Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Инфоурок / Физика / Другие методич. материалы / Лабораторный практикум по физике для обучающихся техникума (1 курс)

Лабораторный практикум по физике для обучающихся техникума (1 курс)


До 7 декабря продлён приём заявок на
Международный конкурс "Мириады открытий"
(конкурс сразу по 24 предметам за один оргвзнос)

  • Физика

Поделитесь материалом с коллегами:

ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ КЕМЕРОВСКОЙ ОБЛАСТИ

государственное профессиональное образовательное учреждение

«БЕЛОВСКИЙ МНОГОПРОФИЛЬНЫЙ ТЕХНИКУМ »






Методические указания

по выполнению лабораторных работ


Учебная дисциплина

ПД. 02 Физика




Специальность:


.

190623 Техническая эксплуатация подвижного состава на железной дороге


Разработал преподаватель Верчагина Надежда Павловна




















Белово

2016



Введение


Дисциплина «ОДП. 02 Физика» является общеобразовательной дисциплиной, в процессе изучения которой обучающиеся должны приобрести знания о фундаментальных физических законах и принципах, лежащих в основе современной физической картины мира; наиболее важных открытиях в области физики, оказавших определяющее влияние на развитие техники и технологии; методах научного познания природы.

Наряду с изучением теоретического материала по дисциплине «ОДП. 02 Физика» большое внимание уделено практическим и лабораторным занятиям. На лабораторные работы отводится 38 часов (19 лабораторных работ по 2 часа), на практикум по решению задач – 22 часа (11 практических работ по 2 часа).


Общие методические рекомендации и указания по выполнению лабораторных работ


1.1 Подготовка к лабораторной работе

Для выполнения лабораторных работ по физике обучающийся должен руководствоваться следующими положениями:

1. Внимательно ознакомиться с описанием соответствующей лабораторной работы и установить, в чем состоит основная цель и задача этой работы;

2. По лекционному курсу и соответствующим литературным источникам изучить теоретическую часть, относящуюся к данной работе.


1.2 Выполнение лабораторных работ

Успешное выполнение лабораторных работ может быть достигнуто в том случаи, если обучаемый представляет себе цель выполнения лабораторной работы, поэтому важным условием является тщательная подготовка к работе.


1.3 Оформление лабораторных работ

Оформление лабораторных работ является важнейшим этапом выполнения. Каждую работу обучающиеся выполняют, руководствуясь следующими положениями:

1. На новой странице тетради указать название и порядковый номер лабораторной работы, а также кратко сформулировать цель работы;

2. Записать при необходимости план решения заданий;

3. Схемы и графики вычертить с помощью карандаша и линейки с соблюдением принятых стандартных условных обозначений;

4. После проведения лабораторных занятий, обучающиеся должны составить отчет о проделанной работе.


1.4 Отчет о выполнении лабораторных работ

Лабораторная работа должна быть написана разборчивым подчерком и выполнена в тетради с полями для проверки работы преподавателем. Итогом выполнения является защита работы. Отчет о проделанной работе включает в себя следующее:

1. Лабораторная работа № … .

2. Наименование работы.

3. Цель работы.

4. Оборудование.

5. Чертеж (если требуется).

6. Формулы искомых величин и их погрешностей.

7. Таблица с результатами измерений и вычислений.

8. Окончательный результат измерения А = Апр +_ ∆А, ε = … %.

9. Вывод (согласно цели работы).

10. Ответы на контрольные вопросы.


Перечень лабораторных работ

ПД. 02 Физика СПО 1 курс (2016-2017 уч. г.)

Лабораторная работа № 1. Изучение закона сохранение импульса (с использованием ПК)

Лабораторная работа № 2. Сохранение механической энергии при движении тела под действием силы тяжести и силы упругости.

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

Лабораторная работа № 4. Исследование одного из изопроцессов (закона Бойля – Мариотта).

Лабораторная работа № 5. Измерение влажности воздуха.

Лабораторная работа № 6. Измерение коэффициента поверхностного натяжения жидкости.

Лабораторная работа № 7. Определение коэффициента линейного расширения твердого тела.

Лабораторная работа № 8. Определение удельного сопротивления проводника. Изучение явления электромагнитной индукции.

Лабораторная работа № 9. Определение температурного коэффициента сопротивления металлов.

Лабораторная работа № 10. Исследование законов последовательного и параллельного соединения проводников.

Лабораторная работа № 11 Измерение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока.

Лабораторная работа № 12 Изучение явления электромагнитной индукции.

Лабораторная работа № 13 Измерение магнитной индукции.

Лабораторная работа № 14 Изучение устройства трансформатора и измерение его коэффициента трансформации.

Лабораторная работа № 15 Измерение показателя преломления стекла.

Лабораторная работа № 16 Измерение длины световой волны.

Лабораторная работа № 17 Наблюдение интерференции и дифракции света.

Лабораторная работа № 18 Измерение работы выхода в вакуумном фотоэлементе.

Лабораторная работа № 19 Наблюдение следов альфа-частиц в камере Вильсона.

Лабораторная работа №1

Изучение закона сохранения импульса.

Цель работы: изучить закон сохранения импульса на примере распада тела, брошенного под углом к горизонту.

Оборудование: ПК.


Теоретическая часть работы

Импульс системы могут изменить только внешние силы, причём изменение импульса системы совпадает по направлению с суммарной внешней силой. Внутренние силы изменяют импульсы отдельных тел системы, но изменить суммарный импульс системы они не могут.

По закону сохранения импульса: сумма внешних сил равна нулю, то импульс системы сохраняется.

Pсист.= m1v1+m2v2=const

Для выполнения работы собирают установку: включаем ПК с лабораторной работой,

Порядок выполнения работы

    1. Задать значения начальной скорости и угла бросания.

    2. Осуществить бросок тела .

    3. Измерить горизонтальные дальности полёта осколков.

    4. Сравнить гори при другой скорости и углах бросания.

    5. Сделать выводы из выполненной работы.


Контрольные вопросы

1.Сформулировать закон сохранения импульса

2.В каких случаях можно применять закон сохранения импульса?

3.В лежащий на столе брусок попадает пуля, летящая горизонтально. Почему для нахождения скорости бруска с пулей можно применять закон сохранения импульса, хотя на брусок и пулю действуют внешние силы: сила тяжести, нормальная сила реакции стола и сила трения?


Отчет о выполнении лабораторной работы

1. № работы, наименование, цель, оборудование, запись основных формул искомых величин и их погрешностей, их расчет, таблица с результатами измерений и вычислений.

2. Вывод (согласно цели работы).

3. Ответы на контрольные вопросы.




Лабораторная работа № 2

Изучение закона сохранения механической энергии при движении тела

под действием сил тяжести и упругости


Цель работы: измерить полную энергию тела, колеблющегося на пружине, и на основании закона сохранения энергии вычислить максимальную скорость груза.

Оборудование: динамометр, измерительная линейка, штатив лабораторный, грузы массой 100 г – 2 шт.

Теоретическая часть работы

На колеблющиеся грузы действуют две силы: постоянная сила тяжести и переменная сила упругости пружины. Потенциальная энергия грузов увеличивается либо за счет совершения работы против силы тяжести по поднятию грузов, либо за счет работы по растяжению пружины. Поэтому наибольшего числового значения потенциальная энергия достигает в верхнем и нижнем положениях грузов, а наименьшего – в момент их прохождения положения равновесия. Кинетическая же энергия грузов максимальна в момент прохождения ими положения равновесия, а минимальна в верхнем и нижнем их положениях. Полная энергия колеблющихся грузов относительно их положения равновесия равна их максимальной потенциальной энергии Ер или максимальной кинетической энергии Ек.

В этой работе в качестве колеблющегося тела можно взять стальной или латунный цилиндр с крючком из набора тел для калориметра.


Порядок выполнения работы

1. Измерить жесткость пружины динамометра, для этого:

  • к пружине подвесить груз и измерить вызванное им удлинение пружины;

  • на основании закона Гука вычислить жесткость пружины: k = Fупр / x = mg / x

(сила тяжести mg уравновешивает силу упругости Fупр)

2. Затем собрать установку, закрепив в лапке штатива динамометр, с подвешенными к его пружине двумя грузами, сделать рисунок;

  1. С помощью линейки отметить положение равновесия грузов, подвешенных к пружине динамометра

  2. Оттянуть грузы вертикально вниз, например на 5 см от положения их равновесия, и отпустить

  3. При колебании грузов наблюдать периодическое изменение их скорости и взаимные превращения кинетической и потенциальной энергии;

  4. Рассчитать Ер = kA2 / 2, Ек = mv2мах / 2

где m – масса грузов, vмах – модуль максимальной скорости грузов, k – жесткость пружины, А – амплитуда колебаний грузов

  1. На основании закона сохранения механической энергии Ер = Ек, т.е. kA2 / 2 = mv2мах / 2

найти модуль максимальной скорости грузов, vмах

  1. Результаты измерений и вычислений записать в таблицу:


Сделать вывод.


