Методичні рекомендації до проведення фізичного практикуму

Робота фізичного практикуму № 1

Тема. Вивчення руху тіла кинутого горизонтально.

Мета: виміряти початкову швидкість, надану тілу в горизонтальному напрямку, під час його руху під дією сили тяжіння.

Обладнання: штатив з муфтою і лапкою; кулька; зігнутий жолоб для пуску кульки; лінійка з міліметровими поділками, білий папір, копіювальний папір.

Теоретичні відомості

Висота падіння кульки . Звідси . Дальність падіння l = υ₀·t, звідки . Після підстановки .

, де . g = 9,8 м/с².

Хід роботи

1. Збираємо установку (див. рис.), причому зігнутий кінець жолоба, закріпленого на штативі, розташовуємо точно горизонтально.

2. Білий папір накриваємо копіювальним папером і закріплюємо скотчем.

3. Виміряємо лінійкою висоту падіння кульки h. Відмічаємо на папері (дивлячись згори вертикально вниз) край жолоба.

4. З вершини жолоба п'ять разів пускаємо кульку.

5. Знявши копіювальний папір, вимірюємо дальність польоту l.

6. Результати вимірювань і обчислень заносимо до таблиці.

Обчислення

7. Побудуємо траєкторію руху кульки за її координатами х = υ_{0 сер}·t і у = . Для побудови обчислимо координату х, починаючи з моменту часу t = 0 через кожні 0,05 с. Координату у обчислено й подано у таблиці.

Таблиця1.

Обчислення

Графік траєкторії кульки

0

Висновок:

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Контрольне питання

Чому при побудові графіка у(х) координату х обчислюємо, а координата у вже обчислена?

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Робота фізичного практикуму № 2

Тема. Дослідження механічного руху з урахуванням закону збереження енергії.

Мета: перевірити виконання закону збереження повної механічної енергії під час руху тіла.

Обладнання: динамометр, металева кулька на нитці, два штатива із муфтами і лапками, копіювальний папір.

Хід роботи

1. У лапці одного штатива закріпіть динамометр, а на лапку другого покладіть кульку на нитці (висота знаходження лапок повинна бути однаковою - 40-50 см). Висоту виміряйте лінійкою і зафіксуйте: h =_____________м.

2. Причепіть нитку кульки до гачка динамометра і розташуйте штативи на відстані один від одно­го так, щоб динамометр натягнувся з силою 3-4 Н (між ними покладіть шматок копіювального паперу, а зверху чистий лист бумаги).

3. Виміряйте лінійкою видовження пружини динамометра.

х = _____________ м. Пружина динамометра при цьому отримає потенціальну енергію, яку можна розрахувати за формулою: _________________ Дж

4. Відпустіть кульку і зафіксуйте місце її падіння на чистий лист. Виміряйте відстань за допомогою лінійки.

5. Зробіть дослід декілька разів та знайдіть середнє значення відстані падіння кульки. L₁ = _________м; L₂ = __________м; L₃ = __________м;

L₄ = __________м; L₅ = __________м;

L_сер = _______________________________________м.

6. Під час руху потенційна енергія пружини переходить у кінетичну енергію кульки: Е_к = Е_п

7. Вагу кульки виміряйте динамометром та обчисліть її масу:

=_______________________кг.

8. Швидкість кульки, яку вона мала на початку руху знайдіть за формулою:

= ____________________м/с

9. Обчисліть кінетичну енергію кульки:

= _____________________Дж

10. Результати вимірювань та обчислень занесіть до таблиці.

11. Порівняйте отримані значення кінетичної та потенціальної енергії та зробіть висновки щодо виконання закону збереження механічної енергії в цій лабораторній роботі. Чи отримали ви однакові значення енергії, чому?

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Висновки:_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Контрольне питання

Предмет обертається у вертикальній площині навколо своєї осі. У верхній чи нижній точці сила натягу буде більша? Чому?

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Робота фізичного практикуму № 3

Тема. Вивчення одного з ізопроцесів.

Мета: дослідити залежність об'єму газу від абсолютної температури; експеримен-тально перевірити справедливість закону Гей-Люссака для ізобарного процесу.

Обладнання: барометр; термометр; склянка з холодною водою; високий циліндр із гарячою водою; довга скляна трубка, закрита з одного кінця; лінійка; пластилін.

