Сотрудничество с онлайн-школой

Инфоурок › Физика ›Другие методич. материалы›Методические рекомендации к лабораторным работам по физике

Методические рекомендации к лабораторным работам по физике

Скачать материал

Департамент строительства, транспорта и жилищно – коммунального хозяйства

Белгородской области

Государственное образовательное учреждение

Среднего профессионального образования

«Белгородский политехнический техникум»

Т.П. Ставропольцева

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ

ПО ФИЗИКЕ

2010г.

Предисловие

Цель настоящего издания - оказать помощь учащимся в подготовке к лабораторным работам и их выполнении, а также облегчить работу преподавателя по организации и проведению лабораторных занятий.

Методические указания содержат описание лабораторных работ, предусмотренных программой, а также контрольные вопросы двух уровней сложности.

Для более эффективного выполнения лабораторных работ студентам необходимо повторить соответствующий теоретический материал, а на занятиях, прежде всего, внимательно ознакомиться с содержанием работы и оборудованием, строго соблюдать правила по технике безопасности, все измерения производить с максимальной тщательностью, для вычислений использовать микрокалькулятор.

По окончании выполнения работы студенты закрепляют знания по теме, отвечая на контрольные вопросы.

I уровень сложности соответствует оценке три, II уровень сложности соответствует оценке пять (при условии, что выполнен и I уровень) или оценке четыре (если даны верные ответы на вопросы только II уровня).

Правила оформления отчета по лабораторной работе

1. Дата выполнения.

2. Номер лабораторной работы.

3. Название лабораторной работы.

4. Цель работы.

5. Перечень приборов и оборудования.

6. Схема установки (или ее зарисовка).

7. Таблица результатов измерений и вычислений.

8. Обработка результатов измерений.

9. Выводы из полученных результатов измерений и наблюдений.

10. Ответы на контрольные вопросы.

Содержание.

Лабораторная работа №1

Сведения о приближенных вычислениях. Определение плотности тела

Лабораторная работа №2

Проверка закона Бойля-Мариотта

лабораторная работа №3

Определение коэффициента полезного действия нагревателя.

Лабораторная работа №4

Определение влажности воздуха.

Лабораторная работа № 5

Определение коэффициента поверхностного натяжения методом отрыва капель

лабораторная работа №6.

Определение электроёмкости конденсатора

Лабораторная работа № 7

Определение электродвижущей силы и внутреннего сопротивления источника тока

Лабораторная работа № 8

Изучение последовательного и параллельного соединения проводников

Лабораторная работа № 9

Исследование зависимости мощности лампы накаливания от напряжения.

Лабораторная работа № 10

Определение электрохимического эквивалента меди

Лабораторная работа № 11

Изучение явления электромагнитной индукции

Лабораторная работа № 12

Исследование электрических схем с индуктивным, емкостным и активными элементами и определение параметров этих элементов.

Лабораторная работа № 13

Устройство и работа трансформатора.

Лабораторная работа № 14

Сборка и настройка простейшего детекторного радиоприёмника.

Лабораторная работа № 15

Определение показателя преломления стекла.

Лабораторная работа № 16

Наблюдение интерференции, дифракции и поляризации света.

Лабораторная работа №17

Измерение длины световой волны с помощью дифракционной решетки.

Лабораторная работа №18

Явление фотоэффекта.

Лабораторная работа № 19

Наблюдение сплошного и линейчатого спектров.

Лабораторная работа № 20

Изучение треков заряженных частиц по готовым фотографиям.

Лабораторная работа №1

Сведения о приближенных вычислениях,

Определение плотности твердого тела.

Цель работы:

1. отработать прием определения плотности вещества по объему тела и его массе;

2. научиться правильно определять массу тела, оценивать погрешности измерений и вычислений.

Оборудование:

1. Весы технические с разновесом;

2. мерный цилиндр с водой;

3. набор брусков или пластинок из стали, меди, алюминия, пластмассы.

Дополнительное оборудование: нить, линейка, тело неправильной формы.

Теоретические сведения.

Проведение лабораторных работ чаще всего связано с необходимостью измерения различных величин. Результат измерения никогда не может быть точным. При любом измерении всегда неизбежна большая или меньшая ошибка. Истинная величина этой ошибки обычна неизвестна, но мы всегда можем указать ее предельные значения. При расчетах, связанных с проведением лабораторных работ, нам приходится встречаться как с точными, так и с приближенными числами.

Точными называются числа, приведенные в условии задачи и являющиеся результатом счета в сравнительно небольших пределах.

Приближенными считаются числа, полученные в результате любых измерений или действий над рядом чисел, из которых хотя бы одно является приближенным.

При работе с приближенными числами необходимо соблюдать следующие правила:

1. При сложении и вычитании приближенных чисел в конечном результате следует сохранять столько десятичных знаков, сколько их имеет наименее точное данное (число с наименьшим числом десятичных знаков).

2. В результате, полученном после умножения и деления, следует сохранять столько значащих цифр, сколько их имеет наименее точное данное.(значащими цифрами числа называются все его цифры, кроме нулей, расположенных слева от первой от первой отличной от нуля цифры и нулей, расположенных справа, в конце числа, если эти нули не являются результатами точного измерения, а поставлены вместо неизвестных или отброшенных цифр).

3. При возведении приближенного числа в квадрат и куб следует сохранять в результате столько значащих цифр, сколько их имеет возводимое в степень приближенное число.

4. При извлечении квадратного и кубического корней из приближенного числа следует сохранять в результате столько значащих цифр, сколько их имеет подкоренное выражение.

5. При выполнении промежуточных результатов необходимо брать одной цифрой больше, чем рекомендуют предыдущие правила.

Ошибки (погрешности), возникающие при измерениях, объясняются несовершенством методов измерений, измерительных приборов, условиями опыта. Для исключения случайных ошибок и повышения степени точности необходимо производить всегда несколько измерений (минимум три), а затем найти среднее арифметическое (результаты трех измерений сложить и разделить на три).

Разность между измеренным и действительным (истинным) значениями величины называют абсолютной погрешностью измерения .

Отношение абсолютной погрешности измерения к действительному значению измеряемой величины называется относительной погрешностью измерения .

№	Математическая операция	Погрешности
№	Математическая операция	абсолютная	относительная
1
2
3
4

Если есть возможность сравнить измеренное значение физической величины с ее табличным (т. е. действительным), или если «проверяется» значение какой-либо физической постоянной, то находить погрешности можно так:

При косвенных измерениях искомой величины погрешности можно определить по одному из следующих методов:

Способ оценки результатов измерений. В этом случае погрешности вычисляют по формулам теории приближенных вычислений, приведенных в таблице.

Опыт показывает, что массы тел, состоящих из одного и того же вещества, прямо пропорциональны объемам этих тел: . Коэффициент пропорциональности называется плотностью этого вещества. Плотность характеризует зависимость массы тела от рода его вещества и измеряется массой вещества в единице объема. Масса тела определяется взвешиванием. Объем тела правильной геометрической формы определяется обмером тела.

Порядок выполнения работы

1. Проверить весы: отклонение стрелки в обе стороны при качании коромысла должны быть одинаковы. Если нужно уравновесить весы, необходимо добавлять на более легкую чашку небольшие кусочки бумаги.

2. Измерить массу металлического бруска и пластилина (тело неправильной формы). Данные измерений записать в таблицу.

3. Измерить линейкой длину, ширину и толщину тела по три раза: по краям тела и в средней его части. Определить среднее значение длины, ширины и толщины тела. Вычислить объем тела по формуле:

4. Вычислить плотность тела по формуле: . Выразить полученное значение плотности в

5. Измерить объем тела неправильной формы. Для этого необходимо заметить исходное положение воды в цилиндре. Показания занести в таблицу

6. Поместить в него тело неправильной формы и вновь заметить уровень воды. Показания занести в таблицу.

7. Поданным измерений вычислить объем тела и найти его плотность.

8. Повторить п 1-7 два раза.

9. Сравнить полученный результат с табличным значением плотности и определить относительную погрешность по формуле

10. Составить таблицу результатов и вычислений и заполнить ее.

Контрольные вопросы:

1. При измерении массы и объема исследуемого тела найдены результаты: Определить по данным измерениям плотность вещества, абсолютную и относительную погрешности измерения.

2. При измерении линейных размеров бруска получены следующие результаты: длина ; ширина . Определить площадь бруска, абсолютную и относительную погрешности измерения.

3. Каким измерительным инструментом следует воспользоваться, если размеры тела следует определить с точностью до 0,1 мм; до 0, 01 мм?

Лабораторная работа №2

Проверка закона Бойля-Мариотта

Цель работы: экспериментально подтвердить справедливость закона Бойля-Мариотта.

Оборудование:

1. трубка – резервуар с двумя кранами;

2. мерный цилиндр с водой;

3. измерительная лента;

4. линейка;

5. барометр (один на группу).

Теоретические сведения.

Уравнение , устанавливающее связь между давлением и объемом газа при постоянной температуре, было получено из эксперимента для создания молекулярно-кинетической теории газов в 1662 г. английским физиком Робертом Бойлем и в 1676 г. французским физиком Эдмоном Мариоттом.

Закон Бойля-Мариотта для изотермического процесса, т.е. процесса, протекающего при постоянной температуре (), является частным случаем объединенного газового закона:

или

Можно сказать, что давление данной массы газа при постоянной температуре изменяется обратно пропорционально его объему. График изотермического процесса называется изотермой. Изотерма, изображенная в прямоугольной системе координат, по оси ординат которой отсчитывается давление газа, а по оси абсцисс – его объем, является гиперболой.

Объектом изучения в работе является воздух, находящийся внутри прозрачной эластичной трубки-резервуара. Объем равен объему внутренней полости трубки. Температура соответствует температуре воздуха в помещении класса. Второе состояние получают путем сжатия

Порядок выполнения работы.

1. По барометру определить атмосферное давление.

2. Собрать установку: закрыть кран на одном конце трубке, второй кран оставить открытым.

3. В мерный цилиндр налить воду комнатной температуры, так, чтобы ее уровень не доходил до края цилиндра на 15-20 мм.

4. Конец трубки с открытым краном погрузить в мерный цилиндр до дна. (Через открытый кран в трубку заходит вода и сжимает воздух до тех пор, пока его давление не сравняется с внешним давлением).

5. Вычислить объем в исходном состоянии. Объем измерить лентой по длине внутренней полости. (Объем внутренней полости определяется произведением площади поперечного сечения на длину. Поскольку поперечное сечение трубки не меняется, объем воздуха удобно измерять в условных единицах. За условную единицу принимают единицу длины воздушного столба).

