Методические рекомендации для проведения практических работ по физике студентов 1 курса

департамент образования города москвы

государственное БЮДЖЕТНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОе

образовательное учреждение ГОРОДА МОСКВЫ

«ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ колледж № 34»

методические рекомендации по выполнению Практических работ по
УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНе

ОУД.09 Физика

29.02.04 «Конструирование, моделирование и технология швейных изделий»

09.02.07 «Информационные системы и программирование»

10.02.01 «Организация и технология защиты информации»

Москва

2017/2018 г.

ОДОБРЕНЫ Предметной (цикловой) Комиссией «Общеобразовательных естественнонаучных дисциплин»	Разработаны на основе  рабочей программы учебной дисциплины ОУД.09 Физика
Протокол № 1 От «31» августа 2017г.	29.02.04 «Конструирование, моделирование и технология швейных изделий», 09.02.07 «Информационные системы и программирование», 10.02.01 «Организация и защита информации»                    (код, наименование специальности)

Автор

ГБПОУ ТК№34, Башарина И.В., преподаватель, высшей квалификационной категории

(ГБПОУ  ТК № 34, Ф.И.О., ученая степень, звание, должность,)

Содержание:

1.       Введение

2.       Требования к выполнению практических работ»

3.       ПР №1 «Определение кинематических величин»

4.       ПР №2 «Принцип суперпозиции сил»

5.       ПР №3 «Виды сил в природе»

6.       ПР №4 «Исследование движения тела под действием постоянной силы»

7.       ПР № 5 «Изучение закона сохранения импульса»

8.       ПР № 7 «Изучение закона сохранения энергии»

9.       ПР №8 «Сравнение работы силы с изменением кинетической энергии тела»

10.   ПР №9 «Применение уравнения МКТ идеального газа к решению задач»

11.   ПР №10 «Работа с графиками изопроцессов»

12.   ПР № 11«Экспериментальная проверка закона Гей-Люссака»

13.   ПР № 12 «Законы термодинамики»

14.   ПР № 13«Измерение влажности воздуха»

15.   ПР № 14«Измерение коэффициента поверхностного натяжения»

16.   ПH № 15 «Механические свойства твердых тел»

17.   ПР № 16 «Применение закона Кулона к решению задач»

18.   ПР № 17 «Работа электрического поля по перемещении задач»

19.   ПР № 18 «Соединения проводников»

20.   ПР № 19 «Изучение закона Ома для участка цепи»

21.   ПР № 20 «Измерение ЭДС и внутреннего сопротивления источника напряжения»

22.   ПР № 21 «Действия магнитного поля на ток»

23.   ПР № 22 «Наблюдение действия магнитного поля на ток»

24.   ПР № 23 «Изучение явления электромагнитной индукции»

25.   ПР № 24 «Изучение зависимости периода колебаний нитяного маятника от длины нити»

26.   ПР № 25 «Характеристики упругих волн»

27.   ПР № 26 «Законы отражения и преломления света»

28.   ПР № 27«Измерение показателя преломления стекла»

29.   ПР № 28 «Свойства световых волн»

30.   ПР № 29 «Наблюдение сплошного и линейчатого спектров»

31.   ПР № 30 «Уравнение фотоэффекта»

32.   ПР № 31 «Энергия связи. Связь массы и энергии»

33.   Расчет погрешностей измерений

34.   Список рекомендованной литература

Введение.

Практические работы проводятся по мере прохождения студентами теоретического материала  в следующей последовательности:

- вводная беседа, во время которой кратко напоминаются теоретические вопросы по теме работы, разъясняется сущность, цель выполнения работы;

- самостоятельное выполнение заданий;

- защита практической работы в форме собеседования.

Практическая работа может  выполняться как индивидуально, так и в парах.

Цель методических рекомендаций по выполнению практических работ по дисциплине «Физика»:

-                   организация выполнения практических работ, предусмотренных учебным планом специальности и рабочей программой;

-                   формирование и закрепление навыков работы по решению задач и навыков работы с лабораторным оборудование;

-                   формирование навыков работы самостоятельной работы студентов со справочной литературой;

-                   формирование общеучебных и общепрофессиональных компетенций студентов.

Весь процесс выполнения практических работ включает в себя теоретическую подготовку, ознакомление с приборами и сборку схем, числовую обработку результатов выполнения практической работы.

Требования к знаниям и умениям при выполнении практических работ обучающимися.

Умения:
применять различные методы к решению задач; проводить наблюдения, планировать и выполнять эксперименты, выдвигать гипотезы и строить модели, применять полученные знания по физике для объяснения разнообразных физических явлений и свойств веществ; практического использования физических знаний; оценивать достоверность информации;
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;

Результаты:

личностные:

-                   чувство гордости и уважения к истории и достижениям отечественной физической науки; физически грамотное поведение в профессиональной деятельности и быту при обращении с приборами и устройствами;

-                   готовность к продолжению образования и повышения квалификации в избранной профессиональной деятельности и объективное осознание роли физических компетенций в этом;

-                   умение использовать достижения современной физической науки и физических технологий для повышения собственного интеллектуального развития в выбранной профессиональной деятельности;

-                   умение самостоятельно добывать новые для себя физические знания, используя для этого доступные источники информации;

-                   умение выстраивать конструктивные взаимоотношения в команде по решению общих задач;

-                   умение управлять своей познавательной деятельностью, проводить самооценку уровня собственного интеллектуального развития;

метапредметные:

-                   использование различных видов познавательной деятельности для решения физических задач, применение основных методов познания (наблюдения, описания, измерения, эксперимента) для изучения различных сторон окружающей действительности;

-                   использование основных интеллектуальных операций: постановки задачи, формулирования гипотез, анализа и синтеза, сравнения, обобщения, систематизации, выявления причинно-следственных связей, поиска аналогов, формулирования выводов для изучения различных сторон физических объектов, явлений и процессов, с которыми возникает необходимость сталкиваться в профессиональной сфере;

-                   умение генерировать идеи и определять средства, необходимые для их реализации;

-                   умение использовать различные источники для получения физической информации, оценивать ее достоверность;

-                   умение анализировать и представлять информацию в различных видах;

-                   умение публично представлять результаты собственного исследования, вести дискуссии, доступно и гармонично сочетая содержание и формы представляемой информации;

предметные:

-                   сформированность представлений о роли и месте физики в современной научной картине мира; понимание физической сущности наблюдаемых во Вселенной явлений, роли физики в формировании кругозора и функциональной грамотности человека для решения практических задач;

-                   владение основополагающими физическими понятиями, закономерностями, законами и теориями; уверенное использование физической терминологии и символики;

-                   владение основными методами научного познания, используемыми в физике: наблюдением, описанием, измерением, экспериментом;

-                   умения обрабатывать результаты измерений, обнаруживать зависимость между физическими величинами, объяснять полученные результаты и делать выводы;

-                   сформированность умения решать физические задачи;

-                   сформированность умения применять полученные знания для объяснения условий протекания физических явлений в природе, профессиональной сфере и для принятия практических решений в повседневной жизни;

-                   сформированность собственной позиции по отношению к физической информации, получаемой из разных источников.

        Студент должен выполнять практические работы в соответствии с изучаемыми темами. Каждый студент после выполнения работы должен представить отчет о проделанной работе с анализом полученных результатов и выводом по работе. Отчет о проделанной работе следует делать в рабочих тетрадях, аккуратно оформленным. С соблюдением основных правил выполнения схем, рисунков, графиков, таблиц. Содержание отчета указано в описании практической работы. Таблицы и рисунки следует выполнять с помощью чертежных инструментов (линейки, циркуля и т. д.) карандашом
Расчет следует проводить с точностью до двух значащих цифр.
В Приложении 1 указаны правила расчета погрешностей измерений.

Критерии оценки практической работы.

Практические занятия оцениваются преподавателем, исходя из следующих критериев успешности работ:

1) соответствие содержания работы заданной теме и оформление в соответствии с существующими требованиями;

2) логика изложения, взаимосвязь структурных элементов работы;

3) объем, характер и качество использованных источников;

4) обоснованность выводов, их глубина, оригинальность;

5) теоретическая и методическая достаточность, стиль и качество оформления компьютерной презентации

Оценка «5» (отлично) ставится, если обучающийся выполняет работу в полном объеме с соблюдением необходимой последовательности проведения опытов и измерений; самостоятельно и рационально монтирует необходимое оборудование; все опыты проводит в условиях и режимах, обеспечивающих получение правильных результатов и выводов; соблюдает требования правил безопасного труда; в отчете правильно и аккуратно выполняет все записи, таблицы, рисунки, чертежи, графики, вычисления; правильно выполняет анализ погрешностей.

- в отчете правильно и аккуратно выполнены все записи, таблицы, рисунки, чертежи, графики, вычисления;

- правильно выполнен анализ погрешностей.

Оценка «4» (хорошо) ставится в том случае, если были выполнены требования к оценке «5», но допущены недочеты или негрубые ошибки.

Оценка «3» (удовлетворительно) ставится, если результат выполненной части таков, что позволяет получить правильные выводы, но в ходе проведения опыта и измерений были допущены ошибки.

Оценка «2» (неудовлетворительно) ставится, если результаты не позволяют сделать правильных выводов, если опыты, измерения, вычисления, наблюдения производились неправильно.

Техника безопасности при выполнении практических занятий.

Перед началом практического занятия:

1. Внимательно прослушайте вводный инструктаж преподавателя о порядке и особенностях выполнения практического занятия.

2. Внимательно изучите методические указания к работе, которую выполняете и строго руководствуетесь.

3. Подготовьте рабочее место для безопасной работы: уберите его, если на нем находятся посторонние предметы;

4. Проверьте и подготовьте к работе, согласно методическим указаниям, необходимые инструменты и принадлежности.

Во время работы:

1. Выполняйте только ту работу, которая разрешена преподавателем.

2. За разъяснениями по всем вопросам выполнения практического занятия обращайтесь к преподавателю.

3. Будьте внимательны и аккуратны. Не отвлекайтесь сами и не отвлекайте других. Не вмешивайтесь в процесс работы других обучающихся, если это предусмотрено инструкцией

По окончании работы:

1. Наведите порядок на рабочем месте и сдайте его преподавателю;

2. Сдайте преподавателю учебную литературу и инструменты.

При выполнении работы строго запрещается:

1. Бесцельно ходить по кабинету и лаборатории.

2. Покидать помещение кабинета (лаборатории)  в рабочее время без разрешения преподавателя.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 1.

Тема: «Определение кинематических величин»

Цель:научиться применять основные формулы равнопеременного движения при расчете основных кинематических величин для различных случаев движения.

Порядок выполнения работы:

1. Внимательно прочитать теоретическую часть по теме в учебнике

2. Рассмотреть примеры решения задач

3. Ответить на контрольные вопросы практической работы

4. Получить и выполнить индивидуальные задания.

План решения задач.

1. Внимательно прочитать задачу, проанализировать условие, выяснить характер движения (равномерное, равноускоренное, прямолинейное, криволинейное).

Выписать числовые значения заданных величин.

2. Сделать схематический чертеж, отображающий описанное в задаче движение. Изобразить на нем траекторию движения, векторы скорости, ускорения, перемещения.

3. Выбрать систему координат, при этом координатные оси направить так, чтобы проекции векторов на них выражались возможно более простым образом.

Отметить координаты движущегося тела в заданные и интересующие нас моменты времени, спроектировать векторы скоростей и ускорений на оси координат.

4. Составить для данного движения уравнения, отражающие математическую связь между проекциями векторов на оси координат.

Составить уравнения, отражающие дополнительные условия задачи. Число уравнений должно быть равно числу неизвестных величин.

5. Решить составленную систему уравнений относительно искомых величин и получить ответ сначала в аналитическом виде (т.е. получить расчетные формулы).

6. Подставить в расчетные формулы вместо обозначений физических величин обозначения их единиц в СИ, произвести преобразования и убедиться, получаются ли в результате единицы искомых величин.

7. Подставить в расчетные формулы числовые значения физических величин и произвести вычисления. Оценить реальность полученного результата.

Контрольные вопросы для самопроверки

1.     Какое движение называется механическим?

2.     Какое тело можно считать материальной точкой?

3.     Чем различаются понятия «система отсчета» и «система координат»?

4.     Что такое траектория движения?

5.     Что такое вектор перемещения?

6.     Что характеризует скорость движения тела?

7.     Как направлен вектор мгновенной скорости?

8.     Какое движение называют прямолинейным?

9.     Что характеризует ускорение?

10. Что характеризует тангенциальное и нормальное ускорение? Как они направлены?

11. Какое прямолинейное движение называют равноускоренным; равнозамедленным?

12. Дайте определение ускорения свободного падения.

13. Чем отличается падение тел в воздухе от падения в вакууме?

14. По какой траектории движется тело, брошенное под углов к горизонту?

15. Как влияет сила сопротивления воздуха на дальность полета снарядов?

16. Что такое период движения?

17. Дайте определение угловой скорости.

18. Почему равномерное движение по окружности является ускоренным?

19. Чему равно центростремительное ускорение и куда оно направленно?

20. Какая связь существует между линейной и угловой скоростями?

Задания к практической работе №1

Вариант №1

1.     Тело движется равноускоренно с ускорением 1 м/с². Начальная скорость равно нулю. Какова скорость тела через 5с после начала движения?

2.     Велосипедист движется под уклон с ускорением 0,1 м/с² . Какая скорость будет через 30 с, если его начальная скорость 5 м/с?

3.     Тело движется прямолинейно. В начале и в конце движения модуль скорости одинаков. Могло лм тело двигаться с постоянным ускорением?

Вариант №2

1.     С каким ускорением движется трогающийся с места трамвай, если он набирает скорость 36км/ч за 25 с?

2.     Автомобиль через 10 с приобретает скорость 20 м/с. С каким ускорением двигался автомобиль? Через какое время его скорость станет равной 108 км/ч, если он будет двигаться с тем же ускорением?

3.     Поезд движется с ускорением а(а0). Известно, что к концу четвертой секунды скорость поезда равно 6 м/с. Что можно сказать о пути, пройденном за четвертую секунду: будет этот путь больше, меньше или равен 6м?

Вариант №3

1.     Поезд, отходя от станции, набирает скорость 15 м/с за 1 мин. Каково его ускорение?

2.     Отъезжая от остановки, автобус за 10 с развил скорость 10 м/с. Определите ускорение автобуса. Каким будет ускорение автобуса в системе отсчета, связанной с равномерно движущимся автомобилем, проезжающим мимо остановки автобуса со скоростью 15 м/с?

3.     Два поезда идут навстречу друг другу: один – разгоняется в направлении на север; другой – тормозит в южном направлении. Как направлены ускорения поездов?

Вариант №4

1.     За какое время автомобиль, трогаясь с места с ускорением 0,5 м/с² , приобретает скорость 20 м/с ?

2.     Тело движется равноускоренно. Сколько времени оно будет двигаться в том же направлении, что и в начальный момент, если u_0х= 20 м/с, а_х= - 4 м/с²?

3.     Ось ОХ направлена вдоль траектории прямолинейного движения тела. Что вы можете сказать о движении, при котором: а)u_х<0 , а_х>0; б) u_х<0, а_х<0; в) u_х>0, а_х=0

Вариант №5

1.     Зависимость скорости от времени при разгоне автобуса задана формулой u_х=0,6t. Найти скорость автобуса через 5 с.

2.     За 1-ю секунду равноускоренного движения скорость тела увеличилась с 3 м/с до 5м/с. Каково ускорение тела? Какой станет скорость к концу 3-й секунды?

3.     Ось ОХ направлена вдоль траектории прямолинейного движения тела. Что вы можете сказать о движении, при котором: а)u_х>0 , а_х>0; б) u_х>0, а_х<0; в) u_х<0, а_х=0

Вариант №6

1.     Скорость автомобиля за 10 с уменьшилась 54 км/ч до 36 км/ч. Определите ускорение автомобиля.

2.     Тело движется равноускоренно без начальной скорости. Через 7 с после начала движения u_х = 6 м/с. Как найти скорость тела в конце 14-ой секунды после начала движения, не вычисляя ускорения?

3.     Нет ли ошибки в следующем описании прямолинейного движения: на первом этапе движения u_х>0, а_х=0; на втором - u_х>0 , а_х>0; на третьем - u_х<0 , а_х>0; и наконец, на четвертом этапе u_х<0, а_х=0? Обоснуйте свой ответ.

Вариант №7

1.     Какой путь прошел вагон поезда за 15 с, двигаясь с ускорением 0,3 м/с² , если его начальная скорость была 1 м/с?

2.     Двигаясь равноускоренно вдоль прямой, за 20 с тело прошло путь 6 м. В процессе движения скорость тела возросла в 5 раз. Определите начальную скорость тела.

3.     Самолет затрагивает на разбег 24 с. Рассчитайте длину разбега самолета и скорость в момент отрыва, если на половине длины разбега он имел скорость, равную 30 м/с.

Вариант №8

1.     Гору длиной 50 м лыжник прошел за 10 с, двигаясь с ускорением 0,4 м/с².Чему равна скорость лыжника в начале пути?

2.     Шарик, скатываясь по наклонной плоскости из состояния покоя, за первую секунду прошел путь 10 см. Какой путь он пройдет за первые 3 с?