Хід роботи

1. Виміряйте барометром атмосферний тиск у класній кімнаті. Під час виконання роботи перевіряйте його значення. Отримані резуль­тати будуть більш точними, якщо зміни тиску будуть не значними.

р =__________________мм рт. ст. =_______________________Па.

2. Щоб перевірити газовий закон для ізобарного процесу, треба виміряти об'єм повітря, що займає скляну трубку, у двох станах за різних температур і знайти співвідношення:

3. Об'єм повітря дорівнює добутку висоти його стовпчика в трубці і площі поперечного перерізу трубки, яка під час досліду не змінюється:

V = SL.

Тому співвідношення об'ємів можна замінити співвідношенням

висот стовпчиків: .

4. Виміряйте лінійкою довжину скляної трубки.

l₁ =____________________________ м

5. У циліндр із гарячою водою опустіть термометр і скляну трубку відкритим кінцем догори (рис. 1). Потримайте її в циліндрі 1-2 хв. Виміряйте температуру гарячої води.

Т₁ =___________°С = _______________К.

6. Відкритий кінець трубки обережно заліпіть пластиліном. Після цього вийміть трубку та швидко опустіть її в склянку з холодною водою заліпленим кінцем донизу (рис. 2).

7. Помістіть термометр у склянку з холодною водою. Обережно зніміть під водою пластилін з кінця трубки. Почекайте 1-2 хв. Виміняйте температуру холодної води.

Т₂ =_____________°С = _______________К.

8. Після охолодження повітря вода підніметься по трубці на деяку ви­соту. Щоб тиск повітря в трубці зрівнявся з атмосферним, занурюй­те трубку доти, поки рівні води в трубці та склянці не зрівняються (рис. 3). Виміряйте висоту стовпчика повітря в трубці.

l₂=_________________________ м

9. Обчисліть співвідношення температур і висот:

__________________; ______________________

10. Результати вимірювань та обчислень занесіть до таблиці.

11. Порівняйте отримані співвідношення температур і висот стовп­чиків. Зробіть висновки щодо виконання закону Гей-Люссака для ізобарного процесу та точності ваших вимірювань.

Висновки:_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Контрольні питання

1. Побудуйте графік ізобарного процесу в координатах р, V та р, Т.

2. Як пояснити проникнення води до трубки під час її занурення в холодну воду ?

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3.Спираючись на газові закони, поясніть, у який час доби вітер дме з моря на сушу (морський бриз), а який - з суші на море (береговий бриз).

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Робота фізичного практикуму № 4

Тема. Визначення коефіцієнта поверхневого натягу рідини.

Мета: навчитися визначати поверхневий натяг води методом відривання крапель і піднімання рідини в капілярі.

Обладнання: терези лабораторні з набором тягарців, штангенциркуль; клинець мірний; лінійка мірна з міліметровими поділками; кол­ба конічна; склянка низька; лійка конусоподібна з корот­кою шийкою; трубка гумова з краном і скляним наконечником діаметром 1,5-3 мм; штатив для фронтальних робіт; вода дистильована.

Хід роботи

Дослід 1

Вимірювання поверхневого натягу во­ди способом відривання крапель

1. Складіть установку так, як зображе­но на рисунку.

2. За допомогою мірного клинця і штан­генциркуля виміряйте внутрішній діаметр D скляної трубки-наконечника 3 (див. рис.).

D =____________

3. Виміряйте масу порожньої склянки з точністю до 0,01 г.

m₁ =_____________

4. Закрийте кран 2 і налийте в лійку 1 дистильовану воду. Підставте під трубку колбу і, поступово відкриваючи кран, добийтесь, щоб вода з трубки капала окремими краплями з частотою 30 - 40 крапель за хвилину. У цьо­му разі можна вважати, що краплі відриваються тільки під дією сили тяжіння.

5. IIідставте під трубку порожню склянку і, відлічивши 80 - 100 крапель, відсуньте її.

n =________________

Вдруге зважте склянку т₂ і обчисліть масу т води, що ви­лилась.

m₂ =__________

m = m₂ - m₁ = _______________________

7. Обчисліть поверхневий натяг σ води за формулою:

,

де т - маса води, яка вилилась; g - прискорення вільного падіння; п - кількість крапель води; D - внутрішній діаметр скляної трубки-наконечника.

σ =

8. Результати вимірювань і обчислень занесіть до таблиці 1.