Контрольные вопросы

1. Какую энергию называют потенциальной?

2. Дайте определение кинетической энергии тела.

3. Сформулируйте закон сохранения механической энергии.

4. В каких системах выполняется закон сохранения механической энергии?

5. К каким величинам относится энергия: скалярным или векторным?


Отчет о выполнении лабораторной работы

1. № работы, наименование, цель, оборудование, рисунок собранной установки, запись основных формул искомых величин, их расчет, таблица с результатами измерений и вычислений.

2. Вывод (согласно цели работы).

3. Ответы на контрольные вопросы.


Лабораторная работа №3

Изучение зависимости периода колебаний нитяного маятника от

длины нити


Цель работы: установить, как зависит период колебаний маятника от длины нити.

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


Теоретическая часть работы

Для исследования зависимости периода математического маятника от длины нити используется простейший маятник – шарик на нити. При малых размерах шарика по сравнению с длиной нити и небольших отклонениях от положения равновесия период колебаний равен периоду колебаний математического маятника Т=2п√ℓ\g


Порядок выполнения работы

1. Установите на краю стола штатив. У его верхнего конца укрепите с помощью муфты кольцо и подвесьте к нему шарик на нити.

2. Измерьте лентой длину нити ℓ маятника.

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

4. Измерьте время t 50 колебаний маятника.

5. Измените длину нити еще 3 раза, предварительно измеряя время 50 колебаний.

6. Результаты измерений занесите в таблицу.


7. Вычислите период колебаний математического маятника по формуле

Т= 2п√ ℓ\g

8. Сравните полученные результаты и сделайте вывод о зависимости (или независимости) периода колебаний математического маятника от длины нити.


Контрольный вопрос. Как изменится период колебаний математического маятника, если его поместить на Луну; на Юпитер?


Отчет о выполнении лабораторной работы

1. № работы, наименование, цель, оборудование, запись основных формул искомых величин, их расчет, таблица с результатами измерений и вычислений.

2. Вывод (согласно цели работы).

3. Ответ на контрольный вопрос.


Лабораторная работа № 4

Исследование одного из изопроцессов


Цель: опытным путём проверить закон Бойля-Мариотта.

Оборудование: барометр, сосуд с водой, стеклянная палочка, линейка.


Теоретическая часть работы

Изотермический процесс. Процесс в газе, который происходит при постоянной температуре, называется изотермическим. Изотермический процесс в газе был изучен английским учёным Р. Бойлем и французским учёным Э. Мариоттом, установленная ими опытным путём связь получаемая непосредственно из формулы

hello_html_m83c5bc5.gif

после сокращения на Т; Р1V1 = P2V2 или hello_html_67000ee5.gifhello_html_m53d4ecad.gif

Формула P1V1 = P2V2 является математическим выражением закона Бойля - Мариотта: при постоянной массе газа и неизменной температуре, давление газа обратно пропорционально его объёму. Иначе говоря, в этих условиях произведение объёма газа на соответствующее давление, есть величина постоянная, т.е. соотношение P1V1 = P2V2 можно получить из hello_html_45f2865e.gif, т.к. при постоянной Т справа в этих формулах стоит постоянная величина. График зависимости Р от V при изометрическом процессе в газе, представляет собой гиперболу и называется изотермой. Отметим ещё, что из формулы hello_html_m36029c5d.gif непосредственно вытекает что при изометрическом процессе плотность газа изменяется прямо пропорционально давлению, где Р1 - атмосферное давление, а Р2 - давление воздуха во 2ОМ опыте.


Порядок выполнения работы

Опыт № 1

1. Определяем атмосферное давление Р по барометру.

2. Замеряем линейкой высоту трубки при первом опыте.

3. Находим произведение Р1hвозд 1.

Опыт № 2

1. Опускаем трубку в воду, закрывая пальцем верхний конец трубки.

2. Находим Р2 = Р1 + ρводыghводы 2, где g = 9,8 м/с2, ρводы = 1000 кг/м3.

3. Измеряем высоту столба воздуха во втором опыте Р2hвозд 2.

Опыт № 3

1. Опускаем трубку ниже.

2. Находим Р3 = Р1 + ρводыghводы 3.

3. Находим произведение

Записываем данные в таблицу:


Сравниваем полученные результаты и делаем вывод.

Р1hвозд 1 = Р2hвозд 2 = Р3hвозд 3.


Контрольные вопросы

1. Производит ли газ давление в состоянии невесомости?

2. При каких условиях газы подчиняются закону Бойля-Мариотта?

3. В чем различие между реальным и идеальным газами?


Отчет о выполнении лабораторной работы

1. № работы, наименование, цель, оборудование, запись основных формул искомых величин, их расчет, таблица с результатами измерений и вычислений.

2. Вывод (согласно цели работы).

3. Ответы на контрольные вопросы.


Лабораторная работа № 5

Измерение влажности воздуха


Цель: научиться измерять влажность воздуха.

Оборудование: психрометр бытовой, таблица № 5 зависимости давления насыщенного пара от температуры, психрометрическая таблица № 6 (А.П. Рымкевич, Физика. Задачник 10-11 классы), барометр.


Теоретическая часть работы

Относительная влажность воздуха φ определяется отношением парциального давления P водяного пара, содержащегося в воздухе при данной температуре, к давлению пара P0 насыщенного пара при той же температуре и выражается в процентах: φ = (Р / Р0) 100%

Существует несколько методов определения относительной влажности воздуха. В данной работе ее измеряют с помощью психрометра.


Порядок выполнения работы

1. Повторите тему «Влажность воздуха». (6.1 – 6.3 В.Ф. Дмитриева. Физика)

Ответьте на вопросы:

а). Какой пар называется насыщенным?

б). Что называется влажностью воздуха?

Относительной влажностью воздуха?

в). Какова наиболее благоприятная относительная влажность для человека?

2 .Ознакомьтесь с устройством психрометра.

3. Определите показания его термометров и вычислите разность температур Δt

4. По психрометрической таблице (№ 6, стр. 166) определите относительную влажность воздуха. Все показания запишите в таблицу.

5. Вычислите точку росы t р (используйте табл. № 5, стр. 165).

6. Вычислите массу водяных паров m пара в воздухе кабинета, если его объем 200 м3.

7. Определите массу воздуха m воздуха в кабинете, используя уравнение Менделеева-Клапейрона. Молярную массу воздуха принять равной 29·10-3 кг/моль.


m

пара

m воздуха










Контрольный вопрос.

Когда разность показаний термометров психрометра больше: когда воздух в комнате более сухой или более влажный?


Отчет о выполнении лабораторной работы

1. № работы, наименование, цель, оборудование, запись основных формул искомых величин, их расчет, таблица с результатами измерений и вычислений.

2. Вывод (согласно цели работы).

3. Ответ на контрольный вопрос.


Лабораторная работа № 6

Измерение коэффициента поверхностного натяжения жидкости


Цель: опытным путем определить коэффициент поверхностного натяжения воды.

Оборудование: набор капилляров, линейка, стакан с водой, штангенциркуль.


Теоретическая часть работы

Высота подъема уровня смачивающей жидкости капилляра һ определяется коэффициентом поверхностного натяжения σ, плотностью жидкости ρ и диаметром капилляра D:

h=4 σ/ ρgD (1)

Из этого выражения следует, что коэффициент поверхностного натяжения σ можно определить, измерив высоту подъема жидкости h в капилляре диаметром D:

σ=ρghD / 4 (2)


Порядок выполнения работы

1. Подготовьте в тетради таблицу для записи результатов измерений и вычислений:


2. С помощью штангенциркуля измерьте диаметр капилляра.

3. Опустите капилляр в воду и измерьте высоту ее поднятия в капилляре.

4. Вычислите коэффициент поверхностного натяжения воды σ, пользуясь выражением (2).

где ρ – плотность жидкости, g – модуль ускорения свободного падения, h – высота поднятия жидкости в капилляре, D – диаметр капилляра.

