Методические указания по выполнению лабораторных занятий по физике

Скачать материал

Министерство общего и профессионального образования Ростовской области

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение

Ростовской области «Сальский аграрно-технический колледж»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

ПО ВЫПОЛНЕНИЮ

ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ

По дисциплине: Физика

для специальности: 35.02.08 Электрификация и автоматизация сельского хозяйства

Гигант

2018

Одобрено предметной (цикловой) комиссией математических, общих естественнонаучных дисциплин

Протокол №___от ________ 2018 г

Председатель:_________________

УТВЕРЖДАЮ

Зам. директора по учебной работе

_____________________ И.А. Хара

Разработчик:

Кудрявцева Е.П. – преподаватель ГБПОУ РО «САТК»

Рецензент:

Калашникова Г.И. – преподаватель ГБПОУ РО «САТК»

АННОТАЦИЯ

на «Методические указания по выполнению лабораторных занятий»

по дисциплине «Физика» для специальности: 35.02.08 Электрификация и автоматизация сельского хозяйства.

Автор: Кудрявцева Елена Петровна, преподаватель дисциплины «Физика».

Образование: ТГПИ, преподаватель

Адрес учебного заведения: Ростовская обл., Сальский р-н, п. Гигант, ул. Крупской,6.

«Методические указания» включают в себя:

· оглавление;

· предисловие;

· содержание методических указаний;

· правила выполнения ЛЗ;

· лабораторные работы № 1 – 15;

· литературу.

Настоящий сборник ЛЗ предназначен в качестве методического пособия для проведения лабораторных работ занятий по программе дисциплины «Физика».

Методические указания содержат теоретический материал, необходимый по ходу выполнения работы, порядок выполнения ЛЗ, требования к технике безопасности. В каждой работе содержатся вопросы для допуска к работе и для защиты работы, по её завершению.

Настоящий сборник может быть использован в качестве основного или дополнительного материала при проведении ЛЗ.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие
Содержание методических указаний
Правила выполнения ЛЗ
Лабораторное занятие № 1
Лабораторное занятие № 2
Лабораторное занятие № 3
Лабораторное занятие № 4
Лабораторное занятие № 5
Лабораторное занятие № 6
Лабораторное занятие № 7
Лабораторное занятие № 8
Лабораторное занятие № 9
Лабораторное занятие № 10
Лабораторное занятие № 11
Лабораторное занятие № 12
Лабораторное занятие № 13
Лабораторное занятие № 14
Лабораторное занятие № 15
Литература

ПРЕДИСЛОВИЕ

Назначение методических указаний

Настоящий сборник ЛЗ предназначен в качестве методического пособия для выполнения лабораторных работ по программе дисциплины «Физика». Данный материал содержит описания лабораторных работ:

1. Исследование движения тела под действием постоянной силы.

2. Изучение закона сохранения импульса и реактивного движения.

3. Сохранение механической энергии при движении тела под действием сил тяжести и упругости.

4. Сравнение работы силы с изменением кинетической энергии тела.

5. Измерение влажности воздуха.

6. Измерение поверхностного натяжения жидкости

7. Изучение закона Ома для участка цепи, последовательного и параллельного соединения проводников.

8. Определение температуры нити лампы накаливания.

9. Измерение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока.

10. Определение коэффициента полезного действия электрического чайника.

11. Изучение явления электромагнитной индукции.

12. Изучение зависимости периода колебаний нитяного (или пружинного) маятника от длины нити (или массы груза).

13. Индуктивные и емкостное сопротивления в цепи переменного тока.

14. Изучение изображения предметов в тонкой линзе

15. Изучение интерференции и дифракции света.

СОДЕРЖАНИЕ МЕТОДИЧЕСКИХ УКАЗАНИЙ

- тема, наименование работы;

- цель работы, требования к умениям и навыкам;

- контрольные вопросы при допуске к работе;

- методические указания (лабораторные работы)

- задание;

- контрольные вопросы для защиты ЛЗ.

- Литература

ПРАВИЛА ВЫПОЛНЕНИЯ ЛЗ

1. Студент должен прийти на лабораторное занятие подготовленным к выполнению работы. Студент, не подготовленный к работе, не может быть допущен к ее выполнению.

2. Каждый студент после выполнения работы должен представить отчет о проделанной работе, содержание которого определено в конце каждой работы.

3. Отчет о проделанной работе следует выполнять в тетради для лабораторных занятий.

4. Чертежи и схемы, необходимые для выполнения работы, следует выполнять карандашом с помощью чертежных инструментов (линейки, циркуля и т.д.).

5. Вычисления производить с точностью до двух значащих цифр.

6. В случае отсутствия на занятиях при выполнении лабораторной работы, студент должен:

- получить указания у преподавателя;

- выполнить работу во внеурочное время согласно методическому указанию.

Зачет по работе студент получает при условии выполнения всех предусмотренных программой работ после сдачи отчетов по работам.

ИНСТРУКЦИОННАЯ КАРТА

На выполнение лабораторного занятия № 1

По дисциплине: Физика

Тема 1.2. Законы механики Ньютона

Наименование работы: Исследование движения тела под действием постоянной силы

Цель занятия, приобретаемые умения и навыки:

1. Изучение второго закона механики Ньютона

2. Определение зависимости ускорения от массы

3. Вычисление ускорения с учётом погрешности

Норма времени: 2 часа

Место проведения: кабинет физики

Оснащение рабочего места: лабораторная установка: грузы, метр, легкоподвижные тележки, секундомер.

Основные требования по охране труда: Правильно и прочно закреплять лабораторную установку, начинать работу после проверки установки преподавателем. Не кидать на стекло установки тяжёлых предметов, не прикасаться к краям стекла во избежание травм.

Литература: Фирсов А. В. Физика, стр. 29 – 32.

Контрольные вопросы при допуске к работе

1. Назовите II- закон динамики с формулой.

2 Назовите III - закон динамики с формулой.

3.Как определяется погрешность измерительного прибора.

Методические указания

Краткая теория

Великий учёный И. Ньютон, изучая действие сил на тело, находящееся в равномерном прямолинейном движении, провёл ряд опытов: он взял тележку известной массы двигающуюся по стеклянной поверхности под действием груза. Измерив путь и время, он вычислил ускорение по формуле: ,

где: a – ускорение (м/с²), s – путь, перемещение (м), t – время (с).

Увеличивая силу в 2, 3, и более раз Ньютон на основе опытов, измерений и вычислений установил, что:

При неизменной массе тела его ускорение изменяется прямо пропорционально действующей силе: ,

где: a₁, a₂ – ускорения (м/с²), F₁, F₂– силы (Н).

Для примера малонагруженный автомобиль будет иметь большее ускорение, чем загруженный полностью, хотя мощность двигателя одинакова.

Ньютон исследовал зависимость ускорения тела от его массы. Оставив груз, приводящий тележку в движение, неизменным, он стал нагружать её саму, увеличивая груз в 2, 3 и более раз. Измерив путь и время, и вычислив ускорение, он определил, что оно уменьшалось в обратной зависимости от массы, т.е.:

При неизменной силе ускорение изменяется обратно пропорционально массе тела: ,

где: a – ускорение (м/с²), m – масса (кг).

На этом основании можно сделать вывод, что масса тела есть мера его инертности.

Но в природе тела с различной инертностью взаимодействуют друг с другом.

На основании выше изложенного Ньютон вывел II закон динамики:

Ускорение тела прямо пропорционально действующей силе и обратно пропорционально массе:,

где: a₁, a₂ – ускорения (м/с²), m – масса (кг), F– сила (Н).

Преобразовав это выражение, получим: ,

Сила и масса не зависят друг от друга и уравнение читается так: сила равна произведению массы на сообщённое ей ускорение.