3.     Поезд, трогаясь из состояния покоя, движется равноускоренно. На первом километре скорость поезда возросла на 10 м/с. На сколько возрастет скорость на втором километре пути?

Вариант №9

1.     Автомобиль начинает движение из состояния покоя с постоянным ускорением. За первые 10 с он проходит путь 150 м. Чему равно ускорение тела автомобиля?

2.     Шайба скользит до остановки 5 м, если ей сообщить начальную скорость 2 м/с. Какой путь пройдет до остановки шайба, если ей сообщить начальную скорость 4 м/с? Ускорение шайбы постоянно.

3.     В течение 6 с тело движется равнозамедленно, причем в начале шестой секунды его скорость 2 м/с, а в конце – равна нулю. Какова длина пути, пройденного телом?

Вариант №10

1.     Автомобиль, двигаясь равноускоренно с начальной скоростью 5 м/с, прошел за первую секунду путь 6 м. Найдите ускорение автомобиля.

2.     В конце уклона лыжник развил скорость 8 м/с. Найдите начальную скорость лыжника и ускорение, с которым он двигался, если весь уклон длиной в 100м он прошел за 20 с.

3.     За первую секунду равнозамедленного движения автомобиль прошел половину тормозного пути. Определите полное время торможения.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 2.

Тема: «Принцип суперпозиции сил»

Цель: научиться применять принцип суперпозиции сил в динамике.

Порядок выполнения работы:

1. Внимательно прочитать теоретическую часть по теме в учебнике

2. Рассмотреть примеры решения задач

3. Ответить на контрольные вопросы практической работы

4. Получить и выполнить индивидуальные задания.

Образовательные результаты:

Студент должен

уметь: пользоваться транспортиром, таблицей Брадиса, масштабом, извлекать корень

знать: теорему косинусов, что такое равнодействующая двух сил, теорему Пифагора

Обеспеченность занятия мультимедийный проектор, карточки, таблица Брадиса

- методические указания по выполнению практического занятия

- рабочая тетрадь, тетрадь для практических работ, транспортир, карандаши простой, красный, линейка, ластик

Порядок проведения занятия:

Для выполнения практической работы учебная группа распределяется по индивидуальным вариантам
Теоретическое обоснование: при определении равнодействующей нескольких сил, приложенных к материальной точке под угломa необходимо произвести геометрическое построение для нахождения искомой равнодействующей силы. Это сумма двух заданных сил. Переносим силы, совмещая начало силы 2 с концом силы 1. Проще всего это построение выполнить в виде параллелограмма. Часто его так и называют: "параллелограмм сил". Диагональ параллелограмма является равнодействующей

Определим R из треугольника АОВ, по теореме косинусов имеем:

угол a острый угол, а угол при вершине А равен

75° + 45° = 120°Угол a равен углу при вершине «С» - a,

но сумма углов четырёхугольника равна 360°, следовательно

2a = 360° - 240° = 120°, откуда a = 60°, таким образом

Задачи практической работы:

определить равнодействующую двух сил,  приложенных к материальной точке под углом α. Задачу решить графически и аналитически.

Пример выполнения и оформления

Дано:

F₁= 5 Н

F₂= 7 Н

α = 135°

___________________

R-?

1.    Графический метод решения

2.    Выбрать масштаб, например, М:1н = 0,1см или 1 см

3.    Строим угол ОАВ = 135 °с помощью транспортира со сторонами F₁= 5см иF₂= 7см (в масштабе), рис.1

4.    Достраиваем этот угол до параллелограмма ОАNВ. Проводим диагональ ОN. Это и есть равнодействующая двух сил R, рис.2

5.    Линейкой измеряем равнодействующую ОN= R, переводим в ньютоны, согласно масштаба, рис.3

Рис.1

рис.2

Рис.3

2. Аналитический расчёт

1. Применяя теорему косинусов, рассчитываем равнодействующую R, подставив числовые значения

R= +Cos135°

2. Косинус угла α= 135° соответствует углу α=(180-135=45°). По таблице Брадиса узнаём его числовое значение 0,707107

3. Делаем вывод – сравнивая графический результат равнодействующей R и аналитический расчет.

Задание к практической работе:

Выполнить расчет равнодействующей силы графическим и аналитическим способом

Группа 1 Дано: F1= 3 Н F2= 5 Н α = 60° ___________________ R-?

Группа 2 Дано: F1= 1 Н F2= 8 Н α = 80° ___________________ R-?

Группа 3 Дано: F1= 2 Н F2= 8 Н α = 75° ___________________ R-?

Группа 4 Дано: F1=4 Н F2= 7 Н α = 54° ___________________ R-?

Группа 5 Дано: F1= 2 Н F2= 3 Н α = 125° ___________________ R-?

Группа 6 Дано: F1= 7 Н F2= 7 Н α = 150° ___________________ R-?

Группа 7 Дано: F1= 4 Н F2= 6 Н α = 120° ___________________ R-?

Группа 8 Дано: F1= 9 Н F2= 8 Н α =35° ___________________ R-?

Группа 9 Дано: F1= 2 Н F2= 5 Н α = 45° ___________________ R-?

Группа 10 Дано: F1= 6 Н F2= 5 Н α = 15° ___________________ R-?

Группа 11 Дано: F1= 8Н F2= 3 Н α = 110° ___________________ R-?

Группа 12 Дано: F1= 9 Н F2= 2 Н α = 55° ___________________ R-?

Группа 13 Дано: F1= 1 Н F2= 4 Н α = 148° ___________________ R-?

Группа 14 Дано: F1= 2 Н F2= 8 Н α = 29° ___________________ R-?

Группа 15 Дано: F1= 6 Н F2= 2 Н α =118° ___________________ R-?

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 3.

Тема: «Виды сил в природе»

Цель: научиться вычислять силы в динамике.

Задание: 1) ответьте на вопросы; 2) прорешайте пять любых задач из первого или второго уровня

Вопросы:

1.Результат действия силы зависит от

__________________________________________________

2. Ответьте на вопросы:

1) Приведите примеры, показывающие, что скорость тела меняется

вследствие действия на него другого тела.

2) Какие тела взаимодействуют

а) при падении камня

б) при движении спутника в) при движении парусной лодки

3.Заполните пропуски, чтобы получилось правильное утверждение.

Камень падает на Землю потому, что

__________________________________________________________________

Камень тоже ____________________________ Землю. Силы взаимодействия

между камнем и Землей – это силы

__________________________________________________________________

4. Заполните пропущенные слова:

Сила тяжести прямо пропорциональна __________________ . Во сколько раз

масса одного тела больше массы другого тела, во столько же раз

__________________________________________________________________

5. Заполните пропущенные слова.

Причиной возникновения сил упругости является взаимодействие

___________________________________

На малых расстояниях молекулы

__________________________________________________________________

а на больших - _____________________________________________________

6. Ответьте на вопросы

Какие бывают виды деформаций? __ _________________________________

7. Ответьте на вопросы:

а) чем отличается вес от силы тяжести?

б) на какие тела действует каждая

сила?

в) приведите примеры, когда вес тела равен

нулю

8. Запишите определение:

За единицу силы принимают _________________________. Эта единица

называется ____________ . Сокращенно _______ .

9. Допишите предложения.

1 Н приблизительно равен силе тяжести, действующей на тело

массой________________________,

значит на тело массой 1 кг действует сила тяжести равная _________________ .

Следовательно, чтобы определить силу тяжести, действующую на тело любой

массы, надо __________________________________________________________

Это является основанием записать формулу:

___________________, где g = 9,8 Н/кг

10. Допишите предложение.

Если опора неподвижна и расположена горизонтально относительно Земли, то вес тела равен

__________________________________________________________________

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 4.

Тема: «Исследование движения тела под действием постоянной силы».

Цель работы: опытным путем выяснить, как зависит сила трения скольжения от силы нормального давления. Определить коэффициент трения дерева по дереву.

Оборудование: динамометр, деревянный брусок, деревянная линейка или деревянная плоскость, набор грузов по 100 г.

Ход работы

1. Определите цену деления шкалы динамометра.

2. Определите массу бруска. Подвесьте брусок к динамометру, показания динамометра - это вес бруска. Для нахождения массы бруска разделите вес

на g. Принять g=10 м/с².

2. Положите брусок на горизонтально расположенную деревянную линейку. На брусок поставьте груз 100 г.

3. Прикрепив к бруску динамометр, как можно более равномерно тяните его вдоль линейки. Запишите показания динамометра, это и есть величина силы трения скольжения.

4. Добавьте второй, третий, четвертый грузы, каждый раз измеряя силу трения. С увеличением числа грузов растет сила нормального давления.

5. Результаты измерений занесите в таблицу.

№ опыта	Масса бруска, m1 , кг	Масса груза, m2 , кг	Общий вес тела  (сила нормального давления), Р=N=(m1+m2)g, Н	Сила трения, Fтр, Н	Коэффициент трения, μ	Среднее значение коэффициента трения, μср
1
2
3
4
5

Сделайте вывод: зависит ли сила трения скольжения от силы нормального давления, и если зависит, то как?

6. В каждом опыте рассчитайте коэффициент трения по формуле:μ= . Принять g=10 м/с². Результаты расчётов занести в таблицу.

7. По результатам измерений постройте график зависимости силы трения от силы нормального давления.

При построении графика по результатам опытов экспериментальные точки могут не оказаться на прямой, которая соответствует формуле. Это связано с погрешностями измерения. В этом случае график надо проводить так, чтобы примерно одинаковое число точек оказалось по разные стороны от прямой. После построения графика возьмите точку на прямой (в средней части графика), определите по нему соответствующие этой точке значения силы трения и силы нормального давления и вычислите коэффициент трения. Это и будет средним значением коэффициента трения.

Запишите его в таблицу.

8. Исходя из цели работы, сделайте и запишите вывод по лабораторной работе.

9. Ответьте на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы.

1. Что называется силой трения?

2. Какова природа сил трения?

3. Назовите основные причины, от которых зависит сила трения?

4. Перечислите виды трения.

5. Можно ли считать явление трения вредным? Почему?

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 5.

Тема: «Применение закона сохранения механической энергии»

Цели:

- на примере конкретных задач рассмотреть понятия работы, потенциальной кинетической энергии;

- проанализировать границы применимости законов сохранения механической энергии на конкретных примерах.

Ход занятия

В ходе проведения занятия учащимся предлагается несколько задач по возрастанию сложности. Для решения задачи рекомендуется выполнить следующие действия.

- Выбрать тела, которые Вы включите в систему, для которой будете использовать законы сохранения.

- Выбрать систему отсчета, в которой будете решать задачу. Убедиться, что она является инерциальной. Удачный выбор системы отсчета, как и при решении задач кинематики и динамики, может существенно облегчить составление системы уравнений в случае использования законов сохранения. Не забывайте, что при переходе из одной инерциальной системы отсчета в другую перемещения и скорости тел меняются, а поэтому работа и кинетическая энергия будут зависеть от выбора системы отсчета. Потенциальная же энергия зависит от относительных координат взаимодействующих тел, следовательно, она одинакова во всех инерциальных системах отсчета.

- Выбрать начальное и конечное состояния системы, которые Вы свяжете законами сохранения. Следует иметь в виду, что эти состояния совсем необязательно должны совпадать с начальным и конечным состояниями, указанными в условии задачи.

- Обосновать возможность использования законов сохранения для выбранных состояний системы.

- Выбрать начало отсчета потенциальной энергии. Целесообразно за нуль отсчета потенциальной энергии выбрать положение, в котором она минимальна в рассматриваемой задаче. Помните, что если тело нельзя считать материальной точкой, то его потенциальная энергия в поле силы тяжести определяется положением центра масс этого тела.

-  Обратить внимание на то, что если физическая система не является замкнутой и внутри нее не действуют непотеннциальные силы, то изменение ее механической энергии равно работе внешних сил. Если система является замкнутой, но внутри системы действуют непотенциальные силы, полная механическая энергия не сохраняется. Изменение механической энергии в этом случае равно работе непотенциальных сил. В частности, механическая энергия не сохраняется при неупругом ударе.

«Закон сохранения механической энергии» (задачник Рымкевича)

№ 355. Тело массой 0,5 кг брошено вертикально вверх со скоростью 4 м/с. Найти работу силы тяжести, изменение потенциальной энергии и изменение кинетической энергии при подъеме тела до максимальной высоты.

№ 356. Тело массой 400 г свободно падает с высоты 2 м. Найти кинетическую энергию тела в момент удара о землю.

№ 357. Найти потенциальную энергию тела массой 100 г, брошенного вертикально вверх со скоростью 10 м/с, в высшей точке подъема.

№ 358. Тело массой 3 кг, свободно падает с высоты 5 м. Найти потенциальную и кинетическую энергию тела на расстоянии 2 м от поверхности земли.

№ 359. Камень брошен вертикально вверх со скоростью v0 = 10 м/с. На какой высоте h кинетическая энергия камня равна его потенциальной энергии?

№ 360. Каковы значения потенциальной и кинетической энергии стрелы массой 50 г, выпущенной из лука со скоростью 30 м/с вертикально вверх, через 2 с после начала движения?

№ 361. С какой начальной скоростью v0 надо бросить вниз мяч с высоты H, чтобы он подпрыгнул на высоту 2H? Считать удар о землю абсолютно упругим.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА№ 6

Тема «Изучение закона сохранения импульса»

Цель: убедиться в справедливости закона сохранения импульса путем проведения расчетов импульса тел и системы в целом.

Оборудование: наклонная плоскость; полоса бумаги; линейка измерительная; монеты достоинством 5 руб. и 2 руб.

Ход работы

Задание: определите импульс монеты достоинством 5 руб. после ее скольжения по наклонной плоскости. Поставьте на пути пятирублевой монеты двухрублевую и проанализируйте результат их взаимодействия. Сравните импульс системы из двух монет до столкновения с импульсом этой системы после столкновения монет.

Содержание и метод выполнения работы

В специальных измерениях импульса тела нет необходимости, если известны его масса и скорость. В этом случае импульс находится как их произведение. Однако в физике довольно часто встречаются случаи, когда прямые измерения массы и скорости тела оказываются затрудненными или невозможными, но сведения о них можно получить на основании измерений импульса тела. Такая ситуация характерна для многих экспериментов в. области ядерной физики и физики элементарных частиц, в которых обнаруживаются новые частицы с неизвестной массой. Измерив импульс и кинетическую энергию частицы, можно определить затем ее массу и скорость.

Измерение импульса тела с неизвестной массой, движущегося с неизвестной скоростью, возможно на основании закона сохранения импульса.

В данной работе исследуется суммарный: импульс системы из двух монет до и после их соударения. При этом импульсы сравниваются векторно в случае нецентрального удара. Для этой цели одна из монет соскальзывает с наклонной плоскости и затем сталкивается с неподвижной монетой. Так как массы монет известны, то для определения их импульсов нужно определить их скорости. Они вычисляются по длине тормозного пути и измеренному коэффициенту трения монеты о бумагу.

Предоставим монете возможность после соскальзывания с наклонной плоскости двигаться по бумаге на горизонтальной поверхности стола до остановки. Измерим тормозной путь, пройденный монетой по горизонтальной поверхности от точки А - положения центра монеты в начале пути-до точки остановки В (рис.). Как легко доказать, скорость монеты в точке А равна

Коэффициент трения можно найти, определив угол трения, т. е. минимальный угол, при котором монета скользит равномерно по наклонной плоскости (рис.):

На основе этих данных можно найти значение модуля импульса монеты  до столкновения.

Так как вторая монета до столкновения находится в покое, импульс первой монеты до столкновения равен импульсу системы из двух монет после столкновения:

Порядок выполнения работы

1. Положите на наклонную плоскость полосу бумаги таким образом, чтобы часть ее длиной 25-30 см находилась на горизонтальной поверхности стола.

Монета, положенная на поверхность бумажной полосы на наклон ной плоскости, должна плавно соскальзывать по ней и двигаться го горизонтальной поверхности до остановки. Подберите такие углы наклона плоскости и начальное положение запуска монеты, чтобы путь монеты на горизонтальной поверхности составлял 15-25 см.

2. Отметьте начальное положение монеты на наклонной плоскости и ее конечное положение на горизонталь ной плоскости. Проведите на горизонтально расположенном участке бумажной полосы прямую, по которой двигался центр диска монеты. Отметьте положение центра монеты в начале горизонтального участка пути (точка Л) и в его конце (точка В). Измерьте тормозной пути s = AB (отрезок АВ) (рис.).

3. Поставьте на пути движения первой монеты достоинством 5 руб. вторую монету достоинством 2 руб.; таким образом, чтобы столкновение произошло в тот момент, когда  центр диска первой монеты проходит через точку А. Удар должен быть нецентральным, т. е. центр диска второй монеты должен быть расположен на некотором расстоянии от прямой АВ, по которой движется центр диска первой монеты

 Отметьте начальное положение центра диска второй монеты (точка С на рис.). Запустите первую монету с того же места на наклонной плоскости, как и в первом опыте. Отметьте конечное положение центров дисков первой (точка Е) и второй (точка D) монет (см. рис.). Соедините точки А и Е отрезком АЕ, точки С и D отрезком CD. Измерьте расстояния s1 и s2.

