Методические рекомендации к выполнению лабораторных работ по ОУД.08 Физика

Министерство образования, науки и молодежи Республики Крым Государственное бюджетное профессиональное  образовательное учреждение Республики Крым

«Феодосийский политехнический техникум»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

 ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

ПО УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ ОУД. 08 ФИЗИКА

   для специальностей среднего профессионального образования

08.02.09 Монтаж, наладка и эксплуатация электрооборудования промышленных и      гражданских зданий; 

09.02.02 Компьютерные сети;

09.02.03 Программирование в компьютерных системах;

15.02.08 Технология машиностроения

                                                                                                          2016 г.                                                 

 Методические указания для выполнения лабораторных работ по учебной дисциплине ОУД.08 ФИЗИКА разработаны на основе рабочей программы по дисциплине и в соответствии с учебным планом специальностей:

-            08.02.09 Монтаж, наладка и эксплуатация электрооборудования промышленных и гражданских зданий, 08.00.00 Техника и технологии строительства; 

-            09.02.02 Компьютерные сети; 09.00.00 Информатика и вычислительная техника;

-            09.02.03 Программирование в компьютерных системах; 09.00.00 Информатика и вычислительная техника;

-            15.02.08 Технология машиностроения, 15.00.00 Машиностроение.

Организация-разработчик: Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Республики Крым «Феодосийский политехнический техникум»

          Разработчик Кузьмич Г.А., преподаватель физики и математики.

Методические указания для выполнения лабораторных работ по учебной дисциплине ОУД.08 ФИЗИКА рассмотрены и одобрены на заседании цикловой комиссии естественно - математических дисциплин.

Протокол № 2 от «7» сентября 2016 года

Председатель цикловой комиссии                                                      Г.А. Кузьмич

Пояснительная записка

Согласно учебного плана специальностей: 

-            08.02.09 Монтаж, наладка и эксплуатация электрооборудования промышленных и гражданских зданий; 

-            09.02.02 Компьютерные сети;

-            09.02.03 Программирование в компьютерных системах;  

-            15.02.08 Технология машиностроения,  

по дисциплине ОУД.08 ФИЗИКА объем лабораторных работ предусматривает 26 часов.

Освоение содержания учебной дисциплины «Физика» обеспечивает достижение обучающимися следующих результатов:

• личностных:

− 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;

            • метапредметных:

− 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;

            • предметных:

− 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.

Выполнении лабораторных занятий и освоение личностных, метапредметных, предметных связей обучающимися способствуют формированию следующих общих компетенций:

 ОК.1 Понимать сущность и социальную значимость своей будущей профессии, проявлять к ней устойчивый интерес.

 ОК.2 Организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество.

 ОК.3 Принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях и нести за них ответственность.

 ОК.4 Осуществлять поиск и использование информации, необходимой выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития.

         ОК.5 Использовать информационно-коммуникационные технологии в деятельности.

 ОК.6 Работать в коллективе и команде, эффективно общаться с коллегами, потребителями.  ОК.7 Брать на себя ответственность за работу членов команды (подчиненных), результат выполнения заданий.

 ОК.8 Самостоятельно определять задачи профессионального и личностного развития, заниматься самообразованием, осознанно планировать повышение квалификации.

 ОК.9 Ориентироваться в условиях частой смены технологий в профессиональной деятельности.

Таблица 1.

№ п/п	Название работы	Формируемые компетенции	Количество часов
1	Измерение ускорения тела при равноускоренном прямолинейном движении.	ОК.1, ОК.2, ОК.3, ОК.4, ОК.5, ОК.6, ОК.7, ОК.8, ОК.9	2
2	Измерение силы с помощью градуированной пружины.		2
3	Определение коэффициента трения скольжения.		2
4	Сравнение работы силы упругости с изменением кинетической энергии тела.		2
5	Определение периода колебаний и ускорения свободного падения при помощи маятника.		2
6	Определение влажности воздуха.		2
7	Измерение поверхностного натяжения жидкости.		2
8	Исследование зависимости мощности, потребляемой лампой накаливания, от напряжения на ее зажимах.		2
9	Определение ЭДС и внутреннего сопротивления источника постоянного тока.		2
10	Изучение явления электромагнитной индукции и самоиндукции.		2
11	Изучение зависимости периода колебаний нитяного маятника от длины нити.		2
12	Определение коэффициента преломления стекла.		2
13	Определение длины световой волны при помощи дифракционной решетки.		2
Всего:			26

Лабораторная работа №1

Измерение ускорения тела при равноускоренном прямолинейном движении

Цель работы: изучение равноускоренного движения тела по наклонной плоскости; определение ускорения шарика, движущегося по наклонному желобу.

Оборудование: желоб; шарик; штатив с муфтами и лапкой; металлический цилиндр; линейка; секундомер.

Содержание и метод выполнения работы

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

Движение, при котором скорость тела изменяется за равные промежутки времени, называется равноускоренным. Основной характеристикой

r

V  м 

равноускоренного движения является ускорение: а  t __{с2 } , которое показывает быстроту изменения скорости. Ускорение движения некоторых тел можно определить опытным путем, например, ускорение движущегося шарика по желобу.

at²

Для этого используется уравнение равноускоренного движения: S V₀t  . Если 2

                                           at²                           2S

V₀  0 , то S         a  ₂                                 . При измерениях величин допускаются некоторые

                                            2               t

погрешности, поэтому нужно проводить несколько опытов и вычислений и найти среднее значение a_ср .

Порядок выполнения работы:

1.                        Перечертите таблицу для записи результатов измерений и вычислений:

№ опыта	Длина пути, S, м	Время движения t, c	Ускорения, а, м/с2	Среднее значения ускорения, aср , м/с2	Ошибки каждого измерения, ∆а, м/с2	Ср. ариф. знач. ошибки измерения,  ∆acp, м/с2
1.
2.
3.
4.
5.

2.                        Собрать установку. Укрепить желоб с помощью штатива в наклонном положении под небольшим углом к горизонту. У нижнего конца желоба положить в него металлический цилиндр.

3.                        Пустить шарик с верхнего конца желоба, определить время движения шарика до столкновения с цилиндром, находящимся на другом конце желоба.