5. Повторите опыт с другими капиллярами. Результаты измерений и вычислений запишите в таблицу.

6. Найдите среднее значение коэффициента поверхностного натяжения σсред.:.

σсред.. = (σ1+ σ2 + σ3) / 3

7. Сравните полученные вами значения с табличным.

8. Оцените погрешность эксперимента по формуле: ∆ σ=ρg(Rh+∆R) / 2, приняв ∆h =0,5 мм и ∆R=0,1мм


Контрольные вопросы

1. Изменится ли высота поднятия уровня воды в капилляре при изменении температуры?

2. Изменится ли коэффициент поверхностного натяжения воды, если в воду добавить соль?


Отчет о выполнении лабораторной работы

1. № работы, наименование, цель, оборудование, запись основных формул искомых величин и их погрешностей, их расчет, таблица с результатами измерений и вычислений.

2. Вывод (согласно цели работы).

3. Ответы на контрольные вопросы.


Лабораторная работа № 7

Определение коэффициента линейного расширения твердого тела


Цель: определить коэффициент линейного расширения твердого тела.

Оборудование: прибор для определения коэффициента линейного расширения твердого тела, стержни: стальной, стеклянный алюминиевый, штатив с пробирками, резиновая прокладка, индикатор, лабораторный термометр, измерительная линейка.


Теоретическая часть работы

С изменением температуры тела его размеры изменяются. Изменение одного определенного размера твердого тела при изменениях температуры называется линейным расширением hello_html_40477029.gifкоэффициент линейного расширения, показывает на какую долю своей первоначальной длины при 0о С изменяется длина тела при нагревании на 1 К или 1°С

hello_html_4e8e6419.png

(1)


где hello_html_1414986b.gif - приращение длины. Длина твердого тела при температуре t°С определяется его длиной lо при 00С, температурой и коэффициентом линейного расширения.

Чтобы по длине тела l1 при температуре t1 найти его длину l1 при температуре t2,вообще говоря, сначала нужно найти l 0 с помощью (1) а затем по этой же формуле вычислить l2 . Однако, учитывая, что α - очень маленькое число, l2 можно найти по формуле: l2 = l1(hello_html_m91ce5e.gif).

Из этой формулы получаем формулу для вычисления коэффициента линейного расширения твердого тела:

hello_html_m2e0ce6b8.png

Коэффициент линейного расширения выражается в град-1. Коэффициент линейного расширения можно найти опытным путем.


Порядок выполнения работы

1. Пробирки на 1/2 объема наполнить водой комнатной температуры, опустив в каждую по испытуемому стержню, сферическим концом вниз и положить на штатив.

2. Проводом, сечением не менее 1 мм через винт заземления подключить прибор к контуру заземления.

3. Штепсельную вилку прибора вставить в электрическую розетку.

4. В поворотный кронштейн вставить индикатор и отвести его на четверть оборота в сторону до упора.

5. Лабораторным термометром замерить температуру воды в одной из пробирок (стержень при этом извлекается из прибора).

6. Пробирку с испытуемым стержнем через резиновую прокладку и отверстие в крышке прибора ввести нагреватель.

7. Оттянуть шток индикатора вверх, установить индикатор над пробиркой (повернуть кронштейн в прорези до упора) и опустить шток в углубление на торце стержня. Кронштейн зафиксировать винтом.

8. Заметить положение стрелки на шкале индикатора (для первого опыта стрелку лучше ставить на нулевую отметку).

9. Только после этого можно включить питание прибора кнопочным выключателем. При этом загореться индикаторная лампочка,

10. После того как сделан опыт кнопочным выключателем отключить питание прибора.

11. Индикатор на поворотном кронштейне отвести в сторону до упора, предварительно оттянув штук индикатора вверх.

12. Извлечь из прибора нагретую пробирку и поместить ее в штатив. При закипании образец принимает температуру равную температуре кипения воды. Увеличение длины образца определяется по отклонению стрелки индикатора от первого положения. Отсчет ведут с точностью до пол деления шкалы индикатора, т. е. с точностью до 5 микрон.


п/п

Материал

стержня


Начальная длина стержня,

Ɩо, м

Температура,

t, °С

Разность температур,

t, ° C

Удлинение стержня, hello_html_3f076f3e.gif, м

Коэффициент линейного расширения,

град,-1

Относительная погрешность,

%


Начальная

Конечная


1.

2.

3.

Алюминий

Сталь

Стекло

















Контрольные вопросы:

1. Какое значение имеет тепловое расширение тел в природе и технике?

2. Действовал бы термометр, если бы жидкость в нем имела такой же коэффициент теплового расширения, как и стекло?

3. Почему обычно металл не дает трещин при резких колебаниях температуры, а камень при тех же условиях дает трещины?

4. Почему не рекомендуется есть очень горячую пищу?


Отчет о выполнении лабораторной работы

1. № работы, наименование, цель, оборудование, запись основных формул искомых величин и их погрешностей, их расчет, таблица с результатами измерений и вычислений.

2. Вывод (согласно цели работы).

3. Ответы на контрольные вопросы.


Лабораторная работа № 8

Определение удельного сопротивления проводника


Цель: опытным путем определить удельное сопротивление проводника.

Оборудование: амперметр, вольтметр, проволока длиной 50 см и диаметром 0,5 мм натянутая на линейке (реохорд), источник тока, ключ, соединительные провода.


Теоретическая часть работы

Удельное сопротивление численно равно сопротивлению проводника, имеющего форму куба с ребром 1 м, если ток направлен вдоль нормали к двум противоположным граням куба. Удельное сопротивление можно вычислить, используя формулу R=ρℓ / S. Отсюда

ρ= RS / ℓ

В настоящей работе определяется удельное сопротивление материала проволоки реостата. Сопротивление реостата можно определить с помощью амперметра и вольтметра. Измерив силу тока в цепи и падение напряжения на сопротивлении R, по закону Ома для участка цепи можно вычислить сопротивление: R=U / I

Площадь поперечного сечения определяется по формуле: S= πd2/ 4

Диаметр провода d определяем, измерив линейкой длину обмотки L и сосчитав число витков N в ней: d = L / N. Тогда S = πL2 / 4N2

Длину провода в обмотке реостата можно определить, измерив диаметр витка D и сосчитав число витков в обмотке N: ℓ = πDN


Порядок выполнения работы

1. Собрать цепь, соединив последовательно источник тока, проволоку (реостат), амперметр и ключ. Параллельно проволоке подключить вольтметр. Начертить схему цепи.

2. Замкнуть ключ, измерить силу тока и напряжение на концах проволоки. Определите сопротивление реостата. Результаты занести в таблицу.

3. Измерьте с помощью линейки длину обмотки L сосчитайте число витков N и вычислите площадь поперечного сечения провода: S = πL2 / 4N2

4. Измерьте штангенциркулем диаметр витка D и вычислите длину провода: ℓ = πDN

5. Вычислить удельное сопротивление проводника по формуле: ρ= RS / ℓ

6. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу

7. Вычислить погрешность: Δρ= /ρтабл. – ρопыт. /, ε =Δρ·100%

ρтабл.=110·10-8 Ом·м


I

Сила тока,

А

U

Напряжение,

В


R

Сопротивление,

Ом

L

Длина

обмотки,

м

N

Число

витков

Длина проволоки,

м

D

Диаметр

витка,

м

S

Площадь поперечного сечения,

м2

ρ

удельное

сопротивление,

[Ом·м]











Контрольный вопрос. Обычно обмотка реостата выполняется неизолированным проводом, намотанным вплотную. Не допускаем ли мы ошибки, считая, что ток в реостате идет по виткам, а не вдоль длины реостата?


Отчет о выполнении лабораторной работы

1. № работы, наименование, цель, оборудование, запись основных формул искомых величин и их погрешностей, их расчет, таблица с результатами измерений и вычислений.

2. Вывод (согласно цели работы).

3. Ответ на контрольный вопрос.


Лабораторная работа № 9

Определение температурного коэффициента сопротивления металлов


Цель работы: определить температурный коэффициент сопротивления меди.

Оборудование: прибор для измерения термического коэффициента сопротивления проволоки; стакан, ампервольтомметр, термометр лабораторный от 0 до 1000С; штатив, стаканы с горячей и холодной водой; стакан со льдом; соединительные провода.


