Лабораторный практикум по физике для НПО

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И МОЛОДЕЖНОЙ ПОЛИТИКИ
СТАВРОПОЛЬСКОГО КРАЯ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «ГЕОРГИЕВСКИЙ РЕГИОНАЛЬНЫЙ КОЛЛЕДЖ «ИНТЕГРАЛ»

Лабораторный практикум по дисциплине «Физика»

Разработчик преподаватель Серкова Н.А.

Георгиевск 2016 г.

Пояснительная записка

Лабораторный практикум по дисциплине «Физика» .Цель лабораторных занятий, закрепить теоретический материал, научить учащихся освоить приёмы лабораторного анализа, работы с химическим и физическим оборудованием, сформировать представления  о способах идентификации веществ и методах аналитического контроля. Чтобы научить учащихся правильно проводить исследования, опыты, расчёты, предусматривается определённая последовательность выполнения заданий. В лабораторных работах отображено дидактическое оснащение. Занятия рассчитаны на индивидуальную работу учащихся.

Обучающиеся должны овладевать приемами и методами при проведении эксперимента:

1.Собирать экспериментальные установки, проводить наблюдения и делать соответствующие выводы.

2.Измерять физические величины с учетом погрешности с помощью измерительных приборов.

3.Представлять результаты измерений и вычислений в виде таблиц, графиков, диаграмм.

4.На основе теоретического материала объяснять результаты наблюдений и экспериментов, полученные при проведении  лабораторных  работ.

5.Использовать результаты наблюдений и экспериментов для выдвижения гипотез.

6.Изучать функции и назначение физических приборов.

Структура лабораторной работы выглядит так, что обучающие сначала выполняют задания с использованием теоретического материала. В лабораторных работах вводятся построение графиков, расчета относительной ошибки при косвенных измерениях. Но эти задания рассчитаны в основном на более сильных учеников, поэтому варьирование хода лабораторной работы остается как за учителем, так и за учениками.

В каждой лабораторной работе есть краткая техника безопасности.

Каждая лабораторная работа, оформляется в тетради. Отчёт о лабораторной работе содержит следующее:

1.Дата выполняемой работы.

2.Лабораторная работа и ее номер.

3.Название лабораторной работы.

4.Цель работы.

5.Приборы и материалы.

6.Ответы на теоретические задания и вопросы.

7.Рисунок(и) или схема(ы) установки.

8. Таблица результатов измерений и вычислений.

9. Расчеты величин.

10.Графики или рисунки если требуются.

11.Выводы.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ СТАВРОПОЛЬСКОГО КРАЯ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ  бюджетное ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ГЕОРГИЕВСКИЙ РЕГИОНАЛЬНЫЙ КОЛЛЕДЖ «ИНТЕГРАЛ»

Лабораторный практикум по дисциплине «Физика»

для профессии: « 260103.01 Пекарь»

Отделение ПП

ПЦК ГиЕНД

Георгиевск 2013 г.

Лабораторный практикум составлен в соответствии с рабочей программой по дисциплине «Физика» по профессии  «260103.01 Пекарь»

Утверждена методическим советом ГГРК «Интеграл»

протокол № _______ от «___» _____________ 2013 г.

Зам. директора по УМР

ГГРК «Интеграл», к.т.н.                                                                 М.И. Алишев

Зам. директора по УР

ГГРК «Интеграл»                                                                            В.Н. Казаков

Одобрена на заседании ПЦК

ГиЕНД

Протокол  №_____________

от «____» ___________ 2013 г.

Председатель ПЦК

                                                                                             Н.А.  Серкова                       

Согласовано

Зав. отделением   ПП                                                                     О.В.Бойко

Составитель: 

Преподаватель:                                                                    Н.А Серкова

Пояснительная записка

Лабораторный практикум по дисциплине «Физика» предназначен для учащихся по профессии: 260103.01 « Пекарь»

 Практикум включает 22 часа. Цель лабораторных занятий, закрепить теоретический материал, научить учащихся освоить приёмы лабораторного анализа, работы с химическим и физическим оборудованием, сформировать представления  о способах идентификации веществ и методах аналитического контроля. Чтобы научить учащихся правильно проводить исследования, опыты, расчёты, предусматривается определённая последовательность выполнения заданий. В лабораторных работах отображено дидактическое оснащение. Занятия рассчитаны на индивидуальную работу учащихся.

Обучающиеся должны овладевать приемами и методами при проведении эксперимента:

1.Собирать экспериментальные установки, проводить наблюдения и делать соответствующие выводы.

2.Измерять физические величины с учетом погрешности с помощью измерительных приборов.

3.Представлять результаты измерений и вычислений в виде таблиц, графиков, диаграмм.

4.На основе теоретического материала объяснять результаты наблюдений и экспериментов, полученные при проведении  лабораторных  работ.

5.Использовать результаты наблюдений и экспериментов для выдвижения гипотез.

6.Изучать функции и назначение физических приборов.

Структура лабораторной работы выглядит так, что обучающие сначала выполняют задания с использованием теоретического материала. В лабораторных работах вводятся построение графиков, расчета относительной ошибки при косвенных измерениях. Но эти задания рассчитаны в основном на более сильных учеников, поэтому варьирование хода лабораторной работы остается как за учителем, так и за учениками.

В каждой лабораторной работе есть краткая техника безопасности.

