Методические указания для студентов по выполнению лабораторных работ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ САМАРСКОЙ ОБЛАСТИ

государственное бюджетное образовательное учреждение

среднего профессионального образования

«Сызранский политехнический техникум»

Методические указания для студентов

по выполнению лабораторных работ

ФИЗИКА

«общеобразовательный цикл»

основной профессиональной образовательной программы

для специальностей естественнонаучного профиля

Сызрань, 2013

ОДОБРЕНО

УТВЕРЖДЕНО

предметной (цикловой) комиссией

Методическим советом

математических и общих естественных дисциплин

ГБОУ СПО «СПТ»

Протокол № ______

Протокол № ______

от «___» _____________2013 г.

от «___» _____________2013 г.

Заместитель директора по учебной

Председатель: _____ Ю.Е.Кветкина

работе:____________Е.В.Вернер

Составитель: Матвеева Т. М., преподаватель физики ГБОУ СПО «СПТ»

Методические указания для выполнения лабораторных работ являются частью основной профессиональной образовательной программы ГБОУ СПО «СПТ» по специальности 280703 Пожарная безопасность в соответствии с требованиями ФГОС СПО третьего поколения.

Методические указания по выполнению лабораторных работ адресованы студентам очной формы обучения.

Методические указания включают в себя учебную цель, перечень образовательных результатов, заявленных во ФГОС СПО третьего поколения, задачи, обеспеченность занятия, краткие теоретические и учебно-методические материалы по теме, вопросы для закрепления теоретического материала, задания для лабораторных работ студентов и инструкцию по ее выполнению, методику анализа полученных результатов, порядок и образец отчета о проделанной работе.

СОДЕРЖАНИЕ

Название лабораторных работ

стр.

1

Исследование движения тела под действием силы тяжести.

6

2

Изучение закона сохранения импульса и реактивного движения.

8

3

Изучение зависимости периода колебания нитяного маятника от длины нити.

12

4

Измерение влажности воздуха.

17

5

Измерение коэффициента поверхностного натяжения жидкости.

22

6

Наблюдение роста кристаллов из раствора.

25

7

Изучение закона Ома для участка цепи.

27

8

Изучение явления электромагнитной индукции.

31

9

Изучение интерференции и дифракции света

34

3434

Введение

УВАЖАЕМЫЙ СТУДЕНТ!

Методические указания по дисциплине ФИЗИКА для выполнения лабораторных работ созданы Вам в помощь для работы на занятиях, подготовки к лабораторным работам, правильного составления отчетов.

Приступая к выполнению лабораторной работы, Вы должны внимательно прочитать цель и задачи занятия, ознакомиться с требованиями к уровню Вашей подготовки в соответствии с федеральными государственными стандартами третьего поколения (ФГОС-3), краткими теоретическими и учебно-методическими материалами по теме лабораторной работы, ответить на вопросы для закрепления теоретического материала.

В результате освоения дисциплины П.Д.01 ФИЗИКА Вы должны

знать:

• смысл понятий: физическое явление, гипотеза, закон, теория, вещество, взаимодействие, электромагнитное поле, волна, фотон, атом, атомное ядро, ионизирующие излучения, планета, звезда, галактика, Вселенная;

• смысл физических величин: скорость, ускорение, масса, сила, импульс, работа, механическая энергия, внутренняя энергия, абсолютная температура, средняя кинетическая энергия частиц вещества, количество теплоты, элементарный электрический заряд;

• смысл физических законов классической механики, всемирного тяготения, сохранения энергии, импульса и электрического заряда, термодинамики, электромагнитной индукции, фотоэффекта;

• вклад российских и зарубежных ученых, оказавших наибольшее влияние на развитие физики;

уметь:

• квантовой физики в создании ядерной энергетики

• воспринимать и на основе полученных знаний самостоятельно оценивать информацию, содержащуюся в сообщениях СМИ, Интернете, научно-популярных статьях.

