Лабораторные работы по учебной дисциплине "Естествознание" раздел Физика

 

 

Государственное бюджетное образовательное учреждение                          

      среднего    профессионального образования Ростовской области

            Донской техникум  кулинарного искусства и бизнеса .

 

 

 

 

 

 

 

 

Руководства по выполнению лабораторных работ                                           по учебной дисциплине ОДБ.6.

Естествознание, раздел ФИЗИКА

Для профессии НПО 260807.01 Повар,кондитер

 

                                

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                        Разработчик:

                                                                                         преподаватель высшей

                                                                                                     квалификационной категории

                                                                   Негодаев В.И.

 

 

 

                                                                  

 

 

2011 г.

Лабораторная работа №1:  Зависимость  силы трения от веса тела.

Цель работы:  разобраться в физической сущности понятий  «трение покоя» и «трение скольжения», выявить зависимость  силы трения скольжения от веса тела .

Оборудование:

динамометр,

тело  из известного материала, металл,  дерево лакированное.

лист картона,

Краткая теория

                  Сила трения-это сила ,возникающая при  смещении тел , направленная вдоль их поверхности и  противодействующая  смещению тел. Сила трения имеет электромагнитную природу и объясняется взаимодействием ядер атомов и электронов двух тел.

Различают :

трение покоя - это трение  препятствующее смещению тела,

трение скольжения - это трение возникающее при движении т.е. скольжении тела по  поверхности другого,

трение качения - это трение возникающее при качении  между колесом  и поверхностью.

                   Трение скольжения  (F_с) прямо  пропорционально силе прижимающей тело к поверхности ( N ) и зависит от  материала поверхности и её шероховатости.

F_c = µN  , где   µ -коэффициент трения ,   N -прижимающая сила

Роль прижимающей силы выполняет ,как правило ,сила тяжести, действующая на тело, движущееся  по горизонтальной поверхности.:

F=mg , где  m -масса тела,  g -ускорение свободного падения 9,8м/с²,

Поэтому трение скольжения вычисляется по формуле: F_c= µmg .

Эту формулу  можно использовать для расчета коэффициента трения скольжения ( µ ) :        µ= F_c/mg    или   µ= F_c/Р   

                                           Ход работы:

1.Измерить вес тела ( Р), (в покое он равен силе тяжести, действующей на тело F ).

2.Установить тело на поверхности  стола и при помощи динамометра сделать попытку медленно, без рывка , сдвинуть его с места,  при этом зафиксировать показания динамометра –это сила трения покоя  (F_п ).

3.Продолжить движение тела также медленно и равномерно ,зафиксировать силу трения - это трение скольжения ( F_c ).

4.Вычислить коэффициент  трения скольжения по формуле µ= F_c/Р  .

5.Все  измерения и вычисленное значение  µ , занести в таблицу.

6.Опыт повторить три раза. Найти средние значения силы трения покоя, скольжения, коэффициента трения .

7.Увеличивая вес тела  , проделать эксперимент по шагам  инструкции  2-3-4-5-6

8.Сделать вывод.

№ Опыта	Вес тела (Н)	Материал тела	Поверхность	Трение покоя(Н)     Fп	Трение скольжения(Н)       Fc	Коэффициент трения    µ
1			дерево
2			дерево
3			дерево
Среднее:			дерево
1			дерево
2			дерево
3			дерево
Среднее:			дерево
1			дерево
2			дерево
3			дерево
Среднее:			дерево

Контрольные вопросы: 1.Зависит ли сила трения от величины площади поверхности тела?

                                                  2.Как увеличить трение на  скользкой  дороге?

                                                  3.Как уменьшить трение в электроприводе мясорубки?

                                                  4.Изменится ли коэффициент трения, если увеличить массу тела?

                                                  

                                         

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лабораторная работа №2. Определение ускорения свободного падения методом маятника.

Цель: закрепить измерительные и расчетные навыки, выявить зависимость периода колебаний маятника от длины нити, научиться применять теоретические знания  в практике –определение ускорения свободного падения.

 

Оборудование: штатив, шарик на нити, линейка, секундомер.

Краткая  теория

.           Периодом называют время полного колебания маятника.Период  колебаний  ()  математического маятника  (подобно ему ведет себя шарик на нити) ,прямо пропорционален  корню квадратному из отношения длины маятника () к ускорению свободного падения ( g )

     - это формула Гюйгенса  ,отсюда  ускорение свободного падения равно        ,   где период колебаний  маятника   

подставим  его значение в вышевыведенную  формулу, получим:

                                          

Ход работы

1.Закрепить нить с шариком в штативе и измерить длину  нити .

2.Отвести  шарик от положения равновесия на угол 10^о-15^о и отсчитать время ( t )  ,допустим ,10 колебаний ( n )..Данные записать в таблицу.

3.Расчитать период колебаний этого маятника: . Записать в таблицу.