Таблиця 1

9. Обчисліть відносну і абсолютну похибки вимірювань за формулами:

, де △D і △m - абсолютні похибки вимірювань (взяти рівними половині ціни поділки вимірювальних приладів)

ε =

△σ = ε·σ

△σ =

Дослід 2

Вимірювання поверхневого натягу води способом піднімання рідини в капілярі

1. Виміряйте діаметр D капіляра.

D = _____________________

2. Опустіть капіляр у воду (див рис.) і виміряйте висоту її піднімання h у капілярі.

h =__________

3. Обчисліть поверхневий натяг води за форму­лою: ,

де ρ - густина води; g - прискорення вільного падіння; h - висота піднімання рідини в капілярі; D - діаметр капіляра.

σ =

4. Результати вимірювань і обчислень занесіть до таблиці 2.

Таблиця 2

Зробіть висновок за результатами двох дослідів. Порівняйте значення σ, отримані різними методами. За­значте причини, що вплинули на точність результату.

Висновок:

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Робота фізичного практикуму № 5

Тема. Визначення модуля пружності

Мета: дослідити залежність видовження зразка від навантаження. Визначити модуль Юнга для капрону

Обладнання: Прилад для визначення модуля пружності, рулетка, мікрометр, важки.

Теоретичні відомості

Деформацією називають зміну форми чи об'єму твердого тіла, яка викликана дією зовнішніх сил. Якщо ці сили малі, то після припинення їх дії деформація зникає; якщо ж сили великі, то після припинення дії виявляється так звана залишкова деформація. При появі щонайменшої залишкової деформації говорять, що досягнуто межу пружності.

Оскільки результат дії сили залежить також і від розмірів зразка, то зручно дію сили оцінювати по напрузі, що виникає в зразку.

Напругою називають відношення сили F до площі поперечного перерізу зразка S:

(1)

Таким чином, межа пружності _пр - це напруга, при якій з'являється залишкова деформація. Тіла з великим значенням _пр називають пружними, а тіла з дуже малим значенням _пр - непружними або пластичними.

Серед різних деформацій виділяють дві найпростіші: деформацію розтягу (стиску) і деформацію зсуву. Всі малі деформації можна розглядати як суму деяких розтягів (чи стисків) і зсувів.

Малі деформації задовольняють таким основним законам:

• в межах пружності деформація пропорційна прикладеній напрузі;

• при зміні напряму дії зовнішньої сили змінюється тільки напрям деформації без зміни її значення;

• при дії декількох зовнішніх сил загальна деформація дорівнює сумі окремих деформацій (принцип суперпозиції малих деформацій).

Для малих деформацій розтягу чи стиску стержня справедливий закон Гука:

(2)

або (2´)

В (2) і (2´): l₀ - початкова довжина стержня; l=l-l₀ - його абсолютне видовження; називають відносним видовженням;  - коефіцієнт пружності під час розтягу.

Величина, обернена , називається модулем пружності під час розтягу, або модулем Юнга:

(3)

З використанням модуля Юнга закон Гука записують так:

(4)

Під дією сили F, що розтягує стержень, змінюються не тільки повздовжні, а й поперечні розміри стержня; говорять, що під час розтягу стержень зазнає поперечного стиску. Якщо d₀ - діаметр стержня до деформації, d - після деформації, то

(5)

де d = d - d₀,  - коефіцієнт поперечного стиску.

Відношення відносного поперечного стиску до відповідного відносного поздовжнього видовження (або відношення ) називають коефіцієнтом Пуассона: :.

Теоретично для всіх ізотропних тіл  =0,25.

Опис установки

В установці (рис.1) використовується довга (близько 5 м) капронова нитка діаметром 0,20,4 мм (рибальська волосінь). На малюнку вона позначена цифрою 1. За допомогою блоків 2 капронова нитка закріплена на робочому столі. До кінця нитки приєднано платформу для важків 3. Поруч вертикально закріплено лінійку 4, на якій з допомогою покажчика 5 можна відмічати положення кінця нитки. Значна довжина нитки дає змогу вже при невеликих навантаженнях (1Н) з достатньою точністю виміряти абсолютне видовження l. Модуль Юнга визначається за формулою (3) для різних значень F.

Хід роботи

1. Виміряйте рулеткою довжину капронової нитки l₀ до стрілки-покажчика 5 при ненавантаженій платформі. Допустима похибка вимірювання - 1 см.

