Методические указания к выполению лабораторных работ по физике

Государственное автономное профессиональное образовательное учреждение

Кузбасский техникум архитектуры, геодезии и строительства

(ГАПОУ КузТАГиС)

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

по учебной дисциплине

ОУД. О3  ФИЗИКА

Для специальностей:

08.02.01 Строительство и эксплуатация зданий и сооружений;

07.02.01 Архитектура;

21.02.08 Прикладная геодезия;

21.02.04 Землеустройство;

21.02.06 Информационные системы обеспечения градостроительной деятельности.

Кемерово, 2018

Методические указания по выполнению лабораторных работ. ОУД. 03  Физика [Текст]: Специальности: 08.02.01 Строительство и эксплуатация зданий и сооружений, 07.02.01 Архитектура, 21.02.08 Прикладная геодезия, 21.02.04 Землеустройство, 21.02.06 Информационные системы обеспечения градостроительной деятельности / автор-составитель Прокопенко Е.В.– Кемерово, 2018. – 62 с.

РАССМОТРЕНО

Цикловой методической комиссией преподавателей комиссией преподавателей общеобразовательной подготовки,  общего гуманитарного   и социально-экономического, математического и общего естественнонаучного циклов(3 корпус)

Протокол № __ от___________2018 года                                                    

Председатель ЦМК _______________________/ Литвин А. С.

Утверждено:

Зам. директора по УР _____________________/ Н.В. Мишенина

«____» _____________2018 г.

РЕКОМЕНДОВАНО: Экспертным Советом ГАПОУ «Кузбасский техникум архитектуры, геодезии и строительства» в качестве дополнительного учебного пособия»

Протокол №____от _______________

Председатель Экспертного Совета_____________ О.В. Табалюк

Данная разработка представляет собой методические указания по проведению лабораторных работ по физике в организациях среднего профессионального образования технического профиля, включает: общие положения, планирование работ, организацию и проведение работ, оформление и инструкционно-технологические карты к лабораторным работам, каждая из которых содержит: тему, цель работы, оборудование, знать, уметь, актуализация опорных знаний, ход работы (методика выполнения работы), критерии оценки, контрольные вопросы.

Содержание

1.                  ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ	4
2.                  ПЛАНИРОВАНИЕ ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ	5
3.                  ОРГАНИЗАЦИЯ И ПРОВЕДЕНИЕ ЛАБОРАТОРНЫХЗАНЯТИЙ	6
4.                  ОФОРМЛЕНИЕ ЛАБОРАТОРНЫХЗАНЯТИЙ	8
Техника безопасности	8
Лабораторная работа №1. Определение центростремительного ускорения	10
Лабораторная работа №2. Изучение закона сохранения энергии	12
Лабораторная работа №3. Определение влажности воздуха	15
Лабораторная работа №4. Измерение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока	21
Лабораторная работа №5. Зависимость колебаний математического маятника от его параметров	23
Лабораторная работа№6. Определение показателя преломления стекла	25
КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ	30
ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ	31

1.     ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Лабораторные занятия относятся к основным видам учебных занятий, направлены на экспериментальное подтверждение теоретических знаний и формирование учебных и профессиональных практических умений, они составляют важную часть теоретической и профессиональной практической подготовки.

1.2. В процессе лабораторного занятия, как вида учебного занятия, студенты выполняют одно или несколько заданий под руководством преподавателя в соответствии с Учебно - тематическим планом и Рабочей программой по дисциплине.

1.3. Выполнение студентами лабораторных работ направлено на:

•      обобщение, систематизацию, углубление, закрепление полученных теоретических знаний по конкретным темам дисциплины «Физика»;

•      формирование умений применять полученные знания на практике, реализацию единства интеллектуальной и практической деятельности;

•      развитие интеллектуальных умений у будущих специалистов;

•      выработку при решении поставленных задач таких профессионально значимых качеств, как самостоятельность, ответственность, точность, творческая инициатива.

