Тетрадь для лабораторных работ по дисциплине Физика

Областное государственное автономное образовательное учреждение

среднего профессионального образования

"Белгородский строительный колледж"

ФИЗИКА

Еськова Т.М.

ТЕТРАДЬ

ДЛЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ "ФИЗИКА"

для студентов I курса специальностей:

23.02.01 Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта,

08.02.01 Строительство и эксплуатация зданий и сооружений,

08.02.03 Производство неметаллических строительных изделий и конструкций,

08.02.09 Монтаж, наладка и эксплуатация электрооборудования промышленных и гражданских зданий.

СТУДЕНТА ГРУППЫ____________________________________

___________________________________________________________

ПРЕПОДАВАТЕЛЬ_________________________________________

Белгород, 2014

Тетрадь для лабораторных работ по дисциплине "Физика" для студентов I курса специальностей: 23.02.01 Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта, 08.02.01 Строительство и эксплуатация зданий и сооружений, 08.02.03 Производство неметаллических строительных изделий и конструкций, 08.02.09 Монтаж, наладка и эксплуатация электрооборудования промышленных и гражданских зданий.

Автор: Еськова Татьяна Михайловна, преподаватель Белгородского строительного колледжа.

Рецензенты:

Фролова М. В. - главный редактор электронного периодического издания «Педагогический мир»

Никифоренко А. В. - председатель редакционно-экспертной коллегии электронного периодического издания «Педагогический мир»

Тетрадь содержит методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов I курса по дисциплине "Физика", контрольные вопросы, на которые студенту необходимо дать ответы в этой тетради.

Тетрадь предназначена для студентов очной формы обучения I курса по дисциплине «Физика».

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Тетрадь для работ по лабораторному практикуму является приложением к учебному пособию по дисциплине "Физика" для студентов I курса специальностей: 23.02.01 Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта, 08.02.01 Строительство и эксплуатация зданий и сооружений, 08.02.03 Производство неметаллических строительных изделий и конструкций, 08.02.09 Монтаж, наладка и эксплуатация электрооборудования промышленных и гражданских зданий.

В каждой работе указаны цели ее проведения, теоретические сведения необходимое оборудование, приведено описание хода работы с рисунками, таблицами и расчетными формулами. В описание лабораторных работ добавлены контрольные вопросы.

ПЛАН ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. Изучите теорию.

2. Рассмотрите оборудование, предлагаемое для выполнения лабораторной работы, соберите установку для проведения эксперимента.

3. Проведите наблюдения и измерения, каждый раз записывая результаты в таблицу.

4. Выполните необходимые расчеты.

5. Рассчитайте погрешности, там, где это требуется.

6. Запишите окончательный результат с учетом погрешностей.

7. Сделайте вывод.

8. Ответьте на контрольные вопросы.

Лабораторная работа № 1.

Определение ускорения свободного падения при помощи маятника.

Цель работы: определить ускорения свободного падения при помощи маятника.

Краткая теория. Для измерения ускорения свободного падения применяются разнообразные гравиметры, в частности маятниковые приборы. С помощью удается измерить ускорение свободного падения с абсолютной погрешностью порядка 10 м/с. В работе используется простейший маятниковый прибор - шарик на нити. При малых размерах шарика по сравнению с длиной нити и небольших отклонениях от положения равновесия период колебания равен . Для увеличения точности измерения периода важно измерить время t достаточно большого числа N полных колебаний маятника. Тогда период , и ускорение свободного падения может быть вычислено по формуле

(1).

Оборудование: часы с секундной стрелкой, измерительная лента, шарик с отверстием, нить, штатив с муфтой и кольцом.

Ход работы.

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

2. Измерить лентой длину нити l маятника.

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

4. Измерить в нескольких экспериментах время t 50 колебаний маятника и вычислить : , где п - число опытов по измерению времени.

5. Вычислить среднюю абсолютную погрешность измерения времени

и результаты занести в таблицу:

Номер опыта

t, с

t, c

, с

, с

l, м

1

2

3

4

5

6

6. Вычислить ускорение свободного падения по формуле (1).

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

7. Определить абсолютную погрешность ускорения свободного падения по формуле :

____________________________________________________________________________________________________________________________________

8. Вычислить относительную погрешность ускорения свободного падения по формуле ,

____________________________________________________________________________________________________________________________________

9. Сделать вывод и записать результат измерения в виде

.

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Контрольные вопросы:

1.Почему шарик, подвешенный на нити, в данной работе можно считать математическим маятником?

2.Какая из измеряемых величин больше всего влияет на относительную погрешность?

3.Как зависит период колебаний одного и того же маятника от широты местности?

4.Можно ли измерить ускорение свободного падения, если вместо математического маятника использовать пружинный маятник?

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Лабораторная работа №2.

Опытная проверка закона Гей-Люссака.

Цель работы: опытным путем проверить выполнение закона Гей-Люссака.

Краткая теория. Согласно закону Гей-Люссака при постоянном давлении отношение объема данной массы газа к его температуре остается постоянным. Чтобы проверить закон Гей-Люссака, достаточно измерить объем и температуру газа в двух состояниях при постоянном давлении и проверить справедливость равенства . Это можно осуществить, используя воздух при атмосферном давлении. Стеклянная пробирка открытым концом вверх помещается на 3-5 мин в сосуд с горячей водой, В этом случае объем воздуха равен объему пробирки, а температура-температуре горячей воды . Это первое состояние. Чтобы при переходе воздуха в следующее состояние его количество не изменилось, открытый конец пробирки закрывают (пластилином). После этого пробирку вынимают из воды и быстро опускают в стакан с холодной водой закрытым пластилином концом вниз. Прямо под водой снимают пластилин. По мере охлаждения воздуха в пробирке вода в ней будет подниматься. Чтобы давление воздуха в пробирке оставалось постоянным, необходимо увеличить глубину погружения пробирки в стакан до тех пор, пока уровни воды в пробирке и в стакане не выровняются. Это будет второе состояние воздуха в пробирке при температуре окружающего воздуха. Отношение объемов воздуха в трубке в первом и втором состояниях можно заменить отношением высот воздушных столбов в пробирке, если сечение пробирки постоянно по всей длине. Поэтому в работе следует сравнить отношения и .

Оборудование: пробирка, стакан с холодной водой, стакан с горячей водой (60),термометр, линейка, пластилин.

Ход работы.

1 .Измерить длину пробирки и температуру воды в стакане .