2. Мікрометром виміряйте діаметр нитки d. Вимірювання виконайте декілька разів в різних місцях і знайдіть з одержаних значень середнє арифметичне.

3. Запишіть початкове положення стрілки-покажчика n₀.

4. Навантажте платформу важком масою m. При обчисленні сили тяжіння F, що діє на цей важок, g брати рівним .

5. Запишіть положення стрілки n₁.

6. Навантажуйте платформу послідовно важками, збільшуючи масу їх щоразу на m г. Записуйте кожного разу покази стрілки n₂, n₃, і т.д.

7. Максимальне навантаження уточніть у викладача.

8. Почніть розвантажувати платформу, знімаючи кожного разу теж по m г. Записуйте щоразу покази стрілки n₆ , n₅ , n₄ і т.д. до n₀.

9. Побудуйте графік зміни видовження нитки зі зміною навантаження F : при F₁ l₁ = n₁ - n₀

при F₂ l₂ = n₂ - n₀ і т.д.

10. Проаналізуйте одержаний графік. Чи виконується закон Гука?

11. Обчисліть для кожного видовження модуль Юнга за формулою: (6)

В (6) враховано, що площа .

12. Знайдіть середнє арифметичне з одержаних значень Е і порівняйте з табличним.

13. Результати вимірювань і обчислень можна подати у вигляді таблиці 1. Похибка вимірювань:

14. Кінцевий результат подати у виді ,

де .

Таблиця1

Висновки:_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Контрольне питання

1. Яку довжину повинен мати мідний дріт, щоб він, якщо його підвісити вертикально, розірвався під дією власної ваги?

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Робота фізичного практикуму № 1

Тема. Визначення енергії зарядженого конденсатора

Мета: встановити якісний зв'язок між енергією електричного поля зарядженого конденсатора і роботою електричного струму при розрядці конденсатора.

Обладнання: конденсатор електролітичний ємністю 1000 мкФ; мікроамперметр на 100 мкА; резистор опором 100 кОм; секундомір; джерело електроживлення, перемикач однополюсний; вольтметр.

Хід роботи

1. Складіть електричне коло за схемою, зображеною на ри­сунку.

2. Поставте перемикач у поло­ження 1 та зарядіть конден­сатор до напруги 10 В:

U =_______________.

3. Поставте перемикач у поло­ження 2. При цьому зарядже­ний конденсатор буде з'єд­наним послідовно з резистором і мікроамперметром.

4. Одночасно із замиканням кола запустіть секундомір і запишіть показання мікроамперметра, а у подаль­шому записуйте показання амперметра через кож­ні 20 с протягом 8-9 хвилин.

5. Результати вимірювань занесіть до таблиці 1.

Таблиця 1

6. Обчисліть середнє значення сили струму I_сер для кожного із виділених у таблиці 1 проміжків часу. Для цього знайдіть напівдодаток початкового і кінцевого значень:

=

=

=

=

=

Результати обчислень занесіть до таблиці 1.

7. Обчисліть значення роботи електричного струму ∆А за кожний проміжок часу ∆t за формулою ∆А = І²_сер∙R∙∆t, де R - опір резистора, написаний на його корпусі:

R = _________________________

∆А_І = І²_{І сер}∙R∙∆t_І =

∆А_ІІ = І²_{ІІ сер}∙R∙∆t_ІІ =

∆А_ІІІ = І²_{ІІІ сер}∙R∙∆t_ІІІ =

∆А_ІV = І²_{ІV сер}∙R∙∆t_ІV =

∆А_V = І²_{V сер}∙R∙∆t_V =

Результати обчислень занесіть до таблиці 1.

8. Обчисліть роботу електричного струму за 8 - 9 хви­лин як додаток робіт за всі проміжки часу:

W_вик= А = ∆А_І + ∆А_ІІ + ∆А_ІІІ + ∆А_ІV + ∆А_V

W_вик=

9. Беручи до уваги, що робота, виконана електричним струмом А, дорівнює виконаній енергії W_вик, за­пишіть обчислене значення енергії у таблиці 1 і 2.

А = W_вик = __________________________________

10. Обчисліть значення енергії W_обч електричного поля конденсатора за напругою між обкладками конден­сатора U і його електроємністю С за формулою

11. Результати вимірювань і обчислень занесіть до таб­лиці 2.