4.                        Измерить длину перемещения S₁шарика.

5.                        Подставив значения t₁ и S₁, определите ускорение a₁, подставив в уравнение a  2S2 .

6.                        Не меняя угол наклона желоба повторить опыт еще 4 раза, определить для    ср                    ^{1                      2                      3                      4                      5} t

каждого опыта значение a_n .

7.                        Определить среднее значение ускорения: a _ ^{a a a a a} .

ускорение шарика a_n по формуле  ∆𝑎 = |𝑎_ср − a_n |. Это ошибка каждого отдельно 5

8.                        Найти разности между a_cp и измеренным в каждом определённом опыте 9. Найти среднее арифметическое значение ошибки измерения   ускорения по

измеренного ускорения.

формуле:

∆𝑎₁ + ∆𝑎₂+∆𝑎₃ + ∆𝑎₄ + ∆𝑎₅

∆𝑎_ср =   

5

10.   Найти относительную погрешность измерения ускорения:   𝑎ср .

11.   Результаты измерений и вычислений записать в таблицу.

12.   Оформить работу, сделать вывод, ответить на контрольные вопросы, решить

задачу.

Контрольные вопросы:

1.                      Что такое мгновенная скорость? Средняя скорость? Как определяются?

2.                      Написать уравнение равноускоренного движения и свободного падения тел.

3.                      Тело движется с ускорением 3 м/c². Как вы это понимаете?

4.                      Решить задачу: Тело брошено вертикально вверх с начальной скоростью 30 м/с. Через сколько секунд оно будет на высоте 25 метров?

Лабораторная работа №2

Измерение силы с помощью градуированной пружины

Цель работы: измерить силу тяжести данного тела, используя градуированную пружину.

Оборудование: штатив с муфтой и лапкой; спиральная пружина с указателем; набор грузов; шкала из миллиметровой бумаги. Содержание и метод выполнения работы

Пружина особенно удобна для измерения силы, потому что, будучи растянута или сжата на определенную длину, на действует на любое тело с одной и той же силой.

Чтобы пользоваться пружиной для измерения сил, надо заранее знать значение сил упругости при различных её растяжениях.

Мы знаем, что на тело массой m действует сила тяжести, равная по модулю mg. Когда тело подвешено на пружине и находится в покое, эта сила тяжести уравновешена силой упругости пружины. Следовательно, и сила упругости пружины по модулю равна mg. Подвешивая к пружине различные грузы известной массы, можно установить, как зависит сила упругости

пружины от её удлинения. Если против каждого деления шкалы, у которого устанавливается указатель, прикрепленный к пружине, поставить значение силы упругости в ньютонах, то пружина будет градуирована.

Когда сила упругости F_упр и сила F=mg станут по модулю равными, тело остановится, и стрелка динамометра укажет на его шкале значение силы F.

Порядок выполнения работы:

1.                      Перечертите таблицу для записи результатов измерений и вычислений:

№ опыта	Масса груза,  m, кг	Сила тяж, действующая на груз  mg, H	Удлинение пружины |x|, м	Цена деления шкалы пружины,   𝑪 = 𝒎𝒈 , Н                            𝒙        м
1.
2.
3.

2.                      Собрать установку: закрепить на штативе конец пружины, укрепить за пружиной экран из миллиметровой бумаги. Отметить и обозначить то деление, против которого расположен указатель пружины.

3.                      Подвесить к пружине груз известной массы. Отметить и измерить вызванные им удлинения.

4.                      К первому грузу добавить второй и отметить второе удлинение.

5.                      Добавить третий груз и отметить третье удлинение.

6.                      Результаты измерения удлинений записать в таблицу.

7.                      Против каждого деления шкалы, у которого останавливался указатель, поставить значение силы упругости в Н, учитывая, что F_упр=𝑚_𝑛g.

8.                      Определить в каждом опыте силу упругости, приходящуюся на единицу удлинения по формуле:

𝑚_𝑛𝑔

𝐶_𝑛 = |𝑥_𝑛|

9.                      И найти среднее арифметическое цены деления: 𝐶_ср = ^𝐶1+𝐶₃^2+𝐶3.

10.                  Подвесить груз неизвестной массы, измерить вызванное им удлинение |𝑥_н.м.|.

11.                  Учитывая, что F_упр= C|x|. Рассчитать силу упругости под действием груза

неизвестной массы по формуле: 𝑚 = ^{𝐶ср|𝑥н.м.|.}.

𝑔

12.                  Определить абсолютную и относительную погрешность цены деления по формулам: 

                                                                 ∆𝐶1+∆𝐶2+∆𝐶3                             ∆𝐶ср               ∆𝑥

        ∆𝐶𝑛 = |𝐶ср − 𝐶𝑛|; ∆𝐶ср =  3     ; С = ( 𝐶ср + |𝑥н.м.|), где ∆𝑥 = 1 мм.

13.                  Оформить работу, сделать вывод, ответить на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы:

1.   При каких условиях возникает сила упругости?

2.   От чего зависит величина силы упругости?

3.   При каких условиях можно использовать пружину для измерения силы?

Лабораторная работа № 3

Определение коэффициента трения скольжения Цель работы: измерить силу трения скольжения деревянного бруска по различным поверхностям, определить, от чего зависит сила трения скольжения.

 Оборудование: деревянный брусок, набор грузов, деревянная и пластиковая доски, динамометр.

Содержание и метод выполнения работы:

Cилу трения, действующую между двумя телами, неподвижными относительно друг друга называют силой трения покоя.

Наибольшее значение силы трения, при котором скольжение еще не наступает, называется максимальной силой трения покоя.

Сила трения скольжения всегда направлена противоположно направлению относительной скорости соприкасающихся тел.

При равномерном движении: 𝑣 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡, 𝑎 = 0.

Применим третий закон Ньютона: 𝐹̅_тр + 𝐹̅ + 𝑃̅ + 𝑁̅ = 𝑚𝑎̅.