4. Положите монету на наклонную плоскость с бумажной полосой и постепенно увеличивайте угол наклона до тех пор, пока монета не начнет скользить по бумаге. Измерьте длины катетов h и b, вычислите тангенс угла предельного наклона (tg φ = h/b) , равный коэффициенту трения: m = tg

φ = h/b

5. По известным значениям масс m1 =5 г и m2 = 2 г монет, тормозных путей s, s1, s2 и коэффициента трения m вычислите значения скоростей монет υ, υ1 и υ2 и модулей р, р1 и р2 их импульсов.

6. Отложите на прямых, проходящих через точки А и В, А и Я, С и D, отрезки, пропорциональные модулям импульсов монет. Постройте векторы р, р1, p2 (рис.). Проверьте, выполняется ли условие

7. Постройте вектор р' = р1 + p2, перенеся начало вектора р2 в точку . Найдите разность векторов ∆p_э = р' - р. Измерьте длину вектора ∆p_э и по известному масштабу построения векторов импульса определите значение модуля вектора ∆p_э.

8. Определите границу погрешностей значений импульсов, системы из двух монет до и после столкновения. Проверьте, лежит ли обнаруженное различие импульсов ∆p_э в пределах границ погрешностей измерений. Результаты измерений и вычислений занесите в отчетную таблицу.

Отчетная таблица

S,м

S1,м

S2,м

H,см

B,см

P,Н*с

P1,Н*с

P2,Н*с

P’,Н*с

∆Pэ,Н*с

μ

έ

∆Pт, Н*с

Контрольные вопросы:

1.  Сформулируйте понятие импульса.

2.  Запишите математическую форму закона импульса и поясните границы его применимости.

3. Какое движение называют реактивным? Приведите примеры использования реактивного движения.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 7.

Тема: «Изучение закона сохранения энергии»

Цель работы: научиться измерять потенциальную энергию поднятого над землей тела и деформированной пружины; сравнить два значения потенциальной энергии системы.

Оборудование: штатив с муфтой и лапкой, динамометр лабора­торный, линейка, груз массой т на нити длиной l.

Теоретическая часть.

Эксперимент проводится с грузом, прикрепленным к одному концу нити длиной l. Другой конец нити привязан к крючку динамометра. Если поднять груз, то пружина ди­намометра становится недеформированной и стрелка дина­мометра показывает ноль, при этом потенциальная энергия груза обусловлена только силой тяжести. Груз отпускают, и он падает вниз, растягивая пружину. Если за нулевой уровень отсчета потенциальной энергии взаимодействия

тела с Землей взять нижнюю точку, которую он достигает при падении, то очевидно, что потенциальная энергия тела в поле силы тяжести переходит в потенциальную энергию деформа­ции пружины динамометра:

где l — максимальное удлинение пружины, и k — ее жесткость.

Трудность эксперимента состоит в точном определении максимальной деформации пружины, т. к. тело дви­жется быстро.

Указания  к  работе.

Для выполнения работы собирают установку, показан­ную на рисунке. Динамометр укрепляется в лапке штатива.

Порядок  выполнения  работы.

1.         Привяжите груз к нити, другой конец нити привяжите к крючку динамо-метра и измерьте вес груза (в данном случае вес груза равен его силе тяжести).

2.    Измерьте длину lнити, на которой  привязан груз.

3.    Поднимите груз до точки закрепления нити.

4.        Отпустите груз и убедитесь, что груз не касается его при падении.

5.        Повторяйте опыт, каждый раз подкладывая картон­ки до тех пор, пока груз не коснется поверхности стола.

6.        Взявшись за груз рукой, растяните пружину до его соприкосновения со столом и измерьте динамометром максимальную силу упругости F_упр  и  линейкой максимальное растяжение пружины Δl, отсчитывая его от нулевого деления динамометра.

7.  Вычислите высоту, с которой падает груз: (это высота, на которую смещается центр тяжести груза).

8.        Вычислите потенциальную энергию поднятого груза

10.  Вычислите энергию деформированной пружины

,  где

Подставив выражение для k в формулу для энергии , получим:

11.  Результаты измерений и вычислений (в СИ) зане­сите в таблицу.

, м	l, м	Δl, м	, м	, Н	, Дж	, Дж

12. Сравните значения энергий Е'_пи. Подумайте, почему значения этих энергий совпадают не совсем точно.

13. Сделайте вывод.

Контрольные вопросы:

1.     Какие потери энергии не учитываются при выполнении данной работы?

2.     При каких условиях применим закон сохранения механической энергии?

3.     Что  происходит с механической энергией, если в системе действует сила трения?

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 8.

Тема: «Сравнение работы силы с изменением кинетической энергии тела»

Цель работы: экспериментальная проверка теоремы о кинетической энергии.

Оборудование:  штативы для фронтальных работ — 2 шт.;  динамометр учебный;  шар;  нитки;  линейка измерительная 30 см с миллиметровыми делениями;  весы учебные;  гири Г4-210

Содержание и метод выполнения работы

Теорема о кинетической энергии утверждает, что работа силы, приложенной к телу, равна изменению кинетической энергии
тела:  

Для экспериментальной проверки этого утверждения можно вос­пользоваться установкой, изображенной на рисунке.

В лапке штатива закрепляют горизонтально динамометр. К его крючку привязывают шар на нити длиной 60—80 см. Па дру­гом штативе на такой же высоте, как идинамометр, закрепляют лапку. Установив шар на краю лапки, штатив вместе с шаром отодвигают от первого штатива на такое расстояние, чтобы на шар действовала сила упругости F_ynpсо стороны пружины ди­намометра. Затем шар отпускают. Под действием силы упругости шар приобретает скорость , его кинетическая энергия изменяется от 0 до

Для определения модуля скорости vшара, приобретенной под действием силы упругости F_упр, можно измерить дальность полета s шара при свободном падении с высоты Н: , t=

   Отсюда модуль скорости v равен: v=, а изменение кинетической энергии равно: =

Сила упругости во время действия на шар по закону Гука изменяется линейно от до F_ynp2=0, среднее значение силы упругости равно:

Измерив деформацию пружины динамометра x, можно вы­числить работу силы упругости: . Задача настоящей работы состоит в проверке равенства:
, т.е. =

Порядок выполнения работы

1. Укрепите на штативах динамометр и лапку для шара на одинаковой высоте Н приблизительно 40 см от поверхности стола. Зацепите за крючок динамометра нить с привязанным шаром.

2. Удерживая шар на лапке, отодвигайте штатив до тех пор, пока показание динамометра станет равным 2Н. Отпустите шар с лапки и заметьте место его падения на столе. Опыт повторите 2—3 раза и определите среднее значение дальности полета Sшара.

3. Подготовьте таблицу для записи результатов измерений и вычислений:

№	Высота H, м	Дальность полета S, м	Среднее значение дальности полета S, м	Масса шара m, кг	Изменение кинетической энергии шара , Дж	Удлинение пружины х,м	Работа силы упругости А, Дж	Относительная погрешность изменения кинетической энергии шара %	Абсолютная погрешность изменения кинетической энергии шара	Относительная погрешность работы силы упругости %	Абсолютная погрешность работы силы упругости
1.
2.
3.

4. Измерьте массу шара с помощью весов и вычислите изме­нение кинетической энергии шара под действием силы упругости:

=

5. Измерьте деформацию пружины динамометра х при силе
упругости 2 Н. Вычислите работу А силы упругости:

6. Оцените границы погрешности определения значении из­менения кинетической энергии и работы А силы упругости.

Динамометр имеет погрешность = 0,05H, погрешность=0,02 кг, =0,02м/, линейка имеет погрешность  Относительная погрешность изменения кинетической энергии

=+

Абсолютная погрешность изменения кинетической энергии

7. Сравните полученные значения работы А силы упругости и изменения кинетической энергии Е_к шара. Сделайте вывод.

Контрольные вопросы:

1.     Как точность полученного результата зависит от массы шара и высоты падения?

2.      Какой фактор, на ваш взгляд, вносит максимальные погрешности в этот эксперимент? Почему?

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 9.

Тема: «Применение уравнения МКТ идеального газа к решению задач»

Цели работы: 1. Изучить основные законы и формулы МКТ.               2. Научиться применять формулы при решении задач. Оснащенность: канцелярские принадлежности, калькулятор. Порядок выполнения работы: 1. Внимательно прочитать теоретическую часть по теме в учебнике 2. Рассмотреть примеры решения задач 3. Ответить на контрольные вопросы практической работы и выполнить задание №1 и №2 Контрольные  вопросы: 1. Что такое молярная масса? Как рассчитать массу молекулы? 2. Как вычислить молярную массу вещества 3. Сформулируйте основные положения молекулярно-кинетической теории. 4.Запишите основное уравнение молекулярно-кинетической теории газов. Поясните физический смысл величин, входящих в это уравнение. 5. Почему это уравнение называется основным? 6. Дайте молекулярно-кинетическое толкование абсолютной температуры. 7. Запишите выражение для средней квадратичной скорости теплового движения молекул. Поясните его. 8.  Запишите выражение для внутренней энергии идеального газа. От чего зависит внутренняя энергия? Выполните задания: Задание №1 1.     Сколько молекул содержится в 2 кг водорода? 2.     Какое количество вещества ( в молях) содержится в 100 г воды? 3.     Сколько молекул содержится в 8 кг кислорода? 4.     Какое количество вещества ( в молях) содержится в 100 г серной кислоты  (Н2 SO4)? 5.     Какое количество вещества содержится в алюминиевой детали  массой 5 кг? Задание №2 1.     Чему равна масса молекулы азота N2? 2.     Какова масса 200 молей углекислого газа CO2? 3.     Чему равна масса 5  молекул углерода С2? 4.     Какова масса 250 молей углекислого газа CO2? Какую массу имеют 2∙1025 молекул азота?

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 10.

Тема: «Работа с графиками изопроцессов»

Цели работы: 1. Научиться применять законы изопроцессов при решении задач.

Оснащенность: канцелярские принадлежности, калькулятор.

Порядок выполнения работы:

1. Внимательно прочитать теоретическую часть по теме в учебнике

2. Рассмотреть примеры решения задач.

3. На рисунках представлены графики замкнутых циклов. Перечертите диаграммы замкнутых циклов в координатах.

4.  Задание №1 выполняем совместно с преподавателем, задание №2 выполнить самостоятельно с последующей проверкой у доски, задания №3-9 выполнить самостоятельно.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА№ 11.

Тема: «Экспериментальная проверка закона Гей-Люссака»

Цель работы: экспериментально проверить спра­ведливость соотношения

Оборудование: стеклянная трубка, запаянная с одного конца, длиной 600 мм и диаметром 8—10 мм; цилиндрический сосуд высотой 600 мм и диаметром 40—50 мм, наполненный горячей водой (t ≈ 60 °С); стакан с водой комнатной температуры; пластилин.

Указания  к  работе. Чтобы проверить, выполняется ли закон Гей-Люссака, достаточно измерить объем и температуру газа в двух со­стояниях при постоянном давлении и проверить справедливость равенства  .Это можно осуществить, используя в качестве газа воздух при атмосферном давлении.

Стеклянная трубка открытым концом вверх помещает­ся вертикально на 3—5 мин в цилиндрический сосуд с го­рячей водой (рис. а). В этом случае объем воздуха равен объему стеклянной трубки, а температура — темпе­ратуре горячей воды. Это — первое состояние. Чтобы при переходе воздуха во второе состояние его количество не изменилось, открытый конец стеклянной трубки, нахо­дящейся в горячей воде, замазывают пластилином. После этого трубку вынимают из сосуда с горячей водой и зама­занный конец быстро опускают в стакан с водой комнатной температуры (рис. б), а затем прямо под водой снима­ют пластилин. По мере охлаждения воздуха в трубке вода в ней будет подниматься. После прекращения подъема воды в трубке (рис.  в) объем воздуха в ней станет рав­ным  , а давление  . Чтобы давление воз­духа в трубке вновь стало равным атмосферному, необходи­мо увеличивать глубину погружения трубки в стакан до тех пор, пока уровни воды в трубке и стакане не выровня­ются (рис. г). Это будет второе состояние воздуха в трубке при температуре Т₂ окружающего воздуха. Отно­шение объемов воздуха в трубке в первом и втором со­стояниях можно заменить отношением высот воздушных столбов в трубке в этих состояниях, если сечение трубки постоянно по всей длине  Поэтому в работе следует сравнить отношения  и . Длина воздушного столба измеряется линейкой, температура — термометром.

Порядок выполнения работы.

1. Подготовьте бланк отчета с таблицей для записи результатов измерений и вычислений (инструмен­тальные погрешности определяются с помощью таблицы 1).

Таблица

измерено

вычислено

мм

мм

°С

°С

мм

мм

мм

К

К

К

К

К

%

%

2.       Подготовьте стакан с водой комнатной температуры и сосуд с горячей водой.

3.   Измерьте длину  стеклянной трубки и температуру воды в цилиндрическом сосуде.

4.       Приведите воздух в трубке во второе состояние так, как об этом рассказано выше. Измерьте длину воздушного столба в трубке и температуру окружающего воздуха .

5. Вычислите отношения и, относительные () и абсолютные (и ) погрешности измерений этих отно­шений по формулам

,,, 

6.  Сравните отношения  и .

7.  Сделайте вывод о справедливости закона Гей-Люссака.

Контрольные вопросы

1. Почему охлаждение воздуха в проведенном опыте можно считать изохорным?
2. Почему после погружения стеклянной трубки в стакан с водой комнатной температуры и после снятия пластилина вода в трубке поднимается?
3. Почему при равенстве уровней воды в стакане и в трубке давление воздуха в трубке равно атмосферному?

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА№12

Тема: «Законы термодинамики»

Цель: закрепить умение решать задачи на использование законов термодинамики.

Порядок выполнения работы:

1. Внимательно прочитать теоретическую часть по теме в учебнике по теме «Первый и второй законы термодинамики»

2. Рассмотреть примеры решения задач в методических рекомендациях к практической работе.

3.Решить предложенные задачи самостоятельно.

4. Ответить на контрольные вопросы.

Методические указания к решению задач

Задача №1.

Газу сообщается 400 кДж теплоты, при этом газ сжимается. Работа изменения объема составляет 300 кДж. Определить изменение внутренней энергии газа.

Решение

В соответствии с правилом знаков в термодинамике принято считать Q>0 , если к газу подводится теплота, и L<0 , если над газом совершается работа (газ сжимается). Таким образом , по условию задачи Q = 400 кДж и L=-300 кДж. Следовательно, в соответствии с первым законом термодинамики получаем величину изменения внутренней энергии газа

Задача №2.

К 2 кг воздуха подведено 260 кДж теплоты, на сжатие его затрачена работа, равная 150 кДж. Определить конечный удельный объем, если конечное давление воздуха = 0,2 МПа, а начальная температура = 10 ⁰С.

Решение

Изменение внутренней энергии воздуха в данном процессе по уравнению

Учтено правило знаков при записи количеств теплоты и работы:

– теплота подводится = 260 кДж;

– работа затрачивается = -150 кДж.

Для воздуха выписываем из приложений Б и В:

– относительную молекулярную массу = 28,96;

– газовую постоянную = 287 Дж/(кг^.К);

– изохорную молярную теплоемкость, как для двухатомного газа, = 20,8 Дж/(моль^.К).

Удельная изохорная теплоемкость воздуха по уравнению

Дж/(кг К)=0,718 кДж/(кг К).

Конечная температура воздуха по формуле ⁰С, К.

Конечный удельный объем по уравнению  м³/кг.

Задачи для самостоятельного решения

Задача №1

Двигатель передвижной электростанции расходует в час 13 кг топлива с теплотой сгорания 43 000 кДж/кг. Эффективный КПД двигателя – 30%, КПД электрогенератора – 85%. Какое количество электроэнергии выработано за 5 часов работы?

Задача №2

Для определения мощности двигателя при испытании используются охлаждаемые водой тормоза. При этом работа, произведенная двигателем, расходуется на преодоление трения и превращается в теплоту. Около 75% этой теплоты отводится водой. Определить расход воды, если мощность испытуемого двигателя составляет 70 кВт. При расчете принять начальную температуру воды равной 10 ⁰С, а конечную – равной максимально допустимой температуре воды 80 ⁰С.

Задача №3

Автомобиль движется со скоростью 70 км/ч, при этом работа двигателя характеризуется средним значением мощности в 25 кВт (34 л.с.) Определить расход топлива на 100 км пути, если КПД силовой установки составляет 25 %, а теплота сгорания топлива равна 43 МДж/кг.

Задача №4

Определить время нагрева 500 л воды от 10 ⁰С до температуры кипения при атмосферном давлении в емкостном электроводонагревателе. Мощность электронагревателя 25 кВт. Теплопотери принять в размере 10% теплоты, необходимой для нагрева воды.

Задача №5

Мощность тепловой электрической станции составляет 100 МВт. Определить расход топлива, если КПД электростанции равен 35%, а теплота сгорания топлива = 30 МДж/кг.

Задача №6

Определить эффективный КПД автомобильного двигателя мощностью 73,6 кВт, если расход бензина 22 кг/ч при теплоте сгорания 40 МДж/кг.

Задача №7

При испытании теплового двигателя было установлено, что удельный расход топлива равен 64 г/МДж. Определить эффективный КПД двигателя, если теплота сгорания топлива равна 42 000 кДж/кг.