2.Опустить пробирку в стакан с горячей водой, открытым концом вверх (рис. а). Измерить температуру воды в стакане. Через 3-5 минут закрыть открытый конец пробирки пластилином и перенести ее в стакан с холодной водой (рис. б, в). Измерить длину воздушного столба в пробирке и температуру холодной воды.

3.Вычислить отношения и , относительные и абсолютные погрешности по формулам: ; ; ;

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4.Данные измерений и вычислений занести в таблицу:

5. Сравнить отношения и . Сделать вывод о справедливости закона Гей-Люссака.

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Контрольные вопросы:

1.Почему вода в пробирке после помещения ее в холодную воду поднимается?

2.Почему надо ждать, прежде чем измерить температуру воздуха в трубке?

3.Частным случаем какого закона является закон Гей-Люссака? Запишите этот закон.

4.Какие еще газовые законы вам известны?

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Лабораторная работа № 3.

Определение поверхностного натяжения воды и мыльного раствора методом отрыва капель.

Цель работы: определить поверхностное натяжение воды и мыльного раствора методом отрыва капель.

Краткая теория.

На каплю, висящую на конце узкой трубочки, действуют две силы: сила тяжести , направленная вертикально вниз, и сила поверхностного натяжения жидкости , распределенная вдоль границы жидкости с краем трубки и направленная по касательной к поверхности жидкости перпендикулярно этой границе. Сила поверхностного натяжения, действующая на небольшой участок границы длиной , равна , где σ - коэффициент поверхностного натяжения жидкости. Условие равновесия капли на конце трубочки состоит в том, что векторная сумма сил, действующих на отдельные элементы границы, равна по модулю и противоположна по направлению силе тяжести. Величина по мере увеличения массы капли остается неизменной, но в равновесии капля принимает такую форму, что угол наклона силы поверхностного натяжения к вертикали α удовлетворяет условию , где - длина границы жидкости с трубочкой. С увеличением массы капли угол α уменьшается и, наконец, достигает нуля, а cosα = 1 . При дальнейшем увеличении массы условие равновесия капли уже не может быть выполнено, и капля отрывается. Отсюда, принимая, что , где d - внутренний диаметр трубочки, получаем: или (1).

Оборудование: шприц для чистой воды, шприц для мыльного раствора (объемом 5-10 мл), стаканчик с чистой водой, стаканчик с мыльным раствором, штангенциркуль или микрометр, остро отточенный карандаш.

Ход работы.

1.Измерить внутренний диаметр d наконечника шприца. Для измерения можно воспользоваться остро отточенным карандашом. Вдвинув карандаш в наконечник до упора, пометьте границу соприкосновения наконечника с карандашом. Диаметр карандаша на уровне этой границы можно принять за внутренний диаметр наконечника и измерить его с помощью штангенциркуля или микрометра.

2.Набрать в шприц 4-5 мл воды и, держа его вертикально и плавно нажимая на поршень, вылить 3-4 мл в стаканчик, считая капли. Измерение количества капель N провести не менее трех раз, затем по общей массе вытекшей воды общ m (пользуйтесь шкалой на шприце!) найти среднюю массу капли m и погрешность ее определения Δm. Результаты занести в таблицу:

измерено

вычислено

№

1.

2.

3.

3.Пользуясь формулой (1), рассчитать коэффициент поверхностного натяжения воды и абсолютную погрешность его определения .

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4.Вычислить относительную погрешность измерений .

____________________________________________________________________________________________________________________________________

5.Аналогичным образом определить коэффициент поверхностного натяжения мыльного раствора (пользоваться отдельным шприцем и посудой!).

измерено

вычислено

№

1.

2.

3.

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

6.Сделать вывод и записать полученное значение коэффициента поверхностного натяжения с учетом погрешности.

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Контрольные вопросы:

1.Что является основным источником погрешности измерений в методе отрыва капель?

2.Коэффициент поверхностного натяжения керосина 0,024 н/м. Больше или меньше масса капли керосина по сравнению с каплей воды, если капать из одной и той же пипетки?

3.Объясните подробно, почему маленькие капельки жидкости могут долго висеть не отрываясь.

4. Приведите свои примеры действия силы поверхностного натяжения.

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Лабораторная работа № 4

Определение коэффициента полезного действия нагревателя.

Цель работы: определить коэффициент полезного действия нагревателя.

Краткая теория. При нагревании электроплитки, часть энергии расходуется на нагревание окружающей среды (воздуха, электроплитки). Число показывающие, какая часть затраченной энергии составляет полезная энергия, называется коэффициентом полезного действия (КПД).

Зная количество теплоты, пошедшее на нагрев воды сосуда, и израсходованную энергию можно посчитать коэффициент полезного действия.

Q_пол=(с_вm_в+с_кm_к)T,

где с_в, с_к - удельная теплоемкость воды и калориметра, m_к,m_в - масса воды и калориметра, - разность температур воды и калориметра за время t,

Q_зат=I²Rt,

I - сила тока, R - сопротивление, t - время.

Оборудование: калориметр, нагреватель, сосуд с водой, весы, термометр, часы с секундной стрелкой.

Ход работы.

1. Определить массу калориметра.

2. Налить в калориметр воды и снова его взвесить.

3. Измерить начальную температуру воды.

4. Поставить калориметр с водой на нагревательный прибор и через 7 - 10 минут снова определить температуру воды.

5. Используя результаты измерений, на основании закона сохранения энергии для тепловых процессов составить уравнение теплового баланса и из него найти КПД:

=(Q_пол/Q_зат)100%,

где Q_пол - энергия, получаемая телом от нагревателя,

Q_пол=(с_вm_в+с_кm_к)(T_к-T_н)

Q_зат=А=I²Rt=U² t/R

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________

6. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу:

   Масса калориметра, m_к, кг

   Масса калориметра с водой,m, кг

   Масса воды m_в, кг

   Удельная теплоемкость воды, Дж*К/кг

   Удельная теплоемкость материала калориметра, ДЖ*К/кг

   Начальная температура T_н, К

   Конечная температура T_к, К

   Напряжение U, В

   Время t, с

   Сопротивление R, Ом

   КПД, %

   
   

   
   

   
   

   
   

7. Сделать вывод.

___________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________

Контрольные вопросы:

1. Что называется коэффициентом полезного действия нагревательного прибора?

2. В каких единицах измеряется количество теплоты?

3. Может ли в данной работе КПД быть равен 100 %?

4. Как подсчитать мощность, потребляемую нагревателем?

5. От чего зависит КПД нагревателя?