Теоретическая часть

Температурный коэффициент сопротивления проводника α определяется отношением

α = (RtR0) / R0 t

где R0 – сопротивление проводника при температуре 00С; Rt - сопротивление проводника при температуре t0С; t – температура проводника.

Применяемый в работе прибор для измерения термического коэффициента сопротивления меди состоит из катушки, концы которой выведены к зажимам, установленным на пластмассовой колодке. В ней же закреплена стеклянная пробирка, в которую вставлен каркас катушки. Сверху имеется отверстие для термометра, измеряющего температуру обмотки катушки. Помещая пробирку с катушкой в горячую и холодную воду и измеряя ее сопротивление, можно вычислить термический коэффициент сопротивления меди.


Порядок выполнения работы

1.Подготовьте в тетради таблицу для записи результатов измерений и вычислений:


опыта

t,0C

R, Ом

α, град-1

αср, град-1

1





2





3





4






2. Налейте в стакан воды и охладите ее с помощью льда до 00С.

3. Погрузите пробирку в стакан так, чтобы катушка находилась в воде. В этом положении прибор закрепите в лапке штатива.

4. Подготовьте ампервольтомметр для измерения сопротивлений (шкала с множителем 1).

5. Поместите термометр в отверстие колодки и следите за его показаниями. Когда температура катушки снизится до 00С, измерьте ее сопротивление R0.

6. Выньте термометр и закрепите прибор в штативе так, чтобы катушка вышла из воды.

7. Холодную воду замените горячей и вновь погрузите катушку в стакан. Поместите в пробирку термометр и наблюдайте за изменением температуры; когда она установится, измерьте сопротивление Rt. Опыт повторите еще два раза при других температурах.

8. Вычислите для каждого опыта значение температурного коэффициента и найдите его среднее значение.

9. Результаты измерений и вычислений запишите в таблицу.


Контрольные вопросы

1. Что такое температурный коэффициент?

2. Как зависит сопротивление проводника от температуры?

3. Как эту зависимость можно представить графически?


Отчет о выполнении лабораторной работы

1. № работы, наименование, цель, оборудование, запись основных формул искомых величин, их расчет, таблица с результатами измерений и вычислений.

2. Вывод (согласно цели работы).

3. Ответы на контрольные вопросы.


Лабораторная работа № 10

Измерение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока


Цель: научиться измерять ЭДС источника тока и определять внутреннее сопротивление.

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


Теоретическая часть работы

Схема электрической цепи, которую используют в этой лабораторной работе, показана на рисунке. В качестве источника тока используется в схеме батарейка от карманного фонаря.

При разомкнутом ключе ЭДС источника тока равна напряжению на внешней цепи. В эксперименте источник тока замкнут на вольтметр, сопротивление которого должно быть много больше внутреннего сопротивления источника тока r. Обычно сопротивление источника тока мало, поэтому для измерения напряжения можно использовать школьный вольтметр со шкалой 0-6 В и сопротивлением Rв=900 Ом. Погрешность измерения ЭДС равна погрешности измерения напряжения.

Внутреннее сопротивление источника тока можно измерить косвенно, сняв показания амперметра и вольтметра при замкнутом ключе. Действительно, из закона Ома для замкнутой цепи получаем E=U + I r ,где U= IR- напряжение на внешней цепи. Поэтому

r пр = (E пр – U пр) / I пр (1)

Для измерения силы тока в цепи можно использовать школьный амперметр со шкалой 0-2А. Максимальные погрешности измерений внутреннего сопротивления источника тока определяются по формулам: εr = (∆Е + ∆U) / (Eпр – Uпр) + I / Iпр


Порядок выполнения работыhello_html_m7e37b883.jpg

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

2. Соберите электрическую цепь по данной схеме.

3.Проверьте работу цепи при разомкнутом и замкнутом ключе.

4. Измерьте ЭДС источника тока при разомкнутом ключе.

5. Замкните ключ и снимите показания амперметра и вольтметра. Вычислите rпр по формуле (1). Вычислите абсолютную и относительную погрешности измерения ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока, используя данные о классе точности приборов.

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

Е=ЕПР + ∆Е, εЕ =…%, r = rпр + ∆r, εr =…%

Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу.


Как определить погрешности измерений


А - абсолютная погрешность измерения физической величины.

ε – относительная погрешность измерения физической величины, равная:

ε = ∆А/ Апр. • 100%

оА – абсолютная погрешность отсчета равна половине цены деления прибора (ц. д. вольтметра 0,2 В; амперметра – 0,1 А.

иА - абсолютная инструментальная погрешность, определяемая конструкцией прибора. Класс точности γпр измерительного прибора показывает, сколько процентов составляет абсолютная инструментальная погрешность ∆иА от всей шкалы прибора Аmax:

γпр = ∆иА •100 % / Аmax

Зная класс точности прибора (у амперметра и вольтметра γпр = 2,5) и всю его шкалу (Аmax вольтм. – 6 В, Аmax амперм. – 2 А), определяют иА = γпр • Аmax / 100 (∆и вольтм +_ 0,15 В; ∆и амперм +_ 0,05 А).

А - максимальная абсолютная погрешность прямых измерений складывается из ∆и и ∆о:

А = ∆иА + ∆оА

Абсолютную погрешность обычно округляют до одной значащей цифры.

А - максимальная абсолютная погрешность косвенных измерений определяется по формуле ∆А = Апр • ε (ε выражается десятичной дробью).

Относительная погрешность косвенных измерений определяется по формулам:

- если А = ВСД или А = В / СД, то ε = ∆В/В + ∆С/С + ∆Д/Д;

- если А = В + С, то ε = (∆В + ∆С) / (В + С);

- если А = В √С/Д, то ε = ∆В/В + ½ ∆С/С + ½ ∆Д/Д.


Контрольные вопросы

1. Почему показания вольтметра при разомкнутом и замкнутом ключе различны?

2. Как повысить точность измерения ЭДС источника тока?

3. Можете ли вы предложить другие способы измерения ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока?


Отчет о выполнении лабораторной работы

1. № работы, наименование, цель, оборудование, схема собранной цепи, запись основных формул искомых величин и их погрешностей, их расчет, таблица с результатами измерений и вычислений.

2. Вывод (согласно цели работы).

3. Ответы на контрольные вопросы.



Лабораторная работа № 11

Исследование законов последовательного и параллельного

соединения проводников


Цель: Проверить законы последовательного и параллельного соединения проводников.

Оборудование: источник электрической энергии, резисторы (проволочные спирали на панелях с клеммами, сопротивление каждого резистора указано на панели), амперметр постоянною тока, вольтметр постоянного тока, реостат ползунковый, ключ, соединительные провода.


Теоретическая часть работы

Потребители электрической энергии — электрические лампочки, электронагревательные приборы, провода и т. п. — обладают определенным сопротивлением, поэтому их часто называют «проводниками» или резисторами Обычно электрическая цепь состоит из нескольких резисторов, соединенных последовательно, параллельно или смешанно. Для простоты расчета электрических цепей все резисторы мысленно заменяют одним, при включении которого режим цепи не нарушился бы, т. е. и сила тока и напряжение остались бы прежними. Сопротивление этого резистора называют эквивалентным общему сопротивлению нескольких резисторов, образующих цепь.


Порядок выполнения работы


1. Последовательное соединение резисторов

1. Составить электрическую цепь по схеме, изображенной на рис. 1.

2. После проверки преподавателем цепь замкнуть и измерить напряжения на отдельных резисторах. Для этого прикоснуться наконечниками проводов, идущих от вольтметра, к клеммам резисторов,

3. Измерить напряжение на концах всей группы резисторов (участок AВ).

4. Проверить соотношение для UAB = U1 + U2 + U3 и сделать вывод.

5. По формуле I=U/R вычислить силу тока в каждом резисторе. Сравнить ее с показаниями амперметра и сделать вывод.

6. Вычислить эквивалентное сопротивление Rэкв = UAB / I. Проверить справедливость формулы Rэкв = R1+R2+R3 и сделать вывод.

7. Результаты измерений и вычислений записать в табл. 1.


hello_html_m71c7b6fd.png

Рис 1. Рис 2.

Таблица 1


hello_html_m50c1d5ee.png


2. Параллельное соединение резисторов

1. Составить электрическую цепь по схеме, изображенной на рис. 2.

2. После проверки преподавателем цепь замкнуть, с помощью реостата установить силу тока в цепи 1,5—2 А.

3. Переключить амперметр из магистрали в ту или иную ветвь и измерить силу тока на каждом резисторе. Проверить соотношение I = I1 + I2 +I3 и сделать вывод.