Таблиця 2

12. Визначте відносну похибку вимірювань і обчислень за формулою

∙100% =

Контрольне питання

Який заряд конденсатора у вашій лабораторній роботі?

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Висновок

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Робота фізичного практикуму № 2

Тема. Вимірювання довжини світлової хвилі за допомогою дифракційної решітки.

Мета: навчитись вимірювати довжину світлової хвилі за допомогою дифракційної решітки, знаючи сталу дифракційної решітки.

Обладнання: електрична лампочка (одна на клас); прилад для визначення довжини світлової хвилі; дифракційна решітка.

Теоретичні відомості

Користуючись явищем диф­ракції світла, можна виміряти довжину світлової хвилі. Для цього застосовують дифракційну решітку, яка являє собою сукупність великого числа однаково віддалених, дуже вузьких, близьких одна до одної паралельних щілин, утво­рених тим чи іншим способом на поверхні скляної пластинки.

Позначаючи ширину кожної щілини а, ширину непрозо­рого проміжку b, матимемо d = a + b. Величину d називають періодом, або сталою дифракційної решітки. Сталу d позна­чено звичайно на тій самій скляній пластинці, на якій нане­сено дифракційну решітку.

Довжина хвилі обчислюється за формулою: (1),

де d - період решітки, k - порядок спектра, φ - кут під яким спостерігається максимум світла відповідного кольору

Оскільки кути, під якими спостерігається максимум 1-го, 2-го порядків не перевищують 5°, то замість синусів кутів можна брати їхні тангенси. ( tg φ ≈ sin φ )

З рисунку видно, що tg φ = , (2) тому (3)

Відстань а відраховують від решітки до екрана, відстань b - по шкалі екрана від щілини до вибраної лінії спектра.

Опис приладу

У роботі для визначен­ня довжини світлової хвилі використовується дифракційна решітка (1) з відомим періодом d. Вона встановлена в три­мачі (2), прикріпленому до кінця лінійки (3). На лінійці розташовується чорний екран (4) з вузь­кою вертикальною щіли­ною (5) посередині. На екрані і лінійці є мілімет­рові поділки. Вся уста­новка закріплена на штативі (6) (рис. 2). Якщо дивитись крізь решітку і проріз (5) на джерело світла - лампу розжарення, - то на чорному фоні екрана можна спос­терігати по обидва боки від щілини дифракційні спектри 1-го, 2-го і більш високих порядків.

Хід роботи

1. Поставте дифракційну решітку на нульовій поділці оптичної лави так, щоб риски решітки були розміщені вер­тикально, а її площина лежала перпендикулярно до напря­му оптичної лави. Ззаду щілини встановіть електричну лам­почку.

Лампочка, щілина і решітка мають бути на одному рівні. Ввімкніть лампочку і розглядайте крізь дифракційну решітку джерело світла (щілину) та дифракційні спектри, що з'явились по обидва боки від щілини. Невеликим поворотом навколо вертикальної осі добийтеся розміщення дифракційних спектрів справа і зліва від щілини приблизно на однакових відстанях.

Якщо спектр нахилений до шкали, це означає, що риски дифракційної решітки не вертикальні. Повернувши їх на деякий кут, усуньте перекіс. Пересуваючи щілину то далі, то ближче до лампи, добийтеся такого положення, коли одна з кольорових ліній опиниться на поділці шкали. Нехай середина спостережуваної кольорової лінії буде на поділці шкали b₁. По другий бік щілини має бути на тій самій відстані така сама кольорова лінія. Якщо при цьому справа і зліва від 0 ці відстані будуть трохи відрізнятись (b₁ і b₂), візьміть їх середнє значення.

2. Виміряйте і запишіть відстань від екрана до диф­ракційної решітки.

3. Користуючись формулою (3), обчисліть довжину хвилі світла для трьох кольорів; результати занесіть до таблиці. Обчислення довжини хвилі виконайте для спектра 1-го по­рядку, тоді k =1.

Обчислення

Оцінка точності результату

Відносна похибка

Обчислення

Контрольні питання

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

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Висновок

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Робота фізичного практикуму № 3

Тема. Визначення прискорення вільного падіння за допомогою маятника.

Мета: визначити прискорення сили тяжіння в даному місці Землі за допомогою маятника.

Обладнання: штатив з муфтою і кільцем; кулька з отво­ром; нитка; секундомір або годинник з секундною стрілкою; вимірювальна лінійка з міліметровими поділками.