Преобразовав это уравнение относительно m получим: ,

Масса равна частному от деления силы на ускорение.

(Последние две формулы используются для расчётов при определении силы или массы).

На основании своих наблюдений в природе Ньютон вывел III закон динамики:

При взаимодействии двух тел действию всегда соответствует равное и противоположно направленное противодействие.

Из этого закона следует, что если Земля притягивает к себе тела, то и тела притягивают к себе Землю, с такой же силой.

Во время выполнения лабораторных работ, вследствие несовершенства измерительных приборов и наших органов чувств при любом измерении получаются лишь приближенные значения, несколько большие или меньшие истинного значения измеряемой величины, это есть погрешность измерения, равная половине цены деления шкалы измерительного прибора.

Так, если расстояние, измеренное линейкой 14 см, а цена деления линейки 1 мм, то погрешность измерения будет равна 0,5 мм, или 0,05 см.

Следовательно, измеренное расстояние с учётом погрешности, можно записать в следующем виде:

S = (14 ±0,05) см,

где S — измеренное расстояние.

То есть истинное значение измеренного расстояния находится в интервале от 13,95 см до 14,05 см.

При записи величин, с учетом погрешности, следует пользоваться формулой:

А = а ± ∆а,

где А — измеряемая величина, а - результат измерений, ∆а — погрешность измерений (∆ — греч. буква «дельта»).

Содержание и последовательность выполнения работы

Собрать и установить лабораторную установку по образцу на преподавательском столе. На тележку положить груз массой 50 гр. Засечь время на секундомере и по линейке определить перемещение легкоподвижной тележки по стеклу. На тележку положить груз массой 200 гр. Засечь время и по линейке определить перемещение тележки. Подобное увеличение груза на 150 гр. произвести ещё 3 раза. Каждый раз замеряя перемещение тележки и время. Произведённые измерения занести в таблицу № 1. Определить значение перемещения с учётом погрешности измерения линейкой по формуле: s(с учётом погрешности) = s ± ∆ s,

∆ s — погрешность измерений линейкой. Данные занести в таблицу № 1.

По формуле: произвести вычисления ускорения для каждого случая. Данные занести в таблицу № 1.

На основании вычислений сделать вывод о зависимости ускорения тела от его массы, записать математически и словесно.

Контрольные вопросы:

1. В какой зависимости находится ускорение от массы (силы).

2. Преобразуйте второй закон Ньютона для вычисления силы (массы).

Отчет о работе 1. Выполнить измерения и вычисления, занести результаты в данную таблицу

№ п/п	m	s	S(с учётом погрешности)	t	а
1
2
3
4
5

2. Сделать вывод.

3. Ответить на контрольные вопросы.

Преподаватель ____________________Кудрявцева Е.П.

ИНСТРУКЦИОННАЯ КАРТА

На выполнение лабораторного занятия № 2

По дисциплине: Физика

Тема: 1.3 Законы сохранения в механике

Наименование работы: Изучение законов сохранения импульса и реактивного движения

Цель занятия, приобретаемые умения и навыки:

1. Изучение законов сохранения импульса.

2. Определение скорости полёта математического маятника по измерению периода колебаний и угла поворота крутильного баллистического маятника

Норма времени: 2 часа

Место проведения: кабинет физики

Оснащение рабочего места: лабораторная установка, математический маятник, транспортир, секундомер.

Основные требования по охране труда: Правильно и прочно закреплять лабораторную установку, начинать работу после проверки установки преподавателем, следить за движением маятников во избежание травм.

Литература: Фирсов А. В. Физика, стр. 45-47

Контрольные вопросы при допуске к работе

1. Дайте определение импульса тела

2. Формула импульса тела

3. Дайте определение импульса силы

4. Формула импульса силы

5. Закон сохранения импульса (определение и формула)

Методические указания

Краткая теория

Всё в мире относительно – покой и движение тоже. Скорость зависит от выбора системы отчёта. По второму закону Ньютона, не зависимо от того покоилось тело или двигалось – изменение скорости его движения происходит под действием силы, т. е. при взаимодействии с другими телами.

Импульс тела – векторная величина, характеризующая движущееся тело, равная произведению массы тела на его скорость.

Импульс тела:

Направление импульса тела совпадает с направлением скорости движения.

Единицей измерения импульса является (кг*м)/с.

При действии на тело силы, его скорость изменяется, изменяется и импульс тела.

где: Δp – изменение импульса (кг*м)/с

m – масса (кг)

Δv – изменение скорости (м/с)

разделив на Δt, с учётом что:, и , где: Δt – изменение времени (с), получим:

Скорость изменения импульса тела (материальной точки) равна равнодействующей всех действующих на него сил.

Из предыдущей формулы: , ,

где: Ft – импульс силы.

т. е. импульс силы – это величина, равная произведению силы на время её действия.

Тогда формулу можно прочитать так: импульс силы, действующей на тело равен изменению импульса тела ( второй закон Ньютона в импульсной форме).

Из анализа закона действия силы можно сделать два вывода:

- одно и то же изменение импульса можно получить, действуя малой силой длительное время или большой силой кратковременно;

- если импульсы сил, действующих на разные тела одинаковы, то у тел с большей массой скорость изменится на меньшее значение.

Выясним, как изменяются импульсы двух тел, при их взаимодействии. На тело массой m₁ действует тело массой m₂. При этом на тело m₁ воздействует сила F₁. А по третьему закону Ньютона тело m₂ также должно испытывать силу (F₂),

т. к. С учётом того, что для обоих тел время взаимодействия Δt одинаково, то но , тогда получим: ,

т. е. в процессе взаимодействия импульсы тел изменяются на одинаковую величину, но направления приращения импульсов противоположны друг другу.

При взаимодействии двух тел сумма импульсов или общий импульс не изменится.

Два и более тела, взаимодействующих между собой можно рассматривать как систему.

Силы, с которыми взаимодействуют между собой тела системы – внутренние.

Силы, создаваемые телами не входящими в данную систему – внешние.

Систему, на которую не действуют внешние силы, называют замкнутой (изолированной).

Закон сохранения импульса применим только к изолированной системе.

Импульс изолированной системы не меняется со временем.

Содержание и последовательность выполнения работы:

1.Установить устройство на стол. Остановить, если необходимо, математический и баллистический маятники.

2.Совместить указатель с нулевым делением транспортира.

Максимально приблизить грузы друг к другу (R₁=R_min).

3.Отведите математический маятник на небольшое расстояние и отпустите его, чтобы он ударил по краю баллистического маятника.

4. Измерьте угол поворота j маятника и расстояние r от точки попадания до оси вращения.

5. Измерения по пунктам 2 – 4 проведите 3 раза. Вычислите среднее значение j_ср и r_ср.

6. Отклоните маятник на угол j и измерьте с помощью секундомера время 10 полных колебаний. Измерения повторите еще 2 раза. По среднему времени вычислите период Т₁=t_1/n₁

7. Максимально отдалить грузы друг от друга (R₂=R_max). Отклонить маятник на угол j=j_ср и измерить с помощью секундомера время 10 колебаний. Измерения повторить еще 2 раза. По среднему значению времени вычислить период Т₂=t_2/n₂

8. По формуле вычислить скорость математического маятника, приняв m=(5±0,01) г, m_гр=(200±1) г, R₁=2 см, R₂=9 см. При расчетах угол j выразить в радианах.

Контрольные вопросы:

1. Дайте определение замкнутой системы.

2. Дайте определение внутренних и внешних сил.

3. Сформулируйте закон сохранения импульса замкнутой системы.

4. Запишите закон сохранения импульса в математической форме.

