин.

Оборудование и аппаратура

1 . Электродвигатель постоянного тока параллельного возбуждения.

2. Тормоз ленточный или электромагнитный с диаметром.

3. Источник постоянного тока с регулируемым напряжением.

4. Амперметр магнитоэлектрической системы постоянного тока на 20 А.

5. Амперметр магнитоэлектрической системы на 3 А.

6. Вольтметр постоянного тока 150 В - 1 шт.

7. Реостат пусковой - 1 шт .

8. Реостат регулирующий - 2 шт.

9. Тахометр для измерения частоты вращения якоря двигателя - 1

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с конструкцией и схемой двигателя постоянного тока параллельного возбуждения.

2. Собрать схему по рис.1.

3. Запустить двигатель, убедившись, что пусковой реостат находится в пусковом положении, сопротивление реостатов в цепи якоря возбуждения наименьшее.

4. Осуществить регулирование скорости вращения двигателя с помошью реостата, включенного в цепь обмотки возбуждения. Записать наибольшую и наименьшую скорости вращения двигателя. 5. Для получения рабочих характеристик, работающий двигатель постепенно нагружают с помощью тормоза и поддерживают неизменным напряжение на зажимах якоря Ин с помощью реостата.

6. Установить ток возбуждения Iв.

7. Постепенно, начиная с холостого хода, увеличивать силу на плече тормоза и записать 3-4 раза ток якоря, частоту вращения и силу тормо жения.

8. Данные, полученные в результате опыта и расчетов, занести в таблицу.

9. Снять механические характеристики. Для этого произвести торможение двигателя без добавочного сопротивления в цепи якоря, а затем торможение двигателя при изменении сопротивления, включенного в цепь якоря. Записать в таблицу данные М, n, F.

10. По данным таблицы построить механические и рабочие характеристики (таблица1).

11. Составить отчет и вывод о работе.

Таблица 1

№

опыта

Данные опыта

Данные расчета

F,Н

n2,

об/мин

Iя, A

U, В

Iв, A

М,

H M

P1, кВт

P2, кВт

n, %

Рис. 1. Схема включения двигателя

Контрольные вопросы:

1. Что такое двигатель постоянного тока?

2. Каково устройство двигателя постоянного тока?

3. Какой закон положен в основу работы двигателя постоянного тока?

4. Перечислите основные схемы включения двигателя постоянного тока.

5. Как можно изменить направление вращения якоря двигателя?

6. Как можно изменить частоту вращения двигателя параллельного возбуждения?

7. Как определяется коэффициент полезного действия двигателя постоянного тока?

8. Как включается обмотка возбуждения в двигателе постоянного тока?

9. Какое правило используется для определения направления силы, действующей на проводник с током в магнитном поле?

10. Как запускают в ход двигатель постоянного тока?

Литература, рекомендуемая для подготовки

к выполнению лабораторной работы

1. Акимова Н.А. «Монтаж, техническая эксплуатация и ремонт эклектического и электромеханического оборудования» - М.: ВШ., 2001

2. Глебович А.Л. «Лабораторные работы по электротехнике с основами промышленной электроники» - М.: В.Ш., 2002г Семёнов В.А. «Лабораторно-практические работы по специальной технологии» - М: В.Ш., 1988г.

3. Кацман М.М. «Лабораторные работы по электрическим машинам и электроприводу» - М.:ВШ., 2006 г.

4. Кацман М.М. «Электрические машины» - М.:ВШ., 2000 г.

5. Семёнов В.Д. «Справочник молодого электромонтёра по ремонту электрооборудования промышленных предприятий» - М.: ВШ., 1982г.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3.4.

Исследование зависимости силы тока от электроемкости конденсатора в цепи переменного тока.

Цель работы:

изучить влияние электроёмкости на силу переменного тока.

Оборудование:

набор неполярных конденсаторов известной ёмкости, регулируемый источник переменного тока ЛАТР, миллиамперметр с пределом измерения до 100 мА переменного тока, вольтметр с пределом измерения до 75 В переменного напряжения, соединительные провода.

Теория

Постоянный ток не проходит через конденсатор, так как между его обкладками находится диэлектрик. Если конденсатор включить в цепь постоянного тока, то после зарядки конденсатора ток в цепи прекратится.

Если же включить конденсатор в цепь переменного тока, то заряд конденсатора (q=CU) вследствие изменения напряжения непрерывно изменяется, поэтому в цепи течёт переменный ток. Сила тока тем больше, чем больше ёмкость конденсатора и чем чаще происходит его перезарядка, т.е. чем больше частота переменного тока.