 На ось 0𝑥(горизонтальная ось),{𝐹 − 𝐹_тр = 0, → {𝐹 = 𝐹_тр,

                                                         На ось 0𝑦(вертикальная ось)        𝑁 − 𝑃 = 0            𝑁 = 𝑃

Сила трения скольжения 𝐹_тр = 𝜇𝑁 , где 𝑁 – нормальная сила

реакции опоры, 𝑃 = 𝑚𝑔 – вес тела (сила тяжести). Подставим следующие значения

                                                              𝐹 = 𝜇𝑁                                                               _𝐹

в систему и получим: {                 , 𝐹 = 𝜇𝑚𝑔, откуда имеем 𝜇 = .

                                                              𝑁 = 𝑚𝑔                                                             𝑚𝑔

Порядок выполнения работы:

1. Перечертите таблицу для записи результатов измерений и вычислений:

№ опыта		Вещество	𝒎, кг	𝑭тр, Н	𝝁	𝝁ср	∆𝝁	∆𝝁ср	𝜺𝝁, %
1
2
3
4
5
6
7
8
	2. При помощи динамометра найдите вес и массу бруска.

3.        Присоедините динамометр к бруску и равномерно перемещайте его по деревянной поверхности. Определите силу трения и коэффициент трения.

4.        Повторите измерение силы трения, увеличив массу бруска при помощи одного, двух и трех грузов. Найдите коэффициенты трения.

5.        Найдите среднее арифметическое значение коэффициента трения: 

𝜇ср = 𝜇1+𝜇2+4𝜇3+𝜇4.

6.        Найдите разности между 𝜇_ср и измеренными в каждом определенном опыте коэффициентом трения 𝜇_𝑛 . Это будет абсолютная погрешность коэффициента трения: 

∆𝜇 = |𝜇_ср − 𝜇_𝑛|.

7.        Найдите      среднее       арифметическое   значение     абсолютной           погрешности коэффициента трения: 

∆𝜇ср = 𝜇ср1+𝜇ср2+4𝜇ср3+𝜇ср4.

8.        Найдите отношение между средними значениями абсолютной погрешности ∆𝜇_ср и коэффициентом трения 𝜇_ср . Это будет относительная погрешность коэффициента трения: 𝜇 = ^∆𝜇ср.

𝜇ср

9.        Повторите измерение силы трения, перемещая брусок по металлической поверхности. Заполните таблицу.

10.   Результаты всех измерений и вычислений занести в таблицу.

11.   Оформить работу, сделать вывод, ответить на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы:

1.   Действует ли сила трения на стол, стоящий в комнате?

2.   При каких обстоятельствах возникает сила трения покоя? Как направлена эта сила?

3.   Что такое сила трения скольжения (сухое трение)? Как она направлена?

4.   Что такое коэффициент трения? 5. Почему опасно вести автомашину по обледенелой дороге?

Лабораторная работа №4

Сравнение работы силы упругости 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 со штативом и разновесами.

Содержание и метод выполнения работы Теорема о кинетической энергии утверждает, что работа силы, приложенной к телу, равна изменению кинетической энергии тела: А  Е_k1  E_k2  E_k .

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 и динамометр, 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_ynp со стороны пружины динамометра, равнялась бы 2 Н. Затем шар отпускают. Под действием силы упругости шар приобретает скорость _ , его

кинетическая энергия изменяется от 0 до ^m2 : E_{k } ^m2 .

                                                                                                                   2                     2

Для определения модуля скорости v шара, приобретенной под действием силы упругости F_упр, можно измерить дальность полета s шара при свободном падении с

высоты Н:  _ ^S , t  ^2H . t      g

Отсюда модуль скорости v равен: _ ^{S    g} , а изменение кинетической энергии 2H

                                 m²            mS²g

равно E_k                         .

                                     2          4H

Сила упругости во время действия на шар по закону Гука изменяется линейно от

F_упр1  2_Н до F_ynp2=0, среднее значение силы упругости равно 

Fупр1 Fупр2 Fупр1

                                                                                     Fупрср                                 .

                                                                                                                 2                2

Измерив деформацию пружины динамометра x, можно вычислить работу силы

упругости: А  F_упрсрx  ¹ F_упр1x.

2

1                                  mS²g

                Задача работы состоит в проверке равенства А  Е_k , т.е.  F_упр1x _ .

2                                  4H

Порядок выполнения работы:

1. Подготовьте таблицу для записи результатов измерений и вычислений:

поверхности стола. Зацепите за крючок динамометра нить с привязанным шаром.

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

4.      Измерьте массу шара с помощью весов и вычислите изменение кинетической

энергии шара под действием силы упругости: E_{k } ^m2 _ ^mS2g .

                                                                                                                                          2          4H

5.      Измерьте деформацию пружины динамометра х при силе упругости 2 Н.

Вычислите работу А силы упругости: А  F_упрсрx  ¹ F_упр1x .

2

6.      Оцените      границы     погрешности        определения        значении      изменения кинетической энергии E_k и работы А силы упругости. Динамометр имеет погрешность _Д = 0,05 H, погрешностьm=0,002 кг, g =0,01 ^м₂ . с

Относительная погрешность изменения кинетической энергии: _Eл ^m ^2S ^g ^H .

                                                                                                                                                                             m        S        g       H

Абсолютная погрешность изменения кинетической энергии: (E_k ) _Ek E_k .

6.      Сравните полученные значения работы А силы упругости и изменения кинетической энергии Е_к шара. 

7.      Сделайте вывод.

Контрольные вопросы:

1.                 При каком условии работу переменной силы можно вычислять, приняв в качестве среднего значения силы полусумму начального и конечного ее значения? 

2.                 Как точность полученного результата зависит от массы шара и высоты падения?  3. Какой фактор, на ваш взгляд, вносит максимальные погрешности в этот эксперимент? Почему? 4. Какая разница между потенциальной и кинетической энергией тела?

Лабораторная работа №5

Определение периода колебания и ускорения свободного падения при помощи маятника

Цель работы: выяснить, как зависят период и частота свободных колебаний нитяного маятника от его длины; при помощи маятника определить ускорение свободного падения.

Оборудование: штатив с муфтой и лапкой, шарик с прикрепленной к нему нитью, секундомер, измерительная лента.  Содержание и метод выполнения работы:

 Маятник, употребляемый для эксперимента, представляет собой массивный шарик, подвешенный на длинной двойной нити. Шарик подвешен на двойной нити для того, чтобы колебания маятника происходили, возможно, более строго в одной плоскости. Длина маятника гораздо больше радиуса шарика, поэтому маятник можно считать математическим.