Теоретичні відомості

Якщо маятник вивести з рівноваги, виникає сила, яка намагається повернути його в попереднє стійке положення рівноваги D (рис. 1). Ця сила F є рівнодійною двох сил: натягу

нитки Т і ваги Р, напрямлених під кутом одна до одної.

Під дією сили F маятник повертається до положення рівноваги, проходить його внаслідок інерції і переходить на другий бік. Далі цей процес повторюється.

Найбільше зміщення маятника від по­ложення рівноваги називається ампліту­дою коливання. Час повного коливання маятника називається періодом коливан­ня. Теорія дає таку формулу для періоду коливання:

, (1), де Т - період коливання, l - довжина маятника, g - при­скорення вільного падіння.

З формули (1) можна визначити g: . (2)

Довжину маятника можна виміряти безпосередньо, а період коливань обчислити за формулою: , (3), де N - число коливань за час t. Тоді . (4)

Опис приладу

Маятником служить важка метале­ва куля, підвішена на нитку, яка при­в'язана до кільця штативу (рис. 2). Довжина маятника l у даному випад­ку складається з довжин нитки l₁, ви­міряної за допомогою лінійки, ра­діуса кулі R, виміряного за допомогою штангенциркуля або іншим способом. Тоді: l = l₁ + R (5)

Якщо підставити це значення довжини маятника l у фор­мулу (4), для визначення прискорення g дістанемо таку розрахункову формулу: (6)

Хід роботи

1. Зберіть установку згідно з описом приладу (рис. 2).

2. Визначте довжину нитки маятника l₁ за допомогою довгої лінійки, а радіус кулі R - за допомогою штангенциркуля.

3. Відхиляємо маятник на невеликий кут ( 5 - 8 см від положення рівноваги), і відпускаємо його. Якщо коливання відбуваються в одній площині, то, пропустивши декілька коливань, увімкніть секундомір, до того ж саме тоді, коли маятник проходить положення рівноваги. При цьому нитка і око мають бути на одній прямій, перпендику­лярній до площини коливання маятника.

4. Відрахувавши N = 20 коливань, зупиніть секундомір і визначте час, протягом якого спостерігаєте коливання.

5. Змініть довжину нитки і повторіть дослід двічі.

6. За формулою (6) обчисліть прискорення вільного падіння.

7. Результати вимірювань і обчислень запишіть у табли­цю.

Обчислення

Оцінка точності результату

1. Знайдіть абсолютну похибку вимірювань.

Виберіть із таблиці значення інструментальних похибок: ∆_іt = lc; ∆_іl = 1мм.

Похибки відліку приладів:

∆_{відліку}t = 0,2c; ∆_{відлікуt}l = 0,5мм.

Тоді ∆t = ∆_іt + ∆_{відліку}t; ∆t = ________________________

∆l = ∆_іl + ∆_{відлікуt}l ∆l = ________________________

2. Знайдіть відносну похибку: ,

де l і t - отримані в ході експерименту значення (одне з них).

ε = _________________________

3. Знайдіть абсолютну похибку: ∆g = g_{розраховане}∙ε.

∆g = _________________________

Запишіть результат у вигляді: g = = g_{розраховане} ± ∆g

g = _____________________

Контрольне питання

Як зміниться період коливань маятника, якщо його перенести з повітря у воду?

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Висновок.

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Робота фізичного практикуму № 4

Тема. Вивчення треків заряджених частинок.

Мета: навчитись аналізувати треки заряджених частинок у магнітному полі.

Обладнання: фотографії треків заряджених частинок; ко­синець; олівець; циркуль.

Теоретичні відомості

Вивчаючи фотографії треків елементарних частинок у ка­мері Вільсона, вміщеній у магнітне поле, знаючи напрям вектора магнітної індукції В і вимірявши радіус кривизни траєкторії r, можна визначити лише знак заряду частинки і відношення імпульсу частинки до її заряду. Застосовуючи другий закон Ньютона, виведемо розрахункову формулу для такого руху:

, де q - заряд частинки, т - маса.

Тоді .

Кількість іонів на одиниці довжини траєкторії частинки, а отже, і товщина треку тим більша, чим більший заряд час­тинки і менша швидкість його руху.

Є декілька способів визначення радіуса кривизни траєкторії руху частинки.