6. Линейкой измерить разницу уровней воды в мерном цилиндре и в трубке

7. Определить давление воздуха во втором состоянии. Оно равно сумме атмосферного и гидростатического давлений ().

8. Линейкой измерить длину столба воды, вошедшей в трубку.

9. Вычислить объем воздуха во втором состоянии. Из измеренной ранее длины трубки вычесть длину столба воды.

10. Вычислить произведения давления на объем воздуха в первом и во втором состояниях.

11. Данные измерений и вычислений занести в таблицу.

12. Сравнить полученные числа, сделать вывод о справедливости закона Бойля-Мариотта.

13. Таблица наблюдений

P₁, Па	l₁,мм	h_В, мм	P_В, Па	P₂, Па	l,мм	l₂,мм	*P₁ l₁*	P₂ l₂

Контрольные вопросы:

1. Объяснить сущность закона Бойля-Мариотта, пользуясь молекулярно-кинетической теорией.

2. Что мы называем гидростатическим давлением?

3. Объясните, почему вода в цилиндре должна быть комнатной температуры?

4. Для изотермического процесса построить график зависимости p от V, взяв за исходное давление 1 кг воздуха при нормальных условиях.

5. Производит ли газ давление в состоянии невесомости?

Задача: Определить массу 20 л воздуха, находящегося при температуре 273 К под давлением 30 атм.

лабораторная работа №3

Определение коэффициента полезного действия нагревателя

Цель работы: определить коэффициент полезного действия нагревателя.

Оборудование:

1. Цилиндр измерительный;

2. Весы;

3. Разновес;

4. Термометр;

5. Штатив с муфтами и лапкой;

6. Спиртовка со спиртом;

7. Колба с пробкой и трубкой;

8. Стакан батарейный с водой;

9. Спички.

Теоретические сведения

При работе нагревателя неизбежно происходит частичный расход выделяемой энергии на нагревание самого нагревателя и окружающей среды. Энергия, расходуемая на нагревание, для которого используется нагреватель, получила название полезной тепловой энергии Дж.

Суммарное количество энергии, выделяемое нагревателем во время его работы, называется затраченной тепловой энергией Дж.

Число, показывающее, какую часть всей затраченной энергии составляет полезная энергия, называется коэффициентом полезного действия нагревателя:

Порядок выполнения работы.

Рассмотреть шкалу термометра, определить цену деления. Проверить

весы. В дальнейшем все взвешивания проводить с точностью до 0,1 г.

1. Составить цепь по схеме, изображенной на рисунке. Если сопротив-

ление спирали не обозначено на вставке, параллельно спирали присое-

динить вольтметр.

2. Определить массу внутреннего сосуда калориметра m₂ .

3. Налить во внутренний сосуд калориметра 250 см3 воды, снова взве-

сить m₃ . Найти массу жидкости m₁= m₃– m₂

4. Поместить внутренний сосуд калориметра во внешний и измерить

начальную температуру жидкости t₁^оС.

5. Замкнуть цепь, заметить и записать время с точностью до 1 секун-

ды. При помощи реостата поддерживать постоянную величину силы

тока от 1,5 до 2 А в течение 7-10 мин. Записать величину силы тока I и

сопротивление спирали R, если сопротивление неизвестно, найти его

по показаниям вольтметра и амперметра.

6. По истечении 7-10 минут разомкнуть цепь. Перемешать жидкость в

калориметре, выждать, когда перестанет повышаться показание термометра, и измерить окончательную температуру жидкости t₂^оС.

7. Подсчитать:

а) количество теплоты, поглощенное жидкостью

Q_пол = cm(t₂ – t₁)

б) электрическую энергию, затраченную на нагревание

Qзатр =A = I²Rt

8. Найти коэффициент полезного действия нагревателя (спирали).

9. Результаты всех измерений и вычислений записать в таблицу.

Масса калориметра m ₂, кг
Масса калориметра с водой m₃ , кг
Масса воды m₁, кг
Сила тока I, А
Начальная температура воды t1, ^оС
Конечная температура воды t₂, ^оС
Напряжение U, В
Сопротивление R, Ом
Время прохождения тока t, с
КПД, %

Контрольные вопросы:

1-й уровень

1. Что называется коэффициентом полезного действия нагревательного прибора?

2. В каких единицах измеряется количество теплоты?

3. В каких единицах измеряется электрическая энергия?

4. Как подсчитать мощность, потребляемую нагревателем? В каких единицах она измеряется?

II уровень

1. Электрический подогреватель воды для аквариума, присоеди-

ненный к источнику электрической энергии с ЭДС 12 В и внут-

ренним сопротивлением 3,2 Ом, потребляет мощность 10 Вт.

Определить ток в цепи и КПД установки.

2. Почему нельзя вынимать кипятильник из воды, не отключив его

предварительно от сети?

Лабораторная работа № 4

Определение влажности воздуха по точке росы и психрометра.

Цель работы: отработать один из приемов определения влажности воздуха.

Оборудование:

1. Психрометр бытовой;

2. Кондуктор шарообразный от демонстрационного электрометра;

3. Термометр лабораторный;

4. Таблица зависимости давления насыщенного водяного пара от температуры;

5. Кусочки льда или снег;

6. Стакан с водой.

Теоретические сведения

Влажность воздуха - это содержание водяного пара в воздухе. Она характеризуется абсолютной и относительной влажностью воздуха.

(Продолжить)

Абсолютная влажность – это парциальное давление водяного пара (давление, которое производил бы водяной пар, если бы все остальные газы отсутствовали). Абсолютная влажность обозначается – р, Па.
Относительная влажность – это отношение парциального давления водяного пара при данной температуре к давлению насыщенного пара при этой же температуре, выраженное в процентах и определяется по формуле (1)

φ = (р/р₀) •100% (1),

где р – парциальное давление, Па,
р_о – давление насыщенного пара, Па.
Точка росы – это температура, при которой воздух, вследствие своего охлаждения становится насыщенным водяным паром. Влажность воздуха при температуре точки росы равна 100%.

Существует несколько методов определения влажности воздуха. В данной работе определяют влажность двумя способами:

1) С помощью психрометра – прибора, который определяет влажность воздуха по разности температур термометров, резервуар у одного из которых окружён полоской ткани, опущенной в воду, а у другого остаётся сухим, и специальной таблице.

2) По точке росы, когда водяной пар, содержащийся в воздухе, доведён до насыщения путём охлаждения его до температуры, при которой появляется роса. С помощью специальных таблиц определяют абсолютную влажность р. По заданной температуре воздуха определяют с помощью этих же таблиц плотность насыщенного пара р₀, а затем по формуле (1) определяют относительную влажность воздуха.

Порядок выполнения работы

Опыт 1
1. Определить температуру воздуха.
2. Обмотать резервуар термометра кусочком марли или бинта, кончик марли опустить в сосуд с водой, имеющей комнатную температуру.
3. Зная температуру сухого и влажного термометра, по психрометрической таблице определить влажность воздуха.
4. Результаты занести в таблицу 1

Таблица 1

t_сух,^оС	t_влаж,^оС	φ,%

Опыт 2

Измерить температуру воздуха.
2. В стакан с водой опустить термометр.
3. Опустить туда же кусочки льда и помешать термометром, одновременно наблюдая за температурой и появлением «пота» на стенках стакана.
4. При появлении «пота» отметить температуру. Это и будет температура точки росы.
5. По таблице «Давление насыщенного пара» определить парциальное давление и давление насыщенного пара, соответствующие температурам воздуха и точки росы.
По формуле (1) определить относительную влажность воздуха.
7. Опыт повторить 3 раза и данные занести в таблицу 2.

Таблица 2

№ опыта	Темпера- тура воздуха t, ^оС	Парциальное давление р, Па	Темпера- тура точки росы t, ^оС	Давление насыщенного пара р_о, Па	Относитель- ная влажность воздуха φ, %
1
2
3

8. Сравните влажность, которую определили первым и вторым способами.
Сделайте вывод.

Контрольные вопросы:

1. Объясните народные приметы:

«Соль мокнет – к дождю», «Лучина трещит и мечет искры – к ненастью», «Обильная роса – к хорошей погоде».

2. Почему для нахождения точки росы рекомендуется вычислять среднее значение температур появления и исчезновения росы?

3. Как образуется роса, иней, дождь, снег?

4. Объяснить круговорот воды в природе.

5. Объяснить роль процессов испарения в жизни растений.

6. Роль процессов испарения для животных организмов.

Занимательное о влажности.

Вода занимает около 70,8% поверхности земного шара. Живые организмы содержат от 50 до 99,7% воды. Образно говоря живые организмы – это одушевлённая вода. В атмосфере находится около 13-15 тыс. куб. км воды в виде капель, кристаллов снега и водяного пара. В среднем в атмосфере 1,24●10¹⁶ кг водяного пара. И хотя его долю составляет меньше 1 % от общей массы атмосферы, его влияние на погоду, климат Земли, самочувствие людей очень велико.

Главный источник водяного пара в атмосфере – испарение воды с поверхности океанов, морей, водоёмов, влажной почвы, растений. С водяных просторов и суши за год испаряется свыше 500 000 км³ воды, т.е. количество воды, почти равное количеству воды в Чёрном море.

В атмосфере под влиянием различных процессов водяной пар конденсируется.

При этом образуются облака, туман, осадки, роса. При конденсации влаги выделяется количество теплоты, равное количеству теплоты, затраченному на испарение. Этот процесс приводит к смягчению климатических условий в холодных районах.

От влажности зависит интенсивность испарения влаги с поверхности кожи человека. А испарение влаги имеет большое значения для поддержания температуры тела постоянной.

Благоприятная для человека относительная влажность воздуха 40-60%. Такую влажность поддерживают в производственных помещениях, на борту космического корабля.

Большое значение имеет знание влажности в метеорологии для предсказания погоды, т.к. конденсация водяного пара приводит к образованию облаков и последующему выпадению осадков. При этом выделяется большое количество теплоты в атмосферу. И наоборот, испарение сопровождается поглощением теплоты.

В ткацком, кондитерском, печатном и других производствах для нормального течения процессов необходима определённая влажность.

Хранение произведений искусства, книг, музыкальных инструментов требует поддержания влажности на необходимом уровне.

Лабораторная работа № 5

Определение поверхностного натяжения жидкости

методом отрыва капли

Цель работы: отработать один из приемов определения коэффициента поверхностного натяжения воды.

Оборудование:

1. капельница с водой;

2. стакан;

3. весы с разновесами.

Теоретические сведения.