Отчет о работе: 1. Выполнить измерения, все результаты измерений и вычислений занести в таблицу

Таблица

№ измерения	j_ср	r_ср	n₁	t₁	t₁_ср	T₁	n₂	t₂	t₂_ср	T₂	v
1
2
3

2. Сделать вывод.

3. Ответить на контрольные вопросы.

Преподаватель ____________________ Кудрявцева Е.П.

ИНСТРУКЦИОННАЯ КАРТА

На выполнение лабораторного занятия № 3

По дисциплине: Физика

Тема: 1.3 Законы сохранения в механике

Наименование работы: Сохранение механической энергии при движении тела под действием сил тяжести и упругости.

Цель занятия, приобретаемые умения и навыки: научиться измерять потенциальную энергию поднятого над землей тела и упруго деформированной пружины, сравнить два значения потенциальной энергии системы.

Норма времени: 2 часа

Место проведения: кабинет физики

Оснащение рабочего места: штатив с муфтой и планкой, динамометр лабораторный с фиксатором, лента измерительная, груз на нити длиной около 25 см.

Литература: Фирсов А. В. Физика, стр. 52-55

Контрольные вопросы при допуске к работе

1. Что такое энергия, перечислите её виды.

2. Дайте определение кинетической энергии, назовите формулу.

3. Что такое потенциальная энергия.

Методические указания

Краткая теория

Энергия – это скалярная величина, являющаяся общей количественной мерой движения и взаимодействия всех видов материи.

Энергия не возникает из ничего и не исчезает. Она только переходит из одной формы в другую. Как существуют различные формы движения, так, соответственно им, существуют разные формы энергии:

- механическая (кинетическая, потенциальная);

- электромагнитная;

- внутренняя;

- ядерная и т. д.

Поскольку в механике изучается движение тел и их взаимодействие между собой, то механическая энергия подразделяется на два вида – кинетическую и потенциальную.

Кинетическая энергия – энергия движущихся тел.

Кинетическая энергия равна половине произведения массы тела на квадрат его скорости. ,

где: E_к - кинетическая энергия (Дж)

m – масса тела (м)

v – скорость (м/с)

Кинетическая энергия: энергия ветра (мельницы, ветряные электроустановки), энергия воды (турбины электростанций), энергия падающего молота. Наряду с кинетической энергией, которой обладает тело в движении существует потенциальная энергия тела, обусловленная его взаимодействием с другими телами. Потенциальной энергией, к примеру, обладает кузнечный молот, поднятый над наковальней, поскольку он взаимодействует с ней. При этом молот может совершить работу под действием силы тяжести F_т.

Работа, равная mgh называется потенциальной энергией E_п, поднятого на высоту h над поверхностью земли тела: ,

где: h – модуль вектора перемещения (м)

Е_п – потенциальная энергия тела (Дж)

m – масса (кг)

g – ускорение свободного падения (м/с²).

Из формулы видно, что чем выше тело поднимут над землёй, тем большей потенциальной энергией оно будет обладать.

Работу могут производить и силы упругости, возникающие при упругой деформации тел. Эти силы пропорциональны деформации: ,

где: k – коэффициент жёсткости (упругости)

l – удлинение (м),

и величина упругой деформации зависит от величины деформации.

Потенциальная энергия при растяжении (сжатии) пружины:

где: k – коэффициент жёсткости (упругости)

Δl – относительное удлинение (м).

Потенциальная энергия упругодеформированного тела есть энергия взаимодействия частиц, составляющих это тело.

Если тела взаимодействуют только между собой и на них не воздействуют внешние силы, то такую совокупность тел называют замкнутой.

Полная механическая энергия замкнутой системы тел, взаимодействующих между собой, останется неизменной при любом движении этих тел. (закон сохранения полной механической энергии замкнутой системы)

Содержание и последовательность выполнения работы

Для выполнения работы собирают установку, показанную на рисунке. Динамометр укрепляется в лапке штатива. Фиксатором 1 показаний динамометра служит пластинка из пробки размером 5 Х 7 Х 1,5 мм. На рисунке фиксатор в увеличенном масштабе помечен цифрой 2. Пластинку из пробки надрезают ножом до середины и насаживают на проволочный стержень динамометра. Фиксатор должен перемещаться вдоль стержня с малым трением. Сначала проверьте работу фиксатора. Установите его в нижней части проволочного стержня вплотную к ограничительной скобе динамометра. Растяните пружину динамометра до упора. Отпустите стержень. При этом фиксатор вместе со стержнем поднимается вверх, отмечая максимальное удлинение пружины.

1. Привяжите груз к нити, другой конец нити привяжите к крючку динамометра и измерьте вес груза F₁ = mg (можно использовать массу груза, если она известна).

2. Измерьте расстояние l от крючка динамометра до центра тяжести груза.

3.Поднимите груз до высоты крючка динамометра и отпустите его. Поднимая груз, расслабьте пружину и укрепите фиксатор около ограничительной скобы.

4. Снимите груз и по положению фиксатора измерьте линейкой максимальное удлинение пружины.

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

6. Найдите высоту падения груза. Она равна .

7. Вычислите потенциальную энергию системы в первом положении груза, т. е. перед началом падения, приняв за нулевой уровень учение потенциальной энергии груза в конечном его положении:

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

Контрольные вопросы:

1. Запишите формулу потенциальной энергии поднятого над землёй тела.

2. Запишите формулу упругодеформированных тел.

3.Сформулируйте закон сохранения полной механической энергии замкнутой системы, запишите формулу.

Отчет о работе

F₁ = mg	l		F

1. Результаты измерений и вычислений занесите в табл. 1

2. Сделать вывод.

3. Ответить на контрольные вопросы.

Преподаватель ____________________ Кудрявцева Е.П.

ИНСТРУКЦИОННАЯ КАРТА

На выполнение лабораторного занятия № 4

По дисциплине: Физика

Тема: 1.3. Законы сохранения в механике

Наименование работы: Сравнение работы силы с изменением кинетической энергии тела

Цель занятия, приобретаемые умения и навыки: экспериментальная проверка теоремы о кинетической энергии.

Норма времени: 2 часа

Место проведения: кабинет физики

Оснащение рабочего места: 2 штатива, динамометр, шар, линейка, гири

Литература: Фирсов А. В. Физика, стр. 53

Контрольные вопросы при допуске к работе:

1. Сформулируйте теорему о кинетической энергии

2. Какая формула выражает теорему о кинетической энергии

3. По какой формуле вычисляется кинетическая энергия

Методические указания

Краткая теория

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

Для экспериментальной проверки этого утверждения можно воспользоваться установкой, изображенной на рисунке 1.

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. Затем шар отпускают. Под действием силы упругости шар приобретает скорость , его кинетическая энергия изменяется от 0 до .

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:

, .

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

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

Измерив деформацию пружины динамометра x, можно вычислить работу силы упругости: .

Задача настоящей работы состоит в проверке равенства
, т.е. .

Содержание и последовательность выполнения работы:

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

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

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

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

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

Динамометр имеет погрешность = 0,05H, погрешность=0,02 кг, =0,02. Относительная погрешность изменения кинетической энергии

Абсолютная погрешность изменения кинетической энергии

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

Контрольные вопросы:

1. По какой формуле вычисляется работа силы упругости

2. По какой формуле вычисляется изменение кинетической энергии шара

3. Какое физическое равенство необходимо было проверить в данной работе

Отчет о работе:

1. Результаты измерений и вычислений занесите в табл.

S, м	m, кг	Ек, Дж	х, м	А, Дж	(Ек), Дж

2. Сравните полученные значения работы А силы упругости и изменения кинетической энергии Ек шара

3. Сделайте вывод

4. Ответьте на контрольные вопросы.