Каждая лабораторная работа, оформляется в тетради. Отчёт о лабораторной работе содержит следующее:

1.Дата выполняемой работы.

2.Лабораторная работа и ее номер.

3.Название лабораторной работы.

4.Цель работы.

5.Приборы и материалы.

6.Ответы на теоретические задания и вопросы.

7.Рисунок(и) или схема(ы) установки.

8. Таблица результатов измерений и вычислений.

9. Расчеты величин.

10.Графики или рисунки если требуются.

11.Выводы.

Лабораторная работа №1

Тема: Исследование зависимости силы трения от весе тела.

Цель работы: научиться измерять силу трения, исследовать зависимость силы трения от веса тела.

Оборудование :

·         Направляющая рейка (трибометр);

·         Каретка;

·         Набор грузов;

·         Динамометр.

Последовательность выполнения работы

1.      Повторите основные сведения о силе трения, силе упругости и весе тела.

2.      Для записи результатов измерений подготовьте таблицу:

№ опыта	Вес каретки, Н	Вес груза, Н	Вес каретки с грузом, Н	Сила трения, Н
1
2
3

3.      Подвесьте каретку к динамометру и определите ее вес.

4.      Положение перед собой направляющую рейки так, чтобы она расположилась на поверхности стола горизонтально, как показано на рисунке.

5.      На направляющую рейки положите каретку и прицепите к ней динамометр. Придерживая одной рукой направляющую рейки, в другую руку возьмите динамометр и потяните за него так, чтобы он и каретка стали бы равномерно перемещаться вдоль рейки. Величина силы, которую при этом покажет динамометр, будет равна величине силы трения между поверхностями рейки и каретки. При измерении силы трения таким способом трудно добиться строго равномерного движения каретки и динамометра. Поэтому перед каждым измерением желательно проводить несколько пробных попыток. За показание динамометра следует брать среднее значение из двух крайних положений указателя. 

6.      Занесите в таблицу результаты измерений, полученные в первом  опыте

7.      Измерьте вес одного груза.

8.      Вычислите и занесите в таблицу общий вес каретки с грузом.

9.      Установите груз на верхней поверхности каретки, повторите опыт и занесите в таблицу измеренное значение силы трения.

10.  Подвесьте к динамометру два груза и определите их общий вес.

11.  Оба груза установите на каретке и определите силу трения для каретки с двумя грузами.

12.  Вычислите, во сколько раз каретки с одним грузом больше веса без груза, а также во сколько раз сила трения, действовавшая на каретку с одним грузом, больше той, которая действовала на каретку без груза. Сравните измерение веса каретки с измерением силы трения.

13.  Вычислите, во сколько раз вес каретки с двумя грузами больше веса с одним грузом, а также во сколько раз сила трения, действовавшая на каретку с двумя грузами, больше той, которая действовала на каретку с одним грузом. Сравните измерение веса каретки с измерением силы трения.

14.  Сделайте вывод о том, как меняется сила трения при изменении веса тела.

Контрольные вопросы:

1.      От чего зависит коэффициент трения скольжения?

2.      Почему перед каждым измерением желательно проводить несколько пробных попыток?

3.      От чего зависит сила трения скольжения?

Лабораторная работа№2

 Тема: Исследование движения тела под действием постоянной силы.

Цель работы: вычислить ускорение, с которым скатывается шарик по наклонному желобу.

Для этого измеряют длину перемещения s шарика за известное время t. Так как при равноускоренном движении без начальной скорости , то, измерив s и t, можно найти ускорение шарика. Оно равно:

Никакие измерения не делаются абсолютно точно. Они всегда производятся с некоторой погрешностью, связанной с несовершенством средств измерения и другими причинами. Но и при наличии погрешностей имеется несколько способов проведения достоверных измерений. Наиболее простой из них – вычисление среднего арифметического из результатов нескольких независимых измерений одной и той же величины, если условия опыта не изменяются. Это и предлагается сделать в работе.

Оборудование:

1) измерительная лента;

2) метроном.

Материалы:

1) желоб;

2) шарик;

3) штатив с муфтами и лапкой;

4) металлический цилиндр.

Порядок выполнения работы

1. Укрепите желоб с помощью штатива в наклонном положении под небольшим углом к горизонту. У нижнего конца желоба положите в него металлический цилиндр.

2. Пустив шарик (одновременно с ударом метронома) с верхнего конца желоба, подсчитайте число ударов метронома до столкновения шарика с цилиндром. Опыт удобно проводить при 120 ударах метронома в минуту.

3. Меняя угол наклона желоба к горизонту и производя небольшие передвижения металлического цилиндра, добивайтесь того, чтобы между моментом пуска шарика и моментом его столкновения с цилиндром было 4 удара метронома (3 промежутка между ударами).

4. Вычислите время движения шарика.

5. С помощью измерительной ленты определите длину перемещения s шарика. Не меняя наклона желоба (условия опыта должны оставаться неизменными), повторите опыт пять раз, добиваясь снова совпадения четвертого удара метронома с ударом шарика о металлический цилиндр (цилиндр для этого можно немного передвигать).

6. По формуле

найдите среднее значение модуля перемещения, а затем рассчитайте среднее значение модуля ускорения:

7. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу:

Номер опыта	s, м	sср, м	Число ударов метронома	t, s	aср, м/с2

СДЕЛАТЬ ВЫВОД.