4. Измерить напряженно на участке AВ и определить эквивалентное сопротивление:hello_html_m36803bf1.gif.

5. Проверить справедливость формулы hello_html_m1dc71509.gif и сделать вывод.

6. Результаты измерений и вычислений записать в табл. 2.

Таблица 2


hello_html_2f4eea50.png


Чтобы обеспечить более плотный контакт, целесообразно использовать для вольтметра провода, имеющие с одной стороны клеммы с зажимами.


Контрольные вопросы:

1. Восемь резистором соединили по два последовательно в четыре параллельные ветви. Начертить схему соединения.

2. Потребители электрической энергии соединены так, как показано на рис 3. Определить эквивалентное сопротивление в этом случае, если hello_html_m5877cb25.gifОм, hello_html_m7fca5e34.gif Ом,hello_html_m1b79791.gifОм

3. Учащийся при измерении напряжения на лампочке включил по ошибке амперметр вместо вольтметра. Что при этом произойдет?


hello_html_m35cf6ab.png


Рис 3. Рис 4.


4. Изменится ли показание вольтметра (рис. 4), если в участок, состоящий из нескольких параллельно соединенных резисторов, добавить еще один?

5. Что изменилось на данном участке цепи, если включенный последовательно с ним амперметр показал увеличение силы тока?

6. Как включены 10 ламп для освещения трамвайного вагона, рассчитанных на напряжение 120 В? Напряжение в трамвайной сети 600В.

7. Как соединены потребители электроэнергии в квартирах? Почему?

8. Как соединены лампочки в елочной гирлянде? Почему?


Отчет о выполнении лабораторной работы

1. № работы, наименование, цель, оборудование, схемы опытов, запись основных формул искомых величин, их расчет, таблица с результатами измерений и вычислений.

2. Вывод (согласно цели работы).

3. Ответы на контрольные вопросы.


Лабораторная работа № 12

Измерение магнитной индукции


Цель работы: измерить индукцию магнитного поля постоянного магнита.

Оборудование: магнит дугообразный, катушка-моток, гальванометр типа М-273-9 или микроамперметр М2003, линейка измерительная 30-35 см, резистор 3-5 кОм.


Теоретическая часть работы

Индукцию однородного магнитного поля В можно определить путем измерения магнитного потока Ф пронизывающего контур поверхностью S в плоскости, перпендикулярной индукции В: Ф=ВS

Для измерения магнитного потока, проходящего через катушку содержащую N витков, воспользуемся явлением электромагнитной индукции: при быстром удалении контура из магнитного поля, ЭДС индукции определяется выражением: ε = NBS/∆t. Разделив обе части уравнения на величину полного сопротивления, получим: ε / R = I = NBS / Rt или ∆q = NBS / R. Следовательно B = ΔqR / NS


Порядок выполнения работы

1. Подготовьте таблицу для записи результатов измерений и вычислений.


2. Измерьте диаметр D катушки, вычислите площадь ее поперечного сечения S и сосчитайте число витков N в ней. Полученные данные запишите в таблицу.

3. Соберите цепь по рисунку. Введите катушку в магнитное поле постоянного магнита, расположив ее плоскость перпендикулярно линиям индукции. hello_html_3968fdda.gif

4. Быстро удалите магнит и заметьте по шкале число делений n, на которое отклоняется стрелка гальванометра.

5.За полное сопротивление цепи возьмите сопротивление включенного в цепь резистора, поскольку сопротивления катушки и гальванометра по сравнению с сопротивлением резистора малы и ими можно пренебречь.

6. Используя найденные значения заряда Δq, сопротивления R, площади катушки S и число ее витков N, вычислите индукцию B магнитного поля постоянного магнита:

B = ΔqR / NS


Контрольные вопросы

1. Зависит ли отброс стрелки гальванометра от скорости движения катушки?

2. Какими путями можно достигнуть увеличения чувствительности установки для измерения магнитных полей с индукцией в 100 раз меньшей?


Отчет о выполнении лабораторной работы

1. № работы, наименование, цель, оборудование, запись основных формул искомых величин, их расчет, таблица с результатами измерений и вычислений.

2. Вывод (согласно цели работы).

3. Ответы на контрольные вопросы.


Лабораторная работа № 13

Изучение явления электромагнитной индукции


Цель работы: доказать экспериментально правило Ленца, определяющее направление тока при электромагнитной индукции.

Оборудование: миллиамперметр, источник тока, катушки с сердечниками, дугообразный магнит, выключатель, соединительные провода.

Теоретическая часть работы

Явление электромагнитной индукции заключается в возникновении электрического тока в проводящем контуре, который либо покоится в переменном магнитном поле, либо движется в постоянном магнитном поле таким образом, что магнитный поток, пронизывающий контур, меняется.

Согласно закону электромагнитной индукции, ЭДС индукции в замкнутом контуре равна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром

ε = -∆Ф/∆t;

Знак «минус» в этой формуле отражает правило Ленца: индукционный ток всегда направлен таким образом, что его действие противоположно действию причины, вызывающей ток.

Направление индукционного тока считается положительным, если оно совпадает с выбранным направлением обхода контура, и считается отрицательным, если оно противоположно выбранному направлению обхода контура. Направление и величину индукционного тока в катушке определяют по знаку и величине отклонения стрелки миллиамперметра.


Порядок выполнения работы

  1. Присоединить зажимы миллиамперметра к зажимам катушки.

  2. Приставить сердечник к одному из полюсов дугообразного магнита и вдвинуть внутрь катушки, наблюдая одновременно за стрелкой миллиамперметра.

  3. Повторить наблюдение, выдвигая сердечник из катушки, а также меняя полюса магнита.

  4. Зарисовать и проверить выполнение правила Ленца в каждом случае.

  5. Расположить вторую катушку рядом с первой так, чтобы их оси совпадали.

  6. Вставить в обе катушки железные сердечники и присоединить вторую катушку через выключатель к батарее.

  7. Замыкая и размыкая ключ, наблюдать отклонение стрелки гальванометра.

  8. Зарисовать схему опыта и проверить выполнение правила Ленца.


Контрольные вопросы

1. Почему закон электромагнитной индукции формулируется для ЭДС, а не для силы тока?

2. Почему в законе электромагнитной индукции стоит знак «минус»?


Отчет о выполнении лабораторной работы

1. № работы, наименование, цель, оборудование, схемы опытов, объяснение наблюдений.

2. Вывод (согласно цели работы).

3. Ответы на контрольные вопросы.


Лабораторная работа № 14

Изучение устройства трансформатора и измерение его коэффициента трансформации


Цель работы: изучить устройство трансформатора и определить его коэффициент трансформации.

Оборудование: I) трансформатор лабораторный; 2) ампервольтомметр АВО-63; 3) реостат ползунковый РПШ-2; 4) ключ замыкания тока — 2 шт.; 5) комплект проводов соединительных.


Теоретическая часть работы

Трансформатор преобразует переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения при неизменной частоте. Он состоит из замкнутого сердечника, изготовленного из специальной листовой трансформаторной стали, на котором располагаются две катушки (их называют обмотками) с разным числом витков из медной проволоки. Одна из обмоток, называемая первичной, подключается к источнику переменного напряжения. Устройстве, потребляющие электроэнергию, подключаются ко вторичной обмотке, их может быть несколько.

Если первичную обмотку подключить к источнику переменного напряжения, а вторичную оставить разомкнутой (этот режим работы называют холостым ходом трансформатора), то в первичной обмотке появится слабый ток, создающий в сердечнике переменный магнитный поток. Этот поток наводит, в каждом витке обмоток одинаковую ЭДС, поэтому ЭДС индукции в каждой обмотке будет прямо пропорциональна числу витков в этой обмотке.

При разомкнутой вторичной обмотке напряжение на ее зажимах U2 будет равно наводимой в ней ЭДС. В первичной обмотке ЭДС по числовому значению мало отличается от подводимого к этой обмотке напряжения U1, практически их можно считать равными, поэтому К=U1/U2=n1/n2, где К — коэффициент трансформации. Если вторичных обмоток несколько, то коэффициент трансформации для каждой из них рассчитывается аналогично.