1. Спосіб шаблонів - зіставляючи дугу відомого радіуса з даною ділянкою траєкторії. Якщо дуги збігаються, то й радіуси кривизни дуг однакові.

2. Спосіб двох перпендикулярів до двох хорд - на траєкторії проводять дві хорди і до їх середини проводять перпендикуляри. Точка перетину цих перпендикулярів - центр даної ділянки дуги (рис. 1).

3. Спосіб «стрілки» прогину. Проводять хорду і через середину її проводять перпендикуляр до пере-

тину з дугою. Вимірюють «стрілку» прогину Н, тобто відстань від середини хорди до треку, і довжину хорди L. (рис. 2). Радіус кривизни обчислюють за формулою:

Цей спосіб дає найкращі результати. Формулу для r виводять, розглядаючи подібні трикутники ABD і CBD (рис. 2).

Оскільки сила Лоренца надає частинці доцентрове при­скорення, то вона спрямована до центра. Користуємось пра­вилом лівої руки. Оскільки вектор магнітної індукції спря­мований перпендикулярно до площини аркуша, зали­шається з'ясувати, спрямований він «від нас» (позна­чається х) чи «до нас» (позначається ●).

Розміщуємо ліву руку так, щоб великий палець, відігну­тий на 90°, був спрямований у бік дії сили Лоренца. Тоді вектор магнітної індукції спрямований перпендикулярно в долоню.

Хід роботи

1. На фотографії (негатив) видно треки протона (зверху) і частинки в камері Вільсона, що перебуває в магнітному полі, магнітна індукція якого 2,35Тл. Визначте напрям руху частинок і напрям вектора індукції магнітного поля.

2. Розрахуйте радіус кривизни треку з урахуванням мас­штабу фотографії.

Радіус траєкторії визначається методом «стрілки» прогину. Про­ведіть хорду і через її середину проведіть перпендикуляр до перетину з дугою. Виміряйте «стрілку» прогину Н, тобто відстань від середини хорди до треку, і довжину хорди L. Радіус кривизни дуги обчисліть за формулою:

Хорди вибирайте такими, щоб значення стрілки прогину було більшим за 2см. Визначаючи радіус кривизни, не­обхідно враховувати масштаб фотографії.

Виміряйте радіус кривизни треку протона на початку і в кінці пробігу:

= _________________ = _______________

Оскільки ні заряд, ні маса, ні індукція магнітного поля під час руху частинки не змінилися, то:

, тобто

3. Порівняйте значення кінетичної енергії протона на по­чатку та в кінці руху. Для цього знайдіть початкову швидкість протона:

.

Підставте табличні значення для протона Z = 1, е = 1,6∙10^-19 Кл, т = 1,67∙10^-27 кг та - виміряне, В =2,35Тл - за умовою; одержите: = _________________________

тоді

тобто = _____________________________________

= ____________________________________

Значення виразіть в еВ (1еВ =1,6∙10^-19 Дж).

4. Виміряйте радіус кривизни треку невідомої частинки на початку пробігу. Знаючи, що початкова швидкість час­тинки дорівнює початковій швидкості протона, обчисліть відношення заряду до маси і порівняйте з відношенням за­ряду до маси протона.

R_x = _____________________________

Для протона:

= 9,6∙10⁷Кл/кг

, де υ_p дорівнює швидкості протона; R_x - виміряне; В = 2,35Тл.

= ___________________________________

Контрольні питання

1. Який напрям вектора магнітної індукції відносно площини фотографії треків частинок?

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Чому радіуси кривизни на різних ділянках треку тієї самої частинки різні?

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Висновок

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ЗМІСТ

Фізичний практикум №1

Практична робота №1 «Дослідження руху тіла під дією сили тяжіння»…..2

Практична робота №2 «Дослідження механічного руху з урахуванням закону збереження енергії»……………………………………………………6

Практична робота №3 «Визначення одного із ізопроцесів»………………...9

Практична робота №4 «Визначення коефіцієнта поверхневого натягу»…14

Практична робота №5 «Визначення модуля пружності»………………….16

Фізичний практикум №2

Практична робота №1: «Визначення заряду та енергії конденсатора».......22

Практична робота №2: «Визначення довжини світлової хвилі»..................26

Практична робота №3: «Визначення прискорення вільного падіння за допомогою математичного маятника»............................................................31

Практична робота №4: «Вивчення треків заряджених частинок за готовими фотографіями»...................................................................................................35

39