Методические указания для лабораторных работ по физике

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

ДЛЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

ПО ФИЗИКЕ

Кадуй

ОДОБРЕНЫ:

методической цикловой комиссией по ТД БПОУ ВО

«Кадуйский энергетический колледж»

Протокол №3 от 13.12.12

Методические указания для лабораторных работ по физике – Кадуй.: 2012. - 30 с.

Методические указания предназначены для студентов 1 курса по всем специальностям СПО как руководство для выполнения лабораторных работ по физике.

Составитель: А.Е. Смирнова, преподаватель БПОУ ВО

«Кадуйский энергетический колледж»

Рецензент: В.И. Лукина, методист БПОУ ВО

«Кадуйский энергетический колледж»

Содержание

Пояснительная записка …………………………………………………………...4

1. Инструкция по технике безопасности в кабинете физики ………………......5

2. Критерии оценки лабораторных работ …………………………………….....6

3. Справочный материал по оценке погрешностей измерений ……………......7

4. Образец оформления отчета лабораторной работы ………………………..8

5. Лабораторная работа №1 ……………………………………………………...9

Исследование движения тела под действием постоянной силы

6.Лабораторная работа №2……………………………………………………...10

Изучение закона сохранения импульса и реактивного движения

7. Лабораторная работа №3 ………………………………………………….....12

Сохранение механической энергии при движении тела под действием сил

тяжести и упругости

8. Лабораторная работа №4 …………………………………………………....14

Изучение зависимости периода колебаний маятника от длины нити

9. Лабораторная работа №5 ……………………………………………………15

Измерение влажности воздуха

10. Лабораторная работа №6 …………………………………………………..16

Измерение поверхностного натяжения жидкости

11.Лабораторная работа №7 …………………………………………………...17

Наблюдение роста кристаллов из раствора

12. Лабораторная работа №8 …………………………………………………..18

Изучение закона Ома для участка цепи

13. Лабораторная работа №9 …………………………………………………..20

Измерение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока

14. Лабораторная работа №10 ………………………………………………....21

Изучение явления электромагнитной индукции

15. Лабораторная работа №11 …………………………………………………23

Исследование зависимости силы тока от электроемкости конденсатора в

цепи переменного тока

16. Лабораторная работа №12 …………………………………………………24

Измерение индуктивности катушки

17. Лабораторная работа №13 …………………………………………………26

Изучение интерференции и дифракции света

Приложения ……………………………………………………………………..28

3

Пояснительная записка

Методические указания предназначены для выполнения лабораторных работ, включенных в учебную программу дисциплины «Физика».

Основная цель лабораторных работ - овладение умениями проводить наблюдения, планировать и выполнять эксперименты, выдвигать гипотезы и строить модели, применять полученные знания по физике для объяснения разнообразных физических явлений и свойств веществ; практического использования физических знаний; оценивать достоверность естественно - научной информации.

В лабораторные работы включены следующие виды заданий:

- наблюдение и изучение физических явлений;

- измерение физических величин;

- оценка погрешностей измерений;

- исследование зависимостей между физическими величинами;

- проверка физических законов.

Данные задания способствуют формированию у студентов экспериментальных умений обобщенного характера: планировать проведение опыта, готовить оборудование, собирать установку, пользоваться измерительными приборами, проводить наблюдения, измерения и опыты, делать выводы и составлять краткий отчет о проделанной работе.

Помимо описаний лабораторных работ в методических указаниях приводится справочный материал для оценки погрешностей измерений и правдоподобности полученных результатов, приведена инструкция по технике безопасности в кабинете физики; оговорены критерии оценки лабораторных работ; представлены приложения.

Перед выполнением лабораторных работ необходимо изучить теоретический материал по соответствующей теме, для этого можно использовать учебник физики для 10-11 классов и ознакомиться с инструкцией по технике безопасности.

4

Инструкция по технике безопасности в кабинете физики

1. Не приступайте к выполнению работ без разрешения преподавателя.

2. Размещайте приборы, материалы, оборудование на своем рабочем месте таким образом, чтобы исключить их падение или опрокидывание.

3. Перед выполнением работы внимательно изучите ее содержание и ход выполнения.

4. Для предотвращения падения стеклянные сосуды (приборы, колбы) закрепляйте в лапке штатива.

5. При проведении опытов не допускайте предельных нагрузок измерительных приборов. При работе с приборами из стекла соблюдайте особую осторожность. Не вынимайте термометр из пробирки с затвердевшим веществом.

6. Следите за исправностью всех креплений в приборах и приспособлениях. Не прикасайтесь и не наклоняйтесь (особенно с неубранными волосами) к вращающимся частям машин.

7. При сборке экспериментальных установок используйте провода (с наконечниками и предохранительными чехлами) с прочной изоляцией без видимых повреждений.

8. При сборке электрической цепи избегайте пересечения проводов. Запрещается пользоваться проводником с изношенной изоляцией и выключателем открытого типа (при напряжении выше 42 В).