___________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________

Лабораторная работа № 5.

Определение температурного коэффициента сопротивления меди.

Цель работы: определить температурный коэффициент сопротивления меди.

Краткая теория. Электрическим сопротивлением принято считать одну из характеристик электрических свойств участка цепи, определяющую упорядоченное перемещение носителей тока на этом участке. При увеличении температуры атомы кристаллической решетки начинают интенсивное тепловое движение, чем увеличивают сопротивление материала. Удельное сопротивление R проводников зависит от температуры: ,где - сопротивление меди при 0 С; - разность конечной и начальной температур; температурный коэффициент сопротивления - относительное изменение сопротивления проводника при нагревании его на один градус. .

Для металлов и сплавов в интервале 0 - 100 °С значение температурного коэффициента сопротивления изменяется в пределах .

Для экспериментального определения а необходимо дважды измерить сопротивление исследуемого металла и при разных температурах и . Учитывая, , что имеем: ;

Оборудование: прибор для определения температурного коэффициента сопротивления меди (см. рисунок), омметр, термометр, колба с водой, электроплитка, соединительные провода, миллиметровая бумага.

Прибор, состоит из тонкой медной проволоки 1, намотанной на картонный цилиндр 3, соединенный с клеммами 2 и помещенный в стеклянную пробирку 4.

Ход работы.

1. Ознакомиться с работой омметра.

2. Измерить сопротивление меди при комнатной температуре.

3. Опустить прибор для определения температурного коэффициента меди в колбу с горячей водой. При температуре t измерить сопротивление меди. Опыт повторить 3-5 раз.

4. Вычислить по формуле .

___________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________

5. Определить погрешность .

___________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________

6. Результаты измерений занести в таблицу:

   №

   Температура медной проволоки t,

   Температура медной проволоки T, К

   Сопротивление медной проволоки R, Ом

   Температурный коэффициент сопротивления , К

   Табличное значение , К

   Среднее значение , К

   Относительная погрешность , %

   1

   
   

   0,0043

   2

   
   

   3

   
   

   4

   
   

   5

   
   

   6

   
   

7. Построить зависимость R(t) на миллиметровой бумаге:

8. Сделать вывод.

___________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________

Контрольные вопросы:

1. Какова физическая сущность электрического сопротивления?

2. Как объяснить увеличение сопротивления металлов при нагревании?

3. Указать практическое применение зависимости сопротивления проводника от температуры.

4. Объяснить формулу, по которой определяется температурный коэффициент сопротивления.

___________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________

Лабораторная работа № 6.

Определение удельного сопротивления проводника.

Цель работы: определить удельного сопротивления проводника.

Краткая теория. Немецкий физик Георг Ом (1787-1854) в 1826 году обнаружил, что отношение напряжения U между концами металлического проводника, являющегося участком электрической цепи, к силе тока I в цепи есть величина постоянная: (1). Эту величину R называют электрическим сопротивлением проводника. Электрическое сопротивление измеряется в Омах. Электрическим сопротивлением 1 Ом обладает такой участок цепи, на котором при силе тока 1 А напряжение равно 1 В: .

Опыт показывает, что электрическое сопротивление проводника прямо пропорционально его длине L и обратно пропорционально площади S поперечного сечения проводника: (2). Постоянный для данного вещества параметр называется удельным электрическим сопротивлением вещества. Удельное сопротивление измеряется в Ом*м.

Ход работы.

1. Собрать на монтажном столе электрическую цепь по схеме:

2. Выбрать материал проводника - никель, установить значения длины и площади поперечного сечения: L = 100 м; S = 0.1 мм².

3. Определить экспериментально с помощью мультиметра напряжение на проводнике. Определить экспериментально с помощью мультиметра силу тока в цепи. Записать показания мультиметра.

4. Рассчитать сопротивление проводника по формуле (1).

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________

5. Определить удельное сопротивление никеля по формуле (2).

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________

6. Проделать пункты 3 - 6 ещё 4 раза, изменяя длину, но, не меняя площадь поперечного сечения и материал проводника.

7. Результаты измерений занести в таблицу:

8. № опыта

   Длина, L, м

   Напряжение, U, В

   Сила тока, I, А

   Сопротивление, R, Ом

   Удельное сопротивление,

   , Ом*м

   Среднее удельное сопротивление, , Ом*м

   Табличное значение , Ом*м

   Относительная погрешность, ,%

   1

   7,3*10^-8

   2

   3

   4

   5

   
   

   
   

   Найти относительную погрешность по формуле: .

____________________________________________________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

9. Сделать вывод.

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

Контрольные вопросы:

1. Что называют удельным сопротивление проводника?

2. Как зависит сопротивление проводника от его длины?

3. По какой формуле можно рассчитать удельное сопротивление проводника?

4. В каких единицах измеряется удельное сопротивление проводника?

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

Лабораторная работа № 7.

Проверка закона Ома для участка цепи.

Цель работы: опытным путем проверить выполнение закона Ома для участка цепи.

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

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

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

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

Оборудование: Амперметр, вольтметр, реостат, источник тока, соединительные провода, миллиметровая бумага.

Ход работы.

1. Собрать электрическую цепь по схеме:

2. Записать значение сопротивления R (Ом). R=_________

3. Проводим измерения силы тока при различных значениях напряжения.

   U, В

   
   

   I, мА

   
   

   
   

4. Построить зависимость I(U).

5. Аналогично проводим измерения силы тока, изменяя сопротивления.

6. Записать значение напряжения U (В). U=________________________

7. Построить зависимость I (R).

8. Сделать вывод.

___________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________

Контрольные вопросы:

1. Как присоединяется в электрической цепи амперметр? Почему?

2. Как присоединяется к электрической цепи вольтметр? Почему?

3. Зависит ли сопротивление проводника от приложенного к нему напряжения и силы тока?

4. Как можно найти напряжение на концах проводника, если известны силы тока в цепи и сопротивление проводника?

___________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________

Лабораторная работа № 8.

Измерение ЭДС и внутреннего сопротивления источника.

Цель работы: измерить ЭДС и внутреннее сопротивление источника.

Краткая теория. Потенциальные силы электростатического поля (силы Кулона) не могут поддерживать постоянный ток в цепи, так как работа этих сил вдоль замкнутого контура равна нулю. Для поддержания в цепи постоянного тока должны действовать непотенциальные (сторонние) силы, имеющие механическую, химическую или иную природу. Устройства, обеспечивающие возникновение и действие сторонних сил, называются источниками тока.