 4.Расчитать ускорение свободного падения  .

5.Найти абсолютную погрешность  Δ ,вычитая из табличного значения _таб.=9,8м/с²   рассчитанное  значение ускорения  .           

6.Найти относительную погрешность   .         

7.Все измерения и вычисления занести в таблицу.

8.Опыт провести  ещё трижды, меняя длину нити ..

9.Построить график зависимости периода колебаний  от длины нити, взяв длину нити по оси  Y  ,а период по оси  X..

10.Сделать  вывод, проанализировав график.

11.Расчитать среднее ускорение свободного падения, абсолютную и относительную погрешность. Сделать вывод.

 

№ опыта	(м)	n	t (c)	T(с)	(м/с2)	таб(м/с2)	Δ(м/с2)	%
1	0,36					9,8м/с2
2	0,64					9,8м/с2
3	0,81					9,8м/с2
4	1,21
Среднее	--------	-------	-------	--------		9,8м/с2

Контрольные вопросы:

1.Где на Земле ускорение свободного падения наибольшее?         

 2.Как изменится точность  показаний часов-ходиков (часы с мятником) при  перемещении их  из Ростова в Браззавиль,

Лабораторная № 3.Сборка электрической цепи и измерение напряжения и силы тока на её участках.

 

Цель работы: научиться  собирать последовательную и параллельную электрическую цепь, научиться определять цену деления прибора, научиться измерять силу тока в цепи и напряжение на  элементах цепи., закрепление навыков безопасности при  работе с электрическим током.

 

Оборудование: проволочные сопротивления 1 Ом,  2Ом ,

Реостат  6 Ом,

амперметр,

вольтметр,

источник постоянного тока-6В,

соединительные провода,

выключатель.

Ход работы.

А.Сборка и исследование последовательной цепи.

1.Собрать электрическую цепь, последовательно включив  источник тока, выключатель ,амперметр ,два проволочных сопротивления 1Ом и 2Ом, реостат, установить ползунок реостата на средину  обмотки.

 

 

 

 

 

2.Замкнуть цепь. Измерить  силу тока в цепи ,записать показания ( I₁ )  в табл.1.

Табл.1                                                     Табл.2

I1 (А)			U1 (В)
I2			U2
I3			U3
I4			U4

№ изм	Сопротивление	Напряжение (B)	Сила тока ( A)
1	Миним
2
3	Максим

 

3.Отключить амперметр и  присоединить его  между проволочными   сопротивлениями ,измерить силу тока ( I₂ ),затем между  проволочным сопротивлением и реостатом (I₃),между источником тока и реостатом (I₄).   (Ползунок реостата не трогать.)

 

4.Сравнить силы тока в  четырёх точках измерения последовательной цепи  и сделать вывод.

 

5.Оставив включенным амперметр в цепи, измерить напряжение  (U₁ ) на  первом сопротивлении R₁, напряжение (U₂)на втором R₂,  напряжение( U₃ ) на  реостате  и напряжение ( U₄ ) на концах цепи т.е. на источнике тока. Сравнить  значения напряжения и сделать вывод.

 

6.  Оставить  вольтметр подключенным к источнику и   изменить сопротивление  цепи путем передвижения  ползунка реостата, устанавливая  ползунок реостата в  трёх позициях (начало реостата ,в средине и в конце ) измерить силу тока в цепи  ( I₁ ) ( I₂ ) ( I₃ ) и напряжение ( U₁ ) ( U₂ ) ( U₃ ) на источнике тока. Занести в табл.2.

Сделать вывод о зависимости силы тока от сопротивления цепи.

В.Сборка и исследование параллельной цепи.

 

7.Собрать параллельную цепь. Измерить силу тока в цепи до разветвления ( I ),  и в каждой ветви ( I₁ ), ( I₂ ),.Внести показания в табл.3,сравнить и сделать вывод.

 

 

 

8.Измерить  величины напряжения  на концах параллельного участка( U )  и на каждой ветви, ( U₁ ) ( U₂ ), Внести  показания в табл.3 ,сравнить их и 

сделать вывод.  

 

Табл.3

Точки  измерения	Сила тока  ( I ) A	Напряжение (U) B
АВ
R1
R2

 

 

Контрольные вопросы:

1.Для чего необходимо заземлять  электрооборудование на предприятиях общественного питания и причем здесь закон Ома?

 

2.Какие сплавы с высоким удельным сопротивлением применяют для получения тепла в электронагревательном оборудовании для приготовления пищи и какое отношение к этому имеют  англичанин Джоуль и  русский ученый Ленц?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лабораторная работа № 4   Наблюдение явления интерференции  и дифракции света.

Цель работы: экспериментально изучить явление интерференции и дифракции света,выявить условия возникновения этих явлений и характер распределения  световой энергии в пространстве..