9. Источник тока к электрической цепи подключайте в последнюю очередь. Собранную цепь включайте после проверки и разрешения преподавателя. Наличие напряжения в цепи можно проверять только с помощью приборов или указателей напряжения.

10. Не прикасайтесь к находящимся под напряжением элементам цепи, лишенным изоляции. Не производите измерения в цепях и смену предохранителей до отключения источника питания.

11. Следите за тем, чтобы во время работы случайно не коснуться вращающихся частей электрических машин. Не производите присоединения в электрических цепях машин до полной остановки ротора машины.

12. Не прикасайтесь к корпусам стационарного оборудования, к зажимам отключенных конденсаторов.

5

13. По окончании работы отключите источник электропитания, после чего разберите электрическую цепь.

14. Обнаружив неисправность в электрических устройствах, находящихся под напряжением, немедленно отключите источник электропитания и сообщите об этом преподавателю.

15. Не уходите с рабочего места без разрешения преподавателя.

Критерии оценки лабораторных работ

Оценка «5» ставится в том случае, если студент:

• обнаруживает верное понимание физической сущности рассматриваемых явлений и закономерностей, законов и теорий, дает точное определение и истолкование основных понятий, законов, теорий, а также правильное определение физических величин, их единиц и способов измерения;

• самостоятельно и рационально монтирует необходимое оборудование, все опыты проводит в условиях и режимах, обеспечивающих получение правильных результатов и выводов; соблюдает требования безопасности труда;

• в отчете правильно и аккуратно выполняет все записи, таблицы, рисунки, чертежи, графики, вычисления;

• правильно выполнил анализ погрешностей.

Оценка «4» - выполнены требования к оценке «5», но допускаются недочеты или негрубые ошибки.

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

Оценка «2» - результаты не позволяют сделать правильных выводов, если опыты, измерения, вычисления, наблюдения проводились неправильно, нарушались правила техники безопасности.

6

Справочный материал по оценке погрешностей измерений

Выполнение лабораторных работ связано с измерением различных физических величин и последующей обработкой их результатов. Поэтому далее приводится справочный материал, к которому по мере необходимости можно обратиться.

Измерение-

нахождение значения физической величины опытным путем

с помощью средств измерений

Прямое измерение –

определение значения величины непосредственно средствами измерения

Косвенное измерение –

определение значения физической величины по формуле, связывающей ее с другими величинами

Любое измерение сопряжено с появлением погрешности – разницы между значением, полученным путем измерения и действительным значением величины.

Погрешности измерений

1. Максимальная абсолютная погрешность прямого измерения:

, где

Δ_иА – абсолютная инструментальная погрешность, определяемая конструкцией прибора;

Δ_оА – абсолютная погрешность отсчета, получающаяся от недостаточно точного отсчитывания показаний средств измерения (она равна, в большинстве случаев, половине цены деления, а при измерении времени – цене деления секундомера или часов).

2. Максимальная абсолютная погрешность косвенного измерения:

.

7

3. Максимальная относительная погрешность прямого измерения:

, где

А_приб - приближенное значение величины, т.е. полученное путем измерения физической величины.

4. Максимальная относительная погрешность косвенного измеренияопределяется по формуле, которая зависит от вида формулы.

Численное значение результата измерений округляют так, чтобы его последняя цифра оказалась в том же разряде, что и цифра погрешности. Результат измерений обычно записывают в виде:

Образец оформления отчета лабораторной работы

1. Лабораторная работа № …

2. Название работы

3. Цель работы

4. Оборудование

5. Ход работы (изложить кратко):
   - чертеж (если требуется)
   - формулы искомых величин

- расчет погрешностей

6. Таблица с результатами измерений и вычислений

(все расчеты приводятся в тетради)

7. Вывод (согласно цели работы).

8. Решение задач

8

Лабораторная работа №1

Исследование движения тела под действием постоянной силы

Цель работы: проверить зависимость ускорения, приобретаемого телом под действием постоянной силы, от массы тела.

Оборудование: тележка; динамометр; груз с крючком; блок неподвижный; набор разновесов; лента измерительная; штатив лабораторный; секундомер; нить с петлями на концах.

Повторите: Сила. Второй закон Ньютона.

Контрольные вопросы:

1. Что такое сила? Единица измерения силы.

2. Сформулируйте второй закон Ньютона.

3. При каких условиях тело движется прямолинейно и равноускоренно?

Порядок выполнения работы:

1. Измерьте динамометром вес тележки с грузом и вес тележки без груза.

2. Разместите штатив на краю поверхности рабочего стола.

3. Зажмите в муфте стержень неподвижного блока. Ролик блока должен находиться в вертикальной плоскости и выступать за край стола на 3 – 5 см.