Задача №8

В котельной электрической станции сожжено 62 т топлива, имеющего теплоту сгорания 30 МДж/кг. Время работы – 5 ч, КПД электростанции – 35%. Определить среднюю электрическую мощность электростанции за указанный промежуток времени.

Задача №9

В сосуд, содержащий 0,5 л воды, при температуре 20 ⁰С помещен электронагреватель мощностью 800 Вт. Определить время нагрева воды до 100 ⁰С. При расчете принять теплопотери в размере 20% от теплоты нагрева воды.

Задача №10

В машине происходит нагрев ее стальных деталей массой 300 кг на 40 ⁰С за 20 мин. Определить потери мощности машины, приняв удельную теплоемкость стали равной 0,5 кДж/(кг К)..

Качественные задачи

1.     Можно ли передать системе некоторое количество теплоты, не вызывая при этом повышения ее температуры?

2.     Почему при холостых выстрелах ствол пушки нагревается сильнее, чем при стрельбе снарядами?

3.     После сильного шторма вода в море становится теплее. Почему?

4.     Один поэт так писал о капле: "Она жила и по стеклу текла, но вдруг ее морозом оковало, и неподвижной льдинкой капля стала, а в мире поубавилось тепла". Вы согласны с поэтом?

5.     Мука из жерновов выходит горячей, хлеб вынимают из печи также горячим. Чем вызывается увеличение энергии в каждом из этих случаев?

6.     Почему климат островов умереннее и ровнее, чем климат материков?

Контрольные вопросы

1.Какие виды энергетического взаимодействия тел рассматриваются в технической термодинамике?

2. В чем состоит сущность принципа эквивалентности теплоты и работы?

3. В каких случаях считается теплота величиной положительной?

4.В каких случаях считается работа изменения объема величиной положительной?

5. Какое принципиальное различие между понятиями «внутренняя тепловая энергия» и «теплота»?

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА№13

Тема: «Измерение влажности воздуха»

Цель: освоить прием определения относительной влажности воздуха, основанный на использовании психрометра.

Оборудование: 1. Психрометр.

Теория.

В атмосферном воздухе всегда присутствуют пары воды, которая испаряется с поверхности морей, рек, океанов и т.п.

Воздух, содержащий водяной пар, называют влажным.

Абсолютная влажность – величина, показывающая, какая масса паров воды находится в 1 м³ воздуха (т.е. это плотность водяного пара). Она равна парциальному давлению пара при данной температуре.

Парциальное давление пара – это давление, которое оказывал бы водяной пар, находящийся в воздухе, если бы все остальные газы отсутствовали.

Относительная влажность воздуха – это величина, показывающая, как далек пар от насыщения. Это отношение парциального давления p водяного пара, содержащегося в воздухе при данной температуре, к давлению насыщенного   пара p0 при той же температуре, выраженное в процентах:

Если воздух не содержит паров воды, то его абсолютная и относительная влажность равны 0. Предельное значение относительной влажности – 100%. Нормальной для человеческого организма считается влажность 60%.

Для измерения влажности воздуха используют приборы гигрометры и психрометры.

1.     Конденсационный гигрометр.

Состоит из укрепленной на подставке металлической круглой коробочки с отполированной плоской поверхностью. В коробочке сверху имеются два отверстия. Через одно из них в коробочку наливают эфир и вставляют термометр, а другое соединяют с резиновой грушей. Действие конденсационного гигрометра основано на определении точки росы.

Точка росы – это температура, при которой водяной пар, содержащийся в воздухе, становится насыщенным.

Продувают воздух через эфир (с помощью резиновой груши), при этом эфир быстро испаряется и охлаждает коробочку. Слой водяного пара, находящийся вблизи поверхности коробочки, благодаря теплообмену тоже станет охлаждаться. При определенной температуре этот водяной пар начнет конденсироваться и на отполированной поверхности коробочки появляются капельки воды (роса). По термометру определяют эту температуру, это и будет точка росы. В таблице «Давление насыщенных паров и их плотность при различных температурах» по точке росы находят абсолютную влажность – соответствующую этой температуре плотность паров или их давление.                             

Давление насыщенных паров и их плотность при различных температурах

t, 0С	р, Па	ρ*10-3, кг/м3	t, 0С	р, Па	ρ*10-3, кг/м3	t, 0С	р, Па	ρ*10-3, кг/м3
- 5	401	3,24	6	933	7,30	17	1933	14,5
- 4	437	3,51	7	1000	7,80	18	2066	15,4
- 3	476	3,81	8	1066	8,30	19	2199	16,3
- 2	517	4,13	9	1146	8,80	20	2333	17,3
- 1	563	4,47	10	1226	9,40	21	2493	18,8
0	613	4,80	11	1306	10,0	22	2639	19,4
1	653	5,20	12	1399	10,7	23	2813	20,6
2	706	5,60	13	1492	11,4	24	2986	21,8
3	760	6,00	14	1599	12,1	25	3173	23,0
4	813	6,40	15	1706	12,8	26	3359	24,4
5	880	6,80	16	1813	13,6	27	3559	25,8

Чтобы найти относительную влажность, надо давление насыщенного пара при температуре точки росы разделить на давление насыщенного пара при температуре окружающего воздуха и умножить на 100%.

2.                Волосной гигрометр. Его работа основана на том, что обезжиренный человеческий волос при увеличении влажности воздуха удлиняется, а при уменьшении влажности укорачивается. Волос оборачивают вокруг легкого блока, прикрепив один конец к раме, а к другому подвешивают груз. При изменении длины волоса указатель (стрелка), прикрепленный к блоку, будет двигаться, перемещаясь по шкале. Шкалуградуируютпоэталонномуприбору.
3. Психрометр. (от греч «психриа» - холод). Состоит из двух одинаковых термометров. Резервуар одного из них обернут марлей, опущенной в сосуд с водой. Вода смачивает марлю на резервуаре термометра и при её испарении он охлаждается. По разности температур сухого и влажного термометров по психрометрической таблице определяют влажность воздуха.

Ход работы.

Задание 1. Измеритьвлажность воздуха с помощью психрометра.

1.     Подготовить таблицу для записи результатов измерений и вычислений:

№ опыта	tсухого, 0С	tвлажного, 0С	Δt, 0С	φ, %
1

2.     Рассмотреть устройство психрометра.

3.     По показаниям сухого термометра измерить температуру воздуха t_сухого в помещении.

4.     Записать показания термометра, резервуар которого обмотан марлей t_{влажного}

5.     Вычислить разность показаний термометров Δt = t_сухого - t_{влажного}

6.     По психрометрической таблице определить влажность воздуха φ

7.     Результаты измерений и вычислений занести в таблицу.

8.     Сделайте вывод о том, нормальная ли влажность воздуха в помещении.

9.     Ответьте на контрольные вопросы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

1.     Почему при продувании воздуха через эфир, на полированной поверхности стенки камеры гигрометра появляется роса? В какой момент появляется роса?

2.     Почему показания «влажного» термометра меньше показаний «сухого» термометра?

3.     Могут ли в ходе опытов температуры «сухого» и «влажного» термометров оказаться одинаковыми?

4.     При каком условии разности показаний термометров наибольшая?

5.     Может ли температура «влажного» термометра оказаться выше температуры «сухого» термометра?

6.     Сухой и влажный термометр психрометра показывают одну и ту же температуру. Какова относительная влажность воздуха?

7.     Каким может быть предельное значение относительной влажности воздуха?

Психрометрическая таблица.

tсухого,0С	Разность показаний сухого и влажного термометров
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
5	100	86	72	58	45	32	19	6
6	100	86	73	60	47	35	23	10
7	100	87	74	61	49	37	26	14
8	100	87	75	63	51	40	28	18
9	100	88	76	64	53	42	31	21
10	100	88	76	65	54	44	34	24	14	4
11	100	88	77	66	56	46	36	26	17	8
12	100	89	78	68	57	48	38	29	20	11
13	100	89	79	69	59	49	40	31	23	14	6
14	100	90	79	70	60	51	42	33	25	17	9
15	100	90	80	71	61	52	44	36	27	20	12	5
16	100	90	81	71	62	54	45	37	30	22	15	8
17	100	90	81	72	64	55	47	39	32	24	17	10
18	100	91	82	73	64	56	48	41	34	26	20	13
19	100	91	82	74	65	58	50	43	35	29	22	15
20	100	91	83	74	66	59	51	44	37	30	24	18
21	100	91	83	75	67	60	52	46	39	32	26	20
22	100	92	83	76	68	61	54	47	40	34	28	22
23	100	92	84	76	69	61	55	48	42	36	30	24
24	100	92	84	77	69	62	56	49	43	37	31	26
25	100	92	84	77	70	63	57	50	44	38	33	27
26	100	92	85	78	71	64	58	51	45	40	34	29
27	100	92	85	78	71	65	59	52	47	41	36	30
28	100	93	85	78	72	65	59	53	48	42	37	32

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА№ 14

Тема: «Измерение коэффициента поверхностного натяжения»

Цель: определить коэффициент поверхностного натяжения воды методом отрыва капель.

Оборудование: сосуд с водой, шприц.

Теория.

Молекулы поверхностного слоя жидкости обладают избытком потенциальной энергии по сравнению с энергией молекул, находящихся внутри жидкости. Как и любая механическая система, поверхностный слой жидкости стремится уменьшить потенциальную энергию и сокращается. При этом совершается работа А:  

где σ - коэффициент поверхностного натяжения. Единицы измерения Дж/м² или Н/м

или  

где F – сила поверхностного натяжения, l – длина границы поверхностного слоя жидкости.

Поверхностное натяжение можно определять различными методами.

В лабораторной работе используется метод отрыва капель.

Опыт осуществляют со шприцом, в котором находится исследуемая жидкость. Нажимают на поршень шприца так, чтобы из отверстия узкого конца шприца медленно падали капли. Перед моментом отрыва капли сила тяжести F_тяж=m_капли·g равна силе поверхностного натяжения F, граница свободной поверхности – окружность капли

l=π·d_каплиСледовательно:  

Опыт показывает, что d_капли =0,9d, где d – диаметр канала узкого конца шприца.

Массу капли можно найти, посчитав количество капель n и зная массу всех капель m.

Масса капель m будет равна массе жидкости в шприце. Зная объем жидкости в шприце V и плотность жидкости ρ можно найти массу m=ρ·V

Ход работы.

1.     Начертите таблицу:

№ опыта	Масса капель m, кг	Число капель n	Диаметр канала шприца d, м	Поверхностное натяжение σ, Н/м	Среднее значение поверхностного натяжения σср, Н/м	Табличное значение поверхностного натяжения σтаб, Н/м	Относительная погрешность δ %
1	1*10-3		2,5*10-3			0,072
2	2*10-3		2,5*10-3
3	3*10-3		2,5*10-3

2.            Наберите в шприц 1 мл воды («один кубик»).

3.            Плавно нажимая на поршень шприца, добейтесь медленного отрывания капель. Подсчитайте количество капель в 1 мл и результат запишите в таблицу.

5.                 Вычислите поверхностное натяжение по формуле 

Результат запишите в таблицу.

6.                 Повторите опыт с 2 мл и 3 мл воды.

7.                 Найдите среднее значение поверхностного натяжения 

Результат запишите в таблицу.

8.                 Сравните полученный результат с табличным значением поверхностного натяжения с учетом температуры.

9.                 Определите относительную погрешность методом оценки результатов измерений.

Результат запишите в таблицу.

10. Сделайте вывод.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

1.            Почему поверхностное натяжение зависит от рода жидкости?

2.            Почему и как зависит поверхностное натяжение от температуры?

3.            Изменится ли результат вычисления поверхностного натяжения, если опыт проводить в другом месте Земли?

4.            Изменится ли результат вычисления, если диаметр капель трубки будет меньше?

5.             Почему следует добиваться медленного падения капель?

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА№ 15.

Тема: «Механические свойства твердых тел».

Цель работы: выработать умение записывать и применять, анализировать закон Гука, производить алгебраические преобразования величин и единиц измерения; самостоятельно определять порядок действий, составлять план практической деятельности при решение задач; сформировать навыки вычислений физических величин (k, Е, ε, σ).

Порядок выполнения работы:

1. Внимательно прочитать теоретическую часть по теме в учебнике по теме 2. 2. Рассмотреть примеры решения задач в рекомендациях к практической работе.

3.Решить предложенные задачи самостоятельно.

4. Ответить на контрольные вопросы.

Рекомендации к практической работе

Рассмотрите примеры решения задач по данной теме

1.     Плуг сцеплен с трактором стальным тросом. Допустимое напряжение материала троса σ = 20 ГПа. Какой должна быть площадь поперечного сечения троса, если сопротивление почвы движению плуга равно 1,6 · 10⁵ Н?

Дано:                                                 Решение:

σ =20ГПа =20*10⁹Па                      σ =F/s

F =1,6*10⁵ Па                                  S=F/ σ=1,6*10⁵ Н/20*10⁹  =8*10^-6 м²

____________________                  Ответ: S=8*10^-6 м²

S=?

2.     К закрепленной одним концом проволоке диаметром 2 мм подвешен груз массой 10 кг.  Найти механическое напряжение в проволоке.

Дано:                                                 Решение:

D=2мм =2*10^-3м                             σ =F/s

m =10кг                                           F=m*g; S =π*D²/4;

                                                                   σ= 4*10 кг*9,8Н/кг /3,14 *4*^10-6 м=0,32*10⁴Па                                           

____________________                  Ответ: σ=0,32*10⁴Па                                           

σ =?

3.     Какую наименьшую длину должна иметь свободно подвешенная за один конец стальная проволока, чтобы она разорвалась под действием силы тяжести? Предел прочности стали равен 3,2 · 10⁸ Па, плотность – 7800 кг/м³.

Дано:                                                 Решение:

σ =3,2*10⁸Па                                   σ =F/s

Þ=7800кг/м³                                    F=m*g; m = Þ*V= Þ*S* l₀;     

                                                                 l₀₌ σ/ Þ*g =3,2*10⁸ Па/7800кг/м³ *9,8Н/кг=4186м

____________________                  Ответ: l₀ =4186м   

l₀ =?

4.       Под действием силы 100 Н проволока длиной 5 м и площадью поперечного сечения 2,5 мм² удлинилась на 1 мм. Определить напряжение, испытываемое проволокой, и модуль Юнга.

Дано:                                                 Решение:

F=100Н                                           σ =F/s; σ =Е*ε; ε= Δl/ l₀

S =2,5 мм^{2  =}2,5*10^-6м²                    Е= σ* l₀ /Δl

                                                        σ= 100Н/2,5*10^-6  м²  =40*10⁶Па =4*10⁷ Па

l₀ =5м                                                        Е =4*10⁷ Па*5м/1*10^-3м=200*10⁹Па       

Δl  =1мм=1*10^-3 м.

____________________                  Ответ: σ=4*10⁷ Па              _; Е =200*10⁹Па       

σ =? Е=?

Задачи для самостоятельного решения:

  1. Чему равна относительная деформация стального стержня, сжатого силой F = 3,14*105 Н, если диаметр стержня D = 2 см, а его модуль Юнга Е = 2*1011Па?

2.  Латунная проволока диаметром D= 0,8 мм, имеет длину l=3,6м.Под действием силы F=25H проволока удлиняется на Δl=2мм. Определите модуль Юнга для латуни.

3. Каким должен быть модуль силы, приложенной к стержню вдоль его оси,

 чтобы в стержне возникло напряжение 1,5 · 108 Па?

Диаметр стержня равен 0,4 см.

4. Балка длиной 5м с площадью поперечного сечения 100см²   под действием сил по 10кН, приложенных к её концам сжалась на 1 см. Найти относительное сжатие и механическим напряжение.

5. Какие силы надо приложить к концам стальной проволоки длиной 4 м и сечением 0,5 мм² для удлинения ее на 2 мм?(Е=210ГПа)

6. Обьясните такое утверждение: ≪Можно 10 тысяч раз, уронить железный таз, а фарфоровую вазу уронить нельзя ни разу. Ведь на 10 тысяч раз нужно 10 тысяч ваз≫. Почему?

7. Для чего рама велосипеда делается из полых трубок, а не из сплошных

стержней?

Контрольные вопросы:

• Что называют деформацией?
• Какие деформации называют упругими?
• Приведите примеры упругих деформаций.
• Какие деформации называют пластическими?
• Приведите примеры пластических деформаций.
• Приведите примеры хрупких тел.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА№ 16.

Тема: «Применение закона Кулона к решению задач».

Цель работы: совершенствование знаний, умений и навыков по теме

План работы:

1. Ответьте на вопросы:

1. Какие виды зарядов существуют в природе? Как взаимодействуют заряды?

2.  Какой заряд называется точечным?

3. Сформулируйте закон сохранения электрического заряда.

4.Для каких зарядов применяется закон Кулона?

5.  Сформулируйте закон Кулона, запишите формулу закона

6. Чему равна постоянная k?

7. Как сила взаимодействия зарядов зависит от расстояния между ними?

2. Ознакомление алгоритма решения задач по теме

1. Прочитать условие задачи.

2. Математически записать условие, при этом все записанные величины выразить в СИ.

3. Провести анализ условия задачи.

4. Записать уравнение или систему уравнений, содержащую искомую или искомые физические величины.

5. Решить задачу в общем виде.

6. Подставить в рабочую формулу числовые значения заданных и табличных величин и произвести вычисления.