Внутреннее строение жидкостей сложнее строения газов. Во-первых, мы считаем в газах молекулы свободными, движущимися независимо друг от друга, если только не считать их случайных столкновений между собой. В жидкостях молекулы настолько сближены, что столкновения между ними должны происходить несравненно чаще, чем в газах. Вследствие этого каждая молекула должна двигаться около некоторого среднего своего положения, меняющегося сравнительно медленно, т. е. постепенное перемещение молекул с одного места на другое в жидкостях происходит в течение большего промежутка времени, чем в газах.

Во-вторых, поскольку межмолекулярные промежутки в жидкостях невелики, то пренебрегать силами взаимодействия молекул нельзя. Эти силы называют силами сцепления и их величина уменьшается в зависимости от расстояния значительно быстрее, чем у силы гравитационного взаимодействия. В жидкостях наличие этих сил постоянно обнаруживается во множестве разнообразных явлений и притом в особенности вблизи их поверхности.

Когда молекула находится внутри жидкости, то она со всех сторон окружена такими же молекулами, действующими на нее с силами сцепления.

Когда молекула находится на поверхности (воображаемой) жидкости, то равномерность распределения молекул внутри сферы частичного взаимодействия нарушается (вне жидкости – газ, и число молекул в единице объема в миллионы раз меньше, чем в жидкости) и равнодействующая сил сцепления направлена внутрь жидкости перпендикулярно ее поверхности, молекула как бы втягивается внутрь жидкости силой, удерживающей ее от вылета из жидкости.

Молекулы поверхностного слоя жидкости обладают избытком потенциальной энергии по сравнению с энергией молекул, находящихся внутри жидкости.

Как и любая механическая система, поверхностный слой жидкости, стремясь уменьшить потенциальную энергию, сокращается. При этом совершается работа А: , где- коэффициент пропорциональности (выражается в или ), называемый поверхностным натяжением:

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

Коэффициент поверхностного натяжения воды можно определить, воспользовавшись расчетной формулой

где m – масса капли, g – ускорение свободного падения, d – диаметр отверстия капельницы (известен и указан на корпусе).

Порядок выполнения работы

1. Определить массу пустого стакана.

2. Из капельницы в стакан капать 60 – 70 капель. Капли считают.

3. Определить массу стакана с водой.

4. По разнице масс найти массу воды в стакане.

5. Найти массу одной капли (разделить массу воды на число капель в стакане).

6. По приведенной формуле вычислить коэффициент поверхностного натяжения

7. Опыт повторить 2 раза с другим количеством капель

8. Данные измерений и расчетов занести в таблицу наблюдений, где М – общая масса капель; N – число капель в стакане; m – масса одной капли; - коэффициент поверхностного натяжения воды

Таблица наблюдений

№ опыта	М, кг	N	m, кг
1
2
3

9. Полученное значение сравнивают с табличным.

Дополнительное задание: установить зависимость коэффициента поверхностного натяжения воды от температуры. Повторить опыт с водой, имеющей температуру около 60 ⁰С

Контрольные вопросы:

1. Что называется поверхностным натяжением, в каких единицах измеряется

2. Что такое поверхностный слой жидкости и каковы его основные свойства?

3. Почему поверхностное натяжение зависит от вида жидкости?

4. Почему и как зависит поверхностное натяжение от температуры?

5. Изменится ли результат вычисления поверхностного натяжения, если опыт проводить в другом месте земли?

лабораторная работа № 6

Определение электрической емкости конденсатора

Цель работы: научится определять емкость конденсатора опытным путем.

Оборудование:

1. Источник электрической энергии 6 В;

2. Миллиамперметр;

3. Конденсаторы известной емкости (1 – 6 мкФ);

4. Двухполюсный переключатель;

5. Конденсатор неизвестной емкости;

6. Соединительные провода.

Теоретические сведения

Важнейшей характеристикой любого конденсатора является его электрическая емкость С – физическая величина, равная отношению заряда Q конденсатора к разности потенциалов U между его обкладками: Выражается в СИ в фарадах (Ф).

Система проводников, емкость которой не зависит от расположения окружающих тел, получила название конденсатора. Конденсаторы – это обычно система из двух проводников, называемых обкладками и разделенных диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок. Обкладки конденсатора располагаются таким образом, чтобы поле, создаваемое зарядами, находящимися на обкладках, было сосредоточено в пространстве между ними.

Электрическая емкость конденсатора определяется его геометрией и диэлектрическими свойствами среды, заполняющей пространство между обкладками. При зарядке конденсатора на его обкладках появляются заряды, одинаковые по значению, но противоположные по знаку. Разность потенциалов между обкладками изменяется пропорционально заряду.

Емкость конденсатора можно определить опытным путем.

Порядок выполнения работы

1. Составить электрическую цепь по схеме (рис. 1), изображенной на рисунке. В цепи установить один из конденсаторов известной емкости.

рис. 1

2. Конденсатор зарядить; для этого соединить его (переключателем) на короткое время с источником электрической энергии.

3. Сосредоточив внимание ни миллиамперметре, быстро замкнуть конденсатор на измерительный прибор и определить число делений, соответствующее максимальному отклонению стрелки.

4. Опыт повторить для более точного определения числа делений n и найти отношение найденного количества делений к емкости взятого конденсатора С:

5. Опыт повторить с другими конденсаторами известной емкости.

6. Опыт (п. 1 – 4) повторить с конденсатором неизвестной емкости . Определить в этом случае число делений и найти емкость из соотношения

7. Узнав емкость исследуемого конденсатора и приняв ее за табличное значение, определить относительную погрешность.

8. Результаты измерений и вычислений записать в таблицу.

Таблица наблюдений

№

опыта

Емкость конденсаторов

С, мкФ

Число делений по шкале миллиамперметра

Найденная емкость конденсатора

, мкФ

Относительная погрешность

Контрольные вопросы:

1. Конденсатор в переводе – сгуститель. По какой причине прибору дано такое странное название?

2. В чем сущность указанного метода определения емкости конденсатора?

3. Объяснить, можно ли соотношение прочесть так: емкость конденсатора прямо пропорциональна его заряду и обратно пропорциональна напряжению между его обкладками?

4. Почему емкость конденсатора постоянна?

5. От чего и как зависит емкость простейшего конденсатора? Запишите формулу этой емкости.

6. Определить заряд батареи конденсаторов, соединенных так, как показано на рис. 2. Емкость каждого конденсатора (в мкФ) указана на рисунке.

Рис. 2

Лабораторная работа № 7

Определение электродвижущей силы и внутреннего

сопротивления источника электрической энергии.

Цель работы: Определение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока ВУ-4М опытным путем на основе закона Ома для полной цепи

Оборудование:

1. источник тока ВУ-4М;

2. амперметр и вольтметр;

3. соединительные провода;

4. элементы планшета № 1: выключатель, резистор

Теоретические сведения.

Для получения электрического тока в проводнике необходимо создать и поддерживать на его концах разность потенциалов (напряжение). Для этого используют источник тока. В электрической цепи, состоящей из источника тока и проводников с электрическим сопротивлением R, электрический ток совершает работу не только на внешнем, но и на внутреннем участке цепи. Электрическое сопротивление источника тока называется внутренним сопротивлением.

Возникновение разности потенциалов на полюсах любого источника тока является результатом разделения в нем положительных и отрицательных зарядов. Это разделение происходит благодаря работе, совершаемой сторонними силами. Сторонние силы – силы, действующие против электрического поля и выполняющие работу за счет какой-либо энергии, подведенной извне.

При разомкнутой цепи энергия, затраченная в процессе работы сторонних сил, превращается в энергию источника тока. При замыкании электрической цепи запасенная в источнике тока энергия расходуется на работу по перемещению зарядов во внешней и внутренней частях цепи с сопротивлениями соответственно R и r.

Величина, численно равная работе, которую совершают сторонние силы при перемещении единичного заряда внутри источника тока, называется электродвижущей силой источника тока e:

Закон Ома для полной (замкнутой цепи) связывает силу тока I в цепи, ЭДС источника тока e, его внутреннее сопротивление r и сопротивление внешней цепи R соотношение

Это соотношение позволяет опытным путем определить параметры источника тока

Порядок выполнения работы

1. Соберите электрическую цепь согласно рисунку. При разомкнутом выключателе В источник замкнут на вольтметр, сопротивление которого много больше внутреннего сопротивления источника. В этом случае ток от источника очень мал, можно пренебречь значением Ir и ЭДС источника с пренебрежимо малой погрешностью равна напряжению на его зажимах U₁, которое измеряется вольтметром, т. е.

Таким образом ЭДС источника определяется по показаниям вольтметра U₁при разомкнутом выключателе В.

2. Замкните выключатель В, измерьте ток и напряжение U₂, оцените погрешности измерения , результаты измерений внести в таблицу.

Внутреннее сопротивление источника можно измерить косвенно по полученным ранее показаниям приборов по формуле

3. Оцените погрешности измерений по формулам

4. Внести в таблицу результаты измерения ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока.

Таблица наблюдений

Контрольные вопросы:

1. Каков физический смысл ЭДС? Дать определение вольту.

2. Какова роль источника тока в электрической цепи?

3. Сформулируйте закон Ома для участка и полной цепи

4. Какова физическая суть электрического сопротивления?

5. От чего зависит напряжение на зажимах источника тока?

Лабораторная работа № 8

ИЗУЧЕНИЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО И ПАРАЛЛЕЛЬНОГО

СОЕДИНЕНИЯ ПРОВОДНИКОВ

Цель работы: Проверка известных правил для последовательного и параллельного соединения проводников.

Оборудование:

1. Источник тока ВУ-4М;

2. Амперметр;

3. Вольтметр;

4. соединительные провода;

5. Элементы планшета № 1: выключатель, постоянные резисторы и .

Теоретические сведения

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

Известны следующие правила:

1. Для участка цепи с последовательным соединением проводников, имеющих сопротивления и показанного на рис. 1.а, имеют место следующие соотношения, где R – сопротивление участка цепи.

2. Для параллельного соединения проводников, показанного на рис. 1.б, имеют место соотношения, где R – сопротивление участка цепи.

В данной работе экспериментальным путем проверяются указанные правила для резисторов с известными значениями.

Порядок выполнения работы

1. Соберите электрическую цепь для изучения последовательного соединения проводников, согласно рис. 2. Измерьте ток I и напряжение и на указанных участках цепи. Внимание: резисторы нагреваются. Результаты запишите в таблицу.

2. Соберите электрическую цепь для изучения параллельного соединения проводников, рис. 2. Измерьте токи и , напряжение U на указанных на схемах участках цепи, результаты запишите в таблицу.