4. Перекиньте нить через блок. Один ее конец зацепите за крючок тележки, ко второму подвесьте разновес. Длину нити отрегулируйте так, чтобы разновес касался пола, когда тележка приставлена вплотную к основанию штатива.

5. Отведите тележку без груза от штатива на расстояние, при котором разновес оказывается поднятым на максимальную высоту, и удерживайте в этом положении. Определите измерительной лентой расстояние S от тележки до основания штатива. Тележку отпустите, включив одновременно секундомер. В момент удара тележки об основание штатива секундомер остановите, и запишите его показание t. Опыт повторите не менее 7 – 10 раз.

6. Повторите опыт, поместив на тележку груз.

9

7. Результаты измерений расстояния и времени занесите в таблицу:

8. Вычислите средний путь S_ср1 и S_ср2 и среднее время движения t_ср1 и t_ср2.

9. Вычислите ускорения а₁и а₂тележки без груза и тележки с грузом по формуле:.

10. В выводе укажите, как ускорение тележки зависит от ее массы.

Решите задачи:

1. Человек массой 70 кг поднимается в лифте, движущемся равнозамедленно вертикально вверх с ускорением 1м/с². Определите силу давления человека на пол кабины лифта.

2. Собачья упряжка начинает тащить стоящие на снегу сани массой 100 кг с постоянной силой 149 Н. За какой промежуток времени сани проедут первые 200 м пути? Коэффициент трения скольжения полозьев о снег 0,05.

Лабораторная работа №2

Изучение закона сохранения импульса и реактивного движения

Цель работы: проверитьвыполнение закона сохранения импульса.

Оборудование:лоток металлический; штатив с муфтами и лапками; шары 2 шт.; линейка; листы белой и копировальной бумаги.

Повторите: Импульс. Закон сохранения импульса. Реактивное движение.

Контрольные вопросы:

1. Что называется импульсом тела? Каковы единицы измерения? Как определить направление импульса?

2. Сформулируйте закон сохранения импульса и границы его применения.

10

3. Может ли ракетный двигатель разгонять ракету за пределами земной атмосферы?

4. Почему для запуска космических кораблей используются многоступенчатые ракеты?

Порядок выполнения работы:

1. Укрепите лоток в лапке штатива таким образом, чтобы горизонтальная часть лотка находилась на расстоянии 20 см от поверхности стола. На столе перед лотком положите листы белой бумаги, на них – листы копировальной бумаги.

2. Возьмите шар с большей массой, установите его у верхнего края наклонной части лотка. Отпустите шар и по отметке на листе белой бумаги определите его дальность полёта в горизонтальном направлении. Опыт повторите 3 раза и найдите среднее значение L₁ (рис. 1)

3. Вычислите время падения шара, зная высоту края лотка h над столом, по формуле:

4. Вычислите горизонтальные составляющие его скорости V₁ и импульса p₁ по формулам:

V₁ =; p₁=m₁∙ V₁.

Занесите результаты в таблицу.

5. Установите на краю горизонтальной части лотка второй шар и осуществите запуск первого шара таким же образом как в первом опыте. По отметкам на бумаге найдите дальности полётов шаров в горизонтальном направлении после столкновения.

11

6. Повторите опыт 3 раза и найдите средние значения L'₁ и L'₂ (рис. 2)

7. Вычислите V'₁ , V'₂ и p'₁ и p'₂ . Занесите результаты в таблицу:

L₁,

м

V₁,

м/с

p₁,

кг∙м/с

L'_1ср,

м

L'_2ср,

м

V'₁,

м/с

V'₂,

м/с

p'₁,

кг∙м/с

p'₂,

кг∙м/с

8. Сравните p₁ и p'₁ + p'₂ и сделайте вывод.

Решите задачи:

1. Два товарных вагона движутся навстречу друг другу со скоростями 0,4 и 0,1 м/с. Массы вагонов соответственно равны 12 и 48 т. Определите с какой скоростью и в каком направлении будут двигаться вагоны после столкновения?

2. Три сцепленных вагона массами m, 2mи 3m, где m=2 т, движущиеся со скоростью 1,8 км/ч, столкнулись с неподвижным вагоном, после чего они все стали двигаться со скоростью 0,9 км/ч. Чему равна масса неподвижного вагона?

Лабораторная работа №3

Сохранение механической энергии при движении тела

под действием сил тяжести и упругости

Цель работы:проверить сохранение механической энергии при движении тела под действием сил тяжести и упругости.

Оборудование: штатив с муфтой и лапкой; динамометр с фиксатором; линейка; груз из набора по механике.

Повторите: Сила тяжести. Сила упругости. Закон сохранения механической энергии.

Контрольные вопросы:

1. Что такоесила тяжести? Ее формула и единица измерения.

2. Что такое сила упругости?

3. В чем заключается закон сохранения энергии?

12

Порядок выполнения работы:

1. Укрепите на штативе динамометр с фиксатором. Убедитесь, чтобы фиксатор сам по себе не падал вниз. Для этого установите его в нижней части проволочного стержня вплотную к ограничительной скобе динамометра.