3. Решение задач на доске с использованием алгоритма

1. С какой силой взаимодействуют два заряда по 10 нКл, находящиеся на расстоянии 3 см друг от друга?

2. На каком расстоянии друг от друга заряды 1 мкКл и 10 нКл взаимодействуют с силой 9 мН?

3. Во сколько раз надо изменить расстояние между зарядами при увеличении одного из них в 4 раза чтобы сила взаимодействия осталась прежней?

4. Прорешайте задачи самостоятельно по вариантам

Вариант 1

1.    Определить силу взаимодействия двух точечных зарядов Q₁=Q₂=12н Кл, находящихся в вакууме на расстоянии r = 4см. друг от друга.

2.    Во сколько раз надо изменить расстояние между зарядами при увеличении одного из них в 9 раз, чтобы сила взаимодействия осталась прежней?

3.    Найти расстояние, на котором взаимодействуют два одинаковых заряда Q1=Q2= 6 н Кл, если сила взаимодействия равна 9 Н.

Вариант 2

1.    Два одинаковых проводящих заряженных шара находятся на расстоянии r=30 см. Сила притяжения F шаров равна 90 мкН. Найдите произведение зарядов.

2.    Как изменится сила кулоновского взаимодействия двух точечных зарядов при увеличении каждого заряда в 3 раза?

3.    На каком расстоянии друг от друга заряды 1 мкКл и 10 нКл взаимодействуют с силой 9 мН.

Вариант 3

1.    Расстояние между двумя точечными зарядами Q₁=5 мкКл и Q₂=-Q₁ равно 10 см. Определить силу F, действующую на точечный заряд.

2.    Как изменится сила взаимодействия между зарядами, если расстояние между ними увеличить в 2 раза?

3.    Определить силу взаимодействия двух точечных зарядов Q₁=Q₂= 8н Кл, находящихся в вакууме на расстоянии r = 10см. друг от друга.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА№ 17.

Тема: «Работа электрического поля по перемещению зарядов».

Цель работы: совершенствование знаний, умений и навыков по теме

План работы:

1. Ответьте на вопросы:

1.     Записать формулу закона Кулона для вакуума.

2.     Какой буквой обозначается заряд?

3.     Чему равен коэффициент пропорциональности?

4.     Записать единицу измерения εо.

5.     Какой буквой обозначается диэлектрическая проницаемость среды?

6.     Нарисовать как направлен вектор E, заряд положительный?

7.     Записать принцип суперпозиции полей.

8.     Чему равна напряжённость электрического поля? Записать формулу.

9.     В чём измеряется напряжённость.

10. Записать формулу нахождения потенциальной энергии.

11. Чему равна разность потенциалов?

12. В чём измеряется напряжение?

13. Записать формулу закона Кулона для среды.

14. Какой буквой обозначается точечный заряд?

15. Чему равна электрическая постоянная?

16. Записать единицу измерения коэффициента пропорциональности k.

17. Какой буквой обозначается напряжённость электрического поля?

18. Нарисовать как направлен вектор E, если заряд отрицательный?

19. Записать закон сохранения заряда.

20. Чему равна работа электрического поля? Записать формулу.

21. В чём измеряется потенциал?

22. Записать формулу нахождения потенциала.

23. .Какая формула показывает связь между U и E?

24. В чём измеряется разность потенциалов?

25. Записать формулу для нахождения работы электрического поля.

2. Решите задачи:

1.Поле образовано точечным зарядом q = 1,2*10 ^-7 Кл. Какую работу совершает поле при переносе одноимённого заряда 1,5*10 ^-10 Кл из точки В, удалённой от заряда q на расстояние 0,5 м, в точку А, удалённую от q на расстояние 2 м? Среда – воздух.

2.Пылинка массой 10 ^-8 г висит между пластинками плоского воздушного конденсатора, к которому приложено напряжение 5 кВ. Расстояние между пластинками 5 см. Каков заряд пластины?

3.Два заряда по 6 нКл находятся на расстоянии 100 см друг от друга. Какую работу надо совершить, чтобы сблизить их до расстояния 50 см?

4.Какую скорость приобретает электрон, пролетевший ускоряющую разность потенциалов 10 кВ?

5.Какую работу совершит поле при перемещении заряда 20 нКл из точки с потенциалом 700 В в точку с потенциалом 200 В?

6.Напряжение между двумя точками, лежащими на одной линии напряжённости однородного поля, 2 кВ. Найти напряжённость, если расстояние между точками 4 см.

7.Как изменится потенциальная энергия взаимодействия зарядов q₁ и q₂ , если расстояние между ними увеличить в 4 раза? Уменьшить в 2 раза?

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА№ 18.

Тема: «Соединения проводников».

Цель работы: совершенствование знаний, умений и навыков по теме

План работы:

1. Повторите теоретический материал по теме:

1. При по­сле­до­ва­тель­ном со­еди­не­нии про­вод­ни­ков общее со­про­тив­ле­ние участ­ка равно сумме со­про­тив­ле­ний про­вод­ни­ков:

 

2. При по­сле­до­ва­тель­ном со­еди­не­нии про­вод­ни­ков силы тока в каж­дом из про­вод­ни­ков равны и равны общей силе тока на участ­ке цепи:

 

3. При по­сле­до­ва­тель­ном со­еди­не­нии про­вод­ни­ков сумма на­пря­же­ний равна об­ще­му на­пря­же­нию на участ­ке цепи:

 

4. При па­рал­лель­ном со­еди­не­нии про­вод­ни­ков общая про­во­ди­мость участ­ка равна сумме про­во­ди­мо­стей про­вод­ни­ков:

 

5. При па­рал­лель­ном со­еди­не­нии про­вод­ни­ков сумма сил токов равна общей силе тока на участ­ке цепи:

 

6. При па­рал­лель­ном со­еди­не­нии про­вод­ни­ков на­пря­же­ния в каж­дом из про­вод­ни­ков равны и равны об­ще­му на­пря­же­нию на участ­ке цепи:

 

2. Рассмотрите примеры решения задач по теме:

Задача 1

Че­ты­ре оди­на­ко­вые лампы под­клю­че­ны к ис­точ­ни­ку по­сто­ян­но­го на­пря­же­ния (см. Рис. 1). Опре­де­ли­те силу тока в каж­дой лампе, если на­пря­же­ние на ис­точ­ни­ке со­став­ля­ет 30 В.

Дано: ;

Найти: , , ,

Ре­ше­ние

Рис. 1. Ил­лю­стра­ция к за­да­че

На ри­сун­ке 1 изоб­ра­же­на элек­три­че­ская цепь со сме­шан­ным со­еди­не­ни­ем про­вод­ни­ков: лампы 2 и 3 со­еди­не­ны па­рал­лель­но, а лампы 2 и 4 со­еди­не­ны по­сле­до­ва­тель­но с участ­ком цепи, со­сто­я­щим из ламп 2 и 3.

Про­во­ди­мость участ­ка цепи, со­сто­я­ще­го из ламп 2 и 3, равна:

 

Сле­до­ва­тель­но, со­про­тив­ле­ние этого участ­ка равно:

 

Так как лампы 1 и 4 со­еди­не­ны по­сле­до­ва­тель­но с участ­ком цепи, со­сто­я­щим из ламп 2 и 3, то общее со­про­тив­ле­ние ламп будет равно:

 

Со­глас­но за­ко­ну Ома, сила тока всей цепи равна:

 

Так как при по­сле­до­ва­тель­ном со­еди­не­нии про­вод­ни­ков силы тока в каж­дом из про­вод­ни­ков равны и равны общей силе тока на участ­ке цепи, то:

 

Необ­хо­ди­мо найти силу тока на лам­пах 2 и 3. Для этого вы­чис­лим на­пря­же­ние на участ­ке цепи, ко­то­рый со­сто­ит из ламп 2 и 3:

 

Так как лампы 2 и 3 со­еди­не­ны па­рал­лель­но, то на­пря­же­ния на этих лам­пах равны:

 

От­сю­да сила тока в каж­дой лампе равна:

 

 

Ответ:  ;  

Задача 2

Уча­сток цепи, ко­то­рый со­сто­ит из че­ты­рёх ре­зи­сто­ров, под­клю­чён к ис­точ­ни­ку с на­пря­же­ни­ем 40 В (см. Рис. 2). Вы­чис­ли­те силу тока в ре­зи­сто­рах 1 и 2, на­пря­же­ние на ре­зи­сто­ре 3. Со­про­тив­ле­ние пер­во­го ре­зи­сто­ра равно 2,5 Ом, вто­ро­го и тре­тье­го – по 10 Ом, чет­вёр­то­го – 20 Ом.

Дано: ; ; ;

Найти: , ,

Ре­ше­ние

Рис. 2. Ил­лю­стра­ция к за­да­че

Через ре­зи­стор  течёт такой же ток, как и через весь уча­сток (), сле­до­ва­тель­но, со­глас­но за­ко­ну Ома:

 

То есть для на­хож­де­ния  нужно вы­чис­лить со­про­тив­ле­ние (R) всего участ­ка цепи, ко­то­рый со­сто­ит из двух по­сле­до­ва­тель­но под­клю­чён­ных ча­стей, одна часть с ре­зи­сто­ром , дру­гая часть с ре­зи­сто­ра­ми :

 

Ре­зи­стор  со­еди­нён па­рал­лель­но ре­зи­сто­рам  и , сле­до­ва­тель­но:

 

Ре­зи­сто­ры  и  со­еди­не­ны по­сле­до­ва­тель­но, по­это­му:

 

 

 

Сле­до­ва­тель­но, со­про­тив­ле­ние всей цепи равно:

 

Под­ста­вим дан­ное зна­че­ние в фор­му­лу для на­хож­де­ния тока в ре­зи­сто­ре :

 

Так как при па­рал­лель­ном со­еди­не­нии про­вод­ни­ков на­пря­же­ния в каж­дом из про­вод­ни­ков равны и равны об­ще­му на­пря­же­нию на участ­ке цепи, то:

 

От­сю­да:

 

 

 

При по­сле­до­ва­тель­ном со­еди­не­нии силы тока оди­на­ко­вы, по­это­му:

 

По­лу­чи­ли си­сте­му урав­не­ний:

 

Решив эту си­сте­му по­лу­чим, что:

 

 

Так как  и  со­еди­не­ны по­сле­до­ва­тель­но:

 

На­пря­же­ние на ре­зи­сто­ре  равно:

 

Ответ: ;  ;  

Задача 3

Най­ди­те пол­ное со­про­тив­ле­ние цепи (см. Рис. 3), если со­про­тив­ле­ние ре­зи­сто­ров , , . Най­ди­те силу тока, иду­ще­го через каж­дый ре­зи­стор, если к цепи при­ло­же­но на­пря­же­ние 36 В.

Дано: ; ; ;

Найти: , , , , , , ;

Ре­ше­ние

Рис. 3. Ил­лю­стра­ция к за­да­че

Ре­зи­сто­ры , ,  со­еди­не­ны по­сле­до­ва­тель­но, по­это­му со­про­тив­ле­ние на этом участ­ке равно:

 

Ре­зи­стор  под­клю­чён па­рал­лель­но участ­ку с ре­зи­сто­ра­ми , , , по­это­му со­про­тив­ле­ние на участ­ке с ре­зи­сто­ра­ми ,, ,  равно:

 

Ре­зи­сто­ры  и  со­еди­не­ны с участ­ком цепи с ре­зи­сто­ра­ми ,, ,  по­сле­до­ва­тель­но, то есть общее со­про­тив­ле­ние цепи равно:

 

Через ре­зи­стор  и   () нераз­ветв­лён­ной цепи течёт весь ток цепи, по­это­му:

 

По за­ко­ну Ома этот ток равен:

 

Общее на­пря­же­ние цепи будет со­сто­ять из на­пря­же­ний , так как ,,  со­еди­не­ны по­сле­до­ва­тель­но (, по­то­му что  и  па­рал­лель­ны):

 

 

Со­глас­но за­ко­ну Ома:

 

Ре­зи­сто­ры , ,  со­еди­не­ны по­сле­до­ва­тель­но, сле­до­ва­тель­но:

 

Ответ: ; ; ;   

3. Решите задачи по теме самостоятельно, по вариантам:

Вариант №1 №1 . На каком из рисунков изображено последовательное соединение лампочек? №2 Определите общее сопротивление цепи на схеме 2, если каждая лампа имеет сопротивление 6 Ом? №3 Два проводника сопротивлением 2 и 3 Ом соединены последовательно и подключены к источнику тока. На первом проводнике напряжение 4 В. Каково напряжение на втором проводнике? №4 Определите напряжение на концах стального проводника длиной 140 см и площадью поперечного сечения 0,2 мм2, в котором сила тока 250 мА.

Вариант №3 №1 . На каком из рисунков изображено параллельное соединение лампочек? №2 Определите общее сопротивление цепи на схеме 4, если каждая лампа имеет сопротивление 4 Ом? №3 Два проводника сопротивлением 4 и 6 Ом соединены последовательно и подключены к источнику тока. На первом проводнике напряжение 12 В. Каково напряжение на втором проводнике? №4 Определите напряжение на концах медного проводника длиной 110 см и площадью поперечного сечения 0,5 мм2, в котором сила тока 150 мА

Вариант №2 №1 . На каком из рисунков изображено последовательное соединение резисторов? №2 Определите общее сопротивление цепи на схеме в, если каждая резистор имеет сопротивление 4 Ом? №3 .Участок электрической цепи содержит три проводника сопротивлением 10 Ом, 20 Ом и 30 Ом, соединенных последовательно. Вычислите силу тока в каждом проводнике и напряжение на концах этого участка, если напряжение на концах второго проводника равно 40 В. №4 Определите силу тока на концах нихромового проводника длиной 40 см и площадью поперечного сечения 0,6 мм2, в котором напряжение составляет 45В.

Вариант №4 №1 . На каком из рисунков изображено параллельное соединение резисторов? №2 Определите общее сопротивление цепи на схеме в, если каждая резистор имеет сопротивление 5 Ом? №3 .Участок электрической цепи содержит три проводника сопротивлением 2 Ом, 4 Ом и 6 Ом, соединенных последовательно. Вычислите силу тока в каждом проводнике и напряжение на концах этого участка, если напряжение на концах второго проводника равно 100 В. №4 Определите силу тока на концах железного проводника длиной 60см и площадью поперечного сечения 0,8 мм2, в котором напряжение составляет 200 В.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА№ 19.

Тема: «Изучение закона Ома для участка цепи».

   Цель работы: установить на опыте зависимость силы тока от напряжения и сопротивления.

   Оборудование :амперметр лабораторный, вольтметр лабораторный, источник питания, набор из трёх резисторов сопротивлениями 1 Ом, 2 Ом, 4 Ом, реостат, ключ замыкания тока, соединительные провода.

Ход работы.

Краткие теоретические сведения

   Электрический ток - упорядоченное движение заряженных частиц

   Количественной мерой электрического тока служит сила тока I

   Сила тока - – скалярная физическая величина, равная отношению заряда q, переносимого через поперечное сечение проводника за интервал времени t, к этому интервалу времени:

    В Международной системе единиц СИ сила тока измеряется в амперах[А].    [1A=1Кл/1с]

   Прибор для измерения силы тока Амперметр. Включается в цепь последовательно

   На схемах электрических цепей амперметр обозначается .

   Напряжение – это физическая величина, характеризующая действие электрического поля на заряженные частицы, численно равно работе электрического поля по перемещению заряда из точки с потенциалом φ₁ в точку с потенциалом φ₂

   U₁₂ = φ₁ – φ₂             

   U – напряжение         A – работа тока        q – электрический заряд

   Единица напряжения – Вольт [В]        [1B=1Дж/1Кл]

   Прибор для измерения напряжения – Вольтметр. Подключается в цепь параллельно тому участку цепи, на котором измеряется разность потенциалов.

   На схемах электрических цепей амперметр обозначается .

   Величина, характеризующая противодействие электрическому току в проводнике, которое обусловлено внутренним строением проводника и хаотическим движением его частиц, называется электрическим сопротивлением проводника.

   Электрическое сопротивление проводника зависит от размеров и формы проводникаи отматериала, из которого изготовлен проводник.

           S – площадь поперечного сечения проводника        l – длина проводника

   ρ – удельное сопротивление проводника.    В СИ единицей электрического сопротивления проводников служит ом [Ом].

   Графическая зависимость силы тока I от напряжения U - вольт-амперная характеристика

   Закон Ома для однородного участка цепи: сила тока в проводнике прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника.

   Назван в честь его первооткрывателя Георга Ома.

Практическая часть

   1. Для выполнения работы соберите электрическую цепь из источника тока, амперметра, реостата, проволочного резистора сопротивлением 2 Ом и ключа. Параллельно проволочному резистору присоедините вольтметр (см. схему).

   

   2. Опыт 1.Исследование зависимости силы тока от напряжения на данном участке цепи. Включите ток. При помощи  реостата доведите напряжение на зажимах проволочного резистора до 1 В, затем до 2 В и до 3 В. Каждый раз при этом измеряйте силу тока и результаты записывайте в табл. 1.

   Таблица 1. Сопротивление участка 2 Ом

Напряжение, В
Сила тока, А

   3. По данным опытов постройте график зависимости силы тока от напряжения. Сделайте вывод.