Преподаватель ____________________ Кудрявцева Е.П.

ИНСТРУКЦИОННАЯ КАРТА

На выполнение лабораторного занятия № 5

По дисциплине: Физика

Тема: 2.3 Свойства паров

Наименование работы: Измерение влажности воздуха

Цель занятия, приобретаемые умения и навыки: научиться определять относительную, абсолютную влажность, дефицит влажности, точку росы удельную влажность.

Норма времени: 2 часа

Место проведения: кабинет физики

Оснащение рабочего места: стационарный психрометр

Основные требования по охране труда: аккуратно и осторожно обращаться с прибором, не бросать его. Производить измерения после разрешения преподавателя.

Литература: Фирсов А. В. Физика, стр. 123-125

Контрольные вопросы при допуске к работе

1. Из каких газов состоит воздух ?

2. Дайте определение парциального давления, упругости пара.

3. В каких единицах измеряется давление.

4. Дайте определение насыщенного пара и максимальной упругости.

Методические указания

Краткая теория

Атмосфера состоит из смеси нескольких газов, называемой воздухом, в котором находится во взвешенном состоянии жидкие и твердые частицы. Основными газами, составляющими воздух, являются азот (78%), кислород (21%) и в небольшом количестве углекислый газ, аргон, водород, гелий, криптон, неон, ксенон, озон, радон, йод, метан. В состав воздуха входит также водяной пар, количество которого определяет влажность воздуха. Содержание водяного пара в атмосфере объясняется испарением воды с поверхности рек, озер, морей, переносом паров в горизонтальном и вертикальном направлениях. Влажность воздуха является одной из существенных характеристик погоды и климата. Воздух состоит из смеси газов и паров и давление этой смеси называется атмосферным давлением. давление одного из газов или пара называется парциальным давлением. Парциальное давление водяного пара называется упругостью пара. В 1801 году дальтон установил, что давление газовой смеси равно сумме парциальных давлений входящих в нее газов. В СИ давление измеряется в паскалях (Па). давление 100 Па называется гектопаскалем (гПа). 1 гПа = 100 Па. допущен к употреблению 1 мм. рт. ст. (1 мм рт. ст. = 133,3 Па = 1,333 гПа).

Процессы испарения и конденсации водяного пара идут одновременно. Если преобладает первый из них, то количество жидкости убывает, если же преобладает второй процесс, то имеет место обратная картина. Если число молекул, покидающих жидкость за одну секунду, равно числу молекул, возвращающихся в нее за то же время из пара, то наступает динамическое равновесие: количество жидкости и пара остается неизменным. Пар, находящийся в равновесии с жидкостью, называется насыщенным, а парциальное давление насыщенного пара называется максимальной упругостью.

Абсолютная влажность воздуха - масса водяного пара, содержащегося в 1 м³ воздуха. В СИ абсолютная влажность измеряется в кг/м³, допущена к употреблению единица г/м³.

абсолютная влажность-а, упругостью водяного пара (парциальным давлением) -р, Т-абсолютная температура связана с температурой, выраженной по шкале Цельсия, соотношением Т= 273 + t, где t - температура по шкале Цельсия.

Относительная влажность – отношение упругости водяного пара, содержащегося в воздухе при данной температуре, к максимальной упругости (упругость насыщенного пара) при той же температуре.

Относительная влажность воздуха выражается в %. Она показывает степень насыщения воздуха водяными парами, по ней можно судить о скорости испарения воды.

Дефицит влажности воздуха или недостаток насыщения d – разность между максимальной упругостью p₀ и фактической упругостью p – пара при данной температуре: Величина дефицита влажности применяется, как важный показатель засух и суховеев

Точка росы τ - температура, которую имеет воздух, если охладить его изобарически (при постоянном давлении) до состояния насыщения находящегося в нем водяного пара. Важность этого показателя несомненна, ибо при температурах ниже точки росы происходит конденсация водяных паров с образованием туманов, облаков, осадков в жидкой и твердой фазе, на поверхности земли и предметов образуется роса, иней, изморозь.

Удельная влажность q - количество водяного пара, содержащегося в 1 кг влажного воздуха. Измеряется в СИ в кг на кг влажного воздуха (кг/кг). Учет удельной влажности находит применение при определении величин испарения с поверхности органов дыхания животных и при определении соответствующих затрат энергии. p_в– давление воздуха;

Содержание и последовательность выполнения работы:

1. Измерить температуру t_сух по сухому и t_смоч по смоченному термометру.

2.При температуре t_сух термометра и разности температур t_сух - t_смоч по психрометрической таблице на психрометре определите относительную влажность r.

3. Из формулы определить р упругость пара ; величину максимальной упругости р₀ при температуре сухого термометра взять из таблицы прилагаемой к установке.

4. Вычислить по формуле дефицит влажности.

5. По формуле определить абсолютную влажность воздуха в г/м³. давление выражено в гПа, абсолютная температура: Т= 273+t_сух,где t_сух – температура по сухому термометру, отсчитанная по шкале Цельсия.

5. По величине р определить точку росы τ, при которой фактически пары насыщают воздух, пользуясь таблицей максимальной упругости.

6. Перевести давление р_в из мм. рт. ст. в гПа, с учётом того, что 1мм. рт. ст. = 133 Па, а 1 гПа = 100Па.

7. По формуле вычислить удельную влажность.

Контрольные вопросы:

1. Дайте определение, запишите формулу абсолютной влажности

2. Дайте определение, запишите формулу относительной влажности

3. Что такое дефицит влажности, как вычисляется

4. Дайте определение точки росы.

5. Дайте определение, запишите формулу удельной влажности

Отчет о работе

1. Результаты измерений и вычислений занесите в табл. 1

t_сух, ⁰С	t_смоч,⁰С	t_сух - t_смоч, ⁰С	r, %	p_o_, гПа	р, гПа	d, гПа	a, г/м³	τ, ⁰С	p_в,гПа	q, г/ кг

2. Сделать вывод.

3. Ответить на контрольные вопросы

Преподаватель ____________________ Кудрявцева Е.П.

ИНСТРУКЦИОННАЯ КАРТА

На выполнение лабораторного занятия № 6

По дисциплине: Физика

Тема: 2.4 Свойства жидкостей

Наименование работы: Измерение поверхностного натяжения жидкости

Цель занятия, приобретаемые умения и навыки: опытное подтверждение теоретических знаний о капиллярности, смачивании и поверхностном натяжении жидкости. Определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости

Норма времени: 2 часа

Место проведения: кабинет физики

Оснащение рабочего места: бюретка с оттянутым кончиком на штативе, химический стаканчик, весы с разновесом, штангельциркуль.

Основные требования по охране труда: аккуратно и осторожно обращаться с приборами. Производить опыты после разрешения преподавателя

Литература: Фирсов А.В., Физика. стр. 127-130

Контрольные вопросы при допуске к работе

1. Назовите свойства жидкости

2. Дайте определение силы поверхностного натяжения жидкости

3. Запишите формулу поверхностного натяжения жидкости

4. Когда жидкость называется смачивающей вещество

5. Когда жидкость не смачивает вещество

6. Что такое мениск, когда он выпуклый и вогнутый

Методические указания

Краткая теория

Вещество в жидком состоянии сохраняют свой объем, но принимает, форму сосуда. Это явление объясняется эластичностью связей молекул жидкости и возможностью их перескакивания из одного положения равновесия в другое. Жидкость, как и другие вещества может обнаруживать механические свойства. Упругие свойства возникают при кратковременном воздействии силы на поверхность воды (камень можно бросить так, чтобы он при ударе о поверхность воды отскакивал от нее и после нескольких ударов о поверхность тонул). Текучесть жидкости возникает при длительном действии силы малое время или действие большей силы краткое время. Руки легко проникают в жидкость. Хрупкость возникает при кратковременном действии силы на струю жидкости. Сжимаемость жидкости очень мала, но больше, чем у тех же веществ в твердом состоянии. Итак у жидкости имеется много свойств, общих со свойствами твердых тел. Однако, чем выше становиться температура жидкости , тем больше ее свойства приближаются к свойству плотных газов и сильнее отличаются от свойств твердых тел. Это означает, что жидкое состояние вещества является промежуточным между твердым и газообразным состоянием вещества

Каждая молекула, расположенная внутри объема жидкости, равномерно окружена соседними молекулами и взаимодействует с ними, а равнодействующая этих сил = 0. Но в поверхностном слое, следствии неоднородности окружения на молекулу действуют силы в горизонтальной и вертикальной плоскости с различными величинами.