2. Растяните пружину динамометра до упора. Отпустите стержень. При этом фиксатор вместе со стержнем поднимается вверх, отмечая максимальное удлинение пружины.

3. Измерьте вес груза и укрепите его на крючке динамометра.

4. Измерьте расстояние от крючка динамометра до центра тяжести груза.

5. Поднимите рукой груз, разгружая пружину, и установите фиксатор внизу у скобы.

6. Отпустите груз. Падая, он растянет пружину. Снимите груз и по положению фиксатора измерьте линейкой максимальное удлинение пружины.

7. Растяните рукой пружину до соприкосновения фиксатора с ограничительной скобой и отсчитайте по шкале максимальное значение модуля силы упругости пружины. Среднее значение силы упругости равно.

8. Найдите высоту падения груза.

9. Вычислите потенциальную энергию системы в первом положении груза:.

10. В конечном положении груза его потенциальная энергия равна нулю. Потенциальная энергия системы в этом состоянии определяется лишь энергией упруго деформированной пружины. Вычислите ее:

.

11. Занесите результаты измерений и вычислений в таблицу:

12. Сравните значения потенциальной энергии в первом и во втором случаях.

13. Сделайте вывод.

13

Решите задачи:

1. Тело массой 0,5 кг, брошенное вертикально вверх со скоростью 20 м/с, поднялось на высоту 15 м. Определите среднее значение силы сопротивления воздуха.

2. Груз поднимают на высоту h, а затем равномерно перемещают по горизонтальной поверхности на расстояние h. В каком случае затраченная работа больше? Коэффициент трения тела о поверхность μ. Сопротивлением воздуха пренебречь.

Лабораторная работа №4

Изучение зависимости периода колебаний маятника от длины нити

Цель работы:изучить зависимость периода колебаний маятника от длины его подвеса.

Оборудование: штатив лабораторный; шарик на нити; лента измерительная; секундомер.

Повторите:Механические колебания. Характеристики механических колебаний.

Контрольные вопросы:

1. Что называют механическими колебаниями?

2. Назовите характеристики механических колебаний.

3. Запишите уравнение гармонических колебаний.

Порядок выполнения работы:

1. Укрепите при помощи муфты кольцо на штативе и подвесьте к нему шарик на нити.

2. Измерьте длину нити измерительной лентой.

3. Отклоните шарик от положения равновесия на 5-8 см и отпустите его, одновременно запустив секундомер.

4. Измерьте время 25 полных колебаний. Опыт повторите еще 3 раза, укорачивая каждый раз длину нити на одну четверть.

14

5. Занесите результаты измерений и вычислений в таблицу:

п/п

n

с²/м

6. Вычислите период колебаний по формуле: .

7. Вычислите коэффициент по формуле: .Сравните все коэффициенты.

8. Сделайте вывод о зависимости периода колебаний маятника от длины его подвеса.

Решите задачи:

1. Напишите закон движения тела, совершающего гармонические колебания с амплитудой 4 см и периодом 0,01 с. Найдите амплитуду скорости и амплитуду ускорения.

2. Через какой минимальный промежуток времени после начала колебаний смещение точки из положения равновесия будет равно половине амплитуды, если период колебаний 24 с?

Лабораторная работа №5

Измерение влажности воздуха

Цель работы:измерить влажность воздуха в классе.

Оборудование: психрометр; психрометрическая таблица; таблица «Зависимость давления и плотности насыщенного водяного пара от температуры».

Повторите: Влажность воздуха и ее измерение.

Контрольные вопросы:

1. Какой термометр на психрометре показывает более низкую температуру? Почему?

2. Возможна ли ситуация, когда термометры на психрометре показывают одинаковую температуру?

3. Когда разность в показаниях термометров психрометра больше: в более сухом помещении или в более влажном? Почему?

15

Порядок выполнения работы:

1. Определите температуру сухого термометра.

2. Определите температуру влажного термометра.

3. Пользуясь психрометрической таблицей, определите влажность воздуха в классе.

4. Результаты запишите в таблицу:

Разность показаний термометров

Δt, ºС

Относительная

влажность воздуха

φ, %

сухого

t_сух,ºС

влажного

t_вл,ºС

5. Сделайте вывод.

Решите задачи:

1. Относительная влажность воздуха в комнате составляет 43%, а температура равна 19ºС. Что должен показывать влажный термометр психрометра?

2. Температура воздуха равна 20ºС. Температура точки росы составляет 12ºС. Найдите абсолютную и относительную влажность.

Лабораторная работа №6

Измерение поверхностного натяжения жидкости

Цель работы:измерить поверхностное натяжение жидкости.

Оборудование:капиллярная трубка; штангенциркуль; стальная или пластмассовая линейка с миллиметровыми делениями; прозрачный стакан с дистиллированной водой.