Физическую величину, численно равную работе, которую совершают сторонние силы при перемещении единичного положительного заряда вдоль всей цепи, называют ЭДС источника: .

Закон Ома для замкнутой цепи устанавливает зависимость между силой тока, ЭДС источника и полным сопротивлением цепи: .

Оборудование: амперметр, вольтметр, реостат, источник тока, соединительные провода.

Ход работы.

1. Собрать цепь по схеме, изображенной на рисунке. Установить сопротивление реостата 7 Ом, ЭДС батарейки 1,5 В, внутреннее сопротивление батарейки r=3 Ом.

2. При помощи мультиметра определить напряжение на батарейке при разомкнутом ключе. Это и будет ЭДС батарейки.

3. Замкнуть ключ и измерить силу тока и напряжение на реостате. Записать показания приборов.

4. Изменить, сопротивление реостата и записать другие значения силы тока и напряжения. Повторить измерения силы тока и напряжения для 5 различных положений ползунка реостата и запишите полученные значения в таблицу:

5. № опыта

   Сила тока, I, А

   Напряжение,

   U, В

   Внутренне сопротивление, r, Ом

   ЭДС,

   , В

   Среднее значение внутреннего сопротивления, r_ср, Ом

   Среднее значение ЭДС,

   , В

   Относительная погрешность ₁,%

   Относительная погрешность ₂,%

   1

   
   

   
   

   
   

   
   

   
   

   
   

   
   

   
   

   2

   
   

   
   

   3

   
   

   
   

   
   

   
   

   4

   
   

   
   

   5

   
   

   
   

   
   

   
   

   6

   
   

   
   

   Рассчитать внутреннее сопротивление и ЭДС по формулам:

, .

___________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

6. Определить абсолютную и относительную погрешность измерения ЭДС и внутреннего сопротивления батарейки по формулам:

, .

___________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________

7. Сделать вывод.

___________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________

Контрольные вопросы:

1. Какие силы называют сторонними?

2. Сформулируйте закон Ома для полной цепи.

3. Что называют падением напряжения на внешнем и внутреннем участках цепи?

4. Расскажите о соединении источников электрической энергии в батарею (начертите схему различных видов соединения, запишите формулу расчета ЭДС).

___________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________

Лабораторная работа № 9.

Исследование зависимости мощности, потребляемой лампой от напряжения на ее зажимах.

Цель работы: исследовать зависимость мощности, потребляемой лампой от напряжения на ее зажимах.

Краткая теория. Любой реальный источник тока имеет внутреннее сопротивление. Поэтому при подключении источника тока к нагрузке, тепло будет выделяться как в нагрузке, так и внутри источника тока (на его внутреннем сопротивлении). На какой нагрузке, подключенной к данному источнику тока, будет выделяться максимальная мощность? Рассмотрим схему, изображенную на рисунке

Сила тока, текущего в контуре, определяется из закона Ома для полной цепи: , (1), где - ЭДС источника тока, r - внутреннее сопротивление источника, R - сопротивление нагрузки.

Напряжение U на нагрузке R будет равно: , (2), а мощность P, выделяемая на сопротивлении R, будет равна: (3). Как видно из формулы (3), выделяемая на нагрузке R мощность будет мала, если сопротивление R нагрузки будет мало (R <). Мощность также будет мала при очень большом сопротивлении нагрузки (R >> r). Расчет показывает, что максимальная мощность будет выделяться на нагрузке при равенстве внутреннего сопротивления r и сопротивления нагрузки R = r. В этом случае: . (4)

Оборудование: амперметр, вольтметр, реостат, источник тока, соединительные провода, лампочка, миллиметровая бумага.

Ход работы.

1. Собрать электрическую цепь по схеме:

2. Замкнуть цепь и при помощи реостата установить наименьшее значение напряжения. Записать показания амперметра и вольтметра

3. Пользуясь реостатом, изменять значения силы тока и напряжения, до тех пор, пока не будет достигнуто напряжение, на которое рассчитана лампа.

4. Для каждого значения напряжения вычислить мощность, потребляемую лампой, по формуле P=IU.

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

5. Для каждого значения напряжение рассчитать сопротивление нити лампы по формуле .

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

6. Результаты измерений и вычислений записать в таблицу:

7. Построить на миллиметровой бумаге график зависимости мощности лампы накаливания от напряжения на её зажимах.

8. Сделать вывод.

________________________________________________________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________

Контрольные вопросы:

1. Что называют мощностью, и в каких единицах она измеряется?

2. Почему при увеличении сопротивления нагрузки напряжение на ней растет?

3. Объясните, почему выделяемая на нагрузке мощность мала, если сопротивление нагрузки сильно отличается от внутреннего сопротивления источника.

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

Лабораторная работа № 10.

Определение электрохимического эквивалента меди.

Цель работы: определить электрохимический эквивалент меди.

Краткая теория. При растворении электролита под влиянием электрического поля происходит диссоциация молекул электролита на положительно и отрицательно заряженные ионы (электролитическая диссоциация). Электропроводимость электролитов обусловлена ионами.

Прохождение электрического тока через электролит сопровождается выделением на электродах веществ, входящих в состав электролита. Масса вещества, выделившегося при электролизе за время t, находится по формуле: m=kIt. Явление электролиза нашло широкое применение в технике и промышленности. Применение электролиза: получение цветных металлов (очистка от примесей - рафинирование); гальваностегия - получение покрытий на металле (никелирование, хромирование, золочение, серебрение и т.д.); гальванопластика - получение отслаиваемых покрытий (рельефных копий).

Оборудование. Весы с разновесами, амперметр, часы, вентилятор настольный или электроплитка, источник электрической энергии (выпрямитель ВС 4-12 или батарея аккумуляторов), реостат, ключ, медные пластины (2 шт.), соединительные провода, электролитическая ванна с раствором медного купороса, наждачная бумага.

Ход работы.

1. Тщательно очистить поверхность медной пластины наждачной бумагой и взвесить эту пластину с максимально возможной точностью.

   2. Собрать электрическую цепь по схеме, взвешенную пластинку соединить с отрицательным полюсом источника электрической энергии:

   

2. После проверки цепи преподавателем, заметить время по часам с секундной стрелкой, замкнуть ключ. Быстро установить реостатом силу тока 1-2 А.

3. Через 8-10 минут цепь разомкнуть. Пластину, служащую в опыте катодом, вынуть, осторожно ополоснуть водой, высушить перед вентилятором или электроплиткой, тщательно взвесить и определить массу выделившейся меди.