3. Проверьте выполнение правил соединения путем сравнения результатов, полученных на основе проведенных измерений и результатов расчета при данных значениях резисторов ()

Рис. 2 Рис 3

Таблица наблюдений

Последовательное соединение проводников

Параллельное соединение проводников

Контрольные вопросы:

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

2. Учащийся при измерении напряжения на лампочки включил по ошибки амперметр вместо вольтметра. Что при этом произойдет?

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

Лабораторная работа № 9

Исследование зависимости мощности, потребляемой лампой накаливания,

от напряжения на ее зажимах.

Цель работы: Сборка электрических цепей с переменным резистором для исследования способов регулировки тока и напряжения. Исследовать зависимость мощности тока от напряжения.

Оборудование:

1. источник тока ВУ-4М;

2. амперметр и вольтметр;

3. соединительные провода;

4. элементы планшета № 1: лампочка, выключатель, переменный резистор.

Теоретические сведения.

В различных технических устройствах, использующих электрические цепи, требуется регулировка силы тока и величины напряжения. Например, изменение громкости звука в радиоприемниках, яркости лампы, требует регулировки силы тока, протекающего через динамик или лампу.

Устройства, используемые при регулировке силы тока или напряжения, используют зависимость силы тока от напряжения для участка цепи согласно закона Ома. Если менять сопротивление участка цепи, то при постоянном напряжении источника сила тока в цепи будет изменяться: увеличиваться при уменьшении сопротивления и уменьшаться при увеличении сопротивления. Для регулировки используется переменное сопротивление, включаемое определенным образом в цепь.

Переменные сопротивления, используемые для регулировки, конструктивно изготовляются в виде реостата. Реостат имеет три вывода. Между двумя крайними выводами сопротивление реостата постоянно, средний вывод реостата соединен с движком. Обозначение реостата показано на рис. 1.

рис. 1

При регулировки движок реостата перемещается, при этом сопротивление реостата между средним выводом и крайними выводами плавно меняется от 0 до некоторого максимального значения. В лабораторной работе используется малогабаритное переменное проволочное сопротивление с движением движка по окружности.

Мощность тока – величина, характеризующая, с какой скоростью совершается работа тока.

При замыкании электрической цепи на ее участке с сопротивлением R, током I, напряжением на концах U производится работа А:

Величина, равная отношению работы тока ко времени, за которое она совершается, называется мощностью N: Следовательно,

Из формулы видно, что мощность тока зависит от напряжения. Зависимость P от U можно исследовать экспериментально.

Порядок выполнения работы

Примечание: Ошибка при сборке цепи может привести к перегреву резистора и его порче. Будьте внимательны!

1. Соберите электрическую цепь согласно рис. 2. переменный резистор обозначен буквой . Переменный резистор включен последовательно с источником тока и электрической лампой, такое включение позволяет менять силу тока в цепи.

2. Вращая ручку переменного резистора , установите минимальный ток через лампу. Вращая ручку, смотрите, как меняется яркость лампы и сила тока в цепи, измеряемая амперметром. Определите положения движка при котором сопротивление =0; максимально.

3. Запишите в отчетную таблицу значения силы тока при нулевом и максимальном значениях сопротивления , а также силу тока при которой лампа начинает светиться.

4. Соберите цепь, в соответствии с рис. 3. Переменное сопротивление включено параллельно источнику тока, подобное включение позволяет менять напряжение на лампе. Установите напряжение на лампе равным 0. Регулируя сопротивление , наблюдайте, как меняется яркость лампы и напряжение на лампе, измеряемое вольтметром.

5. Запишите в отчетную таблицу значения напряжения при нулевом и максимальном значениях сопротивления , а также напряжение при которой лампа начинает светиться.

Рис. 2 рис. 3

6. Вычислите мощность N.

7. Построить графики зависимости: а) мощности N, потребляемой лампой, от напряжения U на ее зажимах; б) силы тока I от напряжения U. Сделайте вывод о полученной зависимости

Таблица наблюдений

	I, А	U, В
R_П *= 0*
R_П *= макс*
*Начало свечения*

Контрольные вопросы:

1. Каков физический смысл напряжения на участке электрической цепи?

2. Лампы, 200-ваттная и 60-ваттная, рассчитаны на одно напряжение. Сопротивление какой лампы больше? Во сколько раз?

3. Какое количество электроприборов одинаковой мощности (100 Вт) может быть включено в электрическую цепь напряжением 220 В при номинальной силе тока в предохранителе (для этой цепи) 5 А?

4. Какие способы определения мощности тока вам известны?

5. Объясните, почему изменение сопротивления для двух собранных цепей, вызывает изменение силы тока, протекающего через лампу и напряжение на лампе.

лабораторная работа № 10

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО

ЭКВИВАЛЕНТА МЕДИ.

Цель работы: определить опытным путём электрохимический эквивалент меди.

Оборудование:

1. Весы с разновесом;

2. Амперметр;

3. Часы;

4. Электроплитка;

5. Источник электрической энергии;

6. Реостат;

7. Ключ;

8. Медные пластины (2 штуки);

9. Соединительные провода;

10. Электролитическая ванна с раствором медного купороса;

11. Наждачная бумага.

Теоретические сведения

Процесс, при котором молекулы солей, кислот и щелочей при растворении в воде или других растворителях распадаются на заряженные частицы-(ионы), называется электролитической диссоциацией; получившийся при этом раствор с положительными и отрицательными ионами называется электролитом.

Если в сосуд с электролитом поместить пластины (электроды),

соединенные с зажимами источника тока (создается в электролите

электрическое поле), то положительные ионы будут двигаться к электроду, соединенному с отрицательным полюсом батареи (катоду), а

отрицательные - к электроду, соединенному с положительным полюсом батареи (аноду). У электродов происходят окислительно-восстановительные реакции, при этом на электродах выделяются вещества - продукты реакции.

Для электролиза справедлив закон Фарадея: масса m, выделившегося вещества на электроде, прямо пропорциональна заряду Q, прошедшему через электролит:

m = k·Q, или m = k·I·t,

где k - электрохимический эквивалент- количество вещества, выделенное при прохождении через электролит 1 Кл электричества.

Для каждого вещества значение k есть постоянная величина. Измерив силу тока в цепи, составленной по схеме, время его прохождения и массу выделившегося на катоде вещества, можно определить электрохимический эквивалент из первого закона Фарадея:

k = m / It

Порядок выполнения работы

1. Очистить наждачной бумагой катодную пластину, определить взвешиванием массу пластины m₁ с точностью до 0,01 г.

ОСТОРОЖНО! Оксид меди, которым покрываются со временем

медные пластины, относится к ядовитым веществам. Поэтому бумагу, на которой очищается пластинка, следует аккуратно свернуть; нельзя сдувать со столов порошок, образовавшийся при очистке пластин. Пальцами касаться очищенных пластин нельзя.

2. Составить электрическую цепь по схеме (см. рисунок), соединив

взвешенный электрод с отрицательным полюсом источника электрической энергии.

3. После проверки цепи преподавателем, замкнуть цепь и заметить время включения тока.

4. При помощи реостата в течение всей работы поддерживать постоянную величину силы тока в пределах от 0,5 до 1 А.

5. Через 10 - 15 минут разомкнуть цепь.

6. Вынуть катодную пластинку, осторожно ополоснуть водой и просушить.

7. Взвешиванием определить массу катода m₂ после пропускания тока

с точностью до 0,01 г.

8. Найти массу меди m = m₂ – m₁, выделившейся на катоде при электролизе, с точностью до 0,01 г.

9. По результатам измерений, пользуясь первым законом Фарадея для

электролиза, вычислить электрохимический эквивалент меди.

10. Сравнить найденное значение электрохимического эквивалента

меди с табличным и определить относительную погрешность измерения:

k = (|k_табл – k_изм| / k_изм) 100%

11. Результаты измерений и вычислений записать в таблицу.

Масса катода до опыта m₁, кг
Масса катода после опыта m₂ , кг
Масса меди, отложившейся на катоде m, кг
Сила тока I, А
Время пропускания тока t, с
Электрохимический эквивалент меди k, кг/Кл
Табличное значение электрохимического эк вивалента меди k_табл, кг/Кл

12. Вычислить абсолютную и относительную погрешности измерения.

13. Сделать вывод.

14. Ответить на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы:

1-й уровень

1. Почему молекулы соли, кислоты и щелочи в воде распадаются

на ионы?

2. Почему с повышением температуры сопротивление электролита уменьшается? (Сравнить с металлическим проводником.)

3. Будет ли происходить электролитическая диссоциация в условиях космического полета?

4. При каких условиях концентрация электролита в процессе

электролиза остается постоянной? Меняется?

5. В каком случае опаснее дотрагиваться до проводов с током:

когда руки сухие или когда мокрые? Почему?

2-й уровень

1. Как следует поступить, если по ошибке при выполнении опыта

взвешенная пластинка была соединена с положительным полюсом источника?

2. Как определить знаки полюсов автомобильного аккумулятора,

пользуясь:

а) двумя медными проводниками и сырой картофелиной?

б) двумя проводниками и стаканом с водой?

3. При каком токе протекал электролиз раствора медного купороса, если за 50 мин на катоде выделилось 6 г меди?

4. Электролизом добыто 1 кг меди. Сколько серебра можно получить, если через соответствующий электролит пропустить то же количество электричества?

5. Для получения 1980 кг меди электролитическим путем через

ванну пропускают ток. Напряжение на клеммах 3 В. Определить стоимость израсходованной энергии при тарифе 60 коп.

за 1 кВт·ч. Потери энергии не учитывать.

Лабораторная работа № 11

ИЗУЧЕНИЕ ЯВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ

Цель работы: Качественное изучение явления электромагнитной индукции. Проверить выполнение правила Ленца.

Оборудование:

1. источник тока ВУ-4М;

2. цилиндрический металлический сердечник;

3. подставка из оргстекла;

4. постоянный маркированный магнит;

5. миллиамперметр;

6. соединительные провода;

7. ключ.

Теоретические сведения.

Изменяющееся во времени магнитное поле порождает электрическое поле, а изменяющееся электрическое поле порождает магнитное. Явление электромагнитной индукции было открыто 29 августа 1831 г. Майклом Фарадеем.

Явление электромагнитной индукции заключается в возникновении электрического тока в проводящем контуре, который либо покоится в переменном во времени магнитном поле, либо движется в постоянном магнитном поле таким образом, что число линий магнитной индукции, пронизывающих контур, меняется.

Ток, возникающий в проводящем контуре, называют индукционным.