Повторите: Поверхностное натяжение жидкости. Силы поверхностного натяжения. Капиллярные явления.

Контрольные вопросы:

1. Какое явление называется поверхностным натяжением жидкости? По какой формуле вычисляется и в каких единицах измеряется?

2. Какова причина возникновения этого явления?

16

3. Что такое силы поверхностного натяжения? Как они направлены?

4. Почему при отсутствии внешних сил капля жидкости принимает форму шара?

5. Что такое капилляр?

Порядок выполнения работы:

1. Измерьте радиус капилляра с помощью иглы и штангенциркуля. Для этого вдвинув иглу в капилляр до упора, пометьте краской границу соприкосновения иглы с капилляром. Диаметр иглы на уровне этой границы можно принять за диаметр капилляра и измерить его с помощью штангенциркуля.

2. Обезжирьте предварительно капиллярную трубку и промойте дистиллированной водой. Опустите конец капиллярной трубки в воду и измерьте высоту подъема воды.

3. Вычислите поверхностное натяжение воды по формуле: .

4. Вычислите погрешности измерений.

5. Результаты измеренийи вычислений занесите в таблицу:

,

%

Решите задачи:

1. На какую высоту поднимается вода в капилляре диаметром 1 мкм?

2. Вода по фитилю поднимается на 80 мм. На какую высоту по тому же фитилю поднимается спирт?

Лабораторная работа №7

Наблюдение роста кристаллов из раствора

Цель работы:пронаблюдать процесс роста кристаллов различных веществ в пересыщенном водном растворе.

Оборудование:микроскоп школьный; насыщенные растворы хлорида натрия, хлорида аммония; предметные стекла; стеклянные палочки.

Повторите: Кристаллы. Свойства кристаллов.

17

Контрольные вопросы:

1. Что называют кристаллами?

2. В чем причина анизотропии физических свойств монокристаллов?

3. Чем отличается поликристалл от монокристалла?

4. Где применяются кристаллы на практике?

5. Для чего выращивают искусственные кристаллы?

Порядок выполнения работы:

1. Поместите на столик микроскопа предметное стекло, не дотрагиваясь до его поверхности. Отрегулируйте освещение и добейтесь четкого изображения верхней поверхности предметного стекла. Наводку на резкость можно облегчить нанесением на верхнюю поверхность стекла метки карандашом.

2. Выньте предметное стекло, нанесите на него с помощью стеклянной палочки каплю насыщенного раствора хлорида аммония. Палочкой распределите каплю по стеклу.

3. Поместите стекло с каплей под объектив микроскопа так, чтобы в поле зрения был виден край капли, так как первые кристаллы образуются обычно на ее краю.

4. Пронаблюдайте процесс зарождения и роста кристаллов.

5. Занесите в отчет результаты наблюдений, который должен содержать краткое описание процесса роста кристаллов и зарисовку картины, видимой в микроскоп.

6. Пронаблюдайте аналогичный процесс с раствором хлорида натрия.

Лабораторная работа №8

Изучение закона Ома для участка цепи

Цель работы: установить зависимость силы тока в проводнике от напряжения на его концах и от сопротивления проводника.

Оборудование: источник питания; амперметр; вольтметр; реостат; резисторы; ключ; соединительные провода.

Повторите: Постоянный электрический ток. Закон Ома для участка цепи.

18

Контрольные вопросы:

1. Что такое постоянный электрический ток?

2. При каких условиях в электрической цепи протекает постоянный электрический ток?

3. Как записывается закон Ома для участка цепи?

4. Как включается в цепь амперметр? вольтметр?

Порядок выполнения работы:

1. Соберите электрическую цепь, состоящую из источника питания, амперметра, реостата, резистора с сопротивлением 1 Ом и ключа, соединив все приборы последовательно. К зажимам резистора подключите вольтметр для измерения напряжения.

2. Начертите схему цепи.

3. Замкните цепь и при помощи реостата доведите напряжение на зажимах проволочного резистора до 1 В, а затем увеличивайте напряжение и измеряйте силу тока. Результаты запишите в таблицу:

4. Постройте график зависимости силы тока в проводнике от напряжения на концах этого проводника. На графике в условно выбранном масштабе по горизонтальной оси отложите напряжение в вольтах, а по вертикальной - силу тока в амперах. Сделайте вывод о зависимости силы тока в проводнике от напряжения на его концах.

5. Измерьте силу тока в цепи при напряжении 2 В, используя резистор с сопротивлением 1 Ом, затем подсоедините резистор с сопротивлением 2 Ом, 4 Ом. Запишите результаты в таблицу:

6. Постройте график зависимости силы тока от сопротивления. На графике в условно выбранном масштабе по горизонтальной оси отложите сопротивление в омах, а по вертикальной - силу тока в амперах. Сделайте вывод о зависимости силы тока в проводнике от сопротивления проводника.

7. Сделайте общий вывод.