1.4. Дисциплина, по которой планируются лабораторные занятия, и их объемы определяются рабочими учебными планами.

1.5. При проведении лабораторных занятий учебная группа может делиться на подгруппы.

2.     ПЛАНИРОВАНИЕ ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ

2.1. При планировании состава и содержания лабораторных занятий следует исходить из того, что ведущей дидактической целью является формирование практических умений - профессиональных (выполнять определенные действия, операции, необходимые в последующем в профессиональной деятельности) или учебных (решать задачи и др.), необходимых в последующей учебной деятельности по физике. Лабораторные занятия занимают преимущественное место при изучении общепрофессиональных и специальных дисциплин.

Состав и содержание лабораторных занятий должны быть направлены на реализацию ФГОС СПО по специальностям и формировать общие компетенции обучающихся.

2.2. В соответствии с ведущей дидактической целью содержанием лабораторных работ могут быть экспериментальная проверка формул, методик расчета, установление и подтверждение закономерностей, ознакомление с методиками проведения экспериментов, установление свойств веществ, их качественных и количественных характеристик, наблюдение развития явлений, процессов и др.

2.2.1. При выборе содержания и объема лабораторных работ следует исходить из сложности учебного материала для усвоения, из внутрипредметных и межпредметных связей, из значимости изучаемых теоретических положений для предстоящей профессиональной деятельности, из того, какое место занимает конкретная работа в совокупности практических работ, и их значимости для формирования целостного представления о содержании учебной дисциплины.

2.2.2. При планировании лабораторных занятий следует учитывать, что наряду с ведущей дидактической целью - подтверждением теоретических положений - в ходе выполнения заданий у студентов формируются практические умения и навыки обращения с различными приборами, установками, оборудованием, аппаратурой, которые могут составлять часть профессиональной практической подготовки, а также исследовательские умения (наблюдать, сравнивать, анализировать, устанавливать зависимости, делать выводы и обобщения, самостоятельно вести исследование, оформлять результаты).

2.3. В соответствии с ведущей дидактической целью содержанием лабораторных занятий является решение разного рода задач, в том числе профессиональных (анализ производственных ситуаций, решение ситуационных производственных задач, выполнение профессиональных функций в деловых играх и т.п.), выполнение вычислений, расчетов, работа с оборудованием, аппаратурой и др.

2.3.1. При разработке содержания лабораторных занятий следует учитывать, чтобы в совокупности по учебной дисциплине они охватывали весь круг профессиональных умений, на подготовку к которым ориентирована данная дисциплина, к которой готовится специалист.

2.3.2. На лабораторных занятиях студенты овладевают первоначальными профессиональными умениями и навыками, которые в дальнейшем закрепляются и совершенствуются в процессе курсового проектирования и технологической и преддипломной производственной (профессиональной) практики, изучения профессиональных модулей.

2.3.3 Наряду с формированием умений и навыков в процессе лабораторных занятий обобщаются, систематизируются, углубляются и конкретизируются теоретические знания, вырабатывается способность и готовность использовать теоретические знания на практике, развиваются интеллектуальные умения, формируются общие компетенции.

2.4. Состав заданий для лабораторного занятия должен быть спланирован с расчетом, чтобы за отведенное время они могли быть выполнены качественно большинством студентов. Количество часов, отводимых на лабораторные занятия, фиксируется в тематических планах рабочих учебных программ.

3.                 ОРГАНИЗАЦИЯ И ПРОВЕДЕНИЕ ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ

3.1. Лабораторное занятие должно проводиться в учебных кабинетах или специально оборудованных кабинетах. Продолжительность занятия - не менее 2-х академических часов. Необходимыми структурными элементами лабораторного занятия, помимо самостоятельной деятельности студентов, являются инструктаж, проводимый преподавателем, а также анализ и оценка выполненных работ и степени овладения студентами запланированными умениями.