• описывать и объяснять физические явления и свойства тел: движение небесных тел и искусственных спутников Земли; свойства газов, жидкостей и твердых тел; электромагнитную индукцию, распространение электромагнитных волн; волновые свойства света; излучение и поглощение света атомом; фотоэффект;

• отличать гипотезы от научных теорий;

• делать выводы на основе экспериментальных данных;

• приводить примеры, показывающие, что: наблюдения и эксперимент являются основой для выдвижения гипотез и теорий, позволяют проверить истинность теоретических выводов; физическая теория дает возможность объяснять известные явления природы и научные факты, предсказывать еще неизвестные явления;

• приводить примеры практического использования физических знаний: законов механики, термодинамики и электродинамики в энергетике; различных видов электромагнитных излучений для развития радио и телекоммуникаций, применять полученные знания для решения физических задач;

• определять характер физического процесса по графику, таблице, формуле;

• измерять ряд физических величин, представляя результаты измерений с учетом их погрешностей.

В процессе освоения дисциплины у студентов должны формировать общие компетенции (ОК):

ОК 1. Понимать сущность и общественную значимость своей будущей профессии, проявлять к ней устойчивый интерес.

ОК 2. Организовать собственную деятельность, выбирать типовые методы решения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество.

ОК 3. Принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях и нести за них ответственность.

ОК 4. Осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития.

ОК 5. Использовать информационно-коммуникационные технологии в профессиональной деятельности.

ОК 6. Работать в коллективе и команде, эффективно общаться с коллегами, руководством, потребителями.

ОК 7. Брать на себя ответственность за работу членов команды (подчиненных), результат выполнения заданий.

ОК 8. Самостоятельно определять задачи профессионального и личностного развития, заниматься самообразованием, осознанно планировать повышение квалификации.

ОК 9. Ориентировать в условиях частой смены технологий в профессиональной деятельности.

Все задания к лабораторной работе Вы должны выполнять в соответствии с инструкцией, анализировать полученные в ходе занятия результаты по приведенной методике.

Отчет о лабораторной работе Вы должны выполнить по приведенному алгоритму, опираясь на образец.

Наличие положительной оценки по лабораторным работам необходимо для получения зачета по дисциплине и/или допуска к экзамену , поэтому в случае отсутствия на уроке по любой причине или получения неудовлетворительной оценки за лабораторную работу Вы должны найти время для его/ее выполнения или пересдачи.

Внимание! Если в процессе подготовки к лабораторным работам или при решении задач у Вас возникают вопросы, разрешить которые самостоятельно не удается, необходимо обратиться к преподавателю для получения разъяснений или указаний в дни проведения дополнительных занятий.

Время проведения дополнительных занятий можно узнать у преподавателя или посмотреть на двери его кабинета Желаем Вам успехов!!!

Раздел 1 Механика

Тема 1.2 Законы Ньютона. Виды сил. Равновесие

Лабораторная работа № 1. Исследование движения тела под действием силы тяжести

Учебная цель: углубить знание законов Ньютона, ознакомиться с методами измерения ускорения

Учебные задачи:

1. Измерить ускорение

2. Научиться работать с маятником

3. Научиться пользоваться секундомером

Обеспеченность занятия:

1. Учебно-методическая литература:

• Лабораторные работы по физике (Тарасов О.М. Москва Форум-Инфа-М 2007)

  1. Справочная литература:

• Сборник задач по физике (В.Ф.Дмитриева Москва Издательский центр «Академия» 2010)

1. 1. 1. 3. Лабораторное оборудование и инструменты: прибор по кинематике и динамике с движущейся тележкой, секундомер или метроном, лента измерительная, штатив лабораторный.

         4. Рабочая тетрадь (обычная, в клетку-18 листов)

         5. Калькулятор ( простой).

         6. Ручка.

         7. Карандаш простой

Краткие теоретические и учебно-методические материалы по теме лабораторной работы.

Прибор по кинематике и динамике состоит из:

1. стержень 6, длиной 125 см, на одном конце которого укреплена обойма с блоком 4, а на другом щека 13.

2. между обоймой и щекой натянут проволока 8, по которой перемещается тележка 10. Масса тележки вместе со столиком для грузов равна 300г.

3. проволок лежит на 3-х опорных винтах, устраняющих ее прогиб под тяжестью тележки.

4. на щеке сверху укреплена защелка 12, удерживающая тележку в начальном

положении, а на обойме - пружинный зажим 5, задерживающий тележку в конце пути.