4. По результатам измерений определить электрохимический эквивалент меди по формуле: .

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

6. Сравнить найденное значение электрохимического эквивалента меди с табличным значением и определить относительную погрешность измерений по формуле: .

____________________________________________________________________________________________________________________________________

7. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу:

   Масса катода до опыта, m, кг

   Масса катода после опыта, m, кг

   Масса меди, отложившейся на катоде, m, кг

   Сила тока, I, А

   Время пропускания тока, t, с

   Электрохимический эквивалент

   k, кг/Кл

   Табличное значение электрохимического эквивалента k_табл, кг/Кл

   Относительная погрешность, δ, %

   
   

   
   

   0,33*10^-6

   
   

8. Сделать вывод.

____________________________________________________________________________________________________________________________________

Контрольные вопросы:

1. Что называют электролитической диссоциацией?

2. Что такое электролиз?

3. Сформулируйте законы Фарадея.

4. Приведите примеры использования электролиза в технике и промышленности.

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Лабораторная работа № 11.

Электрические свойства полупроводников.

Цель работы: исследовать электрические свойства полупроводников.

Краткая теория. Различия в проводимости между проводниками (металлами), полупроводниками и изоляторами вызваны различием в строении твердых тел и электронных оболочек атомов, из которых они состоят. Если электрон под внешним воздействием переходит из валентной зоны в зону проводимости, то в валентной зоне остается вакантное место, или дырка. Так как число электронов равно числу дырок, то удельная проводимость полупроводника складывается из электронной и дырочной проводимости. Носители электрического заряда, образующегося при переходе электронов из валентной зоны в зону проводимости, называют собственными носителями, а проводимость - собственной проводимостью. При введении в кристаллическую решетку полупроводника атомов других веществ, которые имеют пять валентных электронов (мышьяк, сурьма и т.д.), концентрация свободных электронов в проводнике резко возрастает. Проводимость, обусловленная движением свободных электронов, называется электронной проводимостью n-типа. При введении в кристаллическую решетку полупроводника атомов трехвалентных элементов (индий, галлий и т.д.), возрастает концентрация дырок. Проводимость называется дырочной или проводимостью р - типа. С увеличением температуры и освещенности у полупроводников растет проводимость. Полупроводники нашли широкое применение в радиотехнике (диод, триод).

Оборудование: диод на панели, миллиамперметр, вольтметр, потенциометр (1кОм), соединительные провода, источник тока (выпрямитель В-24), миллиметровая бумага.

Ход работы.

1. Проверка односторонней проводимости диода.

1. Собрать цепь по схеме:

2. Диод включить в прямом (пропускном) направлении для этого клемма «+» на панели с диодом должна быть соединена с плюсом источника тока.

3. Замкнуть цепь и отметить показания миллиамперметра I_{1=-------------------------------}

4. Диод включить в обратном (запорном) направлении. Замкнуть цепь и отметить показания миллиамперметра I₂=_________________

5. Сделать вывод

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Снятие вольт - амперной характеристики диода.

1. Составить цепь по схеме:

2. Диод включить в пропускном направлении. Замкнуть цепь. Подобрать положение движка потенциометра так, чтобы вольтметр показал наименьшее напряжение. Снять показания измерительных приборов.

3. Перемещать постепенно движок потенциометра и снять не менее 5 значений напряжения и силы тока.

4. Результаты измерений занести в таблицу:

   № опыта

   Сила тока, проходящего через диод, I, мА

   Напряжение, поданное на диод U, В

   1

   2

   3

   4

   5

   
   

5. Построить ВАХ диода.

6. Сделать вывод.

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

Контрольные вопросы:

1. Что вы понимаете под собственной и примесной проводимостью полупроводников?

2. Объясните проводимости n и р - типа.

3. Как устроен и работает полупроводниковый диод?

4. Какими преимуществами обладают полупроводниковые приборы по сравнению с ламповыми?

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

Лабораторная работа № 12.

Изучение явления электромагнитной индукции.

Цель работы: изучить явление электромагнитной индукции.

Краткая теория. Явление возникновения ЭДС в проводящем контуре, находящемся в переменном поле или движущемся постоянном магнитном поле, называется электромагнитной индукцией. ЭДС индукции, согласно закону электромагнитной индукции, равна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром: . Знак минус отражает правило Ленца, которое гласит: индукционный ток всегда направлен таким образом, что его действие противоположно действию причины, вызывающей его.

Вихревое электрическое поле порождается переменным магнитным. Его силовые линии всегда замкнуты, подобно силовым линиям магнитного поля. Сущность явления электромагнитной индукции заключается не столько в появлении индукционного тока, сколько в возникновении вихревого электрического поля. В отличие от электростатического поля вихревое электрическое поле является непотенциальным.

Частным случаем явления электромагнитной индукции является самоиндукция. Самоиндукция - это возникновение ЭДС в проводящем контуре при изменении в нем силы тока:.

Оборудование: Катушка - моток, постоянный магнит, миллиамперметр, источник тока, гальванометр, универсальный трансформатор, штатив.

Ход работы.

1. Получение индукционного тока с помощью постоянного магнита.

1. Закрепить в лапке штатива катушку и подключить ее к миллиамперметру.

2. Приближая и удаляя с разной скоростью магнит к катушке, установить по показаниям миллиамперметра, как зависит величина индукционного тока от скорости изменения магнитного поля в месте расположения катушки.

3. Установить, зависит ли направление индукционного тока от положения полюсов движущегося магнита.

4. Повторить опыты, закрепив в лапке штатива магнит, приближая и удаляя катушку.

5. Зарисовать один из случаев взаимного движения катушки и магнита с указанием направления индукционного тока в катушке.

6. Сопоставить полученный результат с правилом Ленца. Сделать вывод.

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Получение индукционного тока с помощью переменного тока в другой катушке (в универсальном трансформаторе).

1. Подключить одну обмотку трансформатора (6-12 В) к источнику тока (4 В), а другую (220 В) - к гальванометру, установив катушки, рядом друг с другом на разомкнутом сердечнике.

2. Пропуская ток через катушку, наблюдать за показаниями гальванометра в цепи другой катушки. Записать показания в таблицу:

   Опыты

   Показания гальванометра

   1. С разомкнутым сердечником

   
   

   2. С замкнутым сердечником

   
   

3. Замкнуть сердечник, повторить опыт. Сделать вывод.