Согласно правилу Ленца возникающий в замкнутом контуре индукционный ток своим магнитным полем противодействует тому изменению магнитного потока, которым он вызван.

Применять правило Ленца для нахождения направления индукционного тока в контуре надо так:

Установить направление линий магнитной индукции внешнего магнитного поля.

Выяснить, увеличивается ли поток магнитной индукции этого поля через поверхность, ограниченную контуром, или уменьшается.

Установить направление линий магнитной индукции магнитного поля индукционного тока. Эти линии должны быть согласно правилу Ленца направлены противоположно линиям при и иметь одинаковое с ними направление при .

Зная направление линий магнитной индукции , найти направление индукционного тока i, пользуясь правилом буравчика.

Индукционный ток во всех случаях своим магнитным полем препятствует изменению магнитного потока, вызывающему данный ток.

В данной работе исследуются условия возникновения индукционного тока.

Порядок выполнения работы

1. Для удобства работы с катушкой установите ее на металлический сердечник, а сердечник с катушкой установите в прорези подставки из оргстекла.

2. Катушки имеют по два вывода, Обозначенные на рисю1 как Н (начало намотки) и К (конец намотки). К началу обмотки подключен провод желтого цвета, к концу – синего. Если смотреть в торец катушки со стороны выводов, то намотка катушки идет по часовой стрелке. Это важно для определения направления протекания тока по виткам катушки, определяющего полюса магнитного поля катушки с током.

3. Соедините клеммы катушки без сердечника с клеммами миллиамперметра 0; 5 мА. Поднесите магнит северным полюсом к катушке, затем удалите его. Наблюдайте, что происходит со стрелкой миллиамперметра при приближении и удалении магнита: на какую величину и в какую сторону от нулевой отметки отклоняется стрелка.

4. Повторите действия, поднося магнит южным полюсом.

5. Зарисовать схему опыта и проверить выполнение правила Ленца в каждом случае.

6. Исследуйте, зависит ли сила индукционного тока, определяемая по величине отклонения стрелки от скорости движения магнита.

7. Оденьте обе катушки на цилиндрический сердечник. Соберите схему согласно рис. 1. Первую катушку К₁ через выключатель на наборном поле подключите к источнику постоянного тока ВУ-4М, а выводы второй катушки К₂ – к миллиамперметру. Замкните выключатель (замкните первую катушку на источник). Определите направление тока в цепи второй катушки через отклонение стрелки миллиамперметра (в какую сторону было отклонение от нулевой отметки шкалы). Разомкните ключ, изменилось ли направление тока через катушку?

8. Зарисовать схему опыта и проверить выполнение правила Ленца.

9. Сделайте выводы из результатов наблюдений: когда появляется индукционный ток, от чего зависит величина и направление индукционного тока?

рис. 1

Контрольные вопросы:

1. В чем заключается явление электромагнитной индукции.

2. В чем состоит главное отличие переменных электрических и магнитных полей от постоянных

3. Как определяется направление индукционного тока.

4. Задача: Магнитный поток через контур проводника сопротивлением за 2 секунды изменился на . Найдите силу тока в проводнике, если изменение потока происходило равномерно.

Лабораторная работа № 12(1)

ИЗМЕРЕНИЕ ИНДУКТИВНОСТИ КАТУШКИ ПО ЕЁ СОПРОТИВЛЕНИЮ ПЕРЕМЕННОМУ ТОКУ.

Цель работы: Научиться определять индуктивность катушки.

Оборудование:

1. Катушка дроссельная КД;

2. Источник электропитания ИЭПП – 1;

3. Ампервольтомметр АВО – 63;

4. Миллиамперметр переменного тока на 50 мА;

5. Ключ замыкания тока;

6. Соединительные провода.

Теоретические сведения.

Один из способов измерения индуктивности катушки основан на том, что проволочная катушка, включённая в цепь переменного тока, кроме активного сопротивления R, определяемого материалом, размерами и температурой проволоки, создаёт дополнительное сопротивление X_L, называемое индуктивным. Числовое значение этого сопротивления пропорционально индуктивности L и частоте колебания ν, т.е.

X_L= 2πνL (1)

В случае, когда R мало в сравнении с X_L, то значением R можно пренебречь. Тогда L будет приближённо равно

(2)

По закону Ома X_L= , поэтому

L = (3).

Следовательно, чтобы измерить индуктивность катушки, необходимо знать напряжение на зажимах катушки, силу тока в ней и частоту переменного тока. Частота ν = 50 Гц.

Порядок выполнения работы.

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

U,В
I, мА
X_L, Ом
L, Гн

2. Измерьте с помощью ампервольтомметра активное сопротивление катушки.

3. Соберите электрическую цепь по схеме, приведённой на

рисунке 1. Последовательно соедините катушку, миллиамперметр, ключ и источник переменного тока (зажимы источника электропитания с обозначением «~»). Параллельно катушке подключите вольтметр (ампервольтомметр с пределом 50 В переменного тока). Замкнув ключ, установите с помощью регулятора выпрямителя напряжения , например 10 В, и измерьте силу тока I. Повторите измерения при других значениях напряжения, например: 5 В, 12 В. Результаты занесите в таблицу.

10 – 12 В

Рис. 1

4. Вычислите индуктивное сопротивление катушки и убедитесь, что оно больше не зависит от напряжения.

Вычислите индуктивность катушки по формуле (3). Результаты занесите в таблицу.

5. Дополнительное задание. Внесите в катушку железный сердечник и повторите опыт. Сравните индуктивность катушки без сердечника и с сердечником, сделайте вывод.

Контрольные вопросы:

1. Почему для постоянного тока катушки имеют малое сопротивление, а для переменного – большое?

2. Почему индуктивное сопротивление катушки возрастает при внесении в неё железного сердечника?

3. Почему при размыкании цепи с индуктивностью в месте разрыва возникает дуга?

4. Как измениться индуктивное сопротивление катушки, если увеличится частота переменного тока?

Лабораторная работа № 12(2)

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЁМКОСТИ КОНДЕНСАТОРА БАЛЛИСТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ.

Цель работы: Научиться определять электроёмкость конденсатора.

Оборудование:

1. набор конденсаторов (0,5-2 мкФ);

2. конденсатор неизвестной емкости;

3. микроамперметр (100 мкА),

4. источник питания (10—20 В);

5. переключатель;

6. провода.

Порядок выполнения работы.

Соберите цепь (рис. П6). При переключении ключа из положения 1 в положение 2 стрелка микроамперметра отбрасывается на определенный угол, который при данном источнике тока зависит от емкости конденсатора. Коэффициент пропорциональности к=С/п, где С - емкость конденсатора, п - число делений, на которое отбрасывается стрелка.

Вопросы

1. При емкости С₁ наблюдался отброс стрелки на 12 делений. На сколько делений будет отбрасываться стрелка при емкости С₂= 2С₁?

2. От каких факторов зависит погрешность измерений ?

Лабораторная работа № 13

ИЗУЧЕНИЕ УСТРОЙСТВА И РАБОТЫ ТРАНСФОРМАТОРА.

Цель работы: Ознакомиться с устройством трансформатора, и определить коэффициент трансформации.

Оборудование:

1. Трансформаторы на вертикальных панелях с одинаковым и разным количеством обмоток (по 1 шт.);

2. Источник электрической энергии на 4 В (выпрямитель В – 24М);

3. Вольтметры переменного тока до 4 В (2 шт.) и 120 В;

4. Амперметры переменного тока до 2 и 6 А;

5. Ключ;

6. Соединительные провода.

Теоретические сведения.

Простейший трансформатор состоит из двух обмоток, связанных общим магнитным потоком. В одних трансформаторах магнитный поток замыкается по воздуху, в других — через стержневой ферритовый сердечник, замкнутый ферритовый или железный сердечник.

Трансформатор преобразует переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения при неизменной частоте. Простейший трансформатор состоит из двух отдельных катушек с разным числом витков и объединенных замкнутым сердечником из листовой трансформаторной стали. Если первичную катушку подключить к источнику переменного напряжения, а вторичную оставить разомкнутой (этот режим работы называют холостым ходом трансформатора), то в первичной обмотке появится слабый ток, создающий в сердечнике переменный магнитный поток. Этот поток наводит в каждом витке той и другой обмотки одинаковую ЭДС самоиндукции. Вот почему ЭДС индукции в обмотках прямо пропорциональна числу витков в них. При холостом ходе работы напряжение на вторичной обмотке равно наводимой в ней ЭДС, т. е. = U₂. Ввиду слабого тока в первичной обмотке можно считать, что = U₁. Поэтому

К = =,

где K — коэффициент трансформации, N₁ — число витков в первичной обмотке, N₂ — число витков во вторичной обмотке.

Если K < 1, то U₁ < U₂, т. е. трансформатор повышающий, если K > 1, то трансформатор понижающий.

Примером понижающего трансформатора является трансформатор адаптера, вторичная обмотка которого имеет ряд отводов, что и позволяет получать различные напряжения, фиксируемые с помощью переключателя.

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

Порядок выполнения работы.

1-й уровень

Задание 1. Изучение устройства трансформатора.

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

2. Начертите электрическую схему трансформатора.

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

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

Задание 2. Измерение коэффициента трансформации.

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

№ опыта	I₁, А	U₁, В	U₂, В	I₃, А	U₃, В	К₁	К₂
1
2
3

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

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

4. Переключите ампервольтомметр на измерение переменного напряжения (предел 10 В) и измерьте напряжение на вторичной обмотке U₂ и U₃. Результаты измерений запишите в таблицу.

5. Вычислите коэффициенты трансформации К₁ и К₂. Результаты вычислений запишите в таблицу.

6. Вычислите относительную погрешность измерений по формуле:

ε = = + ,

где ∆U- абсолютная погрешность измерения напряжения.

Контрольные вопросы:

1. Какой трансформатор называют повышающим, а какой – понижающим?

2. Изменяет ли трансформатор частоту преобразующего переменного тока?

3. Почему сердечник трансформатора собирают из отдельных пластин?

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

2-й уровень

Дополнительное задание.

Исследование зависимости между токами и напряжениями в обмотках трансформатора.

1. Во вторичную цепь (обмотка 4,4 В) включите через ключ реостат.

2. Переключите ампервольтомметр на измерение силы переменного тока (предел 500мА) и измерьте им силу тока I₃ во вторичной обмотке, предварительно убедившись в том, что реостат полностью введён. Отключите трансформатор от сети.

3. Переключите ампервольтомметр на предел 50мА, включите его в первичную цепь и измерьте силу тока в первичной обмотке I₁.

4. Измерьте напряжения на первичной и вторичной обмотках U₁и U₃. Результаты измерений запишите в таблицу.