Силы в вертикальной плоскости стремятся втянуть молекулу внутрь жидкости. Испытывая одностороннее действие, направленное внутрь жидкости, молекулы поверхностного слоя сцепляют жидкость, производя на нее давление называемое молекулярным.

Силы, действующие в горизонтальной плоскости и стягивающие поверхность жидкости называются силами поверхностного натяжения. Поверхностное натяжение это физическая величина, равная отношению силы поверхностного натяжения F, приложенной к границе поверхностного слоя жидкости и направленной по касательной к поверхности к длине этой границы L

Единицей измерения поверхностного натяжения служит Н/м.

Поверхностное натяжение различно для разных жидкостей и зависит от t.

Обычно поверхностное натяжение уменьшается с возрастанием температуры.

Величина τ, характеризующая зависимость работы молекулярных сил при изменении площади свободной поверхности жидкости от рода жидкости и внешних условий, называется коэффициентом поверхностного натяжения жидкости

При соприкосновении жидкости с поверхностью твердого тела возможны два случая. Жидкость смачивает твердое тело или не смачивает его. Если молекулы жидкости притягиваются друг к другу слабее, то жидкость называется смачивающей это вещество. (вода смачивает чистое стекло и не смачивает парафин). Если молекулы жидкости притягиваются друг к другу сильнее, чем к молекулам твердого вещества, то жидкость называется не смачивающей это вещество. Ртуть не смачивает чистое железо, цинк, медь. Искривленная поверхность жидкости в узких цилиндрических трубах или около стенок сосуда называется мениском. Поверхность смачивающей жидкости вблизи твердого тела поднимается, и мениск - вогнутый. У не смачивающей жидкости ее поверхность вблизи твердого тела несколько опускается и мениск - выпуклый

Содержание и последовательность выполнения работы:

1. сканирование0010 Взвесить пустой химический стаканчик и поставить его под кончик бюретки.

2. Медленно повернуть кран бюретки, выпуская испытываемую жидкость каплями.

3. Отсчитать 100 капель и вычислить вес одной капли.

4. Измерить штангенциркулем диаметр отверстия бюретки.

5. Вычислить коэффициент поверхностного натяжения жидкости по формуле:

где, Р- вес одной капли.

6. Выполнить опыт с другой жидкостью.

Контрольные вопросы:

1. Что называется коэффициентом поверхностного натяжения жидкости.

2. Запишите и расшифруйте формулу поверхностного натяжения жидкости.

Отчет о работе

1. Результаты измерений и вычислений занесите в данную таблицу

жидкость	Диаметр отверстия	Вес пустого стаканчика	Число капель	Вес стаканчика с каплями	Чистый вес капель	Вес одной капли, Р	σ

2. Сделать вывод.

3. Ответить на контрольные вопросы.

Преподаватель ____________________Кудрявцева Е.П.

ИНСТРУКЦИОННАЯ КАРТА

На выполнение лабораторного занятия № 7

По дисциплине: Физика

Тема: 3.2 Законы постоянного тока

Наименование работы: Изучение закона Ома для участка цепи, последовательного и параллельного соединения проводников

Цель занятия, приобретаемые умения и навыки: Научиться измерять сопротивление проводника при помощи амперметра и вольтметра. Убедиться на опыте, что сопротивление проводника не зависит от силы тока в нём и напряжения на его концах.

Норма времени: 2 часа

Место проведения: кабинет физики

Оснащение рабочего места: источник тока – батарейка на 4.5В, исследуемый проводник, амперметр, вольтметр, реостат, ключ, соединительные провода.

Основные требования по охране труда: При выполнении работ, связанных с электричеством необходимо соблюдать следующие правила техники безопасности: собирать цепь без подключения к источнику тока. Собранную цепь предоставить на проверку преподавателю. Не открывать и не включать настольные щитки без разрешения преподавателя. Использовать приборы и оборудование выданное преподавателем. Во избежание поражения электрическим током не прикасаться руками к неизолированным проводам или клеммам при подключённом источнике питания. Подсоединять установку после проверки преподавателем и с разрешения преподавателя.

Литература: Фирсов А. В. Физика, стр. 162-170

Контрольные вопросы и задания при допуске к работе

1. Дайте определение электрического тока

2. Сформулируйте закон Ома для участка цепи

3. Для чего служит амперметр, как его подключают в цепь

4. Для чего служит вольтметр, как его подключают в цепь

Методические указания

Краткая теория

Направленное движение свободных зарядов в проводнике под действием сил поля называется электрическим током проводимости или электрическим током. Подвижными носителями зарядов в любых проводниках являются свободные электроны или ионы. Когда по какому-либо участку цепи протекает ток, то между силой тока I и напряжением U для этого участка существует определённая функциональная зависимость, которую называют вольтамперной характеристикой.

На практике эту зависимость записывают в виде: ,

где: I – сила тока (А)

U – напряжение (В)

R – сопротивление (Ом)

Эта закономерность, была найдена Омом для металлических проводников и называется законом Ома для участка цепи без э. д. с.: сила тока на участке цепи без э. д. с. прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна его сопротивлению.

Величина, характеризующая противодействие электрическому току в проводнике, которое обусловлено внутренним строением проводника и хаотическим движением его частиц, называется сопротивлением проводника. Сопротивление участка цепи (без э.д.с.) измеряется напряжением на этом участке, необходимым для получения в нём тока, равного 1.
Так как на данном участке отношение напряжения U к силе тока I неизменно и зависит только от проводника, то условились измерять сопротивление R участка величиной этого отношения: ,

где: R – сопротивление (Ом)

U – напряжение (В)

I – сила тока (А)

На практике часто бывает нужно узнать силу тока в проводнике и напряжение на нем. Прибор для измерения силы тока называют амперметром, а прибор для измерения напряжения - вольтметром, Принцип действия этих приборов основан на каком-либо действии тока (например, на выделении тепла в проводнике), но чаще всего используется магнитное действие тока. Вспомним, что на практике встречается последовательное и параллельное соединения проводников, по которым течет ток. Амперметр всегда включается последовательно с проводником, в котором измеряется ток, а вольтметр – параллельно проводнику, к тем его точкам, между которыми измеряется напряжение.

Содержание и последовательность выполнения работы:

Определите цену деления шкал амперметра и вольтметра

ЦД амперметра = ЦД вольтметра =

1. Начертите схему электрической цепи.

2. Соберите цепь по рисунку и схеме.

n Измерьте силу тока: I=

n К концам исследуемого проводника присоедините вольтметр и измерьте напряжение: U=

n снять зависимость силы тока I от напряжения U. Для этого перемещая движок реостата (не менее 3 раз), снимать показания амперметра и вольтметра;

3. Измерить удельное сопротивление проводника. Для этого:

а) замерить длину проволоки и её поперечное сечение

б) пользуясь известными соотношениями рассчитать удельное сопротивление материала проволоки ;

4. Постройте вольтамперную характеристику, используя данные табл. 1

Контрольные вопросы:

1. Что называют сопротивлением участка цепи.