Периодом повторяющегося движения тела называется время, необходимое для завершения одного полного целого цикла движения (период полного колебания).

Каждое тело, подвешенное в точке, лежащей выше его центра тяжести, может колебаться и представляет собой физический маятник. Период простого колебания такого

маятника определяется с достаточной точностью выражением: 

𝛼

                                                                         𝑇 = 2𝜋                          𝑠𝑖𝑛  

где g – ускорение силы тяжести, α – угол отклонения маятника от вертикали, l – приведенная длина маятника, то есть длина математического маятника с периодом колебаний, равным периоду физического маятника.  Если α<4^о, то величиной 𝑠𝑖𝑛² (^𝛼) можно пренебречь по сравнению с

2

единицей и для величины g получаем выражение:

4𝜋²𝑙

𝑔 = 𝑇₂ Для определения g необходимо, следовательно, измерение двух величин: периода колебаний Т и приведенной длины l. Первая величина определяется непосредственным измерением промежутка времени определенного числа колебаний маятника и делением этого промежутка на число колебаний. 

Порядок выполнения работы:

1.                      Перечертите таблицу для записи результатов измерений и вычислений:

							Ускорение свободного падения		Относит. погрешность  𝜺𝒈, %
							g, м/с2	gср, м/с2
1.
2.
3.
4.

2.                      Собрать установку.

3.                      Измерьте длину нитки. 

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

5.                      Измерьте промежуток времени, за который маятник совершает 20-30 колебаний.

6.                      Повторите опыт еще трижды, каждый раз уменьшая длину маятника.

7.                      Определим период колебания маятника для каждого опыта. По формуле 𝑇₁ = 𝑡 и по формуле Гюйгенса 𝑇2 (считайте, что g = 9,81 м/c2).

_𝑁

8.                      Оцените      относительную    погрешность        эксперимента       воспользовавшись формулой:      ^𝑇              .

𝑇2

9.                      Для каждого опыта вычислите ускорение свободного падения: 𝑔 = ⁴𝑇^𝜋2²₂^𝑙.

10.                  Определите среднее значение ускорения свободного падения, полученное в

результате 4 опытов: 𝑔ср = 𝑔1+𝑔2+4𝑔3+𝑔4/

11.                  Оцените      относительную    погрешность        эксперимента,       воспользовавшись формулой: ^𝑔  .

𝑔табл

12.                  Оформить работу, сделать вывод, ответить на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы: 1. Что называется приведенной длиной физического маятника.

2.                      Сформулировать теорему Штейнера-Гюйгенса.

3.                      Как зависит величина g от широты местности?

4.                      Как влияют на точность эксперимента колебания температуры, сила трения, амплитуда колебания маятника?

5.                      В чем причина погрешности измерений?

Лабораторная работа № 6

Определение влажности воздуха Цель работы: закрепить понятие о влажности воздуха и способах ее измерения; определить абсолютную и относительную влажность воздуха, точку росы; научиться пользоваться: справочными таблицами «Давление насыщенного водяного пара     и        его     плотность   при различных значениях   температуры»      и «Психрометрическая таблица»; приборами для измерения влажности воздуха – психрометром.

Оборудование: психрометр, психрометрическая таблица, таблица «Давление и плотность насыщенного водяного пара при различных температурах». Содержание и метод выполнения работы:

В атмосфере Земли всегда содержатся водяные пары. Их содержание в воздухе характеризуется абсолютной и относительной влажностью.

Абсолютной влажностью воздуха _а - называется плотность водяных паров, находящихся в воздухе при данной температуре.

                                                                           а mводянного_пара                        _a^ кг₃

 

                                                                                     V воздуха                                                                                               ^м

Относительная влажность воздуха  показывает сколько процентов составляет абсолютная влажность от плотности насыщенного водяного пара при данной температуре:

                                                                                      ^а                                              %,

                                                                                   100%

₀

где ρ₀ - плотность насыщенного водяного пара при данной температуре и определяется по таблице «Давление насыщенного водяного пара и его плотность при различных значениях температуры» Таким образом, относительная влажность характеризует степень насыщения воздуха водяным паром.

Для жилых помещений нормальной влажностью считается относительная влажность, равная 40 - 60 %. О влажности воздуха можно судить только по относительной влажности, так как при одной и той же абсолютной влажности в зависимости от температуры воздух может казаться или сухим, или влажным.

Относительную влажность воздуха можно определить с помощью психрометра. 

Психрометр (см. рисунок) состоит из двух термометров: сухого и увлажненного. На шарике увлажненного термометра закреплен фитиль, конец которого опущен в чашечку с водой. Вода, испаряясь с фитиля,       забирает     от      термометра тепло,         поэтому      показания увлажненного термометра ниже, чем у сухого. По показанию сухого и разности показаний сухого и увлажненного термометров с помощью психрометрической таблицы находится относительная влажность воздуха. 

Температура, при которой охлажденный воздух становится насыщенным водяными парами, называется точкой росы Т_р.

При точке росы абсолютная влажность воздуха равна плотности насыщенного пара ρ₀= ρ_a.

Запотевание холодного предмета, внесенного в теплую комнату, объясняется тем, что воздух вокруг предмета охлаждается ниже точки росы и часть имеющихся в нем водяных паров конденсируется.

Порядок выполнения работы:

1.     Перечертите таблицу для записи результатов измерений и вычислений:

1
2
3

2.     Снять показания психрометра в различных кабинетах.

3.     Найти разность показаний сухого и увлажнённого термометров: ∆𝑇 = |𝑇_𝑐 − 𝑇_у|;

4.     Пользуясь психрометрической таблицей определить относительную влажность воздуха. 5. Рассчитать абсолютную влажность воздуха по формуле _{а } ^0 и определить 100% точку росы используя таблицу «Давление и плотность насыщенного водяного пара при различных температурах».

6.     Сделать выводы по работе.

7.     Ответить на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы:

1.     Почему показания влажного термометра психрометра меньше показаний сухого термометра? При каком условии разность показаний термометров наибольшая?