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

Контрольные вопросы:

1. Сформулируйте закон Фарадея.

2. Сформулируйте правило Ленца.

3. В чем заключается явление взаимоиндукции?

4. Рассказать об устройстве и принципе действия электрического генератора.

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

Лабораторная работа № 13.

Изучение устройства и работы трансформатора.

Цель работы: изучить устройство и работу трансформатора.

Краткая теория. Передавать ток низкого напряжения (100-200 В) на расстояние выше 2 км из-за больших потерь в проводах невыгодно. Для уменьшения потерь необходимо увеличить напряжение. Но ток высокого напряжения нельзя подводить в дома, на фабрики и заводы, так как прикосновение к проводу, находящемуся под высоким напряжением, опасно для жизни. Эта проблема может быть решена, если иметь устройство, которое могло бы ток высокого напряжения преобразовывать в ток низкого напряжения. Для постоянного тока такие преобразования связаны со многими трудностями. Напряжение же переменного тока можно легко изменить с помощью трансформатора, устройства для преобразования переменного напряжения и силы тока.

Трансформатор представляет собой выполненный из мягкого ферромагнетика сердечник замкнутой формы, на котором находятся две обмотки. Если во вторичной обмотке число витков больше, трансформатор называется повышающим, если меньше - понижающим. Отношение называют коэффициентом трансформации. Трансформатор является наиболее современным преобразователем энергии, коэффициент полезного действия мощных трансформаторов достигает 94-99 %.

Оборудование: трансформатор на панели, реостат проволочный (12,5 Ом), ЛАТР (лабораторный автотрансформатор), мультиметры - 2 шт. (вольтметры), амперметр (на 0-0,25 А), амперметр (на 0-1,2 А), лампочка на подставке.

Ход работы.

1. Собрать цепь по схеме:

2. Снять показания приборов.

3. Изменяя нагрузку в цепи вторичной обмотки путем перемещения подвижного контакта реостата, зафиксировать изменения показаний.

4. Результаты измерений занести в таблицу:

5. № опыта

   I₁, А

   U₁, В

   I₂, А

   U₂, В

   , %

   k

   1.

   
   

   
   

   
   

   
   

   
   

   
   

   2.

   
   

   
   

   
   

   
   

   
   

   
   

   Рассчитать КПД трансформатора по формуле: :

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

6. Рассчитать коэффициент трансформации: :

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

7. Сделать вывод с указанием устройства и принципа действия трансформатора.

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

Контрольные вопросы:

1. Рассказать об устройстве, принципе действия трансформатора.

2. Почему магнитопровод набирается из тонких, изолированных пластин электротехнической стали?

3. Каков КПД современных трансформаторов?

4. Почему для передачи электрической энергии используют трансформаторы?

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

Лабораторная работа № 14.

Изучение явления резонанса в колебательном контуре.

Цель работы: изучить явление резонанса в колебательном контуре.

Краткая теория.

Рис.1.

Рассмотрим электрическую схему на рис.1., в которой последовательно соединенные конденсатор, резистор и катушка индуктивности подключены к генератору переменного напряжения:

В этой цепи возникают вынужденные колебания силы тока и напряжения на отдельных её элементах. Амплитуда колебаний силы тока в цепи будет зависеть от частоты w приложенного постоянного напряжения генератора, так как сопротивления реактивных элементов - конденсатора и катушки индуктивности зависят от частоты. При низкой частоте w переменного тока емкостное сопротивление конденсатора будет очень большим, поэтому сила тока в цепи будет мала. В обратном предельном случае большой частоты w переменного тока большим будет индуктивное сопротивление катушки , и сила тока в цепи опять будет мала.

Полное сопротивление Z цепи, изображенной на рис.1., определяется формулой: . Ясно, что максимальная сила тока в цепи будет соответствовать такой частоте w ₀ приложенного переменного напряжения, при которой индуктивное и ёмкостное сопротивления будут одинаковы: (1). При равенстве реактивных сопротивлений катушки и конденсатора, амплитуды напряжений на этих элементах также будут одинаковыми U_C = U_L. Колебания напряжения на катушке и конденсаторе противоположны по фазе, поэтому их сумма при выполнении условия (1) будет равна нулю. В результате напряжение U_R на активном сопротивлении R будет равно полному напряжению генератора U, а сила тока в цепи достигает максимального значения . Циклическая частота ω колебаний силы тока и Э.Д.С. при этом равна (2) и совпадает с циклической частотой свободных незатухающих электромагнитных колебаний в электрическом контуре.

Рис.2.

Явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний силы тока в колебательном контуре при приближении циклической частоты w внешней переменной Э.Д.С. к частоте w ₀ свободных незатухающих колебаний в контуре называется резонансом в электрической цепи переменного тока.

Частота w = w ₀ называется резонансной циклической частотой. Резонансная циклическая частота не зависит от активного сопротивления R. График зависимости I_m от ω называется резонансной кривой. Резонансные кривые имеют тем более острый максимум, чем меньше активное сопротивление R.

Оборудование: генератор, резистор, конденсатор, катушка индуктивности, миллиметровая бумага.

Ход работы.

1.Собрать на монтажном столе схему, показанную на рис. 1., предварительно выбрав значения параметров элементов следующими: генератор: U_эф = 100 В; n = 10 Гц; резистор: R = 200 Ом; Р = 500 Вт; конденсатор: С = 10 мкФ; U_раб = 400 В; катушка: L = 1 Гн.

2.Изменяя частоту генератора от 10 Гц до 100 Гц через 10 Гц, с помощью вольтметров измерить напряжения на катушке, конденсаторе, резисторе и занести измеренные значения в таблицу:

Частота генератора, υ, Гц

Напряжение на катушке, U_L, В

Напряжение на конденсаторе, U_C, В

Напряжение на резисторе, U_R, В

3.Построить графики зависимости напряжений на резисторе, конденсаторе и катушке в зависимости от частоты генератора:

4.Рассчитать по формуле (2) частоту резонанса и сравнить полученное значение с экспериментальным.

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

5.Сделать вывод.

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Контрольные вопросы.

1.Как зависят реактивные сопротивления конденсатора и катушки индуктивности от частоты переменного тока?

2.Почему сила тока в последовательной цепи с конденсатором, катушкой и резистором имеет максимум при определенной частоте и стремится к нулю при очень малой и очень большой частоте.

3.Почему при резонансе напряжение на резисторе равно напряжению источника переменного тока?

4.При каком условии наступает резонанс в последовательной цепи переменного тока?