5. Вычислите отношения и и сравните их.

6. Опыт повторить 2-3 раза. Каждый раз передвигая движок реостата так, чтобы сила тока увеличивалась на 30-50 мА.

7. На основе результатов всех опытов сделайте заключение.

Лабораторная работа № 14

СБОРКА И НАСТРОЙКА ДЕТЕКТОРНОГО ПРИЁМНИКА.

Цель работы: собрать и настроить детекторный радиоприемник, объяснить принцип его работы.

Оборудование: набор деталей для сборки детекторного радиоприемника (см. рис. 2).

Теоретический материал.

Изучение детекторного радиоприемника удобнее начинать с рассмотрения принципиальной схемы (рис. 1). Сразу отметим, что в ней нет источника тока.

Рис. 1.

Радиоволны, идущие от передающих станций, согласно законам электромагнитной индукции, возбуждают в антенне А быстропеременные токи разных частот. Антенна соединена с колебательным контуром. Изменяют емкость конденсатора С в колебательном контуре и тем самым настраивают его в резонанс с частотой одной из передающих радиостанций. При резонансе токи от этой радиостанции будут преобладать над токами от других станций.

К колебательному контуру присоединен детектор — диод Д, который выпрямляет переменные высокочастотные токи и преобразует их в пульсирующие. Сопротивлением нагрузки детектора является катушка телефона Т. Фильтром, пропускающим токи высокой частоты, служит конденсатор С1, присоединенный параллельно телефону. Через телефон течет пульсирующий ток звуковой частоты. Этот ток очень слаб, так как он возникает только за счет энергии электромагнитной волны передающей станции. Поэтому детекторный приемник может принять сигнал только на телефон, и то от мощных радиостанций.

Рис. 2.

Порядок выполнения работы:

1. Соберите из катушки индуктивности ДВ и конденсатора переменной емкости колебательный контур.

2. К колебательному контуру подключите детектор — точечный диод, гнезда для телефона с блокировочным конденсатором так, как показано на рисунке 118. Детектор при этом соедините с зажимом, подключенным к неподвижным пластинам конденсатора переменной емкости. В гнезда на панельке с блокировочным конденсатором вставьте штекеры, идущие от головных телефонов.

3. Подключите к собранному приемнику наружную (комнатную) антенну и заземление. Для исключения возникновения дополнительной емкости, которая вносится рукой при настройке приемника, провод от заземления подключите к зажиму, соединенному с подвижными пластинами конденсатора переменной емкости.

4. После надевания головных телефонов медленно вращайте ручку конденсатора переменной емкости, т. е. настраивайте приемник на работающие в данном диапазоне радиостанции и слушайте их радиопередачи.

5. Вместо длинноволновой катушки в контур приемника включите катушку СВ, производите настройку и прием радиостанций.

6. Для осознания принципа действия приемника запишите: назначение открытого колебательного контура (антенна, катушка, земля)_________________________________________ ,

7. закрытого колебательного контура (катушка, конденсатор переменной емкости) __________________ ,

8. детектора-диода _____________________________________ ,

9. телефона ___________________________________________ ,

10. конденсатора блокировочного__________________________ .

Лабораторная работа № 15

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ.

Цель работы: ознакомиться с одним из методов измерения скорости света в веществе. Определить показатель преломления стекла с помощью пластинки с параллельными гранями.

Оборудование:

1. пластинка с параллельными гранями,

2. пластиковый коврик,

3. булавки (4 шт.)

Дополнительное оборудование: лист бумаги, линейка, тонко отточенный карандаш, транспортир, таблица значений тригонометрических функций

Теоретические сведения.

Свет при переходе из одной среды в другую меняет свое направление, т. е. преломляется. Преломление объясняется изменением скорости распространения света при переходе из одной среды в другую и подчиняется следующим законам:

1. Падающий и преломленный лучи лежат в одной плоскости с перпендикуляром, проведенным через точку падения луча к границе раздела двух сред.

2. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления - величина постоянная для данных двух сред и называется коэффициентом преломления n второй среды относительно первой:

В данной работе строят ход луча, падающего наклонно на одну из длинных сторон пластины. Проходя сквозь пластину этот луч испытывает двукратное преломление. Показатель преломления стекла относительно воздуха вычисляется по формуле:

где n – относительный показатель преломления стекла, - угол падения луча на поверхность пластины, - угол преломления луча.

Порядок выполнения работы

1. Коврик из пористого материала накрывают листом бумаги. В центральной части листа размещают прозрачную пластину. Карандашом обводят на листе контур ее основания. Пластину временно удаляют с листа.

2. С внешней стороны контура, к середине одной из длинных его линий, до пересечения с ним чертят прямую, наклоненную к этой линии под углом в 20 – 30⁰.

3. В эту прямую втыкают две булавки на расстоянии 4 – 5 см от другой. Причем одна из булавок втыкается в точку пересечения прямой с контуром.

4. Пластину возвращают на обведенное место на листе бумаги. Внимание! Смещать пластину относительно обведенного контура не следует.

5. Коврик с пластиной кладут на ладонь и располагают перед собой так, чтобы было удобно смотреть на булавки сквозь боковые грани пластины. Поворачивая коврик вокруг вертикальной оси, находят такое его положение, при котором изображение булавок, наблюдаемых сквозь пластину, окажутся совмещенными.

6. После этого в коврик перед пластинкой втыкают еще две булавки, но так, чтобы все четыре казались расположенными на одной линии.

7. Лист бумаги снимают с коврика. В точку пересечения наклонной прямой с контуром пластины (ранее в эту точку была вколота одна из булавок) восстанавливают перпендикуляр к контуру и продолжают его внутрь контура.

8. Транспортиром измеряют угол падения луча, за ходом которого велось наблюдение. Этот луч скользил вдоль двух первых булавок, вошел в пластину, и выйдя из нее скользил вдоль второй пары булавок.

9. Построить путь луча внутри пластины. Для этого соединяют линией точки, куда были воткнуты булавки второй пары и продолжают эту линию до пересечения с контуром. Точку пересечения линии с контуром соединяют отрезком с точкой пересечения с контуром наклонной прямой, которую начертили в начале опыта.

10. Угол преломления определяют измерив транспортиром угол между перпендикуляром, восстановленным к контуру и продолжением этого отрезка.

11. Получив значения углов падения и преломления, по таблице определяют их синусы, а затем по формуле вычисляют и показатель преломления пластины.

12. Опыт повторить 2-3 раза, меняя каждый раз угол .

13. Определить погрешность измерения методом среднего арифметического.

14. Результаты измерений, вычислений записать в таблицу наблюдений.

Таблица наблюдений

№ опыта	Угол падения светового луча , град.	Угол преломления , град.	Коэффициент преломления n	Абсолютная погрешность	Относительная погрешность
1
2
3
ср

Контрольные вопросы

1. В чем сущность явления преломления света и какова причина этого явления?

2. В каких случаях свет на границе раздела двух прозрачных сред не преломляется?

3. Что называется коэффициентом преломления и в чем различие абсолютного и относительного коэффициентов преломления?

4. Покажите на чертеже ход луча из стекла в воду.

5. Что можно сказать о длине и частоте светового луча при переходе его из одной среды в другую?

лабораторная работа № 1

НАБЛЮДЕНИЕ ИНТЕРФЕРЕНЦИИ И ДИФРАКЦИИ.
Цель работы: опытным путём получить интерференционную картину и объяснить её возникновение.
Оборудование: Пластины стеклянные — 2 шт., лоскуты капроновые или батистовые, засвеченная фотопленка с прорезью, сделанной лезвием бритвы, грампластинка (или осколок грампластинки), лазерный диск, штангенциркуль, лампа с прямой нитью накала, игла.

Теоретический материал.

Между ДИФРАКЦИЕЙ и ИНТЕРФЕРЕНЦИЕЙ нет существенных физических различий. Оба явления заключаются в перераспределении в пространстве энергии светового потока, возникающем в результате суперпозиции волн.

КОГЕРЕНТНОСТЬЮ называется согласованное протекание нескольких колебательных или волновых процессов.

Когерентными называются волны, для которых разность фаз возбуждаемых ими колебаний остается постоянной во времени. Когерентными являются гармонические волны с кратными частотами.

ИНТЕРФЕРЕНЦИЕЙ называется устойчивое перераспределение интенсивности, возникающее в результате суперпозиции волн, возбуждаемых конечным количеством дискретных когерентных источников волн.

ДИФРАКЦИЕЙ называется устойчивое перераспределение интенсивности, возникающее в результате суперпозиции волн, возбуждаемых расположенными непрерывно когерентными источниками волн. Одним из проявлений дифракции является распространение волны в область геометрической тени, т.е. туда, куда не попадают световые лучи.

Порядок выполнения работы.

1-й уровень
Наблюдение интерференции

1. Стеклянные пластики тщательно протереть, сложить вместе и сжать пальцами.
2. Рассматривать пластины в отраженном свете на темном фоне (располагать их надо так, чтобы на поверхности стекла не образовывались слишком яркие блики от окон или от белых стен).
3. В отдельных местах соприкосновения пластин наблюдать яркие радужные кольцеобразные или неправильной формы полосы.
4. Заметить изменения формы и расположения полученных интерференционных полос с изменением нажима.
5. Попытаться увидеть интерференционную картину в проходящем свете.
6. Сделать мыльный раствор и получить мыльную пленку с помощью проволочной рамки или выдуть мыльные пузыри. Наблюдать интерференцию.

Наблюдение дифракции
1. Установить между губками штангенциркуля щель шириной 0,5 мм.
2. Приставить щель вплотную к глазу, расположив ее вертикально.
3. Смотря сквозь щель на вертикально расположенную светящуюся нить лампы, наблюдать по обе стороны нити радужные полосы (дифракционные спектры).
4. Изменяя ширину щели от 0,5 до 0,8 мм, заметить, как это изменение влияет на дифракционные спектры.
5. Наблюдать дифракционные спектры в проходящем свете е помощью лоскутов капрона или батиста, засвеченной фотопленки с прорезью.
6. Провести наблюдение дифракционного спектра в отраженном свете с помощью грампластинки или лазерного диска, расположив ее горизонтально на уровне глаз.
7. Наблюдать дифракционную картину на малом отверстии в непрозрачном листе, расположенным напротив лампы или свечи.
8. Наблюдать дифракцию на кончике иглы, расположенной между глазом и свечой.

2-й уровень

Наблюдение интерференции

1. С помощью мыльных пленок на проволочном каркасе или обычных мыльных пузырей;

2. Специального прибора “кольца Ньютона”.