2.     Температура в помещении понижается, а абсолютная влажность остается прежней. Как изменится разность показаний термометров психрометра?

3.     Почему после жаркого дня роса бывает более обильна?

4.     Относительная влажность воздуха при 200С равна 58%. При какой температуре выпадает роса?

5.     Относительная влажность воздуха при температуре 293 К равна 44 %. Что показывает увлажненный термометр психрометра?

6.     В комнате объёмом 150 м³ при температуре 300 К содержится 2,07 кг водяных паров. Определите относительную и абсолютную влажность воздуха.

Определение относительной влажности по психрометрической таблице

 Определение относительной влажности по психрометрической таблице осуществляется следующим образом. По вертикальному левому столбцу температур психрометрической таблицы отмечается величина температуры, соответствующая температуре сухого термометра 𝑇_𝑐 . По горизонтальной верхней строке выбирается столбец, соответствующий разности температур сухого и увлажненного термометров 𝑇_𝑐 − 𝑇_у . В точке пересечения горизонтальной строки, соответствующей показаниям сухого термометра 𝑇_𝑐 и вертикального столбца, соответствующего разности температур 𝑇_𝑐 − 𝑇_у считывается величина относительной влажности воздуха (в процентах) для данных условий проведения опыта.

               Например: Показания сухого термометра 𝑇_𝑐 = 18⁰С, а показания увлажненного термометра

𝑇_𝑐 = 15⁰С. Находим разность показания сухого и увлажненного термометров: 𝑇_𝑐 − 𝑇_у = 18⁰С −

15⁰С = 3⁰С . В вертикальном столбике найдем показания сухого термометра (18⁰С), а горизонтальной строке разность показаний сухого и увлажненного термометров (3⁰С), и на пересечении данных показаний находим относительную влажность воздуха φ=73%.

Таблица 1. Психрометрическая таблица для определения относительной влажности воздуха

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

Определение абсолютной влажности

                         А) Определение абсолютной влажности по известному объему воздуха и содержанию

водяного пара выполняется по уравнению: а m^{водянного_пара}.

V воздуха

 Например: В 6 м³ воздуха содержится 62 г водяного пара. V_{воздуха} = 6 м³, m_{водяного пара} = 62 г = 62·10^-3 кг. Тогда абсолютную влажность можно рассчитать:_a  62^610м^₃^3кг 10,3310^3 м^кг₃ .  Б) Определение абсолютной влажности по известной относительной влажности воздуха и температуре воздуха (показанию сухого термометра психрометра) выполняется по формуле _а ⁰ и с использованием таблицы «Давление и плотность насыщенного водяного пара при

 

100%

различных температурах».

 Например: Относительная влажность воздуха φ=73%, температура воздуха (сухого термометра) 𝑇_𝑐 = 18⁰С. По таблице определяем плотность насыщенного водяного пара (ρ0) при

данной температуре (18⁰С):₀ 15,410^{3 кг}₃ . По формуле рассчитываем абсолютную влажность м

−3 воздуха: 𝜌_{а 100%                  м} .

Определение точки росы

 Температура, при которой охлажденный воздух становится насыщенным водяными парами, называется точкой росы Т_р. При точке росы абсолютная влажность воздуха равна плотности насыщенного пара ρ0=ρa. При определение точки росы используется таблица «Давление и плотность насыщенного водяного пара при различных температурах» и значение абсолютной влажности ρa.. В колонке плотности находим значение, наиболее близко совпадающее со значением ρa и проецируем на колонку температур, полученное значение и есть точка росы Т_р.

 Например: Абсолютная влажность воздуха равна: _a 11,210^{3 кг}₃ . Находим в колонке м плотности значение, наиболее близко совпадающее со значением ρa. В данном случае это

11,410^{3 кг}₃ . Проецируем в горизонтальном направлении на колонку температур; полученное

м

значение и есть точка росы Т_р=13⁰С.

                         Таблица 2. Давление насыщенного водяного пара и его плотность при

7

Измерение поверхностного натяжения жидкости

  Цель работы: определить коэффициент поверхностного натяжения воды методом отрыва капель.

  Оборудование: сосуд с водой, шприц, сосуд для сбора капель.

Содержание и метод выполнения работы:

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:

𝐴 = 𝜎 ∙ ∆𝑆

где σ - коэффициент поверхностного натяжения (единицы измерения ^Дж₂ или ^Н). м     м А      𝐹 𝜎 =  или 𝜎 =  

                                                                                                    ∆𝑆                      𝑙

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. При внимательном         наблюдении         за поведением   отрывающихся    капель можно заметить, что на самом деле

капля не отрывается по линии окружности шейки. В тот момент, когда масса капли достигает значения, определяемого равенством силы тяжести и сил поверхностного натяжения, ее шейка начинает быстро сужаться, как это показано на рисунке г, причем обычно вслед за отрывающейся каплей сразу образуется еще одна маленькая капелька, как это показано на рисунке д.

 Перед моментом отрыва капли сила тяжести равна: 𝐹_тяж = 𝑚_капли ∙ 𝑔 равна силе поверхностного натяжения F, граница свободной поверхности – окружность капли 𝑙 = 𝜋𝑑_капли. Тогда:

                                                                                                   𝐹       𝑚_капли · 𝑔

                                                                                       𝜎 = =

                                                                                                    𝑙         𝜋 ∙ 𝑑_капли

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 = 𝜌𝑉.

Порядок выполнения работы:

1.        Перечертите таблицу для записи результатов измерений и вычислений:

№ опыта	Масса  капель m, кг	Число капель, n	Диаметр канала шприца d, м	Пов.натяж. σ, Н/м	Сред.знач. пов. натяж. σср, Н/м	Табл. знач. пов. натяж. 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.        Подставьте под шприц сосуд для сбора воды и, плавно нажимая на поршень шприца, добейтесь медленного отрывания капель. Подсчитайте количество капель в 1 мл и результат запишите в таблицу.

𝑚·𝑔

4.        Вычислите поверхностное натяжение по формуле: 𝜎 = .

0,9∙𝜋∙𝑑∙𝑛

5.        Результат запишите в таблицу. 

6.        Повторите опыт с 2 мл и 3 мл воды («два и три кубика»).