3.2. На начальных этапах обучения большое значение имеет четкая постановка познавательной задачи, объяснение последовательности выполнения отдельных элементов задания и работы в целом. Последовательно, от занятия к занятию возрастают требования к самостоятельности студентов. Возможно проведение лабораторных занятий как итоговых контрольных.

3.3. Выполнению лабораторных занятий предшествует проверка знаний студентов - их теоретической готовности к выполнению задания.

3.4. По каждому лабораторному занятию должны быть разработаны и утверждены методические указания по их проведению.

3.5. Методические указания для выполнения лабораторных занятий должны включать:

•      Тему

•      Цель работы

•      Оборудование

•      Знать

•      Уметь

•      Актуализация опорных знаний

•      Ход работы (методика выполнения работы)

•      Вопросы для самоконтроля

3.6.Лабораторные занятия могут носить репродуктивный, частично-поисковый и поисковый характер.

Работы, носящие репродуктивный характер, отличаются тем, что при их проведении студенты пользуются подробными инструкциями, в которых указаны: цель работы, пояснения (теория, основные характеристики), оборудование, аппаратура, материалы и их характеристики, порядок выполнения работы, таблицы, выводы (без формулировки), контрольные вопросы, учебная и специальная литература.

Работы, носящие частично-поисковый характер, отличаются тем, что при их проведении студенты не пользуются подробными инструкциями, им не дан порядок выполнения необходимых действий, и требуют от студентов самостоятельного подбора оборудования, выбора способов выполнения работы в инструктивной и справочной литературе и др.

Работы, носящие поисковый характер, характеризуются тем, что студенты должны решить новую для них проблему, опираясь на имеющиеся у них теоретические знания.

При планировании лабораторных занятий необходимо находить оптимальное соотношение репродуктивных, частично-поисковых и поисковых работ, чтобы обеспечить высокий уровень интеллектуальной деятельности.

3.7. Формы организации студентов на лабораторных занятиях: фронтальная, групповая и индивидуальная.

При фронтальной форме организации занятий все студенты выполняют одновременно одну и ту же работу.

При групповой форме организации занятий одна и та же работа выполняется малыми группами по 2-5 человек.

При индивидуальной форме организации занятий каждый студент выполняет индивидуальное задание.

3.8. Для повышения эффективности проведения лабораторных занятий рекомендуется:

- разработка сборников задач, заданий и упражнений, сопровождающихся методическими указаниями, применительно к конкретным специальностям;

- разработка заданий для автоматизированного тестового контроля над подготовленностью студентов к практическим занятиям;

- подчинение методики проведения лабораторных занятий ведущим дидактическим целям с соответствующими установками для студентов;

- использование в практике преподавания поисковых лабораторных работ, построенных на проблемной основе;

- применение коллективных и групповых форм работы, максимальное использование индивидуальных форм с целью повышения ответственности каждого студента за самостоятельное выполнение полного объема работ;

- проведение лабораторных занятий на повышенном уровне трудности с включением в них заданий, связанных с выбором студентами условий выполнения работы, конкретизацией целей, самостоятельным отбором необходимого оборудования;

- эффективное использование времени, отводимого на лабораторные занятия, подбором дополнительных задач и заданий для студентов, работающих в более быстром темпе (многовариантные задания).

4.     ОФОРМЛЕНИЕ ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ

4.1. Структура оформления лабораторных занятий по дисциплине определяется методическими комиссиями.

4.2. Оценки за выполнение лабораторных занятий могут выставляться по пятибалльной системе или в форме зачета в конце занятия и учитываться как показатели текущей успеваемости студентов.

4.3. Отчет по лабораторным занятиям рекомендуется оформлять в виде таблиц, схем, структур, записей, образов, рисунков, аппликаций, расчетов, сравнительного анализа, решения конкретных производственных задач и ситуаций и т.д. Целесообразно применение рабочих тетрадей по дисциплине.

Техника безопасности

1. Будьте внимательны, дисциплинированны, осторожны. Точно выполняйте указания преподавателя.

2. Не оставляйте рабочее место без разрешения преподавателя.