2. По какой формуле вычисляется сопротивление

3. Запишите формулу для нахождения электрического сопротивления через силу тока и напряжение.

4. Что называется вольтамперной характеристикой

Отчет о работе

1. Результаты измерений и вычислений по пункту 2. занесите в таблицу 1

Таблица 1

N	I, A	U, B	R, Om

2. Результаты измерений и вычислений по пункту 3 занесите в таблицу 2.

Таблица 2

N	l, m	D,m	S,m²	r, Om*m	R_ср,Om

3. Ответьте на контрольные вопросы

4. Сделайте вывод

Преподаватель ____________________Кудрявцева Е.П.

ИНСТРУКЦИОННАЯ КАРТА

На выполнение лабораторного занятия № 8

По дисциплине: Физика

Тема: 3.2 Законы постоянного тока

Наименование работы: Определение температуры нити лампы накаливания

Цель занятия, приобретаемые умения и навыки: научиться собирать электрическую цепь по данной схеме; измерить температуру нити накала косвенным методом, без применения термометра; изучить зависимость сопротивления металлического проводника от температуры.

Норма времени: 2 часа

Место проведения: кабинет физики

Оснащение рабочего места: источник электрической энергии; лампа, амперметр, вольтметр, реостат, ключ, провода

Литература: Фирсов А. В., Физика. стр. 166-168

Контрольные вопросы и задания при допуске к работе

1. Назовите формулу выражающую зависимость сопротивления металлов от температуры

2. Сформулируйте понятие температурного коэффициента, что он характеризует?

Методические указания

Краткая теория

Зависимость электрического сопротивления R_t металлов от температуры выражается формулой , где R_t - электрическое сопротивление металлического образца при температуре t, R₀ - электрическое сопротивление его при 0 ^оС, a - температурный коэффициент электрического сопротивления для данного вещества. Если известны значения электрического сопротивления образца R₀ при 0 ^оС и R_t в нагретом состоянии, а также температурный коэффициент электрического сопротивления a, то температуру t можно вычислить по формуле .

Здесь используется температурный коэффициент. Что же это такое?

Коэффициент пропорциональности α называют температурным коэффициентом сопротивления. Он характеризует зависимость сопротивления вещества от температуры. Температурный коэффициент сопротивления численно равен относительному изменению сопротивления проводника при нагревании его на 1 градус. Для всех металлических проводников коэффициент α>0 и незначительно меняется с изменением температуры. Если интервал изменения температуры невелик, то температурный коэффициент можно считать постоянным и равным его среднему значению на этом интервале температур.

Увеличение сопротивления можно объяснить тем, что, при повышении температуры увеличивается амплитуда колебаний ионов в узлах кристаллической решетки, поэтому свободные электроны сталкиваются с ними чаще,теряя при этом направленность движения. Хотя коэффициент α довольно мал, учет зависимости сопротивления от температуры при расчете нагревательных приборов совершенно необходим. Так сопротивление вольфрамовой нити лампы накаливания увеличивается при прохождении по ней тока более чем в 10 раз. Из справочника по физике берем температурный кофэффициент α=0,006 К^-1

Содержание и последовательность выполнения работы:

1. Используя лабораторное оборудование, соберите цепь, состоящую из источника тока, лампы соединительных проводов, амперметра и реостата. Вольтметр присоединить к клеммам лампочки.

2. Снимите показания амперметра в начальный момент и спустя некоторое время.

3. Снимите показания вольтметра в начальный момент и спустя некоторое время.

4. Найдите сопротивление по формуле :

5. Найдите сопротивление спустя некоторое время по формуле:

6. Рассчитайте из формулы температуру нити.

здесь температурный коэффициент α=0,006 К^-1

Контрольные вопросы:

1. Как изменяется сопротивление металла с ростом температуры?

2. С увеличением температуры как изменяется сила тока и напряжение?

3. Чем объясняется зависимость электрического сопротивления металлов от температуры?

Отчет о работе:

1. Результаты вычислений занесите в табл.

I, A	U, В	R,Ом	t, ^оС

2. Сделайте выводы.

3. Ответьте на контрольные вопросы.

Преподаватель ____________________Кудрявцева Е.П.

ИНСТРУКЦИОННАЯ КАРТА

На выполнение лабораторного занятия № 9

По дисциплине: Физика

Тема: 3.2 Законы постоянного тока

Наименование работы: Измерение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока.

Цель занятия, приобретаемые умения и навыки: ознакомиться с электрическими приборами; научиться собирать электрическую цепь по данной схеме; научиться определять ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока.

Норма времени: 2 часа

Место проведения: кабинет физики

Оснащение рабочего места: источник электрической энергии; реостат на 6 – 10 Ом; амперметр; вольтметр; ключ; соединительные провода.

Литература: Фирсов А. В., Физика. стр. 163-166

Контрольные вопросы и задания при допуске к работе

4. Укажите условия существования электрического тока в проводнике.

5. Какова роль источника электрической энергии в электрической цепи?

6. Правила подключения амперметра и вольтметра в цепь.

Методические указания

Краткая теория

Для поддержания тока в проводнике необходимо, чтобы разность потенциалов (напряжение) на его концах была неизменной. Для этого используется источник тока. Разность потенциалов на его полюсах образуется вследствие разделения зарядов на положительные и отрицательные. Работу по разделению зарядов выполняют сторонние силы (не электрического происхождения).

Величина, измеряемая работой, совершенной сторонними силами при перемещении единичного положительного электрического заряда внутри источника тока, называется электродвижущей силой источника тока (ЭДС) и выражается в вольтах.

Когда цепь замыкается, разделенные в источнике тока заряды образуют электрическое поле, которое перемещает заряды по внешней цепи; внутри же источника тока заряды движутся навстречу полю под действием сторонних сил. Таким образом, энергия, запасенная в источнике тока, расходуется на работу А по перемещению заряда в цепи с внешним R и внутренним r сопротивлениями.

; или ;

Где: ε – ЭДС источника тока (В)

U – напряжение (В)

I – сила тока (А)

Для измерения силы тока используют амперметр. Амперметр всегда включается последовательно с проводником, в котором измеряется ток.

Напряжение в цепи измеряется вольтметром. вольтметр подключается параллельно проводнику, к тем его точкам, между которыми измеряется напряжение.

Экспериментально можно определить ε и r.

ЛР07.bmp Содержание и последовательность выполнения работы:

1.Ознакомиться с измерительными приборами и определить цену деления шкалы амперметра и вольтметра: ЦД амперметра = ЦД вольтметра =

2. Составить электрическую цепь по схеме:

3.После проверки схемы преподавателем замкнуть цепь и, пользуясь реостатом, установить в цепи силу тока, соответствующую нескольким делениям шкалы амперметра. Снять показания амперметра и вольтметра, данные занести в таблицу. Цепь разомкнуть.

4.Вновь замкнуть цепь и изменяя сопротивление цепи при помощи реостата получить новые показания амперметра и вольтметра. Результаты измерений занести в таблицу. Цепь разомкнуть и измерить ЭДС с помощью вольтметра: Ɛ_изм

5.Вычислить внутреннее сопротивление источника тока и ЭДС

r=(U₁-U₂)/(I₂-I₁)=

Ɛ_выч=U₁+I₁r=

6.Вычислить абсолютную погрешность ЭДС: ∆Ɛ=Ɛ_изм- Ɛ_выч=

7.Вычислить относительную погрешность ЭДС: Е= ∆Ɛ·100% / Ɛ_выч=

Контрольные вопросы:

1. Дайте определение ЭДС

2. Запишите и расшифруйте формулы для определения ЭДС

3. Как определить внутреннее сопротивление источника тока

Отчет о работе

1. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу

Номер опыта

Сила тока в

цепи I, А

Сопротивление реостата R, Ом

Напряжение на внешней части цепи U, В

Внутреннее сопротивление r, Ом

ЭДС Ɛ_изм,, В

ЭДС Ɛ_выч , В

Абсолютная погрешность ЭДС , В

Относительная погрешность ЭДС , %

2. Сделать вывод.