   4. Опыт 2. Исследование зависимости силы тока от сопротивления участка цепи при постоянном напряжении на его концах. Включите в цепь по той же схеме проволочный резистор сначала сопротивлением 1 Ом, затем 2 Ом и 4 Ом. При помощи реостата устанавливайте на концах участка каждый раз одно и то же напряжение, например, 2 В. Измеряйте при этом силу тока, результаты записывайте в табл 2.

   Таблица 2. Постоянное напряжение на участке 2 В

Сопротивление участка, Ом
Сила тока, А

   5. По данным опытов постройте график зависимости силы тока от сопротивления. Сделайте вывод.

   6. Ответьте на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1. Что такое электрический ток?

2. Дайте определение силы тока. Как обозначается? По какой формуле находится?

3. Какова единица измерения силы тока?

4. Каким прибором измеряется сила тока? Как он включается в электрическую цепь?

5. Дайте определение напряжения. Как обозначается? По какой формуле находится?

6. Какова единица измерения напряжения?

7. Каким прибором измеряется напряжение? Как он включается в электрическую цепь?

8. Дайте определение сопротивления. Как обозначается? По какой формуле находится?

9. Какова единица измерения сопротивления?

10. Сформулируйте закон Ома для участка цепи.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА№ 20.

Тема: «Измерение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока».

Цель:научиться определять электродвижущую силу и внутреннее сопротивление источника электрической энергии.

   Оборудование: 1. Амперметр лабораторный;

                             2. Источник электрической энергии;

                             3. Соединительные провода,

                             4. Набор сопротивлений 2 Ом и 4 Ом;

                             5. Переключатель однополюсный; ключ.

Теория.

   Возникновение разности потенциалов на полюсах любого источника является результатом разделения в нем положительных и отрицательных зарядов. Это разделение происходит благодаря работе, совершаемой сторонними силами.

   Силы неэлектрического происхождения, действующие на свободные носители заряда со стороны источников тока, называются сторонними силами.

   При перемещении электрических зарядов по цепи постоянного тока сторонние силы, действующие внутри источников тока, совершают работу.

   Физическая величина, равная отношению работы A_ст сторонних сил при перемещении заряда q внутри источника тока к величине этого заряда, называется электродвижущей силой источника (ЭДС):

 

   ЭДС определяется работой, совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда.

Электродвижущая сила, как и разность потенциалов, измеряется в вольтах [В].

   Чтобы измерить ЭДС источника, надо присоединить к нему вольтметр при разомкнутой цепи.

   Источник тока является проводником и всегда имеет некоторое сопротивление, поэтому ток выделяет в нем тепло. Это сопротивление называют внутренним сопротивлением источника и обозначают r.

   Если цепь разомкнута, то работа сторонних сил превращается в потенциальную энергию источника тока. При замкнутой цепи эта потенциальная энергия расходуется на работу по перемещению зарядов во внешней цепи с сопротивлением R и во внутренней части цепи с сопротивлением r , т.е. ε = IR + Ir.

   Если цепь состоит из внешней части сопротивлением R и внутренней сопротивлением r, то,  согласно закону сохранения энергии, ЭДС источника будет равна сумме напряжений на внешнем и внутреннем участках цепи, т.к. при перемещении по замкнутой цепи заряд возвращается в исходное положение , где IR – напряжение на внешнем участке цепи, а Ir - напряжение на внутреннем участке цепи.

   Таким образом, для участка цепи, содержащего ЭДС:

   Эта формула выражает закон Ома для полной цепи: сила тока в полной цепи прямо пропорциональна электродвижущей силе источника и обратно пропорциональна сумме сопротивлений внешнего и внутреннего участков цепи.

   ε и r можно определить опытным путем.

   Часто источники электрической энергии соединяют между собой для питания цепи. Соединение источников в батарею может быть последовательным и параллельным.

   При последовательном соединении два соседних источника соединяются разноименными полюсами.

   Т.е., для последовательного соединения аккумуляторов, к ″плюсу″ электрической схемы подключают положительную клемму первого аккумулятора. К его отрицательной клемме подключают положительную клемму второго аккумулятора и т.д. Отрицательную клемму последнего аккумулятора подключают к ″минусу″ электрической схемы.

   Получившаяся при последовательном соединении аккумуляторная батарея имеет ту же емкость, что и у одиночного аккумулятора, а напряжение такой аккумуляторной батареи равно сумме напряжений входящих в нее аккумуляторов. Т.е. если аккумуляторы имеют одинаковые напряжения, то напряжение батареи равно напряжению одного аккумулятора, умноженному на количество аккумуляторов в аккумуляторной батарее.

1. ЭДС батареи равна сумме ЭДС отдельных источников ε= ε₁ + ε₂ + ε_3. Если в батарею соединены n одинаковых источников, то ЭДС батареи ε= nε_1, а сопротивление r_{батареи}= nr₁

2. Общее сопротивление батареи источников равно сумме внутренних сопротивлений отдельных источников r_{батареи}= r₁ + r₂ + r₃

3. Сила тока в такой цепи по закону Ома 

   При параллельном соединении соединяют между собой все положительные и все отрицательные полюсы двух или n источников.

   Т.е., при параллельном соединении, аккумуляторы соединяют так, чтобы положительные клеммы всех аккумуляторов были подключены к одной точке электрической схемы (″плюсу″), а отрицательные клеммы всех аккумуляторов были подключены к другой точке схемы (″минусу″).

   Параллельно соединяют только источники с одинаковой ЭДС. Получившаяся при параллельном соединении аккумуляторная батарея имеет то же напряжение, что и у одиночного аккумулятора, а емкость такой аккумуляторной батареи равна сумме емкостей входящих в нее аккумуляторов. Т.е. если аккумуляторы имеют одинаковые емкости, то емкость аккумуляторной батареи равна емкости одного аккумулятора, умноженной на количество аккумуляторов в батарее.

1. ЭДС батареи одинаковых источников равна ЭДС одного источника. ε= ε₁= ε₂ = ε₃

2. Сопротивление батареи меньше, чем сопротивление одного источника r_{батареи}= r₁/n
3. Сила тока в такой цепи по закону Ома 

Электрическая энергия, накопленная в аккумуляторной батарее равна сумме энергий отдельных аккумуляторов (произведению энергий отдельных аккумуляторов, если аккумуляторы одинаковые), независимо от того, как соединены аккумуляторы - параллельно или последовательно.

   Внутреннее сопротивление аккумуляторов, изготовленных по одной технологии, примерно обратно пропорционально емкости аккумулятора. Поэтому т.к. при параллельном соединении емкость аккумуляторной батареи равна сумме емкостей входящих в нее аккумуляторов, т.е увеличивается, то внутреннее сопротивление уменьшается.

Ход работы.

   1. Начертите таблицу:

№ опыта	Источник электрической энергии ВУП, В	1-й отсчет		2-й отсчет		Э.Д.С. ε , В	Внутреннее сопротивление, r , Ом
		R1, Ом	Сила тока I1 , А	R2, Ом	Сила тока I2 , А
1	1	1		2

   2. Рассмотрите  шкалу амперметра  и определите цену одного деления.
   3. Составьте электрическую цепь по схеме, изображенной на рисунке 1. Переключатель поставить в среднее положение.

Рисунок 1.

   4. Замкнуть цепь, введя меньшее сопротивление R₁. Записать величину силы тока I₁. Разомкнуть цепь.

    5. Замкнуть цепь, введя большее сопротивление R₂. Записать величину силы тока I₂. Разомкнуть цепь.

    6. Вычислить значение ЭДС и внутреннего сопротивления источника электрической энергии.

   Закон Ома для полной цепи для каждого случая:     и    

   Отсюда получим формулы для вычисления ε и r:

                

   7. Результаты всех измерений и вычислений запишите в таблицу.

    8. Сделайте вывод.

    9. Ответьте на контрольные вопросы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

1. Раскройте физический смысл понятия «электродвижущая сила источника тока».

2. Определить сопротивление внешнего участка цепи, пользуясь результатами полученных измерений и законом Ома для полной цепи.

3. Объяснить, почему внутреннее сопротивление возрастает при последовательном соединении аккумуляторов и уменьшается при параллельном в сравнении с сопротивлением r₀ одного аккумулятора.

4. В каком случае вольтметр, включенный на зажимы генератора, показывает ЭДС генератора и в каком случае напряжение на концах внешнего участка цепи? Можно ли это напряжение считать также и напряжением на концах внутреннего участка цепи?

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 21.

Тема: «Действия магнитного поля»

Цель: научиться применять правила левой руки для определения направления силы Ампера и силы Лоренца, а также решать расчетные задачи по теме.

Порядок выполнения работы:

1. Внимательно прочитать теоретическую часть по теме в учебнике

2. Проанализировать примеры разобранных задач

3. Решить задачи по теме самостоятельно

Задачи для самостоятельного решения

1.На рисунке изображен проволочный виток, по которому течет электрический ток в направлении, указанном стрелкой. Виток расположен в вертикальной плоскости. В центре витка вектор индукции магнитного поля тока направлен

 2.На рисунке изображен длинный цилиндрический проводник, по которому протекает электрический ток. Направление тока указано стрелкой.Как направлен вектор магнитной индукции поля этого тока в точке C?

 3.На рисунке изображен проводник, по которому течет электрический ток в направлении, указанном стрелкой. В точке А вектор индукции магнитного поля направлен

4.На рисунке изображен проволочный виток, по которому течет электрический ток в направлении, указанном стрелкой. Виток расположен в горизонтальной плоскости. В центре витка вектор индукции магнитного поля направлен

 5. Как изменится сила Ампера, действующая на прямолинейный проводник с током в однородном м.п. при увеличении индукции магнитного поля в 3 раза? Проводник расположен перпендикулярно вектору индукции.

6. Как изменится сила Ампера, действующая на прямолинейный проводник с током в однородном магнитном поле, при уменьшении силы тока в проводнике в 2 раза? Проводник расположен перпендикулярно вектору индукции.

7. определите силу Лоренца

8. определите силу Лоренца

9. Прямолинейный проводник длиной 0,5 м, по которому течет ток 6 А, находится в однородном магнитном поле. Модуль вектора магнитной индукции 0,2 Тл, проводник расположен под углом  к вектору В. Сила, действующая на проводник со стороны магнитного поля, равна

10. На участок прямого проводника длиной 50 см в однородном магнитном поле с индукцией 2 Тл при силе тока в проводнике 20 А и направлении вектора индукции магнитного поля под углом  к проводнику ,  действует сила Ампера, приблизительно равная

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 22.

Тема: «Наблюдение действия магнитного поля на ток»

Цель работы: убедиться в том, что однородное магнитное поле оказывает на рамку с током ориентирующее действие.

Оборудование: катушка-моток, штатив, источник постоянного тока, реостат, ключ, соединительные провода, магнит дугообразный или полосовой.

Примечание. Перед работой убедитесь, что движок реостата установлен на максимальное сопротивление.

Ход работы

1.     Соберите цепь по рисунку, подвесив на гибких проводах

катушку-моток.

2.     Расположите дугообразный магнит под некоторым острым

углом  α(например 45°) к плоскости катушки-мотка и, замыкая ключ, пронаблюдайте движение катушки-мотка.

3.     Повторите опыт, изменив сначала полюсы магнита, а затем направление электрического тока.

4.     Зарисуйте катушку-моток и магнит, указав направление магнитного поля, направление электрического тока и характер движения катушки-мотка.

5.     Объясните поведение катушки-мотка с током в однородном магнитном поле.

6.     Расположите дугообразный магнит в плоскости катушки-мотка (α=0°). Повторите действия, указанные в пунктах 2-5.

7.     Расположите дугообразный магнит перпендикулярно плоскости катушки-мотка (α=90°). Повторите действия, указанные в пунктах 2-5.

Вывод: _____

                        Дополнительное задание

1.     Изменяя силу тока реостатом, пронаблюдайте, изменяется ли характер движения катушки-мотка с током в магнитном поле?

Рис. 1

Контрольные вопросы

1.     В 1820 г. Х. Эрстед обнаружил действие электрического тока на _____

2.     В 1820 г. А. Ампер установил, что два параллельных проводника с током _____

3.     Магнитное поле может быть создано:  а) _____   б) _____   в) _____

4.     Что является основной характеристикой магнитного поля? В каких единицах в системе СИ измеряется?

5.     За направление вектора магнитной индукции В в том месте, где расположена рамка с током, принимают _____

6.     В чем состоит особенность линий магнитной индукции?

7.     Правило буравчика позволяет _____

8.     Формула силы Ампера имеет вид:   F= _____

9.     Сформулируйте правило левой руки.

10. Максимальный вращающийся момент М, действующий на рамку с током со стороны магнитного поля, зависит от _____

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА№ 23

Тема: «Изучение явления электромагнитной индукции»

Цель работы:  изучить условия возникновения индукционного тока, ЭДС индукции. 

Оборудование:катушка, два полосовых магнита, миллиамперметр.  

Теория

   Взаимная связь электрических и магнитных полей была установлена выдающимся английским физиком М. Фарадеем в 1831 г. Он открыл явление электромагнитной индукции.

   Многочисленные опыты Фарадея показывают, что с помощью магнитного поля можно получить электрический ток в проводнике.

   Явление электромагнитной индукции заключается в возникновении электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего контур.

   Ток, возникающий при явлении электромагнитной индук­ции, называютиндукционным.

   В электрической цепи (рисунок 1) возникает индукционный ток, если есть движение магнита относительно катушки, или наоборот. Направление индукционного тока зависит как от направления движения магнита, так и от расположения его полюсов. Индукционный ток отсутствует, если нет относительного перемещения катушки и магнита.

Рисунок 1.

   Строго говоря, при движении контура в магнит­ном поле генерируется не определенный ток, а определенная э. д. с.

Рисунок 2.

   Фарадей экспериментально установил, что при изменении магнитного потока в проводящем контуре возникает ЭДС индукции E_инд, равная скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром, взятой со знаком минус:

 

   Эта формула выражает закон Фарадея: э. д. с. индукции равна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограни­ченную контуром.

   Знак минус в формуле отражает правило Ленца.

   В 1833 году Ленц опытным путем доказал утверждение, которое называется правилом Ленца:индукционный ток, возбуждаемый в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, всегда направлен так, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызывающего индукционный ток.

   При возрастании магнитного потока Ф>0, а ε_инд < 0, т.е.   э. д. с. индукции вызывает ток такого направления, при котором его маг­нитное поле уменьшает магнитный поток через контур.

   При уменьшении магнитного потока Ф<0, а ε_инд > 0, т.е. магнитное поле индукционного тока увеличивает убывающий магнитный поток через контур.

   Правило Ленца имеет глубокий физический смысл – оно выражает закон сохранения энергии: если магнитное поле через контур увеличивается, то ток в контуре направлен так, что его магнитное поле направлено против внешнего, а если внешнее магнитное поле через контур уменьшается, то ток направлен так, что его магнитное поле поддерживает это убывающее магнитное поле.

   ЭДС индукции зависит от разных причин. Если вдвигать в катушку один раз сильный магнит, а в другой — слабый, то показания прибора в первом случае будут более высокими. Они будут более высокими и в том случае, когда магнит движется быстро. В каждом из проведённых в этой работе опыте направление индукционного тока определяется правилом Ленца. Порядок определения направления индукционного тока показан на рисунке 2. 

На рисунке 2 обозначены силовые линии магнитного поля постоянного магнита и линии магнитного поля индукционного тока. Силовые линии магнитного поля всегда направлены от N к S – от северного полюса к южному полюсу магнита.

   По правилу Ленца индукционный электрический ток в проводнике, возникающий при изменении магнитного потока, направлен таким образом, что его магнитное поле противодействует изменению магнитного потока. Поэтому в катушке направление силовых линий  магнитного поля противоположно силовым линиям постоянного магнита, ведь магнит движется в сторону катушки. Направление тока находим по правилу буравчика: если буравчик (с правой нарезкой) ввинчивать так, чтобы его поступательное движение совпало с направлением линий индукции в катушке, тогда направление вращения рукоятки буравчика совпадает с направлением индукционного тока.

   Поэтому ток через миллиамперметр течёт слева направо, как показано на рисунке 1 красной стрелкой. В случае, когда магнит отодвигается от катушки, силовые линии магнитного поля индукционного тока будут совпадать по направлению с силовыми линиями постоянного магнита, и ток будет течь справа налево.

Ход работы.

Подготовьте для отчета таблицу и по мере проведения опытов заполните её.

№ п/п	Действия с маг-нитом и катушкой	Показаниямилли-амперметра,мА	Направления отклонения стрелки миллиамперметра (вправо, влево или не откланяется)	Направление индукционного тока              (по правилу Ленца)
1	Быстро вставить магнит в катушку северным полюсом
2	Оставить магнит в катушке неподвижным после опыта 1
3	Быстро вытащить магнит из катушки
4	Быстро приблизить катушку к северному полюсу магнита
5	Оставить катушку неподвижной после опыта 4
6	Быстро вытащить катушку от северного полюса магнита
7	Медленно вставить в катушку магнит северным полюсом
8	Медленно вытащить магнит из катушки
9	Быстро вставить в катушку 2 магнита северными полюсами
10	Быстро вставить магнит в катушку южным полюсом
11	Быстро вытащить магнит из катушки после опыта 10
12	Быстро вставить в катушку 2 магнита южными полюсами

   Записать общий вывод по работе на основе проведённых наблюдений.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

1.     В чем заключается явление электромагнитной индукции?