3. Располагайте приборы, материалы, оборудование на рабочем месте в порядке, указанном преподавателем.

4. Не держите на рабочем месте предметы, не требующиеся для выполнения задания.

5. Перед тем, как приступить к выполнению работы тщательно изучите её описание, уясните ход её выполнения.

6. При работе со стеклом нужно быть очень осторожным и внимательным, чтобы не разбить его и исключить порезы.

7. При работе с линзами не следует касаться оптического стекла руками, чтобы не загрязнить его.

8. При обнаружении трещин на стекле и линзах прекратить работу и сообщить преподавателю.

9. Осколки стекла нельзя собирать со стола руками. Нужно использовать щётку и совок.

10. Проверку электрических цепей, изменение в них, монтаж и ремонт производите только после отключения источников питания.

11. Не включайте источники питания без разрешения преподавателя.

12. Проверяйте наличие напряжения на источнике питания или других частях электроустановки с помощью приборов для измерения напряжения.

13. Следите, чтобы изоляция проводов была исправна, на концах проводов были наконечники. При сборке цепи провода располагайте аккуратно, а наконечники плотно соединяйте с клеммами.

14. Выполняйте наблюдения и измерения, соблюдая осторожность, чтобы случайно не прикоснуться к оголённым проводам.

15. По окончании работы отключите источник питания, после чего разберите цепь.

16. Обнаружив неисправность в электрической установке, находящейся под напряжением, немедленно отключите источник питания и сообщите учителю.

Лабораторная работа №1

Определение центростремительного ускорения

Цель работы: определение центростремительного ускорения шарика при его равномерном движении по окружности.

Оборудование: штатив с муфтой и лапкой, лента измерительная, циркуль, динамометр лабораторный, весы с разновесами, шарик на нити, кусочек пробки с отверстием, лист бумаги, линейка.

Актуализация опорных понятий 

При рас­смот­ре­нии ме­ха­ни­че­ских задач боль­шин­ство сил, дей­ству­ю­щих на тела, можно от­не­сти к трем ос­нов­ным раз­но­вид­но­стям:

Сила все­мир­но­го тя­го­те­ния	Сила упру­го­сти	Сила тре­ния

Знать: смысл понятий и физических величин: центростремительное ускорение, равномерное движение по окружности; законы динамики Ньютона

Уметь: приводить примеры опытов, иллюстрирующих, что наблюдение и эксперимент служат основой для выдвижения гипотез и построения научных теорий; объяснить, что эксперимент позволяет проверить истинность теоретических выводов

Ход работы 

1. Приведем груз во вращение по нарисованной окружности радиуса R= 20 см. Измеряем радиус с точностью 1 см. Измерим время t, за которое тело совершит N=30 оборотов.

2. Определяем высоту конического маятника h по вертикали от центра шарика до точки подвеса. h=60,0 +- 1 см.

3. Оттягиваем горизонтально расположенным динамометром шарик на расстояние, равное радиусу окружности и измеряем модуль составляющей F₁ F₁= 0,12 Н, масса шарика m=30 г +- 1 г.

4. Результаты измерений заносим в таблицу.

R, м	N	∆t, c	,c	h, м	m, кг	, м/с2	, м/с2	, м/с2

5. Вычислим а_n по формулам, приведенным в таблице.

6. Результат вычисления заносим в таблицу. Делаем вывод.

Контрольные вопросы

1.     Назовите все силы, которые Вы изучили в разделе «Механика».

2.     Назовите основные виды взаимодействия в природе.

3.     Какова природа силы тяжести?