Наблюдение дифракции

1. Молочное покрытие и ликоподий представляют собой естественную дифракционную решетку, т. к. частички молока и споры ликоподия по своим габаритам близки к длине световой волны. Картина получается достаточно яркая и четкая, если посмотреть сквозь эти препараты на яркий источник света.

2. Дифракционная решетка – это лабораторный прибор с разрешающей способностью 1/200, позволяет пронаблюдать дифракцию света в белом и моносвете.

3. Если посмотреть на яркий источник света прищурившись сквозь собственные ресницы, то тоже можно наблюдать дифракцию.

4. Перо птиц (самые тонкие ворсинки) Тоже можно использовать как дифракционную решетку, т. к. расстояние между ворсинками и их размеры соразмерны с длиной световой волны.

5. Лазерный диск представляет собой отражательную дифракционную решетку, бороздки на котором расположены настолько близко, и представляют собой преодолимое препятствие для световой волны.

6. Капроновая решетка, которую мы изготовили специально для данной лабораторной работы, в силу тонкости ткани и близости расположения волокон представляет собой хорошую двухмерную дифракционную решетку.

Рекомендуется просмотреть все картины интерференции и дифракции в моно и белом свете и далее заполнить таблицу, где необходимо четко описать наблюдаемую картину и дать ее физическое объяснение.

Изготовление некоторых приборов для наблюдения интерференции дифракции света

Капроновая решетка

Мы изготовили очень простой прибор для наблюдения дифракции света в бытовых условиях. Для этого использовали рамочки для слайдов, кусочек очень тонкого капронового материала и клей “Момент”.

В результате у нас получилось очень качественная двухмерная дифракционная решетка.

Нити капрона расположены друг от друга на расстоянии порядка размеров длины световой волны. Следовательно, данная капроновая ткань дает достаточно четкую дифракционную картину. Причем, поскольку нити в пространстве пересекаются под прямым углом, то получается двухмерная решетка.

Нанесение молочного покрытия

При составлении молочного раствора одну чайную ложку молока разбавляют 4–5 ложками воды. Затем подготовленную в качестве подложки чистую стеклянную пластинку кладут на стол, наносят на ее верхнюю поверхность несколько капель раствора, размазывают его тонким слоем по всей поверхности и дают подсохнуть в течении нескольких минут. После этого пластинку ставят на ребро, сливая остатки раствора, и окончательно сушат еще несколько минут в наклонном положении.

Нанесение покрытия из ликоподия

На поверхность чистой пластинки наносят капельку машинного или растительного масла (можно крупицу жира, маргарина, сливочного масла или вазелина) размазывают тонким слоем и чистой тряпочкой аккуратно протирают смазанную поверхность.

Остающийся на ней тонкий слой жира играет роль клейковой основы. Насыпают на эту поверхность небольшое количество (щепотку) ликоподия, пластинку наклоняют градусов на 30 и, постукивая пальцем по краю, добиваются ссыпания порошка к ее основанию. В области ссыпания остается широкий след в виде достаточно однородного слоя ликоподия.

Изменяя наклон пластинки, повторяют эту процедуру несколько раз до тех пор, пока вся поверхность пластинки не окажется покрытой подобным слоем. После этого излишки порошка ссыпают, расположив пластинку вертикально и ударяя ее краем по столу или другому твердому предмету.

Сферические частицы ликоподия (споры плауна) отличаются постоянством диаметра. Такое покрытие, состоящее из огромного множества хаотически распределенных по поверхности прозрачной подложки непрозрачных шариков одинакового диаметра d, сходно с распределением интенсивности в картине дифракции от круглого отверстия.

лабораторная работа № 17

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ СВЕТОВОЙ ВОЛНЫ

С ПОМОЩЬЮ ДИФРАКЦИОННОЙ РЕШЕТКИ

Цель работы:

1. Изучить устройство и ознакомится с правилами установки прибора для определения длины световой волны.

2. Определить длину световой волны с помощью дифракционной решетки.

Оборудование:

1. Прибор для определения длины световой волны.

2. Подставка для прибора.

3. Дифракционная решетка.

4. Лампа с прямой нитью накала в патроне со шнуром и вилкой.

теоретические сведения

Параллельный пучок света, проходя через дифракционную решетку, вследствие дифракции за решеткой, распространяется по всевозможным направлениям и интерферирует. На экране, установленном на пути интерферирующего света, можно наблюдать интерференционную картину. Максимумы света наблюдаются в точках экрана, для которых выполняется условие

где - разность хода волн; - длина световой волны; n – номер максимума. Центральный максимум называют нулевым; для него =0. Слева и справа от него располагаются максимумы высших порядков.

дифракционная решетка

Рис.1

Условие возникновения максимума можно записать иначе: (рис. 1). Здесь d – период дифракционной решетки; - угол, под которым виден световой максимум (угол дифракции). Так как углы дифракции, как правило, малы, то для них можно принять , а (рис. 1). Поэтому

В данной работе эту формулу используют для вычисления длины световой волны.

Анализ формулы показывает, что положение световых максимумов зависит от длины волны монохроматического света: чем больше длина волны, тем дальше максимум от нулевого.

Белый свет по составу – сложный. Нулевой максимум для него – белая полоса, а максимумы высших порядков представляют собой набор семи цветных полос, совокупность которых называют спектром соответственно I, II,… порядка (рис. 2).

Получить дифракционный спектр можно, используя прибор для определения длины световой волны (рис. 3). Прибор состоит из бруска 1 со шкалой. Внизу бруска укреплен стержень 2. Его вставляют в отверстие подставки от подъемного столика. Брусок закрепляют под разными углами с помощью винта 3. Вдоль бруска в боковых пазах его может перемещаться ползунок 4 с экраном 5. К концу бруска прикреплена рамка 6, в которую вставляют дифракционную решетку.

Порядок выполнения работы.

1. Собрать установку, изображенную на рис. 3.

2. Установить на демонстрационном столе лампу и включить ее.

Рис. 2 Рис. 3

3. Смотря через дифракционную решетку, направить прибор на лампу так, чтобы через окно экрана прибора была видна нить лампы.

4. Экран прибора установить на возможно большем расстоянии от дифракционной решетки и получить на нем четкое изображение спектров I и II порядков.

5. Измерить по шкале бруска установки расстояние b от экрана прибора до дифракционной решетки.

6. Определить расстояние от нулевого деления шкалы экрана до середины фиолетовой полосы как слева , так и справа для спектров I порядка (рис. 4) и вычислить среднее значение .

7. Опыт повторить со спектром II порядка.

8. Такие же измерения выполняются и для красных полос дифракционного спектра.

9. Вычислить по формуле длину волны фиолетового света для спектров I и II порядков, длину волны красного света I и II порядков.

10. Результаты измерений и вычислений записать в таблицу.

Номер опыта	Период дифракционной решетки d, мм	Порядок спектра n	Расстояние от дифракци- онной решетки до экрана b, мм	Видимые границы спектра фиолетово-го света			Видимые границы спектра красного света			Длина световой волны
Номер опыта	Период дифракционной решетки d, мм	Порядок спектра n	Расстояние от дифракци- онной решетки до экрана b, мм	слева а_л, мм	справа а_п, мм	среднее а_ср, мм	слева а_л, мм	справа а_л, мм	среднее а_ср, мм	Красного излучения l_к, мм	Фиолетового излучения l_ф, мм

Контрольные вопросы.

1. Почему нулевой максимум дифракционного спектра белого света – белая полоса, а максимум высших порядков – набор цветных полос?

2. Почему максимумы располагаются как слева, так и справа от нулевого максимума?

3. Какой вид имеет интерференционная картина в случае монохроматического света?

4. В каких точках экрана получается световой минимум?

Лабораторная работа №18

Изучение явления фотоэффекта.

Цель работы:

Оборудование: ПК, компьютерный курс “Физика 7–11-й класс. Практикум”, учебник физики.

Теоретические сведения

Фотоэффектом называют вырывание электронов из вещества под действием света. Фотоэффект был открыт Г. Герцем (1887 г.). Теория фотоэффекта была развита А. Эйнштейном (1905 г.) на основе квантовых представлений. Классическая волновая теория света оказалась неспособной объяснить закономерности этого явления.

Согласно квантовым представлениям свет излучается и поглощается отдельными порциями (квантами), энергия E которых пропорциональна частоте ν

E = hν

где h = 6,63·10^–34 Дж·с – постоянная Планка.

Чтобы вырвать электрон из вещества, нужно сообщить ему энергию, превышающую работу выхода A. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектрона определяется согласно Эйнштейну уравнением

Это уравнение объясняет основные закономерности фотоэффекта:

1. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с частотой света и не зависит от падающего светового потока.

Если между фотокатодом и анодом вакуумного фотоэлемента создать электрическое поле, тормозящее движение электронов к аноду, то при некотором значении задерживающего напряжения U_з анодный ток прекращается. Величина U_зопределяется соотношением

2. Количество электронов, вырываемых с поверхности металла в секунду, прямо пропорционально мощности светового потока P.

3. Если частота света меньше некоторой определенной для данного вещества минимальной частоты ν_min, то фотоэффект не происходит («красная граница фотоэффекта»)

У щелочных металлов красная граница лежит в диапазоне видимого света.

Модель является компьютерным экспериментом по исследованию закономерностей внешнего фотоэффекта. Можно изменять значение напряжения U между анодом и катодом фотоэлемента и его знак, длину волны λ в диапазоне видимого света и мощность светового потока P.

В эксперименте можно определить красную границу фотоэффекта и найти работу выхода материала фотокатода. Можно измерить запирающий потенциал U_з для различных длин волн и определить постоянную Планка h.

Порядок выполнения работы

1. Откройте в программе “Физика 7–11-й класс” в Лаборатории в разделе “Атомная и ядерная физика” компьютерную модель “Фотоэффект”

2. Прочитайте конспект к лабораторной работе “Фотоэффект”.

3. Изменяя значение напряжения U между анодом и катодом фотоэлемента и его знак, длину волны в диапазоне видимого света и мощность светового потока P, исследуйте закономерности внешнего фотоэффекта (см. конспект к работе).

№ опыта	U, В	, м	P, Вт	Выводы
1.
2.
3.

4. Меняя длину волны, пронаблюдайте изменения в графике зарисуйте 3 графика и подпишите соответствующую графику длину волны.

5. Определите красную границу фотоэффекта _min.

_{min =}

6. Найдите работу выхода материала фотокатода А_вых.

А_вых=

7. Измерьте запирающий потенциал U_з для различных длин волн

№ опыта	Uз, В	, м
1.
2.
3.