Лабораторная работа № 5 Тема: "Наблюдение роста кристаллов из раствора" Цель: научиться создавать кристаллы, пронаблюдать за ростом кристалла Теоретические сведения Существуют два простых способа выращивания кристаллов из раствора: охлаждение насыщенного раствора соли и его выпаривание. Первым этапом при любом из двух способов является приготовление насыщенного раствора. В условиях школьного физического кабинета проще всего выращивать кристаллы алюмокалиевых квасцов. В домашних условиях можно выращивать кристалл медного купороса или обычной поваренной соли. Растворимость любых веществ зависит от температуры. Обычно с повышением температуры растворимость увеличивается, а с понижением температуры уменьшается. При охлаждении горячего (примерно 40°С) насыщенного раствора до 20°С в нем окажется избыточное количества соли на 100 г воды. При отсутствии центров кристаллизации это вещество может оставаться в растворе, т.е. раствор будет пересыщенным. С появлением центров кристаллизации избыток вещества выделяется из раствора, при каждой данной температуре в растворе остается то количество вещества, которое соответствует коэффициенту растворимости при этой температуре. Избыток вещества из раствора выпадает в виде кристаллов; количество кристаллов тем больше, чем больше центров кристаллизации в растворе. Центрами кристаллизации могут служить загрязнения на стенках посуды с раствором, пылинки, мелкие кристаллики соли. Если предоставить выпавшим кристалликами возможность подрасти в течение суток, то среди них найдутся чистые и совершенные по форме экземпляры. Они могут служить затравками для выращивания крупных кристаллов. Чтобы вырастить крупный кристалл, в тщательно отфильтрованный насыщенный раствор нужно внести кристаллик - затравку, заранее прикрепленный на волосе или тонкой леске, предварительно обработанной спиртом. Можно вырастить кристалл без затравки. Для этого волос или леску обрабатывают спиртом и опускают в раствор так, чтобы конец висел свободно. На конце волоса или лески может начаться рост кристалла. Если для выращивания приготовлен крупный затравочный кристалл, то его лучше вносить в слегка подогретый раствор. Раствор, который был насыщенным при комнатной температуре, при температуре на 3-5°С выше комнатной будет ненасыщенным. Кристалл-затравка начнет растворяться в нем и потеряет при этом верхние, поврежденные и загрязненные слои. Это приведет к увеличению прозрачности будущего кристалла. Когда температура понизится до комнатной, раствор вновь станет насыщенным, и растворение кристалла прекратится. Если стакан с раствором прикрыть так, чтобы вода из раствора могла испаряться, то вскоре раствор станет пересыщенным и начнется рост кристалла. Во время роста кристалла стакан с раствором лучше всего держать в теплом сухом месте, где температура в течение суток остается постоянной. На выращивание крупного кристалла в зависимости от условий эксперимента может потребоваться от нескольких дней до нескольких недель. Ход работы 1. Тщательно вымойте стакан и воронку, подержите их над паром. 2. Налейте 100, г дистиллированной (или дважды прокипяченной) воды в стакан и нагрейте её до 30°С-40°С. Используя кривую растворимости, приведенную на рисунке 1, определите марсу соли, необходимую для приготовления насыщенного раствора при 30°С. Приготовьте насыщенный раствор и слейте его через ватный фильтр в чистый стакан. Закройте стакан крышкой или листком бумаги. Подождите, пока раствор остынет до комнатной температуры. Откройте стакан. Через некоторое время начнут выпадать первые кристаллы. 3. Через сутки слейте раствор через ватный фильтр в чистый, вновь вымытый и попаренный стакан. Среди множества кристаллов, оставшихся на дне первого стакана, выберите самый чистый кристалл правильной формы. Прикрепите кристалл-затравку к волосу или леске и опустите его в раствор. Волос или леску предварительно протрите ватой, смоченной спиртом. Можно также положить кристалл-затравку на дно стакана перед запивкой в него раствора. Поставьте стакан в теплое чистое место. В течение нескольких суток или недель не трогайте кристалл и не переставляйте стакан. В конце срока выращивания выньте кристалл из раствора, тщательно осушите бумажной салфеткой и уложите в специальную коробку. Руками кристалл не трогайте, иначе он потеряет прозрачность. Контрольные вопросы 1. Что может служить центром кристаллизации? 2. Чем объясняется неодинаковая скорость роста различных граней одного и того же кристалла? 3. Каким способом можно насыщенный раствор сделать пересыщенным без добавления растворенного вещества? 4. Зачем раствор фильтровался? Лабораторная работа №3 Тема: Изучение закона сохранения импульса и реактивного движения. Цель работы: убедиться в справедливости закона сохранения импульса при упругом ударе шаров. Оборудование: штатив, лоток, два шара одинаковой массы и шар большей массы, линейка измерительная, листы белой и копировальной бумаги, весы, разновес. Введение: По закону сохранения импульса при любых взаимодействиях тел векторная сумма импульсов тел до взаимодействия равна векторной сумме импульсов тел после взаимодействия. В справедливости этого закона и нужно будет убедиться на опыте, исследуя столкновения шаров на установке, изображенной на рисунке справа. Шар, скатившись с лотка, движется по параболе до удара о поверхность стола. Горизонтальные составляющие скорости шара и его импульса во время свободного падения не изменяются, так как нет сил, действующих на этот шар в этом направлении. Затем на краю лотка ставят второй шар и запускают первый шар точно таким же образом, как и в первом опыте. После соударения в горизонтальном направлении слетают с лотка оба шара. При этом часть импульса движения первого шара передается второму. По закону сохранения векторная импульса сумма импульсов первогор1 и второго р2 шаров до столкновения должна быть равна сумме импульсов этих шаров после столкновения.  —> —> —> —> р1 + р2 = р'1 +  р'2    (1)  Если оба шара после столкновения движутся вдоль одной прямой и в том же направлении, в каком двигался первый шар до столкновения, то от векторной формы записи закона сохранения импульса можно перейти к алгебраической форме:  р1 + р2 = р'1 + р'2,  так как p = mv, то  m1v1+ m2v2 = m1v'1 + m2v'2 (2) Заметим, что скорость второго шара v2 до столкновения равна нулю.  Для проверки выполнения равенства (2) необходимо измерить массы шаров m1 и m2 с помощью весов, а также найти способ узнать скорости шаров v1, v'1, v'2. Так как во время свободного падения шара по параболе горизонтальная составляющая его скорости не изменяется, она может быть найдена так: v = ℓ/t (3), где  ℓ - дальность полета шара в горизонтальном направлении, а t - время его свободного падения, равное t = √(2h)/g.  В равенстве (3) заключена важная мысль: v и ℓ прямо пропорциональны друг другу, а значит по длине ℓ можно судить о величине горизонтальной скорости! Этим и воспользуемся в данной работе. Ход работы: ЧАСТЬ I. Исследование центрального удара. 1. Используя весы, измерьте массы шаров m1 и m2.  2. Заготовьте таблицу для записи результатов: До удара После удара Шар № 1 2 1 2 Масса шара m, (кг) m1 = m2 = - - Дальность полета ℓ, (м)  ℓ1= ℓ2 = ℓ'1= ℓ'2 = Высота падения шаров h, (м) h = Время полета t, (с) t = Горизонтальная скорость v, (м/с) v1 = v2 = v'1 = v'2 = Импульс р, (кг·м/с) р1 = р2 = р'1 = р'2 = Сумма импульсов Σр, (кг·м/с) Σр = р1 + р2 = Σр' = р'1 + р'2 = 2. Укрепите лоток в лапке штатива таким образом, чтобы горизонтальная часть лотка находилась на высоте 20 см от стола. На столе перед лотком положите лист белой бумаги. 3. Возьмите шар с большей массой, установите его у верхнего края наклонной части лотка. Сделав несколько пробных пусков, определите с какой высоты надо пускать шар, чтобы место его падения было в районе второй половины листа, но чтобы он ни в коем случае не ударялся за пределами листа. Отметьте это положение на лотке. На лист белой бумаги положите лист копировальной бумаги. 4. Отпустите шар с края лотка без начальной скорости, чтобы получить отметку падения шара по вертикали. 5. Отпустите шар с намеченной вами отметки на лотке и по отметке на листе белой бумаги определите его дальность полета в горизонтальном направлении. Опыт повторите 3 раза и найдите среднее значение дальности полета ℓ1 (см. рис. выше). Запишите это значение ℓ1 в лист отчета. 6. Зная высоту края лотка h над столом, вычислите время падения шара t, затем горизонтальные составляющие его скорости v1 и импульса р1. Запишите свои вычисления в отчет. 7. Установите на краю горизонтальной части лотка второй шар и осуществите запуск первого шара с той же высоты лотка, как в первом опыте. По отметкам на бумаге найдите дальности полетов шаров в горизонтальном направлении после их столкновения. Опыт повторите три раза и найдите среднее значение дальности полета первого шара ℓ'1 и дальности полета второго шара ℓ'2(рисунок выше) По найденным числовым значениям дальностей полетов ℓ'1 и ℓ'2 вычислите числовые значения скоростей шаров после столкновения v'1 и v'2 и их импульсов р'1 и р'2. Запишите полученные результаты в отчет. 8. Сравните импульс первого шара до столкновения р1 с суммой импульсов двух шаров после столкновения р'1 + р'2.  9. Сделайте вывод. Ответьте на контрольные вопросы.  ЧАСТЬ II. Исследование нецентрального удара. 1. Возьмите два шара одинаковой массы. Один шар установите на краю лотка таким образом, чтобы вектор скорости первого шара при столкновении был направлен мимо центра второго шара. При таком столкновении, называемом нецентральным, векторы скорости шаров после столкновения v'1 и v'2 имеют различные направления. По закону сохранения импульса должно выполняться векторное равенство:  —> —> —> m1v1 = m1v'1 + m2v'2, а так как m1 = m2, то  —> —> —> v1 = v'1 + v'2. 2. Для проверки последнего равенства получите отметки падения шара по вертикали с края лотка (точка А), точки падения шара после свободного скатывания (точка В) и точек падения шаров после нецентрального столкновения (точки С и Д) (рисунок справа).  3. Соедините точку А с точками В, С и Д. Вектор АВ параллелен вектору скорости v1 шара и пропорционален ему по длине. ВекторыАС и АД параллельны векторам скорости v'1 и v'2 после их столкновения. При выполнении закона сохранения импульса сумма векторов АД и АС должна быть равна вектору АВ.  4. Постройте параллелограмм со сторонами АД и АС и проведите его диагональ из вершины А. Сравните эту диагональ с вектором АВ. Напишите на листе с отметками падения шаров и вашими построениями свои фамилии, класс и вложите его в свой отчет. 5. Оцените границы погрешностей выполненных измерений. Сделайте вывод. Контрольные вопросы: 1. Что называется импульсом тела? 2. При каких условиях выполняется закон сохранения импульса? 3. Выходят ли обнаруженные в опыте отклонения от закона сохранения импульса за пределы границ погрешностей измерений?