7.        Найдите среднее значение поверхностного натяжения: 𝜎 = ^{𝜎1+𝜎2+𝜎3}.

3

8.        Результат запишите в таблицу.

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

10.   Определите    относительную    погрешность        методом      оценки     результатов

измерений по формуле: 𝛿 = |𝜎^табл+^𝜎ср| ∙ 100%.

𝜎табл

11.   Результат запишите в таблицу.

12.   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?

8

Исследование зависимости мощности, потребляемой лампой накаливания, от напряжения на ее зажимах Цель работы: научиться находить мощность тока и исследовать зависимость мощности, потребляемой лампой накаливания, от напряжения на ее зажимах; уметь графически записывать зависимости мощности от напряжения, сопротивления от напряжения и сопротивления от температуры накала. 

Оборудование: источник электрической энергии, амперметр, вольтметр, реостат, электролампочка, ключ, соединительные провода.

Содержание и метод выполнения работы:

            Мощностью называют величину, характеризующею скорость выполнения работы. Мощность тока на участке цепи измеряют работой тока за единицу

А времени: Р  .  Единицей мощности в СИ является ватт: 1Вт = 1Дж/с. 

t

 Подставляя в формулу мощности значение А = U·I·t, получим формулу для вычисления мощности в электрических цепях: Р=U·I.

Порядок выполнения работы:

1.   Перечертите таблицу для записи результатов измерений и вычислений:

№	Напряжение U , В	Сила тока I, А	Мощность Р, Вт	Сопротивление R, Ом	Температура t, oС
1.
2.
3.

2.   Собрать электрическую цепь согласно схеме и показать её преподавателю.

 

3.   Замкнуть цепь и при помощи реостата установить наименьшее значение напряжения. Записать показания вольтметра и амперметра:

                                                      U₁=…               I₁ …

4.   Постепенно выводя реостат, записать значения напряжения и силы тока для среднего положения ползунка реостата. Поступать так, пока не будет, достигнуто то напряжение, на которое рассчитана лампочка (номинальное напряжение)

                                                      U₂=…                I₂ …

                                                      U₃=…                I₃ …

5.   Для каждого значения напряжения посчитать по формуле мощность, потребляемую лампой:

P  I U ;        P1,    Р2,    Р3

6.   Для каждого значения напряжения посчитать:

U

а) сопротивление нити лампы по формуле: R_t  ;        R1, R2, R3

I

R^{t  R0} ;      t1, t2, t3,

b) температуру нити лампы по формуле: t 

R₀ 

  где _ = 0,004^oС^1- температурный коэффициент сопротивления вольфрама;

  R0 – сопротивление нити лампы при 0 ^o_С- узнать у преподавателя (≈ 1 Ом)

7.        Результаты всех измерений и вычислений занести в таблицу.

8.        Построить графики зависимости сопротивления нити лампы:

a)    от напряжения R(U);

b)    от температуры накала R(t).

9.        Построить график зависимости мощности от напряжения P(U).

10.   Оформить работу, сделать вывод, ответить на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы:

1.                      Какой физический смысл напряжения на участке электрической цепи?

2.                      Как определить мощность тока с помощью амперметра и вольтметра? Как эти приборы подключаются в электрическую цепь?

3.                      Закон Ома для участка цепи.

4.                      Единицы измерения работы, мощности.

9

Определение ЭДС и внутреннего сопротивления источника постоянного тока

Цель работы: научиться читать схемы, собирать простейшие электрические цепи и измерять электродвижущую силу и внутреннее сопротивление источника тока. Оборудование: источник тока, амперметр, вольтметр, электролампочка, ключ, реостат, соединительные провода. Содержание и метод выполнения работы:

 Внешняя цепь – это участок цепи, по которому заряды перемещаются под действием электрических сил.

          Внутренняя цепь – это участок, по которому заряды перемещаются сторонними силами.

Закон Ома для полной цепи: сила тока в электрической цепи с одним источником ЭДС прямо пропорциональна ЭДС и обратно пропорционально сумме сопротивлений внешней и внутренней цепей. 

I ^{ } - закон Ома для полной цепи, где Rr

I [А] – ток в цепи; ε [В] – ЭДС источника;

R [Ом] – сопротивление внешней цепи; r [Ом] – сопротивление внутренней цепи.

Порядок выполнения работы:

1.                      Перечертите таблицу для записи результатов измерений и вычислений:

№	ε, В	Uвнеш , В	I, А	Uвнутр , В	r, Ом	rср , Ом
1.
2.

2.                      Собрать электрическую цепь согласно схеме и показать её преподавателю.

3.                      При не замкнутой цепи измерить и записать ЭДС источника тока ε - показания вольтметра, соединенного с клеммами источника тока при не замкнутой внешней цепи.

4.                      Замкнуть цепь с помощью реостата, установить в цепи ток не более 0,8 А. Записать показания амперметра и вольтметра: U_внеш и I₁.

5.                      Определить потерю напряжения внутри источника тока:U_внутр = ε - U_внеш .

U^внутр

6.                      Определить внутреннее сопротивление источника тока: r  .

I

7.                      Изменить силу тока в цепи до 1,5 А и аналогичным путем вновь определить внутреннее сопротивление источника тока.

8.                      Вычислить среднее значение внутреннего сопротивления источника тока:                                                                      r_ср  ^{r1 r2 ...rn} .

n

9.                      Результаты всех измерений и вычислений занести в таблицу.

10.                  Оформить работу, сделать вывод, ответить на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы:

1.       Что такое электрический ток?

2.       Условия существования электрического тока в проводнике.

3.       Какова роль источника электрической энергии в электрической цепи?

4.       Что такое ЭДС?

5.       Как читается закон Ома для полной цепи?

Лабораторная работа № 10

Изучение явления электромагнитной индукции и самоиндукции

Цель работы: изучить явление электромагнитной индукции; проверить на опыте зависимость ЭДС индукции от скорости изменения магнитного поля; опытно проверить правило Ленца.

Оборудование: постоянный магнит, электромагнит разборный, катушка-моток, миллиамперметр,          источник    постоянного         тока, ключ,          реостат, провода соединительные. Содержание и метод выполнения работы:

Явление возникновения ЭДС в проводящем контуре, находящемся в переменном поле или движущемся постоянном магнитном поле, называется электромагнитной индукцией.