Оборудование: электрическая лампа с прямой нитью накала (одна на класс), две стеклянные пластинки, ПВХ трубка, стакан с раствором мыла, кольцо проволочное с ручкой диаметром 30 мм., лезвие, полоска бумаги ¼ листа, капроновая ткань.

 

Краткая теория

Интерференция  и дифракция – это  явления характерное для волн любой природы: механических, электромагнитных.                                                                                                                                            Интерференция волн – сложение в пространстве двух (или нескольких) волн, при котором в разных его точках получается усиление или ослабление результирующей волны.                                                Интерференция наблюдается при наложении волн, испущенных одним и тем же источником света, пришедших в данную точку разными путями. Для образования устойчивой интерференционной картины необходимы когерентные волны -  волны, имеющие одинаковую частоту и постоянную разность фаз. Когерентные волны можно получить на тонких пленках оксидов,жира, ,на воздушном клине-зазоре между двумя прозрачными стеклами ,прижатых друг к другу.

 Амплитуда результирующего смещения в точке С зависит от разности хода волн на расстоянии d2 – d1.  

Условие максимума-(усиления колебаний):разность хода волн равна четному числу полуволн

где k=0; ± 1; ± 2; ± 3;…

Волны от источников А и Б придут в точку С в одинаковых фазах и “усилят друг друга.

           Если же разность  хода равна нечётному  числу полуволн, то  волны ослабят друг друга и в точке их встречи будет наблюдаться минимум.

 

     

  При  интерференция света  происходит пространственное перераспределение энергии  световых волн..                                                                                              

              Дифракция – явление отклонения волны от прямолинейного распространения при прохождении через малые отверстия и огибании волной малых препятствий.

Дифракция объясняется принципом Гюйгенса –Френеля: каждая точка препятствия,до которого дошла аолна,становится источником вторичныхволн,когерентных,которые распространяются за края препятствия и интерферируют друг с другомЮобразуя устойчивую интерференционную картину-чередование максимумов и минимумов освещенности,радужно окрашенных в белом свете.                                                                          Условие проявления дифракции:  Размеры препятствий (отверстий) должны быть меньше или соизмеримы с длиной волны.Дифракция наблюдается на тонких нитях,царапинах на стекле,на щели-вертикальном прорезе в листе бумаги,на ресницахна капельках воды на запотевшем стекле,на кристалликах льда в облаке или на стекле,на щетинках хитинового покрова насекомых,на перьях птиц,на CD-дисках,обёрточной бумаги.,на дифракционной решетке.,

      Дифракционная решетка – оптический прибор, представляющий собой периодическую структуру из большого числа регулярно расположенных элементов, на которых происходит дифракция света. Штрихи с определенным и постоянным для данной дифракционной решетки профилем повторяются через одинаковый промежуток d (период решетки). Способность дифракционной решетки раскладывать падающий на нее пучек света по длинам волн является ее основным свойством. Различают отражательные и прозрачные дифракционные решетки. В современных приборах применяют в основном отражательные дифракционные решетки.

 

Ход работы:

Задание 1.  А) Наблюдение  интерференции на тонкой пленке:

Опыт 1. Опустите проволочное кольцо в мыльный раствор. На проволочном кольце получается мыльная плёнка.

           Расположите её вертикально. Наблюдаем светлые и тёмные горизонтальные полосы, изменяющиеся по ширине  и по цвету по мере изменения толщины пленки.

Запишите,сколько наблюдается полос и как чередуются цвета в них?

   Опыт 2. С помощью ПВХ- трубки выдуйте мыльный пузырь и внимательно рассмотрите его. При освещении его белым светом наблюдайте образование цветных интерференционных колец, окрашенных в спектральные цвета.

Какие цвета доступны наблюдению в пузыре  и как они чередуются  сверху вниз?

Б) Наблюдение  интерференции  на воздушном клине:

   Опыт 3. Тщательно протрите две стеклянные пластинки, сложите вместе и сожмите пальцами. Из-за неидеальности формы соприкасающихся поверхностей между пластинками образуются тончайшие воздушные пустоты-это воздушные клинья,на них возникает интерференция . При изменении силы, сжимающей пластинки,изменяется толщина воздушного клина ,что приводит к изменению расположения и формы  интерференционных максимумов и минимумов .

       Зарисуйте увиденные вами

Задание 2.Наблюдение дифракции света.

   Опыт 4. Лезвием прорезаем щель в листе бумаги, прикладываем  бумагу к глазам и смотрим сквозь щель на источник света-лампу. Наблюдаем максимумы и минимумы освещенности. Зарисовать увиденную картину.

Деформируя бумагу уменьшаем ширину щели. Как изменилась дифракционная картина? 

   Опыт 5. Посмотрите сквозь 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. Объясните наблюдаемые явления.

Контрольные вопросы:

1. Что такое свет?
2. Что называют интерференцией света? Каковы условия максимума и минимума при интерференции?