5. через блок в обойме перекинута нить 7, один конец которой привязан к тележке, а другой - к тарелке для грузов 2 массой 10г.

6. к обойме подвешен металлический стержень 3 с подвижным столиком 1. Он служит для остановки перегрузка при определении мгновенной скорости.

7. снизу на стержень 6 надет фиксатор 9, который удерживается при помощи

пружинящих зажимов и может легко перемещаться вдоль стержня. Фиксатор отмечает ударом момент прохождения тележкой той точки пути, где он установлен. Когда тележка проходит над фиксатором, то стержень ее столика поворачивает защелку. При этом плоская пружина фиксатора освобождается и ударяет прикрепленным к ней шариком о ползунок.

8. стержень снабжен откидной ножкой 14, предназначенной для установки прибора на столе в рабочем положении и держателем 11 для закрепления его в муфте лабораторного штатива

9. к прибору прилагаются два груза массой по 150г и два груза массой по 10г.

Вопросы для закрепления теоретического материала к лабораторной работе:

1.Какое движение называется периодическим?

2.Какое тело называется математическим маятником?

3.Что называется периодом колебания?

4.Что называется частотой колебания?

5.Как направлено ускорение в момент прохождения маятником положения равновесия?

6.Чему равна скорость в момент наибольшего отклонения от положения равновесия?

Задания для лабораторной работы:

Задание 1. Измерьте перемещение тележки. Зная перемещение и время, вычислите ускорение тележки 2

2

t

s

a

Задание 2. Результаты измерений и вычислений внесите в таблицу:

№

F,Н

m,кг

s, м

t, с

a, м/с2

Инструкция по выполнению лабораторной работы:

1. Положите на столик тележки груз массой 320г (два груза массой по 150г и два груза массой по 10г) и наклоните прибор так, чтобы тележка двигалась по проволоке равномерно.

2. Приложите к тележке силу 9,8.Н. Для этого прикрепите к тележке нить с тарелкой массой 10г и перебросьте нить через блок. При этих условиях масса движущихся тел равна 630г (тележка - 300г, груз - 320г, тарелка - 10г).

3. Расположите фиксатор от тележки на расстоянии 90-95 см и пустите тележку одновременно с секундомером. В момент удара фиксатора остановите секундомер.

4. Снимите с тележки все грузы и определите ускорение ее движения (масса

движущихся тел 310г) при силе тяги 9,8 .Н (вес тарелки).

5. Положите на тележку груз массой 150г и снова определите ускорение ее движения (масса движущихся тел 460г) при прежней силе тяги.

Порядок выполнения отчета по лабораторной работе.

1. Выполнить задания.

2. Ответить на вопросы для закрепления теоретического материала.

3. Оформить отчёт по лабораторной работе.

Образец отчета по лабораторной работе.

1. Название лабораторной работы.

2. Цель.

3. Оборудование.

4. Схема установки.

5. Таблица для записи результатов.

6. Обработка результатов.

7. Вывод.

8. Контрольные вопросы.

Тема 1.3 Реактивное движение. Виды энергии. Закон сохранения энергии.

Лабораторная работа № 2 Изучение закона сохранения импульса и реактивного движения.

Учебная цель: изучение закона сохранения импульса на примере распада тела, брошенного под углом к горизонту.

Учебные задачи:

1. Проверить применения закона сохранения импульса для случая реактивного движения.

2. Выполнить задания.

3. Оформить отчет.

Обеспеченность занятия:

1. Учебно-методическая литература:

• Лабораторные работы по физике (Тарасов О.М. Москва Форум-Инфа-М 2007)

2. Справочная литература:

• Сборник задач по физике (В.Ф.Дмитриева Москва Издательский центр «Академия» 2010)

3. Рабочая тетрадь (обычная, в клетку-18 листов)

4. Раздаточные материалы (инструкционные)

5. Калькулятор (простой).

6. Ручка.

7. Карандаш простой

8. Чертежные принадлежности

Краткие теоретические и учебно-методические материалы по теме

Закон сохранения импульса выполняется при распаде тела на части и при абсолютно неупругом ударе, когда соударяющиеся тела соединяются в одно. Если распад или удар происходят в течение малого промежутка времени, то закон сохранения импульса приближенно выполняется для этих процессов даже при наличии внешних сил, действующих на тела системы со стороны тел, не входящих в нее, т.к. за малое время внешние силы не успевают значительно изменить импульс системы. Если внешние силы имеют какое-то определенное направление, то сохраняется не сам импульс, а его проекции на оси, перпендикулярные действующей силе.