 ЭДС индукции, согласно закону электромагнитной индукции, равна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром:

𝑑Ф инд = − _𝑑𝑡 .

Знак минус отражает правило Ленца, которое гласит: индукционный ток всегда направлен таким образом, что его действие противоположно действию причины, вызывающей его.

Вихревое электрическое поле порождается переменным магнитным. Его силовые линии всегда замкнуты, подобно силовым линиям магнитного поля.

Сущность явления электромагнитной индукции заключается не столько в появлении индукционного тока, сколько в возникновении вихревого электрического поля. В отличие от электростатического поля вихревое электрическое поле является непотенциальным.

Частным случаем явления электромагнитной индукции является самоиндукция.

Самоиндукция – это возникновение ЭДС в проводящем контуре при изменении в

𝑑𝐼 нем силы тока: _𝑐и = −^𝐿 _𝑑𝑡.

Порядок выполнения работы:

1.        Соберите цепь, состоящую из катушки и миллиамперметра. Опуская постоянный магнит внутрь катушки, определите направление возникающего индукционного тока. 

2.        Вынимайте магнит из катушки. Изменилось ли направление индукционного тока? Зарисовать в тетрадях упрощенную схему опыта. 

3.        Возникнет ли индукционный ток, когда магнит покоится относительно катушки. 

4.        Закрепите   магнит        в        штативе. Повторите      опыт,          перемещая           катушку вдоль магнита. Как направление тока зависит         от      направления           движения катушки?      Зарисовать в        тетрадях упрощенную схему опыта. 

5.        Приближайте катушку к полюсу магнита с такой скоростью, чтобы стрелка гальванометра     (миллиамперметра)

отклонялась не более, чем на половину предельного значения его шкалы. Повторите тот же опыт, но при большей скорости движения катушки, чем в первом случае.

6.        Соберите электрическую цепь, состоящую из источника тока, второй катушки, реостата и ключа. Расположите 1-ую катушку рядом со 2-ой так, чтобы часть её входила во 2-ую катушку. Проверьте, возникает ли индукционный ток в 1-ой катушке при замыкании и размыкании цепи 2-ой катушки? Замкните цепь. Проверьте, возникает ли индукционный ток в 1-ой катушке, если силу тока во 2-ой катушке изменять с помощью реостата.

7.        Соберите электрическую цепь, состоящую из двух параллельно соединенных лампочек, подключенных через ключ к источнику постоянного тока. Последовательно с одной из лампочек подключена катушка. Что происходит при замыкании и размыкании цепи?

8.        Оформить работу, сделать вывод, ответить на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы:

1.   Что такое магнитный поток, каковы способы его изменения? Каким образом меняется магнитный поток в лабораторной работе?

2.   В чем состоит явление электромагнитной индукции?

3.   Как определяется направление индукционного тока? 

4.   Возникнет ли индукционный ток в резиновом кольце при введении в него магнита?

Лабораторная работа №11

Изучение зависимости периода колебаний нитяного маятника от длины нити

Цель работы: убедится на опыте в правильности формулы Гюйгенса. 

Оборудование: штатив с муфтой и лапкой, шарик с прикрепленной к нему нитью длиной 130 см, кусочек резины, секундомер, измерительная лента.

Содержание и метод выполнения работы:

В повседневной жизни мы достаточно часто наблюдаем колебательные процессы. Это смена дня и ночи, вращение Луны вокруг Земли, вибрация струн у музыкальных инструментов, колебания маятника часов и т.д. В колебательном движении изменение какой-либо величины (например, скорости или смещения тела от положения равновесия) повторяется в точности через совершенно определенное время - период.

                                                                             Рассмотрим     колебания     нитяного     маятника,     т.е.

небольшого тела (например, шарика), подвешенного на нити, длина которой значительно превышает размеры самого тела. Если шарик отклонить от положения равновесия и отпустить, то он начнет колебаться. Сначала маятник движется с нарастающей скоростью вниз. В положении равновесия скорость шарика максимальна, и он по инерции движется дальше. По достижении наивысшего

положения шарик снова начинает двигаться, только в противоположную сторону.

Колебательное движение характеризуют амплитудой, периодом и частотой колебаний.

Период - это время, за которое тело совершает одно колебание.

Частота - это число колебаний, совершаемых за единицу времени.

Порядок выполнения работы:

1.        Перечертите таблицу для записи результатов измерений и вычислений:

Номер опыта	1	2	3	4	5
Длина нити ℓ, см	5	20	45	80	125
Число колебаний n	30	30	30	30	30
Время t, c
Период колебаний Т, с
Частота колебаний ν, Гц

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

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

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

5.        Для каждого из пяти опытов вычислите и запишите в таблицу значения периода колебаний маятника по формуле: 𝑇 = ^𝑡.

𝑛

6.        Для каждого из пяти опытов рассчитайте значения частоты колебаний маятника по формуле: ν = ¹

𝑇

7.        Полученные результаты внесите в таблицу.

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

9.        Сделайте вывод.

Контрольные вопросы:

1.   Какие колебания называют собственными и затухающими?

2.   Увеличили или уменьшили длину маятника, если: 

      1) период колебаний сначала был 0,3 с, а после изменения длины стал 0,1 с;   2) частота колебаний вначале была равна 5 Гц, а потом уменьшилась до 3 Гц?

3.   Заполните таблицу по полученным данным:

ℓ2/ ℓ1=	ℓ3/ ℓ1=	ℓ4/ ℓ1=	ℓ5/ ℓ1=
Т2/ Т1=	Т3/ Т1=	Т4/ Т1=	Т5/ Т1=

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

1)   2)   3)   4) 5)  Лабораторная работа № 12

Определение коэффициента преломления стекла Цель работы: провести измерение коэффициента преломления стекла.

Оборудование: пластинка стеклянная; лист бумаги; булавки; линейка, угольник.

Содержание и метод выполнения работы:

Преломление света обусловлено изменением скорости распространения света при переходе излучения из одной среды в другую.