19

Решите задачи:

1. При напряжении на концах участка цепи, равном 4 В, сила тока в проводнике 0,8 А.Каким должно быть напряжение, чтобы в этом же проводнике сила тока была 0,4 А?

2. Найдите напряжение на железной проволоке длиной 100 м при силе тока в ней 2 A. Сечение проволоки имеет форму квадрата со стороной 3 мм. Удельное сопротивление железа 9·10⁻⁸Ом•м.

Лабораторная работа №9

Измерение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока

Цель работы: показать, что ЭДС источника тока отличается от напряжения во внешней цепи на величину падения  напряжения во внутренней цепи источника тока; вычислить величину внутреннего сопротивления r источника тока, исходя из закона Ома для замкнутой цепи и убедиться, что r -  величина, не зависящая от нагрузки внешней цепи.

Оборудование:источник тока; амперметр; вольтметр; реостат; резистор; ключ; соединительные провода.

Повторите: Электродвижущая сила. Закон ома для полной цепи.

Контрольные вопросы:

1. Что такое ЭДС?

2. При каком условии напряжение, измеренное на полюсах источника тока, можно считать равным ЭДС источника?

3. Как записывается закон Ома для полной цепи?

Порядок выполнения работы:

1. Соберите электрическую цепь, состоящую из источника питания, амперметра, реостата, резистора и ключа, соединив все приборы последовательно.

К зажимам источника тока подключите вольтметр.

2. Начертите схему цепи.

3. Подготовьте таблицу для записи результатов.

4. Измерьте ЭДС источника тока по показаниям вольтметра при разомкнутой цепи.

20

5. Замкните ключ и, передвигая ручку реостата, найдите диапазон изменения тока в цепи.

6. Выберите три значения тока из найденного диапазона в начале, середине и конце. Выставьте реостатом первое значение тока и снимите показание вольтметра. То же проделайте со вторым и третьим значением тока. Запишите результаты в таблицу.

7. Рассчитайте значения r₁, r₂ и r₃ по формуле: r= и занесите в таблицу их среднее значение.

8. Рассчитайте значения _r-относительной погрешности внутреннего сопротивления источника тока по формуле: _r=+и Δr-абсолютной погрешности внутреннего сопротивления по формуле: Δr = r·_r. Их средние значения занесите в таблицу.

9. Сделайте вывод.

Решите задачи:

1. Вычислите ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока, если при силе тока 0,5А напряжение в цепи равно 4В, а при силе тока 0,9А напряжение равно 3,6 В.

2. Найдите внутреннее сопротивление и ЭДС источника тока, если при силе тока 30А мощность во внешней цепи равна 180 Вт, а при силе тока 10А эта мощность равна 100 Вт.

Лабораторная работа №10

Изучение явления электромагнитной индукции

Цель работы: проверить выполнение правила Ленца.

Оборудование:источник тока; миллиамперметр; реостат; катушки с сердечниками; ключ; дугообразный магнит; соединительные провода; магнитная стрелка.

Повторите: Электромагнитная индукция. Правило Ленца.

21

Контрольные вопросы:

1. При каких условиях в замкнутом контуре возникает индукционный ток?

2. Чем отличается явление электромагнитной индукции от явления самоиндукции?

3. Чем объясняется наличие знака минус в законе электромагнитной индукции?

4. Как читается правило Ленца?

5. Как можно определить направление вектора магнитной индукции?

Порядок выполнения работы:

1. Вставьте в одну из катушек железный сердечник, закрепив его гайкой. Подключите эту катушку через миллиамперметр, реостат и ключ к источнику тока. Замкните ключ и с помощью магнитной стрелки определите расположение магнитных полюсов катушки с током по направлению отклонения стрелки амперметра.

2. Отключите от цепи реостат и ключ, замкните миллиамперметр на катушку, сохранив порядок соединения их клемм.

3. Приставьте сердечник к одному из полюсов дугообразного магнита и вдвиньте внутрь катушки, наблюдая одновременно за стрелкой миллиамперметра.

4. Повторите наблюдение, выдвигая сердечник из катушки, а также меняя полюса магнита.

5. Зарисуйте схему опыта и проверьте выполнение правила Ленца в каждом случае.

6. Расположите вторую катушку рядом с первой так, чтобы оси совпадали.

7. Вставьте в обе катушки железные сердечники и присоедините вторую катушку через выключатель к источнику питания.

8. Наблюдайте отклонение стрелки миллиамперметра, замыкая и размыкая ключ.

9. Зарисуйте схему опыта и проверьте выполнение правила Ленца.

10. Сделайте вывод.

22

Лабораторная работа №11

Исследование зависимости силы тока от электроемкости конденсатора

в цепи переменного тока

Цель работы: исследовать зависимость силы тока от электроемкости конденсатора в цепи переменного тока.