8. Определите постоянную Планка h.

Контрольные вопросы

1-й уровень

1) Дайте определение явлению фотоэффекта.

2) Сформулируйте основные законы фотоэффекта?

3) Какая “работа” называется “работой выхода”?

4) Что такое красная граница фотоэффекта?

2-й уровень

1) Как изменится частота “красной” границы фотоэффекта, если шарику радиусом R, освещаемому светом, сообщить положительный заряд?

А – Не изменится.

Б – Увеличится.

В – Уменьшится.

Г– Ответ неоднозначный.

2) Как изменится кинетическая энергия электронов при фотоэффекте, если увеличить частоту облучающего света, не изменяя общую мощность излучения?

А – Увеличится.

Б– Уменьшится.

В – Не изменится.

Г– Ответ неоднозначен.

3) При освещении катода вакуумного фотоэлемента потоком монохроматического света происходит освобождение фотоэлектронов. Как изменится максимальная энергия фотоэлектронов при увеличении частоты в 2 раза?

А – Не изменится.

Б– Увеличится в 2 раза.

В – Увеличится менее чем в 2 раза.

Г– Увеличится более чем в 2 раза.

Решите задачи:

1) В экспериментах по изучению фотоэффекта использовался монохроматический свет некоторой частоты. Оказалось, что ток прекращается при запирающем потенциале U_з = 1,25 В. Определите максимальную кинетическую энергию электронов, выбиваемых светом из фотокатода. Заряд электрона e = 1,602·10^–19 Кл.

2) В экспериментах по изучению фотоэффекта использовался монохроматический свет некоторой частоты. Оказалось, что ток прекращается при запирающем потенциале U_з = 1,25 В. Определите максимальную скорость фотоэлектронов. Заряд электрона e = 1,602·10^–19 Кл, его масса m = 0,911·10^–30 кг.

3) Для калия красная граница фотоэффекта _кр = 564 нм. Определите значение запирающего потенциала U_з при падении на калиевый фотокатод монохроматического излучения с длиной волны = 400 нм.

Лабораторная работа № 19

НАБЛЮДЕНИЕ СПЛОШНОГО И ЛИНЕЙЧАТОГО СПЕКТРОВ.

Цель работы: наблюдать и описать сплошной спектр лампы накаливания, линейчатые спектры водорода, гелия и неона, а также спектр поглощения.

Оборудование: генератор высоковольтный «Спектр», трубки спектральные, призма прямого зрения, источник света, светофильтры (эти приборы являются общими для всего класса), призма с параллельными гранями стеклянная пластина со скошенными гранями (выдается каждому).

Теоретические сведения.

§ Дисперсия света – зависимость абсолютного показателя преломления вещества от частоты света. Вследствие дисперсии света узкий пучок белого света, проходя сквозь призму из стекла или другого прозрачного вещества, разлагается в дисперсионный спектр, образуя радужную полоску.

§ Спектр оптический – распределение по частотам (или длинам волн) интенсивности оптического излучения некоторого тела (спектр испускания) или интенсивности поглощения света при его прохождении через вещество (спектр поглощения). Различают спектры: линейчатые, состоящие из отдельных спектральных линий; полосатые, состоящие из групп (полос) близких спектральных линий; сплошные, соответствующие излучению или поглощению света в широком интервале частот.

§ Сплошной спектр. c_006

§ Линейчатые спектры.

Спектр ртути (Hg)

Спектр гелия (He)

Спектр водорода (H)

Спектр неона (Ne)

Спектр аргона (Ar)

Спектр криптона (Kr)

§ Спектроскоп. Для наблюдения спектров пользуются спектроскопом. Наиболее распространенный призматический спектроскоп состоит из двух труб, между которыми помещают трехгранную призму. В трубе , называемой коллиматором, имеется узкая щель, ширину которой можно регулировать поворотом винта. Перед щелью помещается источник света, спектр которого необходимо исследовать. Щель располагается в фокальной плоскости линзы коллиматора, и поэтому световые лучи из коллиматора выходят в виде параллельного пучка. Пройдя через призму, световые лучи направляются в трубу , через которую наблюдают спектр.

Порядок выполнения работы.

1. Расположить пластину горизонтально перед глазом. Сквозь грани, составляющие угол 45°, наблюдать светлую вертикальную полоску на экране — изображение раздвижной щели проекционного аппарата.

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

3. Повторить опыт, рассматривая полоску через грани, образующие угол 60°. Записать различия в виде спектров.

4. Наблюдать линейчатые спектры водорода, гелия или неона, рассматривая светящиеся спектральные трубки сквозь грани стеклянной пластины. Записать наиболее яркие линии спектров.

Контрольные вопросы:

1. В чём различие спектров при наблюдении под углами 60 и 45°?

2. Какой свет полностью поглощается красным светофильтром?

Какой – частично?

Какой свет не поглощается вовсе?

Компьютерный эксперимент

1). Открывают программу «Открытая физика», раздел «Электродинамика», тему «Атом водорода и линейчатые спектры».

2) Моделируют спектр атома водорода для различных квантовых чисел. Результаты записывают в таблицу.

Техника безопасности.

Источник тока рассчитан на напряжение, предусмотренное Правилами безопасного труда

Лабораторная работа № 20

Изучение треков заряженных частиц

по готовым фотографиям

Цель работы: необходимо провести идентификацию по результатам сравнения треков с треком протона в камере Вильсона

Оборудование:

1. Фотографии косых столкновений частиц.

2. Транспортир.

3. Линейка.

4. Тонко отточенный карандаш.

Теоретические сведения

В результате нецентрального (косого) соударения двух элементарных частиц каждая разлетается по траектории, выходящей из одной точки, поэтому образуется «вилка».

На рис. 1 показана импульсная диаграмма такого взаимодействия движущейся частицы (масса ее М, скорость движения до и после взаимодействия v и v₁) и неподвижной (масса ее m, скорость движения после взаимодействия u). - угол рассеяния; - угол отдачи; и - векторы импульсов налетающей частицы до и после взаимодействия; - вектор импульса неподвижной частицы после взаимодействия.

рис. 1

Энергия частиц до взаимодействия , после взаимодействия и , поэтому в соответствии с законом сохранения энергии запишем уравнение

(1)

Из (рис.1), согласно теореме синусов, запишем

Следовательно,

(2)

Уравнение (2) подставим в уравнение (1), получим

После сокращения обеих частей последнего уравнения на имеем

Следовательно,

или

Исследуя треки заряженных частиц по готовым фотографиям и используя эту формулу, можно решить ряд интересных задач.

Порядок выполнения работы.

Задача 1.

На фотографии треков частиц в толстослойной эмульсии (рис. 2) след – трек рассеянной частицы. Зная, что d – трек протона, определить неизвестную частицу.

1. Используя рис. 2, начертить в тетради трек налетающей частицы и продолжить его.

2. Начертить прямолинейные участки треков взаимодействующих частиц, сохранив углы рассеяния и отдачи . Отметить эти углы.

3. Записать массу m известной частицы в а.е.м. и, Используя формулу (3), вычислить массу М рассеянной частицы.

4. Зная М, используя таблицу «Периодическая система элементов», определить, ядром какого атома является рассеянная частица. Назовите эту частицу.

5. Результаты измерений, вычислений записать в таблицу.

6. Исследование повторить (п. 1 -6)для решения задач 2 и 3.

№ опыта	Угол рассеяния ,	Угол отдачи	Масса известной частицы m, а.е.м.	Масса неизвестной частицы M, а.е.м.	Вид частицы газа
1
2

Задача 2.

По фотографии треков частиц (рис. 3)указать ядру какого атома принадлежит след а, если след b – трек рассеянного протона.

Задача 3.

Сталкиваясь в камере Вильсона с атомом газа,-частица отклонилась на 142⁰. Определить, с атомом какого газа столкнулась -частица (рис. 4).

Контрольные вопросы:

1. Назовите формулу кинетической энергии частиц; сформулируйте закон сохранения энергии.

2. Что вам известно о протоне, -частице?

3. Дайте определение атомной единицы массы. Укажите ее соотношение с килограммом.

4. Как узнать, ядро какого атома приобретает большую кинетическую энергию после столкновения?

Рис. 2 рис.3

рис.4

Скачать материал

Скачать материал "Методические рекомендации к лабораторным работам по физике"

Как учитель может зарабатывать на Инфоуроке?

Краткое описание документа:

Скачать материал

Найдите материал к любому уроку, указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:

6 660 073 материала в базе

Найти материалы

Скачать материал

Другие материалы

docx

7 класс. Физика. урок № 3

05.09.2017
518
2

docx

Конспект урока 7 класс

05.09.2017
460
0

rar

Презентация по физике на тему "Внеурочная рабрта по физике"

05.09.2017
356
0

rar

Презентация по физике на тему "Внеурочная рабрта по физике"

05.09.2017
280
0

pptx

Виды механического движения. Перемещение, путь, траектория.

Учебник: «Физика. Базовый и профильный уровни», Тихомирова С.А., Яворский Б.М.
Тема: *§ 2. Траектория, путь, перемещение

05.09.2017
729
0

«Физика. Базовый и профильный уровни», Тихомирова С.А., Яворский Б.М.

docx

Как организовать интересное повторение(закрепление) материала в 8 классе по теме "Электрические явления?"

Учебник: «Физика», Перышкин А.В.
Тема: Глава 1. Тепловые явления

05.09.2017
1118
0

pptx

Презентация по физике на тему "Деление ядер урана. Цепная реакция" 9 класс

Учебник: «Физика», Перышкин А.В., Гутник Е.М.
Тема: § 58 Деление ядер урана. Цепная реакция

Рейтинг: 4 из 5

05.09.2017
21580
3852

pptx

Презентация по физике на тему "Внутренняя энергия" 8 класс

Учебник: «Физика», Перышкин А.В.
Тема: § 2 Внутренняя энергия

05.09.2017
940
2

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.

Скачать материал
- 05.09.2017 1651
- DOCX 3.2 мбайт
- Рейтинг: 5 из 5
- Оцените материал:
Настоящий материал опубликован пользователем Ставропольцева Татьяна Петровна. Инфоурок является информационным посредником и предоставляет пользователям возможность размещать на сайте методические материалы. Всю ответственность за опубликованные материалы, содержащиеся в них сведения, а также за соблюдение авторских прав несут пользователи, загрузившие материал на сайт

Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.
Удалить материал
Автор материала

Ставропольцева Татьяна Петровна
- На сайте: 7 лет и 7 месяцев
- Подписчики: 0
- Всего просмотров: 104493
- Всего материалов: 56