3. Ответить на контрольные вопросы

Преподаватель ____________________ Кудрявцева Е.П.

ИНСТРУКЦИОННАЯ КАРТА

На выполнение лабораторного занятия № 10

По дисциплине: Физика

Тема: 3.2 Законы постоянного тока

Наименование работы: Определение коэффициента полезного действия электрического чайника

Цель занятия, приобретаемые умения и навыки: научиться определять КПД электроприборов на примере электрочайника.

Норма времени: 2 часа

Место проведения: кабинет физики

Оснащение рабочего места: Электрочайник, термометр, секундомер

Основные требования по охране труда: При выполнении работ, связанных с электричеством необходимо соблюдать следующие правила техники безопасности: использовать неповреждённые приборы и оборудование. Во избежание поражения электрическим током не прикасаться руками к неизолированным проводам или клеммам при подключённом источнике питания. Проводить работу с разрешения преподавателя.

Литература: Фирсов А. В., Физика. стр. 109,115,173

Контрольные вопросы и задания при допуске к работе

1.По какой формуле вычисляется КПД в общем виде?

2.Как определить массу, зная плотность и объём?

3. Как вычислить совершённую электрическим током работу?

4. Как рассчитать количество теплоты, полученное водой?

Методические указания

Краткая теория

Коэффициент полезного действия в общем виде определяется . Для случая электрического чайника, в качестве элементного водонагревателя, полезным эффектом является нагревание воды, а затраченным – работа электрического тока, поэтому выражение для расчёта КПД электрического чайника принимает вид

η = ·100% , где:

· с – удельная теплоёмкость воды ();

· m – масса воды в электрическом чайнике, которая определяется по плотности и объёму (),r=1000 кг/м³;

· (t₂– t₁) – изменение температуры воды в чайнике;

· P – мощность электрического чайника, которая определяется по паспорту;

· Δt - время, за которое вода в электрическом чайнике нагревается до температуры кипения.

· совершённая электрическим током работа, зная мощность и время, вычисляется по формуле: А эл.тока = Р · Δt

· количество теплоты, полученное водой : Q = cm(t₂ – t₁)

Итак, от каких величин и как зависит количество теплоты, выделяемое проводником с током? (зависит от силы тока в проводнике и сопротивления проводника): Q=I²Rt (Закон Джоуля-Ленца)

Количество теплоты, выделяющееся в проводнике при прохождении по нему тока, пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени прохождения тока.

Обратите внимание, что в нагревательных приборах необходимо использовать проводники, обладающие большим удельным сопротивлением и выдерживающие высокие температуры.

Содержание и последовательность выполнения работы:

1. Рассмотрите электрочайник. По паспортным данным определите электрическую мощность электроприбора Р.

2. Налейте в чайник воду объёмом V, равным 1 л или 1,5 л и рассчитайте массу воды , r=1000 кг/м³

3. Измерьте с помощью термометра начальную температуру воды t₁.

4. Включите чайник в электрическую сеть и нагревайте воду до кипения.

5. Определите по таблице температуру кипения воды.

6. Заметьте по часам промежуток времени, в течение которого нагревалась вода Δt.

7. Используя данные измерений, вычислите:

а) совершённую электрическим током работу, зная мощность чайника Р и время нагревания воды Δt, по формуле

А _{эл.тока} = Р · Δt

б) количество теплоты, полученное водой и равное полезной работе,

Q _нагр = cm(t₂ – t₁)

8. Рассчитайте коэффициент полезного действия электрочайника по формуле

η = ·100% = ·100%

Контрольные вопросы:

1.При расчёте КПД : , для электрочайника, что являлось полезным и затраченным эффектом?

2. Как рассчитать количество теплоты, выделяющегося в проводнике при протекании по нему тока, зная сопротивление этого проводника?

3.Какое должно быть удельное сопротивление проводников, используемых в нагревательных приборах?

Отчет о работе:

1. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу

Мощность чайника Р, Вт

Масса воды m, кг

Начальная температура воды

t₁,°C

Время одного нагревания воды в чайнике

Δt, с

Конечная температура воды

t₂,°c

Совершённая эл. током работа

А_эл._тока, Дж

Количество теплоты Q _нагр, Дж

КПД чайника

η, %

1. Сделать вывод.

2. Ответить на контрольные вопросы.

Преподаватель ____________________Кудрявцева Е.П.

ИНСТРУКЦИОННАЯ КАРТА

На выполнение лабораторного занятия № 11

По дисциплине: Физика

Тема: 3.5 Электромагнитная индукция

Наименование работы: Изучение явления электромагнитной индукции.

Цель занятия, приобретаемые умения и навыки: Целью работы является изучение свойств явления электромагнитной индукции

Норма времени: 2 часа

Место проведения: кабинет физики

Оснащение рабочего места: катушка с выводами на большое и малое количество витков, микроамперметр, лампочки на штативе, ключи, миллиамперметр, реостат.

Литература: Фирсов А. В., Физик, стр. 205-208

Контрольные вопросы и задания при допуске к работе

1. Что называют индукционным током

2. Назовите понятие электромагнитной индукции.

3. Сформулируйте правило правой руки.

Методические указания

Краткая теория

Явление электромагнитной индукции

Ток, возбужденный в замкнутом проводнике под действием движущегося магнитного поля, называется индукционным, а явление получения индукционного тока называется электромагнитной индукцией.

Основные условия возникновения индукционного тока

Рассмотрим ряд опытов Фарадея, выясняющих условия возникновения индукционного тока.

1.Когда магнит приближается к замкнутой катушке, то магнитный поток внутри катушки возрастает и в результате этого возникает индукционный ток. При удалении магнита происходит уменьшение магнитного потока внутри катушки, что опять-таки приводит к индуктированию тока противоположного направления.

2. Приблизим к неподвижному магниту или удалим от него катушку с изолированной проволокой, концы которой присоединены к гальванометру; в катушке возникнет индукционный ток. Это можно было предвидеть на основе первого опыта, зная, что механическое движение всегда относительно. И в этом случае происходит изменение магнитного потока, охватываемого катушкой, так как с приближением катушки к полюсу магнита число силовых линий, пронизывающих катушку, увеличивается, а при удалении катушки число силовых линий в контуре катушки уменьшается.

3. Если расположить рядом две катушки с изолированной проволокой и концы второй катушки соединить с гальванометром, а концы первой присоединить к батарее элементов, то изменяя силу тока в первой катушке с помощью реостата, мы получим индукционный ток во второй катушке. Как увеличение, так и уменьшение силы тока в первой катушке сопровождается возбуждением индукционного тока во второй катушке, но направление индукционного тока при этом изменяется.

4. Эффект увеличивается, если внутрь катушек вставить железный сердечник. Сердечник намагничивается под действием тока первой катушки и всякое изменение в ней силы тока резко изменяет магнитный поток, который охватывается второй катушкой. В результате во второй катушке возникает индукционный ток большей силы.

5. Если замыкать и размыкать первичную цепь, то во второй замкнутой цепи индуктируется ток, меняющийся по направлению при каждом замыкании и размыкании первичной цепи. И в этом случае происходит изменение магнитного потока, охваченного вторым контуром,

На основании подобных опытов Фарадей открыл закон электромагнитной индукции который гласит: при всяком изменении магнитного потока, проходящего через контур проводника, в последнем возникает э. д. с. индукции.