Оборудование: источник переменного тока; миллиамперметр; конденсатор переменной емкости; вольтметр переменного тока; омметр; ключ; соединительные провода.

Повторите: Электроемкость конденсатора. Емкостное сопротивление.

Контрольные вопросы:

1. Какую величину называют электроемкостью двух проводников? В каких единицах она измеряется?

2. Какую величину называют емкостным сопротивлением?

3. Как изменится емкостное сопротивление, если уменьшить емкость конденсатора?

4. Как изменится емкостное сопротивление, если увеличить частоту переменного тока?

Порядок выполнения работы:

1. Соберите электрическую цепь по схеме:

Схема 3.1.

2. Замкните цепь, измерьте силу тока I и напряжение U.

3. Вычислите емкостное сопротивление X_С по формуле:

X_С =.

23

4. Вычислите электроемкость конденсатора С по формуле:

С =, где ν = 50Гц.

5. Повторите опыт, изменяя электроемкость конденсатора. Результаты занесите в таблицу:

п/п

I,

А

U,

В

X_С,

Ом

С,

Ф

6. Сделайте вывод о зависимости силы тока от электроемкости конденсатора.

Решите задачи:

1. Каково сопротивление конденсатора емкостью 4мкФ в цепях с частотой переменного тока 50 и 400Гц?

2. Какова электроемкость батареи конденсаторов, сопротивление которой в цепи переменного тока с частотой 50 Гц равно 40 Ом?

Лабораторная работа №12

Измерение индуктивности катушки

Цель работы:измерить индуктивность катушки.

Оборудование: катушка; амперметр; вольтметр; реостат; источник переменного тока.

Повторите: Индуктивность. Эффективные значения силы тока и напряжения. Переменный ток.

Контрольные вопросы:

1. Объясните, какой физический смысл имеет индуктивность. В каких единицах она измеряется?

2. Какой смысл имеют эффективные значения тока и напряжения?

3. Дайте определение переменного тока. Поясните, что собой представляют амплитуда и частота переменного тока. Нарисуйте график переменного тока.

24

4. Как и почему изменится магнитное поле катушки, если в нее вставить железный сердечник?

5. Одинаковую ли работу нужно совершить для того, чтобы вставить магнит в катушку, когда ее обмотка замкнута и когда разомкнута?

Порядок выполнения работы:

1. Соберите установку для определения индуктивности катушки, схема которой изображена на рисунке. Катушка Lподключается через реостат R₁ к сети переменного тока напряжением 220В. Реостат R₁ позволяет менять напряжение на катушке, которое измеряется вольтметром V. Сила тока в цепи измеряется амперметром А. Ключом К катушка подключается к сети переменного тока.

24

2. Замкните цепь. Устанавливая значения напряжения U_эф на зажимах катушки 40, 45 и 50В реостатом R, измерьте силу тока I_эф, текущего через катушку. Результаты измерений занесите в таблицу.

3. Для каждого из трех случаев вычислите полное сопротивление Z по формуле:, определите среднее значение Z_ср. Результаты занесите таблицу.

4. Вставьте в катушку сердечник. Повторите все измерения и вычисления, указанные в п.2. Результаты занесите в таблицу.

5. Вычислите значение индуктивности катушки с сердечником и без сердечника по формуле: .

25

Величина R указана на установке. Частота переменного тока ν = 50Гц.

6. Результаты занесите в таблицу:

U_эф, В

I_эф, А

Z, Ом

Z_ср, Ом

L_cp, Гн

Без сердечника

40

45

50

С сердечником

40

45

50

7. Сделайте вывод.

Лабораторная работа №13

Изучение интерференции и дифракции света

Цель работы:изучить явления интерференции и дифракции света.

Оборудование: пластины стеклянные – 2шт.; лоскуты капроновые или батистовые; засвеченная фотопленка с прорезью, сделанной лезвием бритвы; грампластинка (или осколок грампластинки); штангенциркуль; лампа с прямой нитью накала (одна на весь класс).

Повторите: Интерференция и дифракция света. Дифракционная решетка.

Контрольные вопросы:

1. В чем состоит явление интерференции света?

2. Применения интерференции.

3. В чем состоит явление дифракции света?

4. Что такое дифракционная решетка?

5. Запишите формулу дифракционной решетки.

Порядок выполнения работы:

1 Наблюдение интерференции

1. Протрите тщательно стеклянные платины, сложите вместе и сожмите пальцами.

26

2. Рассматривайте пластины в отраженном свете на темном фоне (расположить их надо так, чтобы на поверхности стекла не образовывались слишком яркие блики от окон или от белых стен).

3. Наблюдайте яркие радужные кольцеобразные или неправильной формы полосы в отдельных местах соприкосновения пластин.

4. Заметьте изменение формы и расположения полученных интерференционных полос с изменением нажима.

5. Попытайтесь увидеть интерференционную картину в проходящем свете.

6. Опишите (или зарисуйте) все, что вы увидели.