Лабораторная работа №2

Изучение закона сохранения энергии

Цель работы: научиться измерять потенциальную энергию поднятого над землей тела и упруго деформированной пружины, сравнивать два значения потенциальной энергии системы

Оборудование: штатив с муфтой и лапкой, динамометр лабораторный с фиксатором, линейка, груз на нити

Знать: смысл понятий и физических величин: взаимодействие, работа, механическая энергия; законы сохранения энергии

Уметь: приводить примеры опытов, иллюстрирующих, что наблюдение и эксперимент служат основой для выдвижения гипотез и построения научных теорий; объяснить, что эксперимент позволяет проверить истинность теоретических выводов; измерять энергию

Актуализация опорных понятий

Если тела, составляющие замкнутую механическую систему, взаимодействуют между собой только посредством сил тяготения и упругости, то работа этих сил равна изменению потенциальной энергии тел, взятому с противоположным знаком:

По теореме о кинетической энергии эта работа равна изменению кинетической энергии тел (см 1.19):

Следовательно:

Сумма кинетической и потенциальной энергии тел, составляющих замкнутую систему и взаимодействующих между собой посредством сил тяготения и сил упругости, остается неизменной.

Это утверждение выражает закон сохранения энергии в механических процессах. Он является следствием законов Ньютона. Сумму E = Ek + Ep называют полной механической энергией. Закон сохранения механической энергии выполняется только тогда, когда тела в замкнутой системе взаимодействуют между собой консервативными силами, то есть силами, для которых можно ввести понятие потенциальной энергии.

Ход работы

1. Соберите установку, изображенную на рисунке.

2. Привяжите груз на нити к крючку динамометра (длина нити 12-15 см). Закрепите динамометр в зажиме штатива на такой высоте, чтобы груз, поднятый до крючка, при падении не доставал до стола.

3. Приподняв груз так, чтобы нить провисала, установите фиксатор на стержне динамометра вблизи ограничительной скобы.

4. Поднимите груз почти до крючка динамометра и измерьте высоту  груза над столом (удобно измерять высоту, на которой находится нижняя грань груза).

5. Отпустите груз без толчка. Падая, груз растянет пружину, и фиксатор переместится по стержню вверх. Затем, растянув рукой пружину так, чтобы фиксатор оказался у ограничительной скобы, измерьте  .

6. Вычислите: а) вес груза ;б) увеличение потенциальной энергии пружины ;

в) уменьшение потенциальной энергии груза .

7. Результаты измерений и вычислений запишите в таблицу.

8. Сравните значения потенциальной энергии в первом и во втором случаях и сделайте вывод.

Контрольные вопросы

1.                 Каким выражением определяется потенциальная энергия деформированной пружины?

2.                 Каким выражением определяется кинетическая энергия тела?

3.                 При каких условиях выполняется закон сохранения механической энергии?

Лабораторная работа №3

Определение влажности воздуха

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

Оборудование: психрометр, вода.

Актуализация опорных понятий

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

Воздух, содержащий водяной пар, называют влажным.

Влажность воздуха оказывает огромное влияние на многие процессы на Земле: на развитие флоры и фауны, на урожай сельхоз. культур, на продуктивность животноводства и т.д. Влажность воздуха имеет большое значение для здоровья людей, т.к. от неё зависит теплообмен организма человека с окружающей средой. При низкой влажности происходит быстрое испарение с поверхности и высыхание слизистой оболочки носа, гортани, что приводит к ухудшению состояния.

Значит, влажность воздуха надо уметь измерять. Для количественной оценки влажности воздуха используют понятия абсолютной и относительной влажности.

Знать: смысл понятий и физических величин: относительная и абсолютная влажность воздуха, точка росы

Уметь:объяснить, что физическая теория дает возможность объяснять известные явления природы и научные факты; измерять влажность воздуха

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

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

Относительная влажность воздуха – это величина, показывающая, как далек пар от насыщения. Это отношение парциального давления p водяного пара, содержащегося в воздухе при данной температуре, к давлению насыщенного   параp₀ при той же температуре, выраженное в процентах:

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

Для измерения влажности воздуха используют приборы гигрометры и психрометры.