5.Как используется явление резонанса в быту, технике, науке?

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

Лабораторная работа № 15.

Определение показателя преломления света.

Цель работы: определение показателя преломления света.

Краткая теория. Скорость света в вакууме определена экспериментально. Во всех средах скорость света меньше, чем в вакууме. На границе двух сред свет меняет направление своего распространения. Часть световой энергии возвращается в первую среду, т. е. происходит отражение света. Если вторая среда прозрачна, то свет частично может пройти через границу сред, также меняя при этом направление распространения. Это явление называется преломлением света. Преломление света на границе двух сред обусловлено изменением скорости при переходе света из одной среды в другую. Относительный показатель преломления двух сред равен отношению скоростей света в этих средах. При прохождении света из оптически менее плотной среды в более плотную луч может полностью отразиться. Это явление называется полным отражением света. Показатель преломления определяется по формуле . Для определения соотношения

используют геометрическое построение рис.1.

Так как _, и АВ=ВС, то формула для определения показателя преломления имеет вид .

рис. 1.

Оборудование: плоскопараллельная стеклянная пластинка, имеющая форму трапеции, лист бумаги, линейка, карандаш.

Ход работы.

1. Плоскопараллельную стеклянную пластинку положить на лист бумаги и отметить карандашом её грани.

2. За пластинкой провести прямую так, чтобы она не была перпендикулярной к верхней грани пластинки.

3. Через пластинку рассмотреть падающий луч и провести преломлённый луч от нижней грани пластинки.

4. Отметить на падающем луче точку В (точка его пересечения с гранью пластинки), точку F (начало луча, вышедшего из пластинки), соединить точки B и F.

5. На падающем луче отметить точку А (отрезок АВ должен быть больше, чем ширина пластинки), отрезок BF продлить и на продолжении отметить точку С (при чём АВ=FC).

6. Через точку В провести перпендикуляр к граням пластинки, а затем через точки А и С провести линии параллельные граням пластинки и отметить точки E и D.

7. Рассчитать показатель преломления стекла по формуле .

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

8. Опыт повторить 3 раза, изменяя угол падения луча.

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

9. Рассчитать относительную и абсолютную погрешности по формулам: и .

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

10. Данные измерений и вычислений занести в таблицу:

    № опыта

    измерено

    вычислено

    AE, мм

    DC, мм

    ΔAE, мм

    ΔDC, мм

    

    среднее значение

    ε, %

    среднее значение ε, %

    Δ n

    1.

    
    

    
    

    1

    1

    
    

    
    

    
    

    
    

    
    

    2.

    
    

    
    

    
    

    
    

    3.

    
    

    
    

    
    

    
    

11. Сделать вывод. Окончательный результат измерений записать в виде .

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

Контрольные вопросы:

1. Сформулируйте законы отражения и преломления света.

2. Каков физический смысл показателя преломления?

3. Чем отличается относительный показатель преломления от абсолютного?

4. Что называют полным отражением?

5. Что называют предельным углом полного отражения?

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

Лабораторная работа № 16.

Измерение длины световой волны с помощью дифракционной решетки.

Краткая теория. Свет представляет собой электромагнитные волны, и для него при определенных условиях наблюдается явление дифракции - огибание волнами краёв препятствий. Но наблюдать дифракцию света нелегко. Волны отклоняются от прямолинейного распространения на заметные углы только на препятствиях, размеры которых сравнимы с длиной волны, а длина световой волны очень мала. На явлении дифракции основано устройство оптического прибора - дифракционная решетка. Она представляет собой совокупность большого числа узких щелей, разделенных непрозрачными промежутками. Решетка разлагает свет в спектр и позволяет очень точно измерять длины световых волн. Угол, определяющий направление на главный дифракционный максимум спектра, полученного с помощью решетки, находят из соотношения .

Оборудование: прибор для определения длины световой волны, дифракционная решетка, лампа накаливания или свеча.

Ход работы.

1. Вставить дифракционную решетку в рамку 6 на продольной линейке 1 прибора.

2. Экран со шкалой 5 установить на конце продольной линейки.

3. Смотря на лампу через дифракционную решетку, расположить прибор так, чтобы через прорезь в экране была видна нить лампы.

4. Перемещением экрана со шкалой по продольной линейке добиться наиболее четкого изображения на экране спектров первого и второго порядков.

5. Измерить расстояние b от экрана до дифракционной решетки.

6. Определить расстояние от щели до середин красной полосы как слева а_л, так и справа а_п для спектров 1-го порядка и вычислить среднее значение а_ср.

7. Опыт повторить со спектром 2 - го порядка.

8. Измерения повторить и для фиолетовых полос.

9. Вычислить длину волны λ по формуле: .

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

10. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу:

    №

    Период решетки

    d, мм

    Порядок спектра

    n

    Расстояние от экрана до решетки

    b, мм

    Видимые границы спектра фиолетового света

    Видимые границы спектра красного света

    Длина световой волны

    слева а_{л, мм}

    справа а_{п, мм}

    среднее а_{ср, мм}

    слева а_{л, мм}

    справа а_{п, мм}

    среднее а_{ср, мм}

    λ_кр

    λ_ф

    1.

    
    

    1

    
    

    
    

    
    

    
    

    
    

    
    

    
    

    
    

    
    

    2.

    
    

    2

    
    

    
    

    
    

    
    

    
    

    
    

    
    

    
    

    
    

11. Сделать вывод.

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

Контрольные вопросы:

1. Что такое дифракция?

2. Что называется дифракционной решеткой и периодом дифракционной решетки?

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

4. Почему максимумы располагаются как слева, так и справа от нулевого максиму?

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

Лабораторная работа № 17.

Наблюдение сплошного и линейчатого спектров.

Цель работы: исследовать сплошной и линейчатый спектры.

Краткая теория. Спектральный анализ - метод определения химического состава вещества по его спектру. Вид спектров испускания зависит от химической природы и состояния тела. Спектр раскалённого твёрдого тела - сплошной. Спектры газов или паров - линейчатые. Спектры молекул - полосатые.

Спектры поглощения получаются при прохождении и поглощении излучения в веществе. Атомы данного вещества поглощают те световые волны, которые сами испускают. По спектрам поглощения определяют, например, химический состав

Солнца и звёзд. Спектры излучения исследуются с помощью спектральных аппаратов, основным элементом, которых является призма или дифракционная решетка.