Если во вторичную цепь трансформатора включить нагрузку, то во вторичной обмотке возникнет ток. Этот ток создает магнитный поток, который, согласно правилу Ленца, должен уменьшить изменение магнитного потока в сердечнике, что, в свою очередь, приведет к уменьшению ЭДС индукции в первичной обмотке. Но эта ЭДС равна напряжению, приложенному к первичной обмотке, поэтому ток в первичной обмотке должен возрасти, восстанавливая начальное изменение магнитного потока. При этом увеличивается мощность, потребляемая трансформатором от сети.

При выполнении работы следует изучить устройство трансформатора, включить его в сеть переменного тока (36 или 42 В). В режиме холостого хода измерить напряжение на обмотках и вычислить коэффициент трансформации, а при работе трансформатора «под нагрузкой» установить связь между токами и напряжениями в обмотках.

Для выполнения работы применяется лабораторный разборный трансформатор (рис. I), рассчитанный на включение в сеть переменного напряжения 36 или 42 В частотой 50 Гц. Трансформатор состоит из двух катушек и сердечника. Сердечник состоит из двух половин, которые вставляют в катушки и с помощью скобы закрепляют на основании (рис. 2).hello_html_6aa6b02.jpg


Порядок выполнения работы

3адание 1. Изучение устройства трансформатора

Рассмотрите устройство трансформатора. Определите первичную обмотку (клеммы с надписью: 36 или 42 В) и две вторичных (клеммы 2,2 и 4,4 В). Начертите электрическую схему трансформатора.

Разберите трансформатор. Для этого поверните его основанием вверх и открутите две гайки крепления скобы. Выньте сердечник и рассмотрите его устройство.

Соберите трансформатор. Для этого вставьте сердечник со скобой в катушки, установите трансформатор на основание и закрепите его гайками.


Задание 2. Измерение коэффициента трансформации

Подготовьте в тетради таблицу для записи результатов измерений и вычислений:


Подсоедините трансформатор к сети переменного напряжения (36 или 42 В) и замкните цепь.

Переключите ампервольтомметр на измерение переменного напряжения (предел 50 В) и измерьте напряжение на первичной обмотке U1,.

Переключите ампервольтомметр на измерение переменного напряжения (предел 10 В) и измерьте напряжение на вторичных обмотках U2. Результаты измерений запишите в таблицу.

Вычислите коэффициенты трансформации К1 и K2. Результаты вычислений запишите в таблицу.


Контрольные вопросы

1. Какой трансформатор называют повышающим и какой — понижающим?

2. Изменяет ли трансформатор частоту преобразуемого переменного тока?

3. Почему сердечник трансформатора собирают из отдельных пластин?

4. Почему мощность, потребляемая от вторичной обмотки, меньше мощности, подводимой к первичной обмотке?


Отчет о выполнении лабораторной работы

1. № работы, наименование, цель, оборудование, запись основных формул искомых величин, их расчет, таблица с результатами измерений и вычислений.

2. Вывод (согласно цели работы).

3. Ответы на контрольные вопросы.


Лабораторная работа № 15

Измерение показателя преломления стекла


Цель работы: измерить показатель преломления стекла с помощью плоскопараллельной пластинки.

Оборудование: стеклянная пластинка, линейка, источник света (фонарик или эл. лампа), экран со щелью.


Теоретическая часть работы

В работе измеряется показатель преломления стеклянной пластины, имеющей форму трапеции. На одну из параллельных граней пластины наклонно к ней направляют узкий световой пучок. Проходя через пластину, этот пучок света испытывает двукратное преломление. Источником света служит электрическая лампочка, подключенная через ключ к какому-либо источнику тока (или фонарик). Световой пучок создается с помощью металлического экрана со щелью. При этом ширина пучка может меняться за счет изменения расстояния между экраном и лампочкой. Показатель преломления стекла относительно воздуха определяется по формуле

n = sinα / sinβ,

где α - угол падения пучка света на грань пластины из воздуха в стекло, β - угол преломления светового пучка в стекле.

Для определения отношения, стоящего в правой части формулы, поступают следующим образом. Перед тем как направить на пластину световой пучок, ее располагают на столе на листе миллиметровой бумаги (или листе бумаги в клетку) так, чтобы одна из ее параллельны граней совпала с предварительно отмеченной линией на бумаге. Эта линия укажет границу раздела сред воздух — стекло. Тонко очиненным карандашом проводят линию вдоль второй параллельной грани. Эта линия изображает границу раздела сред стекло — воздух. После этого, не смещая пластины, на ее первую параллельную грань направляют узкий световой пучок под каким-либо углом к грани. Вдоль падающего на пластину и вышедшего из нее световых пучков тонко очиненным карандашом ставят точки 1, 2, 3 и 4 (рис. 5).

После этого лампочку выключают, пластину снимают и с помощью линейки прочерчивают входящий, выходящий и преломленный лучи (рис. 6). Через точку В границы раздела сред воздух — стекло проводят перпендикуляр к границе, отмечают углы падения a и преломления b. Далее с помощью циркуля проводят окружность с центром в точке В и строят прямоугольные треугольники АВЕ и СВD.hello_html_6b8d2c5f.pnghello_html_m78616ec7.png

Так как sinα = АЕ/АВ; sinβ = СД/ВС и АВ = ВС, то формула для определения показателя преломления стекла примет вид

nпр = АЕ / СД (1)

Длину отрезков АЕ и DС измеряют по миллиметровой бумаге или с помощью линейки. При этом в обоих случаях инструментальную погрешность можно считать равной 1 мм. Погрешность отсчета надо взять также равной 1 мм для учета неточности в расположении линейки относительно края светового пучка.

Максимальную относительную погрешность ε измерения показателя преломления определяют по формуле ε = ∆АЕ / АЕ + ∆СД / СД. (2)

Максимальная абсолютная погрешность определяется по формуле n = nпр•ε (3)

Окончательный результат измерения показателя преломления записывается так:

n = nпр +_ ∆n (4)


Порядок выполнения работы

1. Подготовить бланк отчета с таблицей для записи результатов работы:


2. Подключить лампочку через выключатель к источнику тока. С помощью экрана со щелью получить тонкий световой пучок и направить его на одну из параллельных граней. Обвести пластину и отметить падающий луч и преломленный лучи.

3. Измерить показатель преломления стекла относительно воздуха при каком-нибудь угле падения: nпр = АЕ / СД.

Результат измерения записать с учетом вычисленных погрешностей: n = nпр +_ ∆n, где

ε = ∆АЕ / АЕ + ∆СД / СД, ∆n = nпр•ε.

4. Повторить то же при другом угле падения.

5. Сравнить результаты nпр 1 и nпр 2, а также с табличным.

6. Сделать вывод о зависимости (или независимости) показателя преломления от угла падения.


Контрольный вопрос

Чтобы определить показатель преломления стекла, достаточно измерить транспортиром углы α и β и вычислить отношение их синусов. Какой из методов определения показателя преломления предпочтительнее: этот или использованный в работе?


Отчет о выполнении лабораторной работы

1. № работы, наименование, цель, оборудование, запись основных формул искомых величин и их погрешностей, их расчет, чертеж, таблица с результатами измерений и вычислений.

2. Вывод (согласно цели работы).

3. Ответ на контрольный вопрос.


Лабораторная работа № 16

Измерение длины световой волны


Цель работы: измерить длину световой волны с помощью дифракционной решетки.

Оборудование: дифракционная решетка, прибор для определения длины волны, источник света.


Теоретическая часть работы

Дифракционную решетку используют для разложения света в спектр и измерения длины световой волны.

Длина волны определяется по формуле: λ = dsin φ/ k, где d – период решетки, k - порядок спектра, φ – угол, под которым наблюдается максимум света, соответствующего цвета.

Поскольку углы, под которыми наблюдаются максимумы 1-ог и 2-ого порядков, не превышают 50, можно вместо синусов углов использовать их тангенсы. При этом tg φ = а/b, где b – расстояние, которое отсчитывают по линейке от решетки до экрана; а – расстояние по шкале экрана от щели до выбранной линии спектра. hello_html_3a8ca342.png hello_html_m397c299e.png hello_html_m7959624a.png


Окончательная формула для определения длины волны имеет вид: λ = da / kb

В этой работе погрешность измерений длин волн не оценивается из-за некоторой неопределенности выбора середины части спектра данного цвета.


Порядок выполнения работы

1. Подготовьте таблицу для записи результатов измерений и вычислений:


2. Внимательно изучите дифракционную решетку. Запишите численное значение постоянной решетки d.

3. В соответствии с рисунком соберите измерительную установку. Установите экран на расстоянии 50 см от решетки.