Сопротивление, обусловленное наличием электрической ёмкости в цепи переменного тока, называют ёмкостным сопротивлением X_C. Оно обратно пропорционально ёмкости С и круговой частоте ω:

или, с учётом, что ω=2πν, где ν- частота переменного тока, (1).

Из закона Ома для участка цепи переменного тока, содержащего ёмкостное сопротивление, действующее значение тока в цепи равно: (2).

Из формулы (2) следует, что в цепи с конденсатором переменный ток изменяется прямо пропорционально изменению ёмкости конденсатора при неизменной частоте тока.

Графически зависимость силы тока от электроёмкости конденсатора в цепи переменного тока изображается прямой линией (рис.1).

В этом и предстоит убедиться опытным путём в данной работе.

Ход работы.

1. Собрать электрическую схему согласно рисунка 2 и перечертить её в тетрадь:

2. Подготовить таблицу для результатов измерений и вычислений:

Частота тока

ν, Гц

Напряжение

на конденсаторе

U, В

Ёмкость конденсатора

С, мкФ

Ток в цепи

I, мА

Ёмкостное сопротивление

, Ом

измеренное

вычисленное

50

3. Для каждого конденсатора из набора измерить силу тока при напряжении 50 В.

4. В каждом опыте рассчитать ёмкостное сопротивление по закону Ома для участка цепи переменного тока: , здесь I - действующее значение тока в мА, U=50 В - действующее значение напряжения.

5. В каждом опыте вычислите ёмкостное сопротивление по заданным значениям частоты переменного тока ν=50Гц и ёмкости конденсатора С: , здесь С - ёмкость в мкФ.

6. Сравните результаты расчётов в п.4 и в п.5 и сделайте вывод о выполнимости закона Ома для участка цепи переменного тока содержащего электроёмкость с учётом погрешности измерений.

7. Постройте график зависимости силы тока от электроёмкости конденсатора в цепи переменного тока:

8. Запишите вывод по результатам опытов и ответьте на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы.

1. Почему постоянный ток не проходит через конденсатор?

2. Какое сопротивление называется ёмкостным? Почему оно является реактивным сопротивлением?

3. От чего и как зависит ёмкостное сопротивление?

4. Выполняется ли закон Ома для участка цепи переменного тока, содержащего ёмкостное сопротивление?

5. Напряжение на конденсаторе изменяется по закону . Запишите уравнение переменного тока в цепи с конденсатором.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3.5

Измерение индуктивности катушки

Цель:

вычисление индуктивного сопротивления катушки и ее индуктивности по результатом измерений напряжений на катушке и силы тока в цепи.

Оборудование: источник переменного напряжения; катушка школьного разборного трансформатора; вольтметр и миллиамперметр переменного тока; соединительные провода.

Всякое изменение тока в катушке вызывает появление в ней ЭДС самоиндукции, препятствующей изменению тока. Величина ЭДС самоиндукции прямо пропорциональна величине индуктивности катушки и скорости изменения тока в ней. Но так как переменный ток непрерывно изменяется, то непрерывно возникающая в катушке ЭДС самоиндукции создает сопротивление переменному току. Она препятствует его возрастанию и, наоборот, поддерживает его при убывании. Таким образом, в катушке индуктивности, включенной в цепь переменного тока, создается сопротивление прохождению тока. Но так как такое сопротивление вызывается в конечном счете индуктивностью катушки, то и называется оно индуктивным сопротивлением.

Индуктивное сопротивление обозначается через Х_L и измеряется, как и активное сопротивление, в омах. Индуктивное сопротивление цепи тем больше, чем больше частота тока, питающего цепь, и чем больше индуктивность цепи. Следовательно, индуктивное сопротивление цепи прямо пропорционально частоте тока и индуктивности цепи; определяется оно по формуле:

Х_L=ωL , где ω - круговая частота, определяемая произведением 2πν, L - индуктивность цепи в генри (Гн).

Т.е.

Тогда индуктивность катушки можно выразить:

Закон Ома для цепи переменного тока, содержащей индуктивное сопротивление, звучит так: величина тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна индуктивному сопротивлению цепи, т. е

, где I и U - действующие значения тока и напряжения, а Х_L - индуктивное сопротивление цепи.

Выполнение работы:

1. Подготовить таблицу для результатов измерений и вычислений:

Напряжение

U, B

Сила тока

I, A

Индуктивное

Спротивление

XL, OM

Частота

V, Гц

Индуктивность

L,мГн

2. Собрать электрическую схему согласно рисунка 1 и перечертить её в тетрадь:

3. Спомощью регулятора напряжения подать на схему напряжение 1,5 В и установить частоту переменного тока 80 Гц. Записать показания миллиамперметра.