2.     Какой ток называют индукционным?

3.     Сформулируйте закон электромагнитной индукции. Какой формулой он описывается?

4.     Как формулируется правило Ленца?

5.     Какова связь правила Ленца с законом сохранения энергии?

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №24

Тема: «Изучение зависимости периода колебаний нитяного маятника от длины нити».

Цель работы: экспериментально проверить формулу, связывающую период колебаний маятника с длиной его подвеса и определить ускорение свободного падения при помощи маятника.

Оборудование: 1) секундомер; 2) измерительная лента; 3) шарик с отверстием; 4) штатив с муфтой

Порядок выполнения работы:

I часть

1.            Установите на краю стола штатив. Штатив разместите на столе так, чтобы конец перекладины выступал за край поверхности стола. Подвесьте к перекладине с помощью нити груз. Расстояние от точки подвеса до центра груза должно быть 25-30 см.

2.             Отклоните маятник от положения равновесия на 5-8 см и отпустите его.

3.            Измерьте время t 20 полных колебаний (N).

4.            Повторите измерения 3-4 раза и определите среднее значение времени.

5.            Вычислите период и частоту колебаний маятника.

6.            Полученные результаты занесите в таблицу:

№ опыта	l, м	N	t, с	t ср, с	T, с	ν,Гц
1
2
3
4
1
2
3
4

7.            Увеличьте длину подвеса в четыре раза.

8.            Повторите серию опытов с маятником новой длины и вычислите его период и частоту колебаний.

9.            Сравните периоды колебаний двух маятников, длины которых отличались в четыре раза.

10.     Сделайте вывод относительно справедливости формулы T=2π

II часть

1.            Установите на краю стола штатив. У его верхнего конца укрепите при помощи муфты кольцо и подвесьте к нему груз на нити. Шарик должен висеть на расстоянии 3-5 смот  пола.

2.            Измерьте длину маятника (длина маятника должна быть не менее 50 см).

3.            Отклоните маятник от положения равновесия на 5-8 см и отпустите его.

4.            Измерьте в нескольких экспериментах время t  50 полных колебаний (N).

5.            Вычислите ∆t_ср.

6.            Вычислите ускорение свободного падения по формуле g_ср=4.

7.            Полученные результаты занесите  в таблицу:

№ опыта	l, м	N	t,с	∆tср, с	gср, м/с2
1
2
3

8.             Определите относительную погрешность измерения времени

=.

9. Вычислить относительную погрешность измерения g по формуле:

10.  Определить Δg=·g_ср

11.             Запишите результат измерения в виде g_ср  - Δg ≤ g ≤ g_ср + Δg.

12.             Убедитесь в достоверности измерений и проверьте принадлежность известного значения ускорения свободного значения полученному интервалу.

13.             Сделайте вывод по результатам двух частей лабораторной работы.

Контрольные вопросы:

     1. Что называют периодом колебаний маятника?

   2. Что называют частотой колебаний маятника? Какова единица частоты колебаний?

   3. От каких величин и как зависит период колебаний математического маятника?

    4. От каких величин и как зависит период колебаний пружинного маятника?

    5. Какие колебания называют собственными?

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА№ 25.

Тема: «Характеристики упругих волн»

Цель работы: закрепить теоретические знания по теме и приобрести навык решения задач по теме

1. Ответьте на вопросы

1. Какое движение называется колебательным? 2. Гармонические колебания? Свободные и вынужденные? 3. Частота и период? 4. Математический маятник и его основные характеристики? 5. Пружинный маятник и его основные характеристики? 6. Механические волны и их характеристики? 2. Ознакомьтесь с методами решения задач

1. Задачи, решение которых основано на общих уравнениях гармонических колебаний. Для решения задач необходимо: 1.Записать уравнение гармонических колебаний в виде Х=Х0 sin(ωt + φ0) 2. Определить начальную фазу колебаний φ0 , используя условия задачи, и выразить, если это необходимо, циклическую частоту колебаний ω  через частоту V если период колебаний Т, используя формулу: w=2П V; Т=1/V. 3.Определить мгновенные значения скорости и ускорения, точки, совершающей гармонические колебания: U  =X0ωcos (ωt+ φ0); а = X(t)=-Xωsin(ωt+ φ0). 4. Если необходимо, использовать закон сохранения механической энергии mU/2 + kX/2= cost с учетом того, что k-коэффициент упругости 5. Решить полученное уравнение относительно неизвестных. 6. Сделать числовой расчет и проверить размерность искомой величины. 2.Задачи на расчет периода колебаний математического и пружинного маятника. Для решения задач необходимо: 1.Выяснить, чему равно ускорение точки подвеса маятника. Если, а=0, то период малых колебаний определяется по формуле Т = 2П√l/g. Если точка падежа движется с ускорением а, направляемым под углом α к ускорению силы тяжести g период малых колебаний определяется по формуле Т=2П√l/g. Для упругого маятника Т = 2П√m/k. 2. Если необходимо, то записать формулы, обязывающие период колебаний с частотой или циклический частотой колебаний. 3.Решить полученные уравнения. 4.Сделать числовой расчет и проверить размерность искомой величины. 3.Задачи на расчет характеристик упругих волн. Для решения задач необходимо:       1.Использовать уравнение плоской волны: X=X0sinω (tS/U), где Х-смещение точки упругой среды в которой распространяется упругая волна из положения равновесия в момент времени t, s расстояние от данной точки до источника колебаний. 2. Использовать формулы для длины волны: λ =UT; λ =U/ν. 3. Использовать формулы скорости распространения упругих волн в различных средах.  3. Решите задачи по вариантам самостоятельно Задание №1 1. Напишите уравнение гармонических колебаний, если частота равна 0,5 Гц, амплитуда 80 см. Начальная фаза колебаний равна нулю.  2. Период гармонических колебаний материальной точки равен 2,4 с, амплитуда 5 см, начальная фаза равна нулю. Определите смещение колеблющейся точки через 0,6 с после начала колебаний. 3. Напишите уравнение гармонических колебаний, если амплитуда равна 7 см и за 2 мин совершается 240 колебаний. Начальная фаза колебаний равна π /2 рад. 4. Уравнение гармонических колебаний тела x = 0,2·cos(πt) в (СИ). Найдите амплитуду, период, частоту и циклическую частоту. Определите смещение тела через 4 с; 2 с. 5. Напишите уравнение гармонических колебаний, если за 1 мин совершается 60 колебаний; амплитуда равна 8 см, а начальная фаза 3·π /2 рад. Задание №2 1. На рис. 10 представлен график зависимости координаты тела, совершающего гармонические колебания, от времени. Определите период колебаний. 2. Определите по рис. 10 амплитуду колебаний. 3. Определите по рис. 10, каким интервалам времени соответствуют минимумы и максимумы кинетической энергии. 4. Определите по рис. 10, каким интервалам времени соответствуют минимумы и максимумы потенциальной энергии. 5. Для определения на опыте ускорения свободного падения заставили колебаться груз на нити, при этом он совершил 125 колебаний за 5 мин. Длина маятника равна 150 см. Чему равно g? Задание №3 1. Чему равен период свободных колебаний пружинного маятника, если масса груза равна 0,25 кг, а жесткость пружины 100 Н/м? 2. Груз на пружине совершает колебания с амплитудой 4 см. Определите смещение груза за время, равное Т/2 и Т. Начальная фаза колебаний равна нулю.  3. Груз на пружине за Т/2 смещается на 6 см. С какой амплитудой колеблется груз? Начальная фаза колебаний равна π рад.  4. Груз массой 200 г совершает колебания на пружине с жесткостью 500 Н/м. Найдите частоту колебаний и наибольшую скорость движения груза, если амплитуда колебаний 8 см. 5. Пружина под действием груза удлинилась на 1 см. Определите, с каким периодом начнет совершать колебания этот груз на пружине, если его вывести из положения равновесия. Задание №4 1. Маятник имеет длину 40 см. Каков будет период колебаний этого маятника на поверхности Луны? (Маятник считать математическим; ускорение свободного падения на поверхности Луны считать равным 1,6 м/с2.) 2. Два маятника, длины которых отличаются на 22 см, совершают в одном и том же месте Земли за некоторое время один 30 колебаний, другой 36 колебаний. Найдите длины маятников. 3.Определите ускорение свободного падения на Луне, если маятниковые часы идут на ее поверхности в 2,46 раза медленнее, чем на Земле. 4. На сколько уйдут часы за сутки, если их перенести с экватора на полюс?  (gэ= 978 см/с2, gп= 983 см/с2.) 5. Часы с маятником длиной 1 м за сутки отстают па 1 ч. Что надо сделать с длиной маятника, чтобы часы не отставали?  Задание №5 1.  Лодка качается в море на волнах, которые распространяются со скоростью 2 м/с. Расстояние между двумя ближайшими гребнями волн 6 м. Какова частота ударов волн о корпус лодки? 2.Определите длину звуковой волны человеческого голоса высотой тона 680 Гц. (Скорость звука считать равной 340 м/с.) 3. Длина волны в воздухе для самого низкого мужского голоса достигает 4,25 м. Найдите частоту колебании голосовых связок такого человека. 4.Амплитуда незатухающих колебаний точки струны 1 мм, частота 400 Гц. Какой путь пройдет точка струны за 0,1 с? 5. Во время грозы человек услышал гром через 10 с после вспышки молнии. Как далеко от него произошел ее разряд? ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА№ 26. Тема: «Законы отражения и преломления света»  Цель: применение законов отражения и преломления света при решении задач. Оборудование: методические рекомендации, линейка, карандаш, калькулятор. Краткая теория Закон прямолинейного распространения света: в оптически однородной среде свет распространяется прямолинейно. Закон отражения света: падающий и отраженный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости. Угол отражения β равен углу падения α. Закон преломления света: падающий и преломленный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости. Отношение синуса угла преломления к синусу угла падения α есть величина, постоянная для двух данных сред:= Постоянную величину n21  называют относительным показателем преломления второй среды относительно первой. Показатель преломления среды относительно вакуума называют абсолютным показателем преломления. Абсолютный показатель преломления – величина, равная отношению скорости распространения электромагнитной волны в вакууме к скорости распространения в данной среде: n = , где с=3*108 м/с. Абсолютный показатель преломления для некоторых веществ Алмаз Вода 2,42 1,33 Глицерин Кварц 1,47 1,54 Лед Плексиглас 1,31 1,50 Скипидар Стекло 1,47 1,57 При некотором угле α, стремящемся к αпр (αпр называется предельным углом), угол преломления стремится к , а интенсивность преломленного луча практически равна нулю. При αпр< α < происходит полное отражение. Явление полного отражения имеет место только при падении света из среды оптически более плотной в среду оптически менее плотную. Таблица значений основных тригонометрических функций Задание для самостоятельной работы Вариант 1 1.     α=60° и γ=30º. Определить показатель преломления вещества n. 2.     Чему равен угол падения, если он вместе с углом отражения составляет 70º? 3.     Найти скорость распространения света в стекле. 4.     Луч света падает на плоское зеркало перпендикулярно. Определите, на какой угол повернется отраженный луч, если зеркало повернуть на 300. 5.     Начертить ход лучей, которые падают на границу стекло-воздух под углом 300. Вариант 2 1.     α=45° и γ=30º. Определить показатель преломления вещества n. 2.     Под каким углом должен падать луч на плоское зеркало, чтобы угол между отражённым и падающим лучами был равен 86º. 3.     Луч переходит из воды в стекло. Угол падения равен 35º. Найти угол преломления. 4.     Найти скорость распространения света в воде. 5.     Начертить ход лучей, падающих на границу воздух-лед под углом 450. Контрольные вопросы 1.     Сформулируйте законы отражения и преломления света. 2.     Что показывает абсолютный показатель преломления? 3.     Что показывает относительный показатель преломления? 4.     На дне чашки, наполненной водой, находится монета. Почему, глядя на монету, она кажется приподнятой? 5.     Может ли наблюдаться полное отражение при падении света из глицерина в алмаз, из алмаза – в воду, из стекла – в воду? Ответ пояснить. ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА№ 27. Тема: «Измерение показателя преломления стекла» Цель работы: вычислить показатель преломления стекла относительно воздуха. Оборудование: стеклянная пластина, имеющая форму трапеции, источник тока, ключ, лампочка, соединительные провода, металлический экран с щелью. Ход работы 1.     Подключите лампочку через выключатель к источнику тока. С помощью экрана с щелью получите тонкий световой пучок. 2.     Расположите пластину так, чтобы световой пучок падал на нее в точке В под некоторым острым углом. 3.     Вдоль падающего на пластину и вышедшего из нее светового пучка  поставьте две точки. 4.     Выключите лампочку и снимите пластину, очертив ее контур. 5.     Через точку В границы раздела сред воздух-стекло проведите перпендикуляр к границе, лучи падающий и преломленный и отметьте углы падения α и преломления β. 6.     Проведите окружность с центром в точке В и отметьте точки пересечения окружности с падающим и отраженным лучами (соответственно точки А и С). 7.     Измерьте расстояние от точки А до перпендикуляра к границе раздела. a= ____ 8.     Измерьте расстояние от точки С до перпендикуляра к границе раздела. b= _____ 9.     Вычислите показатель преломления стекла по формуле.  т.к.       n=        n= _____ 10. Вычислите относительную погрешность измерения показателя преломления по формуле: , где ∆a = ∆b = 0,15 см.        ______    = _____ 11. Вычислите абсолютную погрешность измерения  n.       ∆n = n · ε       ∆n = ______        ∆n = _____ 12. Запишите результат в виде  n= n ± ∆n.       n= _____ 13. Результаты вычислений и измерений занесите в таблицу. № опыта a, см b, см     n ∆a, см  ∆b, см     ε    ∆n      1      2 14. Повторите измерения и вычисления при другом угле падения. 15. Сравните полученные результаты показателя преломления стекла с табличным и  сделайте вывод:                         Дополнительное задание 1.     Измерьте транспортиром углы α и β. 2.     Найдите по таблице  sin α=_____, sin β= _____ . 3.     Вычислите показатель преломления стекла n=       n= _____ 4.     Оцените полученный результат. Контрольные вопросы 1.     Преломление света – это явление _____ 2.     Почему пальцы, опущенные в воду, кажутся короткими? 3.     Почему из скипидара в глицерин свет проходит без преломления? 4.     В чем заключается физический смысл показателя преломления? 5.     Чем отличается относительный показатель преломления от абсолютного? 6.     Запишите формулу закона преломления света. 7.     В каком случае угол преломления луча равен углу падения? 8.     При каком угле падения α отраженный луч перпендикулярен к преломленному лучу? (n – относительный показатель преломления двух сред) ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА№ 28. Тема: «Свойства световых волн»

Цель работы: систематизировать знания о волновых свойствах световых волн, расширить область знаний о данных понятиях, выработать умения применять изученный материал для решения практических задач.

1. Повторите теоретический материал:

·         Сформулируй­те принцип Гюйгенса – Френеля.

·         Зависит ли положение главных мак­симумов дифракционной решетки от числа щелей?

·         Чем отличается естественный свет от поляризованного?

·         В каких случаях приближенно справедливы законы геометрической оптики?

2. Выполните наблюдение  дисперсии света с помощью призмы

Приборы и материалы:

1) пластина стеклянная (призма) с косыми гранями,
2) экран со щелью.

Порядок выполнения работы

1. Возьмите в одну руку экран со щелью, а в другую – стеклянную пластину с косыми гранями. Экран расположите вертикально на фоне окна или горящей лампы на расстоянии 30–40 см от глаза, а пластину – горизонтально перед глазом (рис. 1).

Рис. 1

2. Посмотрите через  косые  грани пластины   (призму) на хорошо освещенную щель в экране. Чтобы увидеть ее, пред­варительно поверните немного голову вместе с пластиной в сторону преломляющего угла призмы. Затем, слегка поворачивая пластину вокруг вертикальной оси, добейтесь наибольшей яркости видимого цветного изображения щели.

3. Ответьте на вопросы:

·         Какие цвета и в каком  порядке видны в изображении щели?

·         Свет какого цвета больше преломляется в призме? Ка­кого меньше?

·         Что можно сказать о зависимости показателя преломле­ния стекла от цвета света?

4. Ответы на вопросы запишите в тетрадь.

3. Выполните Наблюдение интерференции света на мыльной пленке

Приборы и материалы:

1) стакан высокий вместимостью 50 mл с раствором мыла,
2) кольцо проволочное диаметром 30 мм с ручкой,
3) трубка стеклянная диамет­ром 3-4 м длиной 100–150 мм.

Порядок выполнения работы

1. Получите на проволочном кольце мыльную пленку, расположите её вертикально и рассмотрите в отраженном  свете от окна или лампы.

2. Ответьте на вопросы:

·         Почему светлые полосы стали окрашенными в спектральные цвета?

·         В каком порядке расположены цвета в по­лосах?

·         Как изменяется ширина светлых полос по мере уменьшения толщины пленки?

3. Выдуйте мыльный пузырь на поверхности мыльного раствора с помощью стеклянной трубки. Наблюдайте за радужной окраской, возникающей на стенках мыльного пузыря.

4. Ответьте на вопросы:

·         Почему на верхней части мыльного пузыря возникают цветные полосы?