Лабораторная работа № 4

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

Цель работы: Сравнить экспериментально уменьшение потенциальной энергии пружины с увеличением кинетической энергии тела, связанного с пружиной.

Приборы и материалы: штатив, динамометр, шарик на нити, лист белой и лист копировальной бумаги, сантиметровая лента, весы.

Теоретическая часть.

На основании закона сохранения и превращения механической энергии при взаимодей­ствии тел силами упругости изменение потенциальной энергии растянутой пружины должно быть равно изменению кинетической энергии тела связанного с пружиной, взятому с обрат­ным знаком. Для проверки этого утверждения мож­но воспользоваться установкой изображённой на ри­сунке. Закрепив динамометр в лапке штатива, при­крепляют нить с шариком к пружине и натягивают ее, держа нить горизонтально. Когда шар отпускают, он под действием силы упругости приобретает ско­рость V. При этом потенциальная энергия пружины переходит в кинетическую энергию шарика . Скорость шарика можно определить, измерив, дальность его полета S при падении его с высоты Н по параболе. Из выражений следует, что

, а .

Целью данной работы является проверка равенства: . С  учётом равенства k_x=F_упр, получим:

Ход работы.

1.  Соберите установку (см. рис.). На место падения шарика положите лист белой, а сверху лист копировальной бумаги.

2.  Соблюдая горизонтальность нити натянуть пружину динамометра до значения 1 Н. Отпус­тить шарик и по отметке на листе белой бумаги найти дальность его полёта. Повторить опыт три раза и найти среднее расстояние S.

3.  Измерьте деформацию пружины при силе упругости 1 Н и вычислите потенциальную энер­гию пружины.

4.  Повторите п.2,3 задавая силу упругости 2 Н и З Н соответственно.

5.  Измерьте массу шарика и вычислите увеличение его кинетической энергии.

6.   Результаты занесите в таблицу.

7.  По результатам работы сделайте выводы.

№	Fупр, Н	х, м	Ер, Дж	m, кг	Н, м	S, м	Ek, Дж

8.  Ответьте на вопросы:

а)  в каких случаях выполняется закон сохранения механической энергии?

б) чем можно объяснить неточное выполнение исследуемых равенств?

Лабораторная работа № 9

Тема: "Наблюдение роста кристаллов из раствора"

Цель: научиться создавать кристаллы, пронаблюдать за ростом кристалла

Теоретические сведения

Существуют два простых способа выращивания кристаллов из раствора: охлаждение насыщенного раствора соли и его выпаривание. Первым этапом при любом из двух способов является приготовление насыщенного раствора. В условиях школьного физического кабинета проще всего выращивать кристаллы алюмокалиевых квасцов. В домашних условиях можно выращивать кристалл медного купороса или обычной поваренной соли.

Растворимость любых веществ зависит от температуры. Обычно с повышением температуры растворимость увеличивается, а с понижением температуры уменьшается.

При охлаждении горячего (примерно 40°С) насыщенного раствора до 20°С в нем окажется избыточное количества соли на 100 г воды. При отсутствии центров кристаллизации это вещество может оставаться в растворе, т.е. раствор будет пересыщенным.

С появлением центров кристаллизации избыток вещества выделяется из раствора, при каждой данной температуре в растворе остается то количество вещества, которое соответствует коэффициенту растворимости при этой температуре. Избыток вещества из раствора выпадает в виде кристаллов; количество кристаллов тем больше, чем больше центров кристаллизации в растворе. Центрами кристаллизации могут служить загрязнения на стенках посуды с раствором, пылинки, мелкие кристаллики соли. Если предоставить выпавшим кристалликами возможность подрасти в течение суток, то среди них найдутся чистые и совершенные по форме экземпляры. Они могут служить затравками для выращивания крупных кристаллов.

Чтобы вырастить крупный кристалл, в тщательно отфильтрованный насыщенный раствор нужно внести кристаллик - затравку, заранее прикрепленный на волосе или тонкой леске, предварительно обработанной спиртом.

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

Если для выращивания приготовлен крупный затравочный кристалл, то его лучше вносить в слегка подогретый раствор. Раствор, который был насыщенным при комнатной температуре, при температуре на 3-5°С выше комнатной будет ненасыщенным. Кристалл-затравка начнет растворяться в нем и потеряет при этом верхние, поврежденные и загрязненные слои. Это приведет к увеличению прозрачности будущего кристалла. Когда температура понизится до комнатной, раствор вновь станет насыщенным, и растворение кристалла прекратится. Если стакан с раствором прикрыть так, чтобы вода из раствора могла испаряться, то вскоре раствор станет пересыщенным и начнется рост кристалла. Во время роста кристалла стакан с раствором лучше всего держать в теплом сухом месте, где температура в течение суток остается постоянной. На выращивание крупного кристалла в зависимости от условий эксперимента может потребоваться от нескольких дней до нескольких недель.

Ход работы

1. Тщательно вымойте стакан и воронку, подержите их над паром.