Отношение скоростей света для двух определенных сред есть величина постоянная, ее обозначают n₂₁ и называют показателем преломления второй среды

𝑣¹ относительно первой: 𝑛₂₁ ⁼ _𝑣2 .

Преломление света подчиняется двум законам:

1.       Луч падающий и луч, преломленный лежат в одной плоскости с перпендикуляром, восстановленным в точке падения луча к поверхности раздела двух сред.

2.       Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления для двух данных sin^

сред есть величина постоянная: n₂₁ ^  . sin

Порядок выполнения работы:

1.   Перечертите таблицу для записи результатов измерений и вычислений:

№ опыта	DA, мм	BC, мм	n	Относительная погрешность, 𝜺𝒏, %
1.
2.
3.

2.   Под лист бумаги подложить картон.

3.   На середину листа бумаги плашмя положить стеклянную пластинку и карандашом обвести ее контур.

4.   С одной стороны стекла наколоть, возможно, дальше друг от друга две булавки так, чтобы прямая, проходящая через них не была перпендикулярна грани пластинки.

5.   С другой стороны, наколоть 3-ю и 4-ю булавки так чтобы, смотря вдоль них через стекло, видеть все булавки, расположенные на одной прямой.  

6.   Места наколов отметить точками 1,2,3,4 и через них провести прямые до пересечения с гранями стекла.

7.   Провести перпендикуляры через точки 2 и 3 к

границе сред.

8.   Вычислить показатель преломления по формуле:

sin n sin

Примечание: 

-         находим sinи sin_;

-         делаем геометрические построения:       АВ_LM;

      AO=OB;

      AD_DO;       CB_OC.

-         из полученных прямоугольных треугольников ADO и BCO находим:

DA      BC sin      и        sin .

                                                                                               OA                            OB

9.       Найдите относительную ошибку показателя преломления стекла по формуле:

𝑛−𝑛^т

𝑛 =  ∙ 100%.

𝑛т

10.   Опыт повторить 2 раза. 

11.   Результаты измерений и вычислений записать в таблицу.

12.   Оформить работу, сделать вывод, ответить на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы:

1.                      Что такое показатель преломления?

2.                      Назвать два закона преломления.

3.                      Что называют углом падения, преломления?

4.                      Что можно сказать о длине и частоте светового луча при переходе из воздуха в воду?

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

Лабораторная работа № 13

Определение длины световой волны при помощи дифракционной решетки

Цель работы: научиться работать с дифракционной решеткой, изучить дифракционную картину и измерить длину световой волны.

Оборудование: прибор для определения длины световой волны; дифракционная решетка.

Содержание и метод выполнения работы:

Вторым признаком волновой природы света служит явление дифракции (от латинского «дифракцио» - огибание). Дифракцией называют огибание волнами препятствий. Препятствия нарушают прямолинейность перемещения фронта волны. Препятствие отсекает часть фронта бегущей волны. Из принципа Гюйгенса можно сделать вывод, что дифракционные явления обусловлены интерференцией элементарных волн на границе отсеченного препятствием фронта волны. При этом чем меньше размеры препятствия или отверстия по сравнению с длиной волны, тем заметнее явление дифракции.

На практике наблюдение дифракции от одной щели или отверстия затрудняется тем, что сквозь узкую щель проникает очень мало света. Для того чтобы дифракционная картина была достаточно яркой, нужно пропускать свет через несколько параллельных щелей. В этом случае кроме явления дифракции будет происходить и явление интерференции, так как лучи, идущие от всех щелей, оказываются когерентными.

Большое число параллельных и очень близко расположенных узких щелей, которые пропускают или отражают свет, называют дифракционной решеткой. Решетки делают либо из прозрачного твердого вещества, либо из металлического зеркала. В обоих случаях на поверхность         алмазным   резцом        наносятся   штрихи, параллельные       друг другу.         Там, где     прошел       резец, получается шероховатая поверхность, рассеивающая лучи, а промежутки между штрихами остаются прозрачными или гладко отполированными, т.е. играют роль щелей. Формула дифракционной решетки:

𝒌 ∙ 𝝀 = 𝒅 ∙ 𝒔𝒊𝒏 𝝋,

где d – это период дифракционной решетки, т.е. расстояние от начала одной щели до начала следующей

щели; λ - длина световой волны; φ – угол отклонения световых волн; k – целое число 0,1,2…

Порядок выполнения работы:

1. Перечертите таблицу для записи результатов измерений и вычислений:

Шаг Расстояние от Красная часть спектра            Фиолетовая часть спектра дифракци экрана до Смещение Длина Погрешн Смещение Длина Погрешн онной решетки 𝑩_кр, мм волны ость          𝑩_ф, мм волны ость решетки L, мм 𝝀_кр, мм δ, %     𝝀_ф, мм δ, % d, мм

1.    2.                                                                                              

2.    Перемещением экрана со шкалой по продольной линейке добиться наиболее четкого изображения на экране спектров первого порядка.

3.    Отсчитать на шкале смещение от щели до середины красной части спектра В_кр.

4.    Отсчитать по шкале смещение от щели до середины фиолетовой части В_ф.

5.    Измерить расстояние L от решетки до экрана.

6.    Из формулы: 𝑘 ∙ 𝜆 = 𝑑 ∙ 𝑠𝑖𝑛 𝜑, → 𝑠𝑖𝑛 𝜑 = ^𝐵, где k=1; d=0,01 мм – это шаг

𝐿

дифракционной решетки. Получаются значения длин волн: 

                                                                                           d B_кр                                d B_ф

_кр ^       и   _ф ^  . k L      k L

7. Сравнить полученные результаты с табличными данными и определите относительную погрешность по формуле: 

^Т 

                                                                                                     100%.

_Т

8.         Повторить наблюдение.

9.         Результаты измерений и вычислений записать в таблицу.

10.    Оформить работу, сделать вывод, ответить на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы:

1.                      Что называется интерференцией и дифракцией? Какую природу света доказывает дифракция?

2.                      Что называется дифракционной решеткой, формула дифракционной решетки?

3.                      Что называется спектром?

4.                      В каких точках экрана получается световой минимум, максимум?

5.                      Как связана длина волны с частотой колебания и скоростью распространения света?