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

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

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

Давление насыщенных паров и их плотность при различных температурах

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

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

2. Волосной гигрометр. Его работа основана на том, что обезжиренный человеческий волос при увеличении влажности воздуха удлиняется, а при уменьшении влажности укорачивается. Волос оборачивают вокруг легкого блока, прикрепив один конец к раме, а к другому подвешивают груз. При изменении длины волоса указатель (стрелка), прикрепленный к блоку, будет двигаться, перемещаясь по шкале. Шкалу градуируют по эталонному прибору.

3. Психрометр (от греч «психриа» - холод). Состоит из двух одинаковых термометров. Резервуар одного из них обернут марлей, опущенной в сосуд с водой. Вода смачивает марлю на резервуаре термометра и при её испарении он охлаждается. По разности температур сухого и влажного термометров по психрометрической таблице определяют влажность воздуха.

Ход работы

1.                     Подготовить таблицу для записи результатов измерений и вычислений:

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

2.                     Рассмотреть устройство психрометра.

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

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

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

6.                     По психрометрической таблице определить влажность воздуха φ

7.                     Результаты измерений и вычислений занести в таблицу.

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

9.                     Ответьте на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

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

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

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

4.                     При каком условии разность показаний термометров наибольшая?

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

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

7.                     Каким может быть предельное значение относительной влажности воздуха?

Психрометрическая таблица

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

Лабораторная работа №4

Измерение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока

Цель работы: научиться определять ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока

Оборудование: аккумулятор (или батарейка), школьный вольтметр, школьный амперметр, ключ замыкания тока, реостат, комплект соединительных проводов.

Актуализация опорных понятий

Схема электрической цепи показана на рисунке 1.

Рисунок 1

При разомкнутом ключе ЭДС источника тока равна напряжению на внешней цепи. Так как сопротивление источника тока обычно мало, то R_в>>r. При этом отличие от Uне превышает десятых долей процента, поэтому погрешность измерений ЭДС равна погрешности измерения напряжения.

Внутреннее сопротивление источника тока можно измерить косвенно, сняв показания амперметра и вольтметра при замкнутом ключе. По закону Ома для цепи . Отсюда .

Максимальные погрешности измерений внутреннего сопротивления источника тока определяется по формулам

,

.

Знать: смысл понятий и физических величин: сила электрического тока, электрическое напряжение, электрическое сопротивление, электродвижущая сила

Уметь: описывать и объяснять результаты наблюдений и экспериментов: электромагнитная индукция; измерять электрическое сопротивление, ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока

Ход работы

1.                     Подготовьте бланк отчета со схемой электрической цепи и таблицей.

2.                     Соберите электрическую цепь (рисунок 1).

3.                     Проверьте работу цепи при разомкнутом и замкнутом ключе.

4.                     Измерьте ЭДС источника тока.

5.                     Снимите показания амперметра и вольтметра при замкнутом ключе и вычислите . Вычислите абсолютную и относительную погрешности измерения ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока, используя данные о классе точности приборов.

6.                     Сделайте вывод.

Контрольные вопросы

1. Почему вольтметр включают в цепь параллельно потребителю? Что произойдет, если вольтметр включить в цепь последовательно?

2. Почему сопротивление амперметра должно быть значительно меньше сопротивления цепи, в которой измеряют ток? Что произойдет, если амперметр включить параллельно потребителю?

3. Как можно повысить точность измерения ЭДС источника тока?

Лабораторная работа №5

Зависимость колебаний математического маятника от его параметров

Цель работы: выяснить, как зависит период и частота свободных колебаний математического маятника от его длины.                                                   

Оборудование: штатив с муфтой и лапкой, шарик с нитью, секундомер.

Актуализация опорных понятий

Механическая система, которая состоит из материальной точки (тела), висящей на нерастяжимой невесомой нити (ее масса ничтожно мала по сравнению с весом тела) в однородном поле тяжести, называется математическим маятником (другое название – осциллятор). Бывают и другие виды этого устройства. Вместо нити может быть использован невесомый стержень.