Оборудование: спектроскоп, источник тока (ВС - 24), реостат, лампочка, генератор высоковольтный «Спектр - 1», спектральные трубки, цветные карандаши или фломастеры.

Ход работы.

1. Наблюдение сплошного спектра.

   1. Собрать цепь, состоящую из источника тока, лампочки и реостат. Цепь замкнуть. Спектроскоп приблизить к лампочки.

   2. Наблюдать сплошной спектр при полном накале лампы.

   3. Лампу выключить. С помощью спектроскопа наблюдать спектр дневного света. Сравнить полученные результаты.

   4. Включить лампу. Наблюдать спектр нити лампы, постепенно уменьшая накал.

   5. Разобрать цепь. Зарисовать полученные спектры.

6. Сделать вывод.

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Наблюдение линейчатого спектра.

1. Подключить высоковольтный генератор «Спектр - 1» к источнику тока. Установить спектральные трубки с различными газами в прибор.

2. спектроскоп приблизить к щели прибора, включить источник тока. Наблюдать спектры газов, отметить характерные для них цветные линии.

3. Разобрать цепь. Зарисовать полученные спектры.

4. Сделать вывод.

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

Контрольные вопросы:

1. Какова причина разложения белого света призмой?

2. Какие виды спектров Вы знаете?

3. Как объяснить происхождение линейчатых спектров?

4. В чём отличие дифракционного и дисперсионного спектров?

5. Будут ли изменяться частота, длина волны и цвет при переходе зелёного света из воздуха в воду?

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

Лабораторная работа № 18.

Изучение треков заряженных частиц по готовым фотографиям.

Цель работы: изучить треки заряженных частиц по готовым фотографиям.

Краткая теория. Для регистрации и изучения столкновений и взаимных превращений ядер и элементарных частиц используют специальные приборы: счетчик Гейгера, камера Вильсона, пузырьковая камера и другие. Регистрирующий прибор - это сложная макроскопическая система, которая может находиться в неустойчивом состоянии. При небольшом возмущении, вызванном пролетевшей частицей, начинается процесс перехода системы в новое, более устойчивое состояние. Этот процесс и позволяет регистрировать частицу.

М - масса движущейся частицы

- угол рассеяния

m - масса покоящейся частицы до столкновения

- угол отдачи

Оборудование: фотографии столкновений частиц, транспортир, линейка.

Ход работы.

1. Используя рисунок 1, зная, что d - трек протона, вычислить массу М

рассеянной частицы по формуле (1) и определить по периодической системе элементов, ядром какого атома является рассеянная частица.

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

2. По рисунку 2 определить ядру какого элемента принадлежит след а, если b - трек рассеянного протона.

___________________________

___________________________

___________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

3. Сталкиваясь в камере Вильсона с атомом газа, - частица отклонилась на .Определить, с атомом какого газа столкнулась частица (рисунок 3).

________________________________________

________________________________________

________________________________________

________________________________________

________________________________________

________________________________________

________________________________________

4. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу:

   № опыта

   угол рассеивания

   угол отдачи

   масса известной частицы, m, а.е.м.

   масса неизвестной частицы, M, а.е.м.

   вид частицы

   
   

   
   

   
   

   
   

   
   

   
   

   
   

   
   

   
   

   
   

   
   

   
   

   
   

   
   

   
   

   
   

   
   

   
   

5. Сделать вывод.

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

Контрольные вопросы.

1. Каковы устройство и действие камеры Вильсона и счётчика Гейгера?

2. Можно ли с помощью камеры Вильсона регистрировать незаряженные частицы?

3. Какие преимущества имеет пузырьковая камера по сравнению камерой Вильсона?

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

СОДЕРЖАНИЕ

План выполнения лабораторной работы………………………………………...4

Лабораторная работа № 1

Определение ускорения свободного падения при помощи маятника…………5

Лабораторная работа №2

Опытная проверка закона Гей-Люссака…………………………………………7

Лабораторная работа № 3

Определение поверхностного натяжения воды и мыльного раствора методом отрыва капель……………………………………………………………………...9

Лабораторная работа № 4

Определение коэффициента полезного действия нагревателя………………12

Лабораторная работа № 5

Определение температурного коэффициента сопротивления меди. ………...14

Лабораторная работа № 6

Определение удельного сопротивления проводника …………………………17

Лабораторная работа № 7

Проверка закона Ома для участка цепи …………………………………….....19

Лабораторная работа № 8

Измерение ЭДС и внутреннего сопротивления источника ………………….22

Лабораторная работа № 9

Исследование зависимости мощности, потребляемой лампой от напряжения на ее зажимах…………………………………………………………………….24

Лабораторная работа № 10

Определение электрохимического эквивалента меди………………………...27

Лабораторная работа № 11

Электрические свойства полупроводников……………………………………29

Лабораторная работа № 13

Изучение устройства и работы трансформатора………………………………33

Лабораторная работа № 14

Изучение явления резонанса в колебательном контуре………………………35

Лабораторная работа № 15

Определение показателя преломления света…………………………………..38

Лабораторная работа № 16

Измерение длины световой волны с помощью дифракционной решетки…...41

Лабораторная работа № 17

Наблюдение сплошного и линейчатого спектров……………………………..43

Лабораторная работа № 18

Изучение треков заряженных частиц по готовым фотографиям……………..45

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Генденштейн Л.Э., Дик Ю.И. Физика. Учебник для 10 кл. - М., 2005.

2. Генденштейн Л.Э. Дик Ю.И. Физика. Учебник для 11 кл. - М., 2005.

3. Громов С.В. Шаронова Н.В. Физика, 10-11: Книга для учителя. - М., 2004.

4. Дмитриева В.Ф. Физика: учебник. - М., 2003.

5. Кабардин О.Φ., Орлов В.А. Экспериментальные задания по физике. 9-11 классы: учебное пособие для учащихся общеобразовательных учреждений. - М., 2001.

6. Касьянов В.А. Методические рекомендации по использованию учебников В.А.Касьянова «Физика. 10 кл.», «Физика. 11 кл.» при изучении физики на базовом и профильном уровне. - М., 2006.

7. Касьянов В.А. Физика. 10, 11 кл. Тематическое и поурочное планирование. - М., 2002.

8. Касьянов В.А. Физика. 10 кл.: Учебник для общеобразовательных учебных заведений. - М., 2005.

9. Самойленко П.И., Сергеев А.В. Физика (для нетехнических специальностей): учебник. - М., 2003.

10. Федеральный компонент государственного стандарта общего образования / Министерство образования РФ. - М., 2004.