2 Наблюдение дифракции

1. Установите между губками штангенциркуля щель шириной 0,5 мм.

2. Приставьте щель вплотную к глазу, расположив ее вертикально.

3. Наблюдайте по обе стороны нити радужные полосы (дифракционные спектры),смотря сквозь щель на вертикально расположенную светящуюся нить лампы.

4. Заметьте, изменяя ширину щели от 0,5 до 0,8 мм, , как это изменение влияет на дифракционные спектры.

5. Наблюдайте дифракционные спектры в проходящем свете с помощью лоскутов капрона или батиста, засвеченной фотопленки с прорезью.

6. Проведите наблюдение дифракционного спектра в отраженном свете с помощью грампластинки, расположив ее горизонтально на уровне глаз.

7. Опишите (или зарисуйте) все, что вы увидели.

8. Сделайте вывод.

Решите задачи:

1. Найдите период решетки, если дифракционное изображение первого порядка получено на расстоянии 2,43 см от центрального, а расстояние от решетки до экрана 1м. Решетка была освещена светом с длиной волны 486 нм.

2. На дифракционную решетку нормально падает монохроматический свет с длиной волны 600 нм. Определите угол отклонения лучей, соответствующий максимуму второго порядка, если период решетки равен 1∙10^-5м.

27

Приложение А

Абсолютные инструментальные погрешности средств измерений

п/п

Средства

измерений

Цена

деления

Абсолютная инструментальная погрешность

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Линейка:

- ученическая

- чертежная

-инструментальная (стальная)

- демонстрационная

Лента измерительная

Измерительный цилиндр

Штангенциркуль

Микрометр

Динамометр учебный

Весы учебные

Секундомер

Барометр-анероид

Термометр лабораторный

Амперметр школьный

Вольтметр школьный

1 мм

1 мм

1мм

1 см

0,5 см

1 мл

0,1 мм

0,01 мм

0,1 Н

0,2 с

1 мм рт. ст.

1˚С

0,1 А

0,2 В

±1 мм

±0,2 мм

±0,1 мм

±0,5 см

±0,5 см

±1 мл

±0,05 мм

±0,005 мм

±0,05 Н

±0,01 г

±1 с за 30 мин

±3 мм рт. ст.

±1˚С

±0,05 А

±0,15 В

28

Приложение Б

Формулы для нахождения относительной погрешности

косвенных измерений

п/п

Формула физической

величины

Формула относительной погрешности

1

2

3

4

A=B+C

ПриложениеВ

Зависимость давления и плотности насыщенного водяного пара

от температуры

t, ºС

p, кПа

ρ, г/м³

t, ºС

p, кПа

ρ, г/м³

-5

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0,40

0,61

0,65

0,71

0,76

0,81

0,88

0,93

1,0

1,06

1,14

3,2

4,8

5,2

5,6

6,0

6,4

6,8

7,3

7,8

8,3

8,8

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

1,23

1,33

1,40

1,49

1,60

1,71

1,81

1,93

2,07

2,20

2,23

9,4

10,0

10,7

11,4

12,1

12,8

13,6

14,5

15,4

16,3

17,3

29

Приложение Г

Психрометрическая таблица

Показания сухого термометра,

ºС

Разность показаний сухого и влажного термометров, ºС

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

Относительная влажность, %

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

100

100

100

100

100

100

100

100

100

100

100

100

100

100

100

100

100

100

100

100

100

100

100

100

100

100

100

100

100

100

100

81

83

84

84

85

86

86

87

87

88

88

88

89

89

89

90

90

90

91

91

91

91

92

92

92

92

92

92

93

93

93

63

65

68

69

70

72

73

74

75

76

76

77

78

79

79

80

81

81

82

82

83

83

83

84

84

84

85

85

85

86

86

45

48

51

54

56

58

60

61

63

64

65

66

68

69

70

71

71

72

73

74

74

75

76

76

77

77

78

78

78

79

79

28

32

35

39

42

45

47

49

51

53

54

56

57

59

60

61

62

64

65

65

66

67

68

69

69

70

71

71

72

72

73

11

16

20

24

28

32

35

37

40

42

44

46

48

49

51

52

54

55

56

58

59

60

61

61

62

63

64

65

65

66

67

10

14

19

23

26

29

31

34

36

38

40

42

44

46

47

49

50

51

52

54

55

56

57

58

59

59

60

61

6

10

14

18

21

23

26

29

31

34

36

37

39

41

43

44

46

47

48

49

50

51

52

53

54

55

7

11

14

17

20

23

25

27

30

32

34

35

37

39

40

42

43

44

46

47

48

49

50

5

8

11

14

17

20

22

24

27

29

30

32

34

36

37

38

40

41

42

43

44

6

9

12

15

17

20

22

24

26

28

30

31

33

34

36

37

38

39

5

8

10

13

15

18

20

22

24

26

27

29

30

32

33

34

30