Закон сохранения импульса служит основой для объяснения обширного круга явлений природы, применяется в различных науках:

1.Закон строго выполняется в явлениях отдачи при выстреле, явлении реактивного движения, взрывных явлениях и явлениях столкновения тел.

2.Закон сохранения импульса применяют: при расчетах скоростей тел при взрывах и соударениях; при расчетах реактивных аппаратов; в военной промышленности при проектировании оружия; в технике - при забивании свай, ковке металлов и т.д.

Реактивное движение - это движение, происходящее за счёт отделения от тела с какой-то скоростью некоторой его части.

Примером реактивного движения является и движение космической ракеты.

Рассмотрим движение тела, брошенного под углом к горизонту. Пусть тело бросили со скоростью v₀ под углом α к горизонту (рис. 1).

В полете на тело действует сила тяжести, направленная вертикально вниз, поэтому горизонтальная проекция скорости не изменяется со временем и равна v_x=v₀cosα.

Пусть в верхней точке траектории тело распадается на 2 одинаковых осколка, один из которых возвращается назад в точку бросания по той же траектории, по которой до распада летело брошенное тело. При распаде выполняется закон сохранения горизонтальной проекции импульса, поскольку сила тяжести направлена вертикально. Один из осколков вернулся назад по прежней траектории. Это означает, что его скорость сразу же после распада равна скорости всего тела непосредственно перед распадом. Закон

сохранения проекции импульса тогда запишется следующим образом:

,

где v' - скорость второго осколка после распада, а знак «-» в первом слагаемом говорит о направлении движения первого осколка. Из этого равенства получаем:

v'=3v_x.

Поскольку оба осколка сразу же после распада имеют только горизонтальные проекции скорости и находятся на одинаковой высоте, то время их падения также одинаково, т.е. горизонтальные дальности их полета после распада связаны таким же соотношением, что и скорости, т.е.

S'=3S,

где S - горизонтальная дальность полета от точки бросания до точки разрыва, равная дальности полета осколка, вернувшегося назад, а S'- дальность полета полетевшего вперед осколка. В данной лабораторной работе проверяется выполнение этого соотношения и, тем самым, проверяется выполнение закона сохранения импульса на примере распада тела, брошенного под углом к горизонту.

Вопросы для закрепления теоретического материала к лабораторной работе:

1. Что такое импульс материальной точки? По какой формуле он находится?

2. Импульс - величина векторная или скалярная?

3. Запишите формулу и формулировку закона сохранения импульса?

4. Выполняется ли закон сохранения импульса при распаде тела?

5. Какое движение называется реактивным?

6. Выполняется ли закон сохранения импульса при реактивном движении?

Задания для лабораторной работы

Задание 1. Задать значения начальной скорости и угла бросания.

Задание 2. Осуществить бросание тела.

Задание 3. Измерить горизонтальные дальности полета осколков.

Задание 4. Сравнить горизонтальные проекции импульсов осколков.

Задание 5. Выполнить опыты при других скоростях и углах бросания.

Задание 6. Результат записать в таблицу:

№

п/п

Начальная скорость

V₀, м/с

Угол бросания

α, ⁰

Дальности полета осколка, вернувшегося назад, S,м

Дальность полета полетевшего вперед осколка

S', м

S'/S

1

10

45

2

10

30

3

10

60

1

15

45

2

15

30

Инструкция по выполнению лабораторной работы:

1. Задание значения начальной скорости и угла бросания.

Эти величины задаются при помощи ползунков. Рекомендуемое значение скорости 10 см/с, угла бросания 45 градусов.

2. Осуществление бросание тела.

Нажать кнопки «начало» и «пуск». Движение можно остановить, нажав «стоп». В верхней точке тело распадается на 2 одинаковых осколка, разлетающихся в противоположные стороны. Из точки разлета опускается перпендикуляр на горизонтальную ось, который позволяет определить высоту траектории и дальность полета.

3. Измерение горизонтальные дальности полета осколков.