Знать: смысл понятий и физических величин: математический маятник, период колебаний, частота колебаний, собственные и вынужденные колебания

Уметь: описывать и объяснять результаты наблюдений и экспериментов: зависимость периода и частоты колебаний математического маятника от его длины

Ход работы

1.                     Соберите экспериментальную установку. Установка состоит из шарика на нити. Нить продернута через ластик. Это сделано для того, чтобы можно было регулировать его длину. Обратите внимание, что сам ластик укреплен в лапке штатива.

Рис. 1. Грузик на нити, закрепленный в штативе

2.                     Проведите необходимые измерения и данные занесите в таблицу. Число колебаний рекомендуется принять равным 30. Первоначальную длину возьмите 5 см.

3.                     Рассчитайте период и частоту колебаний.

4.                     Увеличьте длину маятника до 20 см. И весь эксперимент повторите сначала. Вновь результаты занесите в таблицу.

№ величина	1	2	3	4	5
длина (см)	5	20	45	80	125
число колебаний
время (с)
период (с)
частота (Гц)

Контрольные вопросы:

1.                     Какими физическими величинами характеризуются колебания?

2.                     Запишите уравнение гармонических колебаний. Опишите параметры, входящие в это уравнение.

Лабораторная работа №6

Измерение показателя преломления стекла

Цель  работы: наблюдение преломления света на границе раздела сред воздух — стекло, а также измерение показателя преломления стекла.

Оборудование: источник электропитания, лампа, ключ, соединительные провода, экран со щелью, плоскопараллельная стеклянная пластина в форме трапеции, лист бумаги, линейка и карандаш.

Актуализация опорных понятий

Преломление — это изменение направления распространения света, возникающее на границе раздела двух прозрачных сред или в толще среды с непрерывно изменяющимися свойствами.

Закон преломления света гласит, что луч падающий, луч преломленный и перпендикуляр, восставленный в точке падения луча к границе раздела двух сред, лежат в одной плоскости. Отношение же синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных двух сред, не зависящая от угла падения.

Как известно, любой постигнутый закон человек стремится использовать на практике.

Перед выполнением лабораторной работы необходимо произвести небольшую подготовку.

Так как будет определяться показатель преломления стекла относительно воздуха, то закон преломления света будет иметь вид:

где — это угол падения пучка света на грань пластинки, — угол преломления светового пучка в стеклянной пластине.

Для того, чтобы определить отношение синусов, поступают следующим образом. В самом начале, пластину необходимо разместить на листе бумаги и с помощью карандаша обвести ее малую и большую грани. Затем, не смещая пластины, на ее малую грань необходимо направить узкий световой пучок под любым углом к грани. После этого, вдоль падающего на пластину и вышедшего из нее световых пучков, карандашом проставляются 4 точки.

Сняв пластину с листа бумаги, с помощью линейки прочерчивают входящий, преломленный и выходящий лучи. Затем, через точку раздела двух сред — воздух-стекло — опускается перпендикуляр к границе раздела и отмечаются углы падения и преломления. После этого, с помощью циркуля, рисуется окружность произвольного радиуса с центром в точке раздела двух сред воздух-стекло, и строятся два прямоугольных треугольника, например, ABE и CBD.

Тогда, исходя из определения синуса угла, можно записать, что

Длины отрезков АЕ и DC, стоящих в формуле, измеряют при помощи линейки с миллиметровыми делениями. Их значения подставляются в расчетную формулу и высчитывают показатель преломления стекла.

Если в кабинете не хватает оборудования, то можно воспользоваться булавками. Для этого нужно на стол положить кусок поролона, для того чтобы было удобнее воткнуть булавки, и накрыть его белым листом бумаги. Сверху, на него, положить плоскопараллельную стеклянную пластину и, как и в предыдущем случае, обвести карандашом ее малую и большую грани. Затем возле малой грани воткнем первую булавку, вторую булавку воткнем под некоторым углом к первой, но так, чтобы у нас был ярко выраженный угол падения. Наблюдая за двумя булавками через большую грань, найдем точку расположения третьей булавки, чтобы первая и вторая загораживали друг друга. Снимаем оборудование и с помощью линейки достраиваем падающий и преломленный лучи, а также перпендикуляр к точке падения луча на пластину. Далее все делается точно так же, как и в выше описанном нами способе.