4. Увеличивая частоту в 2,3,4 и 5 раз каждый раз записывать показания миллиамперметра в таблицу.

5. Вынуть сердечник из катушки и, не изменяя напряжения и частоты переменного тока, записать показания миллиамперметра в таблицу.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 4.1

Изучение закона радиоактивного распада

Цель:

Экспериментальным путем доказать существование статистической основы радиоактивного распада

Теоретическая часть работы:

Радиоактивный распад подчиняется закону ,

Где N-число нераспавшихся ядер в момент времени t,

N₀ - число ядер в начальный момент времени,

Т - период полураспада.

Согласно данному закону за любой интервал времени распадается одна и та же доля имеющихся атомов (за период полураспада - половина атомов). Значит, с течением времени скорость полураспада нисколько не изменяется. Так, атомы радона возникающие при распаде радия имеют одинаковые шансы претерпеть радиоактивный распад как сражу же после своего образования, так и спустя 10 минут после этого. Для радиоактивных ядер не существует понятия возраста, для них можно определить лишь среднее время жизни. Конкретный смысл имеют только утверждения о поведении в среднем большой совокупности атомов, распадающихся за определенный интервал времени. Закон радиоактивного распада является статистическим. Так как в этом законе рассматривается всего два события «распался» и «не распался», то при помощи любых равновероятных событий можно проверить его справедливость. Возьмем два равновероятных события - выпадение «орла» или «решки» - и проверим закон радиоактивного распада с точки зрения статистики.

Оборудование:

Коробок и монеты одного достоинства в количестве 30-50 штук

Ход работы:

1. Поместить в коробок монеты (30-50 штук), встряхнуть их и высыпать на стол с некоторой высоты.

2. Монеты, выпавшие тыльной стороной вверх («распавшиеся ядра»), положить в сторону, а остальные («нераспавшиеся») вновь поместить в коробок, встряхнуть и также высыпать.

3. Убрать монеты, выпавшие тыльной стороной и опять оставшиеся положить в коробок.

4. Совершить 5 бросаний. По результатам опыта заполнить таблицу

5. Построить график зависимости числа N монет, не выпавших тыльной стороной, от номера X выбрасывания. Соединить точки плавной кривой и сравнить полученную вероятностную кривую с данной кривой радиоактивного распада

Таблица Результаты измерений и вычислений

Число бросков

1

2

3

4

5

Выпавшие «решкой» (N₀)

Выпавшие «орлом» (N)

Зависимость выпадения «орла» от числа бросков График

Вывод:

1. Запишите формулу для радиоактивного распада.

2. Сделайте вывод о том, соответствует ли график «зависимости выпадения «орлом» от числа бросков» кривой радиоактивного распада.

Литература

1. Пинский А.А., Граковский Г.Ю. Физика: Учебник /Под общ. ред. Ю.И. Дика, Н.С. Пурышевой .- 2-е изд., испр. - М.:ФОРУМ: ИНФРА-М, 2006.

2. Кабардин О.Ф. Физика: справочные материалы: учебное пособие для учащихся. - М.: Просвещение, 1991

3. Кикоин И.К, Кикоин А.К. Физика: учебн. для 9 кл. сред. шк. - М.: Просвещение, 1994

4. Сборник экспериментальных заданий и практических работ по физике для 9-11 классов / О.Ф. Кабардин, В.А. Орлов. - М.:Астрель, 2005.

5. Справочное руководство по физике для поступающих в ВУЗы и самообразования. - М.: Наука, 1984

6. Физика: руководство по проведению лабораторных работ для средн. спец. учебных заведений / В.Е. Добронравов, Г.Д. Палеолог. - М.: Высшая школа, 1974

7. Физика: учебник для 10 кл. общеобразователь. учреждений / Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Сотский. - М.: Просвещение, 2005.

8. Физика: учебник для 11 кл. общеобразователь. учреждений / Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев. - М.: Просвещение, 2006.

9. Физика: Учебн. пособие для 10 кл. шк. и классов с углубл. изуч. физики/ Ю.И. Дик, О.Ф. Кабардин, В.А. Орлов и др.; Под ред. А.А. Пинского - М.: Просвещение, 1993

10. Федеральные государственные образовательные стандарты профессионального образования НПО и СПО. (утвержденные 2009 -2010 г.г., на профессии и специальности).

11. physbook.ru/