По линейке измерьте горизонтальные дальности разлета осколков, т.е. расстояния от точки распада тела до точек падения осколков. Положение точки распада тела отмечается тем, что из этой точки опускается перпендикуляр (красного цвета) на горизонтальную ось.

4. Сравнение горизонтальные проекции импульсов осколков.

Горизонтальные проекции импульсов осколков пропорциональны горизонтальным дальностям их разлета. Следует проверить выполнение закона сохранения горизонтальной проекции импульса при распаде тела.

5. Выполнение опыта при других скоростях и углах бросания.

Для скорости 10 м/c выполните опыты при значениях угла бросания 30 и 60 градусов. Выполните эксперименты при значениях начальной скорости 15 м/c для углов 30, 45 и 60 градусов.

Порядок выполнения отчёта по лабораторной работе.

1. Выполнить задания.

2. Ответить на вопросы для закрепления теоретического материала.

3. Оформить отчёт по лабораторной работе.

Образец отчёта по лабораторной работе.

1. Название лабораторной работы.

2. Цель.

3. Оборудование.

4. Схема установки.

5. Таблица для записи результатов.

6. Обработка результатов.

7. Вывод.

8. Контрольные вопросы.

Тема 1.4 Механические колебания

Лабораторная работа № 3. Изучение зависимости периода колебания нитяного маятника от длины нити.

Учебная цель: Изучить колебательное движение нитяного маятника.

Учебные задачи: определить период и частоту маятника, выяснить, как эти характеристики зависят от длины маятника.

Обеспеченность занятия:

1. Учебно-методическая литература:

• Лабораторные работы по физике (Тарасов О.М. Москва Форум-Инфа-М 2007)

2. Справочная литература:

• Сборник задач по физике (В.Ф.Дмитриева Москва Издательский центр «Академия» 2010)

3. Лабораторное оборудование и инструменты:

4. Рабочая тетрадь (обычная, в клетку-18 листов)

5. Раздаточные материалы (инструкционные)

6. Калькулятор ( простой).

7. Ручка.

8. Карандаш простой

9. Чертежные принадлежности

Краткие теоретические и учебно-методические материалы по теме лабораторной работы:

В повседневной жизни мы достаточно часто наблюдаем колебательные процессы. Это смена дня и ночи, вращение Луны вокруг Земли, вибрация струн у музыкальных инструментов, колебания маятника часов и т.д. В колебательном движение изменение какой-либо величины (например, скорости или смещения тела от положения равновесия) повторяется в точности через совершенно определенное время - период. Рассмотрим колебания нитяного маятника, т.е. небольшого тела (например, шарика), подвешенного на нити, длина которой значительно превышает размеры самого тела. Если шарик отклонить от положения равновесия и отпустить, то он начнет колебаться. Сначала маятник движется с нарастающей скоростью вниз. В положении равновесия скорость шарика не равна нулю, и он по инерции движется вверх. По достижении наивысшего положения шарик снова начинает двигаться вниз. Колебательное движение характеризуют амплитудой, периодом и частотой колебаний.

Рассмотрим колебания нитяного маятника, т.е. небольшого тела (например, шарика), подвешенного на нити, длина которой значительно превышает размеры самого тела. Если шарик отклонить от положения равновесия и отпустить, то он начнет колебаться. Сначала маятник движется с нарастающей скоростью вниз. В положении равновесия скорость шарика не равна нулю, и он по инерции движется вверх. По достижении наивысшего положения шарик снова начинает двигаться вниз. Это будут свободные колебания маятника.

Свободные колебания - это колебания, которые возникают в системе под действием внутренних сил, после того, как система была выведена из положения устойчивого равновесия.

Колебательное движение характеризуют амплитудой, периодом и частотой колебаний.

Амплитуда колебаний - это наибольшее смещение колеблющегося тела от положения равновесия. Обозначается А. Единица измерения - метр [1м].

Период колебаний - это время, за которое тело совершает одно полное колебание. Обозначается Т. Единица измерения - секунда [1с].

Частота колебаний - это число колебаний, совершаемых за единицу времени. Обозначается ν. Единица измерения - герц [1Гц].

Тело, подвешенное на невесомой нерастяжимой нити называют математическим маятником.