2. Налейте 100, г дистиллированной (или дважды прокипяченной) воды в стакан и нагрейте её до 30°С-40°С. Используя кривую растворимости, приведенную на рисунке 1, определите марсу соли, необходимую для приготовления насыщенного раствора при 30°С.

Приготовьте насыщенный раствор и слейте его через ватный фильтр в чистый стакан. Закройте стакан крышкой или листком бумаги. Подождите, пока раствор остынет до комнатной температуры. Откройте стакан. Через некоторое время начнут выпадать первые кристаллы.

3. Через сутки слейте раствор через ватный фильтр в чистый, вновь вымытый и попаренный стакан. Среди множества кристаллов, оставшихся на дне первого стакана, выберите самый чистый кристалл правильной формы. Прикрепите кристалл-затравку к волосу или леске и опустите его в раствор. Волос или леску предварительно протрите ватой, смоченной спиртом. Можно также положить кристалл-затравку на дно стакана перед запивкой в него раствора. Поставьте стакан в теплое чистое место. В течение нескольких суток или недель не трогайте кристалл и не переставляйте стакан. В конце срока выращивания выньте кристалл из раствора, тщательно осушите бумажной салфеткой и уложите в специальную коробку. Руками кристалл не трогайте, иначе он потеряет прозрачность.

Контрольные вопросы

1. Что может служить центром кристаллизации?

2. Чем объясняется неодинаковая скорость роста различных граней одного и того
же кристалла?

3. Каким способом можно насыщенный раствор сделать пересыщенным без
добавления растворенного вещества?

4. Зачем раствор фильтровался?

Лабораторная работа№6

Тема:  Изучение зависимости периода колебаний нитяного маятника от длины нити

Цель работы: выяснить, как зависят период и частота свободных колебаний нитяного маятника от его длины.

Оборудование: штатив с муфтой и лапкой, шарик с прикрепленной к нему нитью длиной 130 см, протянутой сквозь кусочек резины, часы с секундной стрелкой или метроном.

Указания к работе

1. Перечертите таблицу для записи результатов измерений и вычислений.

Таблица 1

Физическая величина	№ опыта	1	2	3	4	5
l, см		5	20	45	80	125
N		30	30	30	30	30
t, с
Т, с
V, Гц

2. Укрепите кусочек резины с висящим на нем маятником в лапке штатива, как показано на рисунке. При этом длина маятника должна быть равна 5 см, как указано в таблице для первого опыта Длину l маятника измеряйте так, как показано на рисунке, т. е. от точки подвеса до середины шарика.

3. Для проведения первого опыта отклоните шарик от положения равновесия на небольшую амплитуду (1-2 см) и отпустите. Измерьте промежуток времени t, за который маятник совершит 30 полных колебании. Результаты измерений запишите в таблицу 6.

4. Проведите остальные четыре опыта так же, как и первый. При этом длину l маятника каждый раз устанавливайте в соответствии с ее значением, указанным в таблице 6 для данного опыта.

5. Для каждого из пяти опытов вычислите и запишите в таблицу 6 значения периода Т колебаний маятника.

6. Для каждого из пяти опытов рассчитайте значения частоты v колебаний маятника по формуле: или . Полученные результаты внесите в таблицу.

7. Сделайте выводы о том, как зависят период и частота свободных колебаний маятника от его длины. Запишите эти выводы.

8. Ответьте на вопросы: увеличили или уменьшили длину маятника, если:

а) период его колебаний сначала был 0,3 с, а после изменения длины стал 0,1 с;

б) частота его колебаний вначале была равна 5 Гц, а потом уменьшилась до 3 Гц?

Дополнительное задание

Цель задания: выяснить, какая математическая зависимость существует между длиной маятника и периодом его колебаний.

Указания к работе

1. Перечертите таблицу.

Таблица 2

=	=	=	=

2. Пользуясь данными таблицы 1, вычислите и запишите приведенные в таблице 2 отношения периодов и длин (при вычислении о ношений периодов округляйте результаты до целых чисел).

3. Сравните результаты всех четырех столбцов таблицы 2 и постарайтесь найти в них общую закономерность. На основании этого выберите из пяти приведенных ниже равенств те, которые верно отражают зависимость между периодом колебаний маятника Т и его длиной l:

1) ,             2) ,              3) ,            4) ,             5)

где k может принимать следующие значения: 2, 3, 4, 5; например

4. Из пяти приведенных ниже утверждений выберите верное.

При увеличении длины маятника в 4 раза период его колебаний:

а) увеличивается в 4 раза;

б) уменьшается в 4 раза;

в) увеличивается в 2 раза;

г) уменьшается в 2 раза;

д) увеличивается в 16 раз.

СДЕЛАТЬ ВЫВОД

Лабораторная работа № 11

Тема: Изучение  явления электромагнитной индукции

Цель: изучить явление электромагнитной индукции

Оборудование: миллиамперметр, катушка-моток, магнит дугообразный, источник питания, катушка с железным сердечником от разборного электромагнита, реостат, ключ, провода соединительные, модель генератора электрического тока (одна на класс).

Указания к работе:

1. Подключите катушку-моток к зажимам миллиамперметра.

2. Наблюдая за показаниями миллиамперметра, подводите один из полюсов магнита к катушке, потом на несколько секунд остановите магнит, а затем вновь приближайте его к катушке, вдвигая в нее (рис.). Запишите, возникал ли в катушке индукционный ток во время движения магнита относительно катушки? во время его остановки?