4. Глядя сквозь дифракционную решетку и щель в экране на источник света и перемещая решетку в держателе, установите ее так, чтобы дифракционные спектры располагались параллельно щели экрана. Определите расстояние а от середины щели до цветной полосы.

5. Вычислите длину волны красного цвета в спектре первого порядка слева и справа от щели в экране, определите среднее значение результатов измерений.

5. Проделайте то же для фиолетового света.

6. Рассчитайте погрешности измерений: ∆λ = /λтабл. – λопыт. /, ε = Δλ/·λтабл 100%

7. Сравните полученные результаты с длинами волн красного и фиолетового цвета и сделайте вывод.

Табличные значения длины волны для красного и фиолетового света: λк = 8•10−7 м, λф = 4•10−7 м.

Красный (7,6-6,2)10-7 м Голубой (5-4,8)10-7 м

Оранжевый (6,2-5,9)10-7 м Синий (4,8-4,5)10-7 м

Желтый (5,9-5,6)10-7 м Фиолетовый (4,5-3,8)10-7 м

Зеленый (5,6-5)10-7 м


Контрольные вопросы

1. Что называется дисперсией света?

2. Что называется дифракцией света?

3. Чем отличается дифракционный спектр от дисперсионного?


Отчет о выполнении лабораторной работы

1. № работы, наименование, цель, оборудование, запись основных формул искомых величин и их погрешностей, их расчет, таблица с результатами измерений и вычислений.

2. Вывод (согласно цели работы).

3. Ответы на контрольные вопросы.


Лабораторная работа № 17

Наблюдение интерференции и дифракции света


Цель работы: изучить характерные особенности интерференции и дифракции света.


Часть I. Наблюдение интерференции света

Оборудование: спички, спиртовка, комочек ваты на проволоке в пробирке, смоченной раствором хлорида натрия, проволочное кольцо с ручкой, стакан с раствором мыла, трубка стеклянная, пластинки стеклянные — 2 шт., CD-диск.


Теоретическая часть работы

Необходимое оборудование для наблюдения интерференции света на мыльной пленке представлено на рисунке 1. Для наблюдения интерференции при монохроматическом излучении в пламя спиртовки вносят комочек ваты, смоченной раствором хлорида натрия. При этом пламя окрашивается в желтый цвет. Опуская проволочное кольцо 4 в раствор мыла 5, получают мыльную пленку, располагают ее вертикально и рассматривают на темном фоне при освещении желтым светом спиртовки. Наблюдают образование темных и желтых горизонтальных полос (рис. 2) и изменение их ширины по мере уменьшения толщины пленки.

В тех местах пленки, где разность хода когерентных лучей равна четному числу полуволн, наблюдаются светлые полосы, а при нечетном числе полуволн — темные полосы.hello_html_m75002d1d.jpghello_html_5eb48450.jpg

При освещении пленки белым светом (от окна или лампы) возникает окрашивание светлых полос: вверху — в синий цвет, внизу — в красный. С помощью стеклянной трубки 6 на поверхности мыльного раствора выдувают небольшой мыльный пузырь. При освещении его белым светом наблюдают образование цветных интерференционных колец. По мере уменьшения толщины пленки кольца, расширяясь, перемещаются вниз.

Интерференция наблюдается и при рассмотрении контактной поверхности двух сжатых друг с другом стеклянных пластинок 7.

Из-за не идеальности формы соприкасающихся поверхностей между пластинками образуются тончайшие воздушные пустоты, дающие яркие радужные кольцеобразные или замкнутые неправильной формы полосы.

При изменении силы, сжимающей пластинки, расположение форма полос изменяются как в отраженном, так и в проходящем свете.

Особенно наглядно явление интерференции отраженных световых лучей наблюдается при рассмотрении поверхности CD-диска.


Часть II. Наблюдение дифракции света

Оборудование: штангенциркуль, лампа с прямой нитью накала, рамка картонная с вырезом, в которой натянута проволока диаметром ОД—-0,3 мм, капроновая ткань черного цвета


Теоретическая часть работы

Дифракция света проявляется в нарушении прямолинейности распространения световых лучей, в огибании светом препятствий, в проникновении света в область геометрической тени. Пространственное распределение интенсивности света за неоднородностью среды характеризует дифракционную картину.

В качестве неоднородности среды в работе используют щель между губками штангенциркуля. Сквозь эту щель смотрят на вертикально расположенную нить горящей лампы. При этом по обе стороны от нити, параллельно ей, видны радужные полосы. При уменьшении ширины щели полосы раздвигаются, становятся шире и образуют ясно различимые спектры. Этот эффект наблюдается особенно хорошо при плавном повороте штангенциркуля вокруг вертикальной оси.

Другую дифракционную картину наблюдают на тонкой нити. Рамку с нитью располагают на фоне горящей лампы параллельно нити накала (рис. 3). Удаляя и приближая рамку к глазу, получают дифракционную картину, когда светлые и темные полосы располагаются по сторонам нити, а в середине, в области ее геометрической тени, наблюдается светлая полоса (рис. 4).hello_html_m75002d1d.jpg

На капроновой ткани можно наблюдать дифракционную картину. В капроновой ткани имеется два выделенных взаимно перпендикулярных направления. Поворачивая ткань вокруг оси, смотрят сквозь ткань на нить горящей лампы, добиваясь четкой дифракционной картины в виде двух скрещенных под прямым углом дифракционных полос (дифракционный крест). В центре креста виден дифракционный максимум белого цвета, а в каждой полосе — по нескольку цветов.hello_html_m63138ef9.jpg



Порядок выполнения работы

Часть I

1.Зажгите спиртовку.

2.Внесите в пламя комочек ваты, смоченной раствором хлорида натрия.

3.Опустите проволочное кольцо в раствор мыла для получения мыльной пленки.

4.Зарисуйте интерференционную картину, полученную на пленке при освещении желтым светом спиртовки.

5. Объясните порядок чередования цветов на интерференционной картине при освещении пленки белым светом.

6. Выдуйте с помощью стеклянной трубки небольшой мыльный пузырь на поверхности мыльного раствора. Объясните причину перемещения интерференционных колец вниз.

7. Опишите интерференционную картину, наблюдаемую от двух сжатых стеклянных пластинок.

8. Как изменяется наблюдаемая картина при увеличении силы сжимающей пластинки вместе?

9. Опишите интерференционную картину при освещении CD


Часть II

1. Зарисуйте две дифракционные картины, наблюдаемые при рассмотрении нити горящей лампы через щель штангенциркуля (при ширине щели 0,05 и 0,8 мм).

2. Опишите изменение характера дифракционной картины при плавном повороте штангенциркуля вокруг вертикальной оси (а = 0,8 мм).

3. Рамку с нитью расположите на фоне горящей лампы параллельно нити накала (см. рис 3). Перемещая рамку относительно глаза, добейтесь того, чтобы в середине, в области геометрической тени нити, наблюдалась светлая полоса. Зарисуйте дифракционную картину, наблюдаемую за тонкой нитью.

4. Посмотрите сквозь черную капроновую ткань на нить горящей лампы. Поворачивая ткань вокруг оси, добейтесь четкой дифракционной картины в виде двух скрещенных под прямым углом дифракционных полос. Зарисуйте наблюдаемый дифракционный крест, опишите его.

5. Сделайте вывод о характерных особенностях интерференции и дифракции света.


Контрольные вопросы

1. Достаточно ли условие когерентности для получения интерференционной картины при совмещении двух или более световых волн?

2. При осуществлении интерференции света были получены световые пучки, в состав которых, наряду с когерентным светом, входил и некогерентный. Что при этом наблюдалось?

3. Соблюдается ли закон сохранения энергии в явлениях интерференции и дифракции?


Отчет о выполнении лабораторной работы

1. № работы, наименование, цель, оборудование, запись наблюдений и рисунки интерференционной и дифракционной картин.

2. Вывод (согласно цели работы).

3. Ответы на контрольные вопросы.


Лабораторная работа № 18

Измерение работы выхода электронов в вакуумном фотоэлементе


Цель работы: с помощью вакуумного фотоэлемента измерить работу выхода электронов.

Оборудование: комплект приборов «Квант-1»; источник электропитания для практикума ИЭПП-1; светофильтры СФО; лампа настольная; комплект проводов соединительных.