А теперь приступим непосредственно к работе.

Для удобства записей результатов измерений и вычислений составим следующую таблицу.

№ опыта	Измерено		Вычислено
	АЕ, мм	DC, мм	n	∆АЕ, мм	∆DC, мм	ɛn, %	∆n

Знать: смысл понятий и физических величин: показатель преломления; законы отражения и преломления света

Уметь: измерять показатель преломления вещества; представлять результаты измерений с учетом их погрешностей

Ход работы

1. Установите источник света на столе. В окно прибора вставьте рамку со щелью так, чтобы щель располагалась вертикально.

2. Соберите электрическую цепь, присоединив лампочку к источнику постоянного тока через выключатель. Замкните цепь и получите яркую, тонкую полосу света на бумаге — световой луч.

3. Наблюдайте явление преломления света при различных углах паления, а затем зафиксируйте ход лучей.

4. Выполните построения в соответствии с рисунком и измерьте длины отрезков АЕ и DC Результаты измерений занесите в таблицу.

5. По формуле рассчитайте значение показателя преломления стекла и занесите его в таблицу.

6. Проделайте данный эксперимент еще не менее двух раз, меняя угол падения луча на пластинку, не забывая заносить все полученные данные в таблицу.

7. После проделанной работы рассчитайте абсолютные погрешности измерения отрезков.

Абсолютные погрешности измерения отрезков:

8.     Далее вычислите относительную и абсолютную погрешности измерения показателя преломления стекла.

Абсолютная и относительная погрешности измерения показателя преломления:

9. Сравните результаты, полученные по формулам, и сделайте вывод о зависимости или независимости показателя преломления от угла падения светового луча.

Контрольные вопросы:

1. От чего зависит показатель преломления вещества?

2. В чем заключается явление полного отражения света на границе раздела двух сред?

3. Запишите формулу для вычисления скорости света в веществе с показателем преломления n.

Погрешности измерений при проведении лабораторных работ

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

Измерение – нахождение значения физической величины опытным путем с помощью средств измерений.

Прямое измерение – определение значения физической величины непосредственно средствами измерения.

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

∆А – абсолютная погрешность измерения физической величины. Определяется по формуле: .

γ – относительная погрешность измерения физической величины. Определяется по формуле: .

Инструментальная погрешность – погрешность, определяемая конструкцией прибора.

Абсолютная погрешность отсчета – является следствием недостаточно точного отсчета показаний средств измерения. В большинстве случаев она равна половине цены деления.

КРИТЕРИИ ОЦЕНИВАНИЯ

«5»	работа выполнена верно, защищена без ошибок
«4»	работа выполнена верно, при защите имелись недочеты
«3»	работа выполнена верно, защита с ошибками
	работа выполнена с ошибками, при защите имелись недочеты
«2»	работа не выполнена
	грубое нарушение ТБ

Информационные источники

Основная литература

1.                     Дмитриева В.Ф.  Физика для профессий и специальностей технического профиля : учебник для образоват. учреждений нач. и сред. проф. образовании / В.Ф. Дмитриева. – 6-е изд., стер. – М. : Издательский центр «Академия», 2013. – 448 с.

2.                     Фирсов А. В. Физика для профессий и специальностей технического и естественнонаучного профилей : учебник для образоват. учреждений нач. и сред. проф. образования /А. В. Фирсов ; под ред. Т. И. Трофимовой. – 4-е изд., стер. – М. : Издательский центр «Академия», 2012. – 432 с.

Дополнительная литература

1.        Трофимова Т.И.  Физика от А до Я: справочное пособие / Т. И. Трофимова. – М. : КНОРУС, 2014. – 304 с.