3. Запишите, менялся ли магнитный поток Ф, пронизывающий катушку, во время движения магнита? во время его остановки?

4. На основании ваших ответов на предыдущий вопрос сделайте и запишите вывод о том, при каком условии в катушке возникал индукционный ток.

5. Почему при приближении магнита к катушке магнитный поток, пронизывающий эту катушку, менялся? (Для ответа на этот вопрос вспомните, во-первых, от каких величин зависит магнитный поток Ф, и, во-вторых, одинаков ли модуль вектора индукции В магнитного поля постоянного магнита вблизи этого магнита и вдали от него).

6. О направлении тока в катушке можно судить по тому, в какую сторону от нулевого деления отклоняется стрелка миллиамперметра. Проверьте, одинаковым или различным будет направление индукционного тока в катушке при приближении к ней и удалении от нее одного и того же полюса магнита.

7. Приближайте полюс магнита к катушке с такой скоростью, чтобы стрелка миллиамперметра отклонялась не более чем на половину предельного значения его шкалы

Повторите тот же опыт, но при большей скорости движения магнита, чем в первом случае

При большей или меньшей скорости движения магнита относительно катушки магнитный поток Ф, пронизывающий эту катушку, менялся быстрее?

При быстром или медленном изменении магнитного потока сквозь катушку в ней возникал больший по модулю ток?

На основании вашего ответа на последний вопрос сделайте и за­пишите вывод о том, как зависит модуль силы индукционного тока, возникающего в катушке, от скорости изменения магнитного потока Ф, пронизывающего эту катушку

8. Соберите установку для опыта по рисунку.

9. Проверьте, возникает ли в катушке-мотке 1 индукционный ток в следующих случаях:

а) при замыкании и размыкании цепи, в которую включена катушка 2;

б) при протекании через катушку 2 постоянного тока;

в) при увеличении и уменьшении силы тока, протекающего через катушку 2, путем перемещения в соответствующую сторону движка реостата.

10. В каких из перечисленных в пункте 9 случаев меняется магнитный поток, пронизывающий катушку 1? Почему он меняется?

11. Пронаблюдайте возникнове­ние электрического тока в модели генератора (рис.). Объясните, почему в рамке, вращающейся в магнитном поле, возникает индукционный ток.

СДЕЛАТЬ ВЫВОД

Лабораторная работа№7

Тема: Измерение влажности воздуха при помощи термометра

Оборудование: гигрометр, термометр, эфир, таблица насыщенного водяного пара, психрометр.

Ход работы

Относительную влажность определяем по формуле

где p – давление пера в воздухе при окружающей температуре, pнn- давление насыщенного пара при той же температуре (табличные данные).

Чтобы определить давление пара при температуре окружающего воздуха, налейте в гигрометр эфир, прокачайте воздух, увеличивая испарения эфира, и отметьте температуру, при которой появится первая роса на поверхности гигрометра (например, 120C). Посмотрите в таблице давления насыщенного пара при 120С – это давление водяного пара при окружающей температуре, т.е. p = pнn12

Лабораторная работа № 8

Тема: Измерение поверхностного натяжения

Цель работы: измерить средний диаметр капилляров.

Оборудование, средства измерения:

1) сосуд с подкрашенной водой,

2) полоска фильтровальной бумаги размером 120 х 10 мм,

3) полоска хлопчатобумажной ткани размером 120 х 10 мм,

4) линейка измерительная.

Теоретическое обоснование

Смачивающая жидкость втягивается внутрь капилляра. Подъем жидкости в капилляре происходит до тех пор, пока результирующая сила, действующая на жидкость вверх, FB не уравновесится силой тяжести mg столба жидкости высотой h:

По третьему закону Ньютона сила FB, действующая на жидкость, равна силе поверхностного натяжения Fnoв, действующей на стенку капилляра по линии соприкосновения ее с жидкостью

Таким образом, при равновесии жидкости в капилляре (рис.)

Будем считать, что мениск имеет форму полусферы, радиус кото­рой г равен радиусу капилляра. Длина контура, ограничивающего по­верхность жидкости, равна длине окружности:

Тогда сила поверхностного натяжения равна:

где а — поверхностное натяжение жидкости. Масса столба жидкости объемом V = nr2h равна:

Подставляя выражение (2) для Fn0B и массы (3) в условие равновесия жидкости в капилляре, получим:

откуда диаметр капилляра:

Порядок выполнения работы

1. Полосками фильтровальной бумаги и хлопчатобумажной ткани одновременно прикоснитесь к поверхности подкрашенной воды в стакане (рис.), наблюдая поднятие воды в полосках.

2. Как только прекратится подъем воды, полоски выньте и измерь­те линейкой высоты h₁ и h₂ поднятия в них воды:

h₁ =

h₂₌

3. Абсолютные погрешности измерения ∆h₁ и ∆h₂ принимают равными удвоенной цене деления линейки

h₁ = 2 мм

h₂= 2 мм

4. Рассчитайте диаметр капилляров по формуле:

Для воды:

5. Рассчитайте абсолютные погрешности ∆D₁ и ∆D₂ при косвенном измерении диаметра капилляров:

Погрешностями ∆g и ∆р можно пренебречь.