Период колебаний математического маятника определяется формулой: (1), где l - длина подвеса, а g - ускорение свободного падения.

Период колебаний математического маятника зависит:

1) от длины нити. Период колебаний математического маятника пропорционален корню квадратному из длины нити . Т.е., например при уменьшении длины нити в 4 раза, период уменьшается в 2 раза; при уменьшении длины нити в 9 раз, период уменьшается в 3 раза.

2) от ускорения свободного падения той местности, где происходят колебания. Период колебаний математического маятника обратнопропорционален корню квадратному из ускорения свободного падения .

Тело, подвешенное на пружине называют пружинным маятником.

Период колебаний пружинного маятника определяется формулой , где m - масса тела, k - жесткость пружины.

Период колебаний пружинного маятника зависит:

1) от массы тела. Период колебаний пружинного маятника пропорционален корню квадратному из массы тела .

2) от жесткости пружины. Период колебаний пружинного маятника обратнопропорционален корню квадратному из жесткости пружины.

В работе мы исследуем колебания математического маятника. Из формулы следует, что период колебаний изменится вдвое при изменении длины подвеса в четыре раза.

Это следствие и проверяют в работе. Поочередно испытывают два маятника, длины подвесов которых отличаются в четыре раза. Каждый из маятников приводят в движение и измеряют время, за которое он совершит определённое количество колебаний. Чтобы уменьшить влияние побочных факторов, опыт с каждым маятником проводят несколько раз и находят среднее значение времени, затраченное маятником на совершение заданного числа колебаний. Затем вычисляют периоды маятников и находят их отношение.

Вопросы для закрепления теоретического материала к лабораторной работе:

1. Что называют колебаниями?

2. Какой общий признак у всех колебательных систем?

3. Что называют колебательной системой?

4. Виды колебательных систем?

5. Основные свойства колебательных систем?

6. Что такое свободные колебания?

7. Почему свободные колебания затухающие?

8. Какие из величин в процессе колебания меняются, а какие нет?

Задания для лабораторной работы:

Задание 1. Экспериментально проверить формулу, связывающую период колебания маятника с длиной его подвеса.

Задание 2. Подготовьте таблицу для записи результатов измерений и вычислений:

l, м

№ опыта

N

t, с

t_ср, с

Т, с

ν, Гц

l₁ =

1

30

2

30

3

30

4

30

l₂ =

1

30

2

30

3

30

4

30

Инструкция по выполнению лабораторной работы:

Закрепите перекладину в муфте у верхнего края стержня штатива. Штатив разместите на столе так, чтобы конец перекладины выступал за край поверхности стола. Подвесьте к перекладине с помощью нити один груз из набора. Расстояние от точки повеса до центра груза должно быть 25-30 см.

2. Подготовьте электронный секундомер к работе в ручном режиме.

3. Отклоните груз на 5-6 см от положения равновесия и замерьте время, за которое груз совершит 30 полных колебаний (при отклонении груза следите, чтобы угол отклонения не был велик).

4. Повторите измерение 3-4 раза и определите среднее время t_ср1=(t₁+t₂+t₃+t₄)/4

5. Вычислите период колебания груза с длиной подвеса 25-30 см по формуле .

6. Увеличьте длину подвеса в четыре раза.

7. Повторите серию опытов с маятником новой длины и вычислите его период колебаний по формуле .

8. Вычислите частоты колебаний для обеих маятников по формулам и .

9. Сравните периоды колебаний двух маятников, длины которых отличались в четыре раза, и сделайте вывод относительно справедливости формулы (1). Укажите возможные причины расхождения результатов.

Порядок выполнения отчёта по лабораторной работе.

1. Выполнить задания.

2. Ответить на вопросы для закрепления теоретического материала.

3. Оформить отчёт по лабораторной работе.

Образец отчёта по лабораторной работе

Лабораторная работа № 4

Изучение зависимости периода колебания нитяного маятника от длины нити.

Оборудование:

Порядок выполнения работы:

1. Снять экспериментальные данные и записать в таблицу.

2.Произвести расчеты.

Для длинного маятника:

=

=

T=2П

δ =.100%

ѵ =

Для короткого маятника:

=

=

T=2П

δ =.100%

δ =.100%

3. Сделать вывод.

4. Ответить на контрольные вопросы.