·         Почему эти полосы имеют форму окружностей?

·         Почему полосы не остаются на месте, а перемещаются вниз?

4. Выполните наблюдение интерференции на стеклянных пластинах.

 Оборудование: стеклянные пластины – 2 шт.

1.     Стеклянные пластины тщательно протереть, сложит вместе и сжать пальцами.

2.     Рассматривать в отраженном свете на темном фоне. В отдельных местах соприкосновения пластин наблюдать яркие радужные кольцеобразные или неправильной формы полосы.

3.     Заметить изменение формы и расположения полученных интерференционных полос с изменением нажима пальцев.

4.     Попытайтесь увидеть интерференционную картину в проходящем свете.

5.     Ответьте на вопросы:

6.     Почему образуются интерференционные полосы?

7.     Почему изменяется картина при изменении давления пальцев?

8.     Сделайте рисунок.

5. Сделайте вывод о проделанной работе

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА№ 29

Тема: «Наблюдение сплошного и линейчатых спектров».

Цель работы: выделить основные отличительные признаки сплошного и линейчатого спектров, определить по спектрам испускания исследуемые вещества.

Оборудование:

• генератор «Спектр»;
• спектральные трубки с водородом, криптоном, гелием;
• источник питания;
• соединительные провода;
• лампа с вертикальной нитью накала;
• спектроскоп.

Ход работы

1. Расположите спектроскоп горизонтально перед глазом. Пронаблюдать и зарисовать сплошной спектр.

2.Выделить основные цвета полученного сплошного спектра и записать их в наблюдаемой последовательности.

3.Наблюдать линейчатые спектры различных веществ, рассматривая светящиеся спектральные трубки через спектроскоп. Зарисовать спектры и записать наиболее яркие линии спектров.

4. По таблице определить каким веществам принадлежат данные спектры.

5.Сделайте вывод.

6. Выполните следующие задания:

a.      На рисунках А, Б, В приведены спектры излучения газов А и В и газовой смеси Б. На основании анализа этих участков спектров можно сказать, что смесь газов содержит:

1.     только газы А и В;

2.     газы А, В и другие;

3.     газ А и другой неизвестный газ;

4.     газ В и другой неизвестный газ.

b.     На рисунке приведен спектр поглощения смеси паров неизвестных металлов. Внизу – спектры поглощения паров лития и стронция. Что можно сказать о химическом составе смеси металлов?

1.     смесь содержит литий, стронций и еще какие–то неизвестные элементы;

2.     смесь содержит литий и еще какие-то неизвестные элементы, а стронция не содержит;

3.     смесь содержит стронций и еще какие-то неизвестные элементы, а лития не содержит;

4.     смесь не содержит ни лития, ни стронция.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА№ 30

Тема: «Уравнение фотоэффекта».

Цель работы: : повторить законы фотоэффекта, научиться решать задачи на использование формулы Эйнштейна.

1.     Повторить теорию с использованием учебника:

Фотоэффектом (внешним) называется….

Законы фотоэффекта….

Уравнение фотоэффекта….

Фотон…

Импульс…

Внутренний фотоэффект….

Рентгеновские лучи…

2.     Студенты делятся на группы по 4 человека.

Задание в группе:  Установите соответствие.

1	Фотоэффект		6	Электрон, вырванный светом из катода
2	Фотоэлектрон		7	Максимальное значение фототока
3	Фототок насыщения		8	Явление вырывания электронов  из вещества под действием света.
4	Задерживающее напряжение		9	Движение вырванных светом из катода электронов.
5	Фототок		10	Напряжение, при котором величина фототока равна нулю.

После выполнения задания, группы обмениваются и взаимопроверяют.

3.     Задание в группе: найди пару в таблице.

 (Проверяются  знания постоянных величин)

ћ	1,05· 10-34 Дж с	me
1,6· 10-19 Кл	h	9,1· 10-31 кг
c	e	6,62· 10-34 Дж с
1,096· 107 м-1	3· 108 м/с	R

   Правильные ответы показываются на слайде. Взаимооценивание.

4.     Задание в группе:

Решить и оформить на флипчарте задачу.

1) Энергия фотона Е= 3,2 · 10^-19 Дж . Какая длина волны ему соответствует?

2)    Определите импульс фотона , энергия которого равна энергии покоя электрона?

3)    Определите задерживающее напряжение для электронов, испускаемых с поверхности натрия под действием монохроматического излучения с длиной волны λ = 200 нм?

4)    Определите работу выхода электронов из натрия, если красная граница фотоэффекта λ_кр = 500 нм.

5)    Найдите максимальную скорость электронов, освобождаемых при фотоэффекте светом с длинной волны 4 * 10 (-7) м с поверхности материала с работой выхода 1,9 эВ.

Карточка взаимоконтроля

Ф.И. ______	ГР Установите соответствие	ГР Найди пару	ГР Решение задачи	Итого
Количество баллов 1-5 б

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА№ 31

Тема: «Энергия связи. Связь массы и энергии».

Цель работы: : закрепить умение решать задачи по теме.

План:

1. Повторение темы:

- строение атома;

- уравнение реакции;

- период полураспада;

- дефект масс, энергия связи;

- энергия выхода.

2.Использование радиоактивности в различных областях

3. Решение задач:

2.  Составить кластер по теме «Физика атомного ядра». (студенты по цепочке выходят к доске и дописывают элемент -вопрос).

3. Использование радиоактивности в различных областях деятельности человека.

Презентация сообщений об использовании радиоактивности в различных областях деятельности человека.

4. Решение практических задач.

1)Сколько протонов и нейтронов содержит ядро: самопроверка(шторка)

Z=9, N=10

Z=7, N=8

Z=47, N=60

Z=12, N=12

Z=12, N=13 (всего 5 баллов)

2) Найди недостающий элемент реакции и установи соответствие самопроверка(шторка):

X=

X=

X=

X=

X=

Всего 5 баллов

3) Запишите уравнение реакции (взаимоконтроль)

( каждое уравнение по 2 балла, всего 6 баллов):

a)Радиоуглеродный метод хронологической маркировки ископаемых:

Содержание радиоактивного изотопа углерода в атмосфере не изменяется. В живом растении процентное содержание так же является неизменным, но после того как дерево срубили, оно перестало усваивать из атмосферы. С этого момента по закону радиоактивного распада содержание начинает уменьшаться. По остатку радиоактивных атомов можно судить о возрасте.

17 июня 1908 года в 7 ч 14 мин в районе реки Подкаменная Тунгуска упал метеорит. С тех пор многочисленные экспедиции пытаются определить, что же это было. Геофизик А.Золотов, несколько раз побывавший на месте падения тунгусского метеорита, предложил гипотезу о ядерной природе взрыва. Им было проведено послойное исследование срезов стволов тунгусских деревьев радиоуглеродным методом. Как утверждал Золотов, результаты показывали, что большинство деревьев, переживших катастрофу, имеет повышенную  радиоактивность в слоях древесины (обусловленную повышенным содержанием изотопов Цезия-137), появившихся после 1908 года.  Но, хотя по выделенной энергии Тунгусский взрыв может быть сравним с ядерным, следов остаточной радиоактивности 1908 года не найдено.

Изотоп углерода возникает при бомбардировке азота нейтронами. Запишите уравнение реакции образования , какой элемент при этом выделяется?

b) Восстановление фотографий.

Вы уже знакомы со способом восстановления старых выцветших фотографий. При облучении фотоснимка нейтронами, стабильные ядра серебра захватывают их и становятся радиоактивными ядрами . Снимок становится радиоактивным. Запишите уравнение реакции.

c) Кластерная радиоактивность. Кроме уже изученных нами видов радиоактивности, существует протонная и кластерная радиоактивности (1962 году в Дубне). Было обнаружено, что ядра могут самопроизвольно испускать ядра тяжелее гелия – кластерная радиоактивность. Запишите уравнение кластерного распада , при котором образуется изотоп свинца . Что выделяется в качестве кластерной частицы?

4)Период полураспада. Радиоактивные вещества в диагностике. Радиоактивный фосфор использующийся, для диагностики болезней кровообращения, имеет период полураспада 14,3 дня. Найдите активность образца с числом N=5∙10¹⁶. – активность радиоактивного распада вещества, число распадов за 1 с. [А]=[= Бк (беккерель)

14,3сут=1235520с

А=2,8∙10¹⁰Бк.

5) Атомные батареи медицинского назначения. (самостоятельное решение)

   Применение изотопных источников энергии перспективно и в медицине. Для снабжения энергией сердечных регуляторов используют батареи на основе плутония-238, которые работают практически «вечно» и имеют малые размеры, что даёт им явное превосходство по сравнению с химическими батареями. Еще в 1970 году двум пациентам установили подобные устройства, с тех пор сердца пациентов продолжают биться. Была создана целая медицинская школа, использующая изотопные источники для питания искусственных сердец и регуляторов.

Радиоизотопный термоэлектрический генератор, применявшийся в миссии Аполлон-14, также использовал энергию распада плутония-238.

, определить энергетический выход реакции. Указать реакция экзотермическая или эндотермическая. (4 балла)

Ответ: Е=5,63 МэВ

6)Задача из ЕГЭ (задание С-6) (на доске, все вместе)

Препарат активностью 1,7∙10¹¹ частиц в секунду помещен в медный контейнер массой 0,5 кг. На сколько повысилась температура контейнера за 1 ч, если известно, что данное радиоактивное вещество испускает α-частицы энергией 5,3 МэВ? Считать, что энергия всех α-частиц полностью переходит во внутреннюю энергию контейнера. Теплоемкостью препарата и теплообменом с окружающей средой пренебречь.

5. Задачи для самостоятельного решения

Вариант 1.

1.     Укажите число электронов, протонов и нейтронов в атоме бериллия  ⁹₄Ве

2.     Найдите дефект масс атома бериллия в а е м и в кг
Масса протона 1,00728 а е м , масса нейтрона 1,00866 а е м
Масса ядра атома бериллия 9,00998 а е м

3.     Найдите энергию связи ядра атома бериллия в Джоулях и в МэВах

Вариант 2.

1.     Укажите число электронов, протонов и нейтронов в атоме углерода  ¹²₆С

2.     Найдите дефект масс атома углерода в а е м и в кг
Масса протона 1,00728 а е м , масса нейтрона 1,00866 а е м
Масса ядра атома углерода 12,0077 а е м

3.     Найдите энергию связи ядра атома углерода в Джоулях и в МэВах

Вариант 3.

1.     Укажите число электронов, протонов и нейтронов в атоме фтора  ¹⁹₉ F

2.     Найдите дефект масс атома фтора в а. е. м. и в кг
Масса протона 1,00728 а. е. м., масса нейтрона 1,00866 а. е. м.
Масса ядра атома фтора 18,99345 а. е. м.

3.     Найдите энергию связи ядра атома фтора в Джоулях и в МэВах

Вариант 4 *

1.     Укажите число электронов, протонов и нейтронов в атоме кислорода  ¹⁶₈О

2.     Найдите дефект масс атома кислорода в а. е. м. и в кг
Масса протона 1,00728 а. е. м., масса нейтрона 1,00866 а. е. м.
Масса  атома кислорода 15,9994 а. е. м.
Подсказываю: Для нахождения массы ядра атома из массы атома вычитаем массу электронов. Масса электрона 0,00055 а. е м.

3. Найдите энергию связи ядра атома кислорода в Джоулях и в МэВах

 Расчет погрешностей измерения

Выполнение лабораторных работ связано с измерением различных физических величин и последующей обработкой их результатов.

Измерение — нахождение значения физической величины опытным путём с помощью средств измерения.

Прямое измерение — определение значения физической величины непосредственно средствами измерения.

Косвенное измерение — определение значения физической величины по формуле, связывающей её с другими физическими величинами, определяемыми прямыми измерениями.

Введём следующие обозначения: А, В, С, ... — физические величины.

А_пр — приближённое значение физической величины, т. е. значение, полученное путём прямых или косвенных измерений.

ΔА — абсолютная погрешность измерения физической величины.

ε — относительная погрешность измерения физической величины, равная

Δ_иА — абсолютная инструментальная погрешность, определяемая конструкцией прибора (погрешность средств измерения; табл. 1).

Δ_oА — абсолютная погрешность отсчёта (получающаяся от недостаточно точного отсчёта показаний средств измерения); она равна в большинстве случаев половине цены деления, при измерении времени — цене деления секундомера или часов.

Максимальная абсолютная погрешность прямых измерений складывается из абсолютной инструментальной погрешности и абсолютной погрешности отсчёта при отсутствии других погрешностей:

ΔА = Δ_иА + Δ_oА

Абсолютную погрешность измерения обычно округляют до одной значащей цифры (ΔА = 0,17 ≈ 0,2); числовое значение результата измерения округляют так, чтобы его последняя цифра оказалась в том же разряде, что и цифра погрешности (А = 10,332 ≈ 10,3).

Результаты повторных измерений физической величины А, проведённых при одних и тех же контролируемых условиях и при использовании достаточно чувствительных и точных (с малыми погрешностями) средств измерения, обычно отличаются друг от друга. В этом случае А_пр находят как среднее арифметическое значение всех измерений, а погрешность ΔА (её называют случайной погрешностью) определяют методами математической статистики.

В школьной лабораторной практике такие средства измерения практически не используются. Поэтому при выполнении лабораторных работ необходимо определять максимальные погрешности измерения физических величин. Для получения результата достаточно одного измерения. Относительная погрешность косвенных измерений определяется так, как показано в таблице 2.

Абсолютная погрешность косвенных измерений определяется по формуле ΔА = А_прε (с выражается десятичной дробью).

О классе точности электроизмерительных приборов

Для определения абсолютной инструментальной погрешности прибора надо знать его класс точности. Класс точности γ_пр измерительного прибора показывает, сколько процентов составляет абсолютная инструментальная погрешность Δ_иА от всей шкалы прибора (А_mах):

Класс точности указывают на шкале прибора или в его паспорте (знак % при этом не пишут). Существуют следующие классы точности электроизмерительных приборов: 0,1; 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2,5; 4. Зная класс точности прибора (γ_пр) и всю его шкалу (А_mах), определяют абсолютную погрешность Δ_иА измерения физической величины А этим прибором:

Как сравнивать результаты измерений

1. Записать результаты измерений в виде двойных неравенств:

A_1np - ΔА₁< А_1пр< А_1пр + ΔА₁,
A_2пр - ΔА₂< A_2пр< A_2пр + ΔA₂.

2. Сравнить полученные интервалы значений (рис. Л.1): если интервалы не перекрываются, то результаты неодинаковы; если перекрываются, одинаковы при данной относительной погрешности измерений.

Как записывать результат измерения

А = Апр ± ΔА,    ε = ... %.

ЛИТЕРАТУРА:

Основные источники:

1.            Дмитриева В.Ф. Физика: учеб. Для студ. образов. учреждений сред. проф.образования-6-е изд., стер. - М.: Издательский центр «Академия», 2013.-448с.

2.            Дмитриева  В.Ф. Задачи по физике: учеб. Пособие для студ. образоват. Учреждений сред. проф. Образования 3-е изд., стер. - М.: Издательский центр «Академия», 2013.- 256 с.

Дополнительные источники:

3.        Мякишев Г. Я. Физика. 10 класс: учеб. для общеобразоват. учреждений с прил. на электрон. носителе: базовый и профильный уровни/ Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н. Н. Сотский; под ред. В. И. Николаева, Н. А. Парфентьевой.- 21 изд. - М.: Просвещение, 2014 – 366с.

4.       Мякишев Г. Я. Физика. 11 класс: учеб. для общеобразоват. учреждений с прил. на электрон. носителе: базовый и профильный уровни/ Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, В. М. Чаругин; под ред. Н. А. Парфентьевой.- 21 изд. - М.: Просвещение, 2014. – 399с.

5.       Рымкевич А.П. Физика. Задачник. 10-11 кл.: пособие  для общеобразоват. учреждений.-  М.: Дрофа, 2014. – 188с.

6.       Комплекты пособий  для выполнения лабораторных практикумов по физике (CD)

7.        Сборники тестовых заданий по физике (CD)

Интернет-ресурсы:

·           www. fcior. edu. ru (Федеральный центр информационно-образовательных ресурсов).

·           wwww. dic. academic. ru (Академик. Словари и энциклопедии).

·           www. booksgid. com (Воокs Gid. Электронная библиотека).

·           www. globalteka. ru (Глобалтека. Глобальная библиотека научных ресурсов).

·           www. window. edu. ru (Единое окно доступа к образовательным ресурсам).

·           www. st-books. ru (Лучшая учебная литература).

·           www. school. edu. ru (Российский образовательный портал. Доступность, качество, эффективность).

·           www. ru/book (Электронная библиотечная система).

·           www. alleng. ru/edu/phys. htm (Образовательные ресурсы Интернета — Физика).

·           www. school-collection. edu. ru (Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов).

·           https//fiz.1september. ru (учебно-методическая газета «Физика»).

·           www. n-t. ru/nl/fz (Нобелевские лауреаты по физике).

·           www. nuclphys. sinp. msu. ru (Ядерная физика в Интернете).

·           www. college. ru/fizika (Подготовка к ЕГЭ).

·           www. kvant. mccme. ru (научно-популярный физико-математический журнал «Квант»).

·           www. yos. ru/natural-sciences/html (естественно-научный журнал для молодежи «Путь в науку»).