6. Окончательный результат измерения диаметра капилляров представьте в виде

СДЕЛАТЬ ВЫВОД

Лабораторная работа №10

Тема: Изучение закона Ома для участка цепи.

Цель работы:   1) знакомство с простейшими электрическими схемами и приобретение навыков работы с электро-измерительными приборами;

2) экспериментальная проверка закона Ома для участка электрической цепи.


^ Схема экспериментальной установки




БП – блок питания:

В – выпрямитель;

П – потенциометр;

V – вольтметр;


K – ключ;


А – миллиамперметр;


R – магазин сопротивлений


Теория метода

Как известно, сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению (разности потенциалов) ^ U на этом участке и обратно пропорциональна его сопротивлению R (или прямо пропорциональна величине ):

. (1)

Выражение (1), хорошо известное как закон Ома для участка цепи, позволяет, в частности, определить сопротивление этого участка по измеренным значениям силы тока и напряжения:


 . (2)

Если, не меняя напряжения, измерять силу тока при различных значениях сопротивления, то, согласно (1), напряжение U будет коэффициентом пропорциональности между током I и величиной 1/R. Таким образом, график зависимости I (1/R) должен представлять собой прямую, проходящую через начало координат. Значение напряжения можно найти как тангенс угла наклона этой прямой к оси абсцисс:

 . (3)


Источником питания в экспериментальной установке служит переменное (сетевое) напряжение. Выпрямитель ^ В, входящий в состав блока питания БП, преобразует это напряжение в постоянное. Потенциометр П позволяет изменять величину постоянного напряжения U на выходе из блока питания (практически это осуществляется вращением ручки на панели БП). Измеряется величина U вольтметром V, шкала которого также выведена на панель БП.

Исследуемый участок цепи состоит из последовательно соединенных ключа K, миллиамперметра А, служащего для измерения силы тока I, и магазина сопротивлений R (сопротивление миллиамперметра и подводящих проводов пренебрежимо малы).


Порядок измерений и обработки результатов


Упражнение 1.^ ИЗУЧЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ СИЛЫ ТОКА ОТ НАПРЯЖЕНИЯ
1. Ознакомьтесь с электроизмерительными приборами. Определите класс точности вольтметра K_V и миллиамперметра K_А , а также их пределы измеренияU_max и I_max . Запишите величины K_V , K_A , U_max и I_max в тетрадь. Рассчитайте цену деления этих приборов
2. Ознакомьтесь с магазином сопротивлений. Определите его класс точности K_M и запишите эту величину в тетрадь. Вращением соответствующих ручек (ручку «´1000» не трогать!) установите рекомендуемое значение сопротивления R₀ (в пределах от 1000 до 1500 Ом) и также запишите его в тетрадь.
3.  Включите в сеть блок питания БП и замкните ключ К.
4. Вращением ручки потенциометра на панели БП установите начальное значение напряжения U = 3 В.
5. Со шкалы миллиамперметра снимите значение силы тока I. Показания приборов (величины U и I ) занесите в соответствующие столбцы табл. 1
6. Увеличивая на один вольт значение подаваемого напряжения U, повторите действия, описанные в п. 5, еще четыре раза.

7. Переводя силу тока I в амперы, вычислите по формуле (2) и занесите в таблицу значения сопротивления R для каждого опыта.
8. Рассчитайте сумму найденных значений сопротивления и запишите ее в первую ячейку « S = ». Найдите среднее значение сопротивления .
9^*. Вычислите и занесите в таблицу отклонения DR каждого из значений сопротивления от среднего, а также квадраты этих отклонений. Сумму квадратов отклонений занесите во вторую ячейку « S = ». Выполните все расчеты, необходимые для оценки случайной погрешности D_sR. Найдите величину D_sR, задаваясь доверительной вероятностью a = 0,95.
10^*. По классу точности и пределу измерения приборов определите абсолютные приборные погрешности измерения напряжения d U и силы тока d I, а также относительные ошибки E_U и E_I .
11^*. Оцените абсолютную приборную погрешность косвенного измерения сопротивления d R. При необходимости воспользуйтесь формулой
.
12^*. Оцените полные абсолютную D и относительную Е погрешности. Сделав необходимые округления, запишите окончательный результат измерения сопротивления. Сопоставьте полученный доверительный интервал с установленным значением сопротивления магазина R₀.
13^*. Вычислите абсолютную приборную ошибку сопротивления магазина

и оцените его доверительный интервал R₀ ± d R₀ . Сравните его с ранее полученным интервалом. Сделайте выводы о характере зависимости силы тока от напряжения на участке электрической цепи.

6. Постройте график зависимости силы тока I от величины . Сделайте вывод о характере зависимости силы тока от сопротивления участка цепи.

7. Проведите сглаживающую прямую через начало координат и экспериментальные точки. Выберите на этой прямой две точки (одной из них может быть начало координат) и по тангенсу угла наклона прямой, используя формулу (3), рассчитайте значение напряжения U.

8. Сравните полученное значение U с ранее записанным показанием вольтметра U₀ . Оцените их относительное отклонение

.

Контрольные вопросы
Сила тока (определение). Закон Ома для однородного участка цепи.

Закон Ома для неоднородного участка цепи.

Закон Ома для замкнутой цепи.

Закон Ома в дифференциальной форме.

Сопротивление проводника. Получить выражение для последовательного и параллельного соединений сопротивлений.