Теоретическая часть работы

При освещении фотоэлемента из катода вырываются электроны и создают ток в цепи фотоэлемента. Включим последовательно с фотоэлементом источник постоянного напряжения, соединив его положительный полюс с катодом, а отрицательный полюс с анодом фотоэлемента. При включении электрическое поле между катодом и анодом препятствует движению электронов в сторону анода. Если работа по преодолению задерживающего потенциала равна кинетической энергии самых быстрых электронов, освобожденных с катода путем фотоэффекта:

U = m υ2\2, (1)

то сила тока в цепи фотоэлемента становится равной нулю. Исходя из уравнения Эйнштейна h v = АВ + Емах (2) и условия запирания фототока, можно записать:

hv = Ав+ е U. (3)

Из выражения (3) следует, что, зная частоту света v, и напряжение запирания тока в цепи фотоэлемента U, можно измерить работу выхода электронов Ав с катода фотоэлемента:

Ав= hv -Uе.

В данной работе в качестве источника света используют обычную электрическую лампу накаливания, спектр ее излучения сплошной. Для выделения из сплошного спектра излучения с известной частотой используют синий светофильтр из оптического стекла типа СС-2. Синий фильтр пропускает свет длиной волны до 420нм. Этой длине волны соответствует частота 7,15*1014 с-1.

Фотоэлемент помещают в защитный светонепроницаемый корпус, светофильтры вставляют в специальное окошко перед фотоэлементом.


Порядок выполнения работы

1. Подготовьте лабораторную установку к измерениям. Обратите внимание, что положительный полюс источника напряжения должен быть соединен с катодом фотоэлемента.

2. Вставьте в окошко перед фотоэлементом синий светофильтр и осветите фотоэлемент. Плавно увеличивая напряжение, подаваемое на фотоэлемент, зафиксируйте то его значение, при котором происходит запирание фототока в цепи, т. е. сила тока через гальванометр Г становится равным нулю.

3. По известному значению частоты света, пропускаемым светофильтром, и измеренному значению напряжения запирания фототока вычислите работу выхода электрона из катода фотоэлемента. Выразите полученный результат в единицах СИ и в электронвольтах.


Контрольные вопросы

1. Почему в лабораторной установке на катод фотоэлемента подают положительный потенциал?

2. Можно ли с помощью установки, используемой в лабораторной работе, определить постоянную Планка?

3. Какими будут результаты измерений, если в лабораторной установке изменить полярность подключения источника напряжения на противоположную?


Отчет о выполнении лабораторной работы

1. № работы, наименование, цель, оборудование, запись основных формул искомых величин, их расчет.

2. Вывод (согласно цели работы).

3. Ответы на контрольные вопросы.


Лабораторная работа № 19

Наблюдение следов альфа-частиц в камере Вильсона


Цель работы: с помощью камеры Вильсона пронаблюдать возникновение треков альфа-частиц.

Оборудование: камера Вильсона, кусочки сукна или меха, настольная лампа, пробирка со смесью ацетона (25%), этилового спирта (60%) и воды (15%), резиновая груша.


Теоретическая часть работыhello_html_m33e84b4b.png

Камера Вильсона – трековый детектор элементарных заряженных частиц, в котором трек (след) частицы образует цепочка мелких капелек жидкости вдоль траектории её движения. Изобретена Ч. Вильсоном в 1912 г. (Нобелевская премия 1927 г.).

Для наблюдения следов быстрых заряженных частиц в газах применяется камера Вильсона. В этой камере на пластмассовое кольцо с двух сторон наклеены две прозрачные пластины из органического стекла. В пластмассовое кольцо вмонтирован металлический стержень с тонким слоем альфа-радиоактивного вещества на кольце. Вылетающие из атомных ядер альфа-частицы обладают кинетической энергией в несколько миллионов электрон-вольт. При движении в газе они ионизируют нейтральные атомы вещества, создавая вдоль траектории движения положительные и отрицательные ионы. Если в газе имеется пар какой-либо жидкости в перенасыщенном состоянии, то на ионах происходит конденсация капель жидкости. Цепочка капель жидкости вдоль траектории движения быстрой заряженной частицы образуют видимый след, называемый треком частицы.

Для выполнения опытов камеру предварительно с помощью резиновой груши через резиновый шланг и штуцер в кольце камеры наполняют насыщенными парами ацетона, спирта и воды. Переход паров в состояние перенасыщения происходит в результате их охлаждения при быстром адиабатном расширении после предварительного сжатия резиновой груши.


Порядок выполнения работы

1. Ознакомьтесь с устройством камеры Вильсона.

2. Подготовьте камеру для наблюдения следов альфа-частиц. Для этого резиновую трубку снимите со штуцера, стенки камеры наэлектризуйте суконкой или мехом и оставьте камеру на некоторое время в нерабочем состоянии. Это необходимо для получения четких (неискаженных) следов альфа-частиц. При помощи пипетки введите внутрь резиновой трубки 2-3 капли смеси ацетона, спирта и воды. Наденьте трубку на штуцер и сделайте несколько предварительных легких сжатий и расширений груши для заполнения камеры насыщенными парами смеси.

3. Расположите камеру на темной поверхности, осветите настольной лампой и приступайте к наблюдению. Постепенно сжимайте грушу, а затем быстро отпустите её подберите такое соотношение между сжатием и расширением груши, при котором получается наилучшая видимость треков.

Опыт повторите несколько раз, так как треки альфа-частиц наблюдается лишь в течение 1-1,5 с после расширения воздуха. Обратите внимание на прямолинейность треков, их длину, толщину, направление и число в каждом опыте.

4. После выполнения опытов соединительную трубку вместе с грушей отделите от камеры и закройте трубкой пробкой: камеру хранят в коробке с открытым штуцером


Контрольные вопросы

1. При каких условиях может существовать перенасыщенный пар?

2. Почему вдоль траектории движения альфа-частицы возникает цепочка ионов?

3. Каким образом возникает трек альфа-частицы в камере Вильсона?

4. Одинаковая ли длина, толщина, направление и число треков альфа-частиц в каждом опыте?

5. Можно ли в камере наблюдать треки бета - и гамма-излучений? Чем они будут отличаться от треков альфа-частиц?


Отчет о выполнении лабораторной работы

1. № работы, наименование, цель, оборудование, запись наблюдений.

2. Вывод (согласно цели работы).

3. Ответы на контрольные вопросы.


Список литературы


Основные источники:

    1. Дмитриева, В.Ф. Физика для профессий и специальностей технического профиля [Текст]: учебник для образоват. учреждений нач. и сред. проф. образования / В.Ф. Дмитриева. – 3-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2011. – 448 с.

    2. Касьянов, В.А. Физика. 10 класс: Тетрадь для лабораторных работ [Текст] / В.А. Касьянов, В.А. Коровин. – М.: Дрофа, 2002. – 48 с.

    3. Касьянов, В.А. Физика. 11 класс: Тетрадь для лабораторных работ [Текст] / В.А. Касьянов, В.А. Коровин. – М.: Дрофа, 2002. – 48 с.

    4. Практикум по физике в средней школе [Текст]: Дидакт. Материал: пособие для учителя / под ред В.А. Бурова и Ю.И. Дика. - М.: Просвещение, 2006. – 191 с.


Дополнительные источники:

      1. Каменецкий, С.Е. Методика решения задач по физике в средней школе [Текст]: кн. для учителя/ С.Е. Каменецкий, В.П. Орехов. – 3-е изд., перераб. – М: Просвещение, 1987. – 336с.

      2. Рябоволов, Г.И. Сборник дидактических заданий по физике [Текст]: учебное пособие для техникумов/ Г.И. Рябоволов, Н.Р. Дадашева, П.И. Самойленко; под ред. П.И. Самойленко. – М: Высш. шк., 1990. – 512с.


Интернет-ресурсы:

  1. «Открытая физика» http://www.physics.ru/

  2. «Физика.ru» http://www.fizika.ru/

  3. Цифровая лаборатория «Архимед» (Лабораторные работы по физике)

http://www.9151394.ru/projects/arhimed/arhim1/cituo/lab_raboty_f.htm

  1. Виртуальные лаборатории (интерактивные модели различных процессов)

http://somit.ru/index_demo.htm, http://school-physics.spb.ru/tiki-index.php?page=virt


57 вебинаров для учителей на разные темы
ПЕРЕЙТИ к бесплатному просмотру
(заказ свидетельства о просмотре - только до 11 декабря)

Автор
Дата добавления 29.10.2016
Раздел Физика
Подраздел Другие методич. материалы
Просмотров66
Номер материала ДБ-298052
Получить свидетельство о публикации

Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.
Специальное предложение
Вверх