Направление индукционного тока. Закон Ленца

Приближая магнит к замкнутой катушке или удаляя от нее магнит, мы получим в катушке индукционные токи. С помощью гальванометра можно определить направление тока, а затем по правилу часовой стрелки определить полюсы катушки. Оказывается, что во время приближения полюса магнита к катушке на ближнем ее конце возникает полюс одноименный; во время удаления полюса магнита на ближнем конце катушки возникает разноименный магнитный полюс. Это показывает, что магнитное поле тока противодействует движению магнита.

Подобные опыты производил в 1833 - 1834 гг. русский ученый Э. Х. Ленц. Обобщая результаты опытов, он установил закон направления индукционного тока, носящий его имя.

Правило Ленца гласит: направление индукционного тока всегда таково, что магнитное поле тока противодействует изменению того магнитного потока, который вызывает ток.

Правило правой руки. Величина э. д. с. индукции

Существует практическое правило для определения направления индукционного тока в проводнике. Оно называется правилом правой руки.

Если расположить правую руку в магнитном поле так, чтобы магнитные силовые линии входили в ладонь, а отогнутый большой палец указывал направление движения проводника, то вытянутые четыре пальца укажут направление индукционного тока.

Из закона Ленца вытекает, что э. д. с. индукции противодействует изменению магнитного потока, вызвавшего э. д. с.

Чтобы привести формулу э. д. с. индукции в соответствие с этим условием, нужно в правой части формулы изменить знак на обратный.

Общая формула для э. д. с. индукции:

Э. д. с. индукции, возникающая в проводнике, пропорциональна скорости изменения магнитного потока, проходящего через контур проводника.

Содержание и последовательность выполнения работы:

Соберите установку по схеме на рис. 1.

1. Замкните ключ № 1 на миллиамперметр

2. Замкните и разомкните ключ № 3

3. Одновременно с этим засеките амплитуду колебания стрелки миллиамперметра.

4. Разомкните ключ № 1

5. Замкните ключ № 2 на миллиамперметр

6. Замкните и разомкните ключ № 3

7. Одновременно с этим засеките амплитуду колебания стрелки миллиамперметра.

Контрольные вопросы:

1. Для чего в внутрь катушки вставлен железный сердечник

2. Что мы достигаем замыкая и размыкая первичную цепь

3. Сформулируйте закон Фарадея

4. Назовите правило Ленца.

Отчет о работе

Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу

N⁰ п/п	Инд. ток, I₁, мкА (N=2400)	Инд. ток, I₂, мкА (N=1200)
1

1. Объясните свои наблюдения и результат эксперимента

2. Сделать вывод.

3. Ответить на контрольные вопросы.

Преподаватель ________________________ Кудрявцева Е.П.

ИНСТРУКЦИОННАЯ КАРТА

На выполнение лабораторного занятия № 12

По дисциплине: Физика

Тема: 4.1 Механические колебания

Наименование работы: Изучение зависимости периода колебаний нитяного (пружинного) маятника от длины нити, (массы груза)

Цель занятия, приобретаемые умения и навыки: Исследовать, от каких величин зависит, а от каких не зависит период колебаний математического, пружинного маятников.

Норма времени: 2 часа

Место проведения: кабинет физики

Оснащение рабочего места: штатив, грузы разной массы, нить, 2 пружины разной жесткости, линейка, секундомер.

Литература: Фирсов А. В. Физика, стр. 60-64

Контрольные вопросы при допуске к работе:

1. Что называют колебательным движением?

2. Какие колебания называют периодическими?

3. Что называют амплитудой колебаний?

4. Что такое период, назовите формулу для вычисления?

5. Сформулируйте понятие частоты и фазы колебаний?

Методические указания

Краткая теория

Колебательным движением называется процесс при котором система многократно отклоняясь от своего состояния равновесия, каждый раз вновь возвращается к нему.

Периодическими называют колебания, совершающиеся через равные промежутки времени. (маятник в часах, поршень цилиндра насоса, двигатель автомобиля, струны гитары, дыхание, смена времён года).

Рассматривая различные колебания, можно сказать что они отличаются друг от друга размахом, периодом, и др. величинами.

Маятник, колеблясь, отклоняется в одну и другую сторону.

Абсолютное значение максимального смещения (наибольшее расстояние) называется амплитудой. , уравнение гармонических колебаний

где: х – смещение (м)

А – амплитуда (максимальное смещение) (м)

sin φ – угол отклонения от состояния равновесия (рад)–принято не писать.

Сложив две амплитуды получим размах.

Расстояние между крайними положениями колеблющейся точки называется размах. Когда маятник пройдёт один размах, он совершит одно простое колебание. Два размаха соответствуют одному полному колебанию.

Время одного полного колебания точки называется периодом колебания – Т

, где: T – период колебания (с)

t - время полных колебания (с)

n – количество колебаний

Число полных колебаний в единицу времени называется частотой колебаний – υ. Связь периода и частоты: ; ,

где: υ – частота колебаний (Гц)

Единицей измерения частоты является (с^-1) или (Гц).

Фаза колебания определяет смещение в любой момент времени, т.е определяет состояние колебательной системы. ,

где: ω – угловая или циклическая частота (рад/с)

φ – фаза колебаний (рад) – не пишется.

t - время полных колебания (с).

Содержание и последовательность выполнения работы:

1. Изготовьте математический маятник. Наблюдайте его колебания.

2. Исследуйте зависимость периода колебаний математического маятника от длины нити. Для этого определите время 20 полных колебаний маятников длиной 25 и 49 см.

3. Формула периода колебаний математического маятника имеет вид:

где l — длина нити маятника, g-ускорение свободного падения.

4. Вычислите период колебаний для обоих случаев.

5. Исследуйте зависимость периода колебаний маятника от ускорения свободного падения. Для этого под маятником длиной 25 см поместите полосовой магнит. Определите период колебаний, сравните его с периодом колебаний маятника в отсутствие магнита.

6. Покажите, что период колебаний математического маятника не зависит от массы груза. Для этого к нити неизменной длины подвешивайте грузы разной массы. Для каждого случая определите период колебаний, сохраняя одинаковой амплитуду.

7. Покажите, что период колебаний математического маятника не зависит от амплитуды колебаний. Для этого маятник отклоните сначала на 3 см, а затем на 4 см от положения равновесия и определите период колебаний в каждом случае.

8. Покажите, что период колебаний пружинного маятника зависит от массы груза. Прикрепляя к пружине грузы разной массы, определите период колебаний маятника в каждом случае, измерив время 10 колебаний.

9. Покажите, что период колебаний пружинного маятника зависит от жесткости пружины.

10.Формула периода колебаний пружинного маятника имеет вид:

где, m — масса груза,

k — жесткость пружины.

11. Покажите, что период колебаний пружинного маятника не зависит от амплитуды. Для этого растяните пружину маятника сначала на 3 см, а затем на 4 см от положения равновесия и определите период колебаний в каждом случае.

Контрольные вопросы.

1. Назовите формулу периода колебаний математического маятника.

2. Назовите формулу периода колебаний пружинного маятника

3. От каких величин зависит, а от каких нет период колебаний математического маятника?

4. От каких величин зависит, от каких нет период колебаний пружинного маятника?

Отчет о работе:

5. Результаты измерений и вычислений по пунктам 1-4 задания занесите в табл. 1

l, м	Υ	t, с	T, с
0,25	20
0,49	20

6. Сделайте вывод о зависимости периода колебаний математического маятника от длины нити.

7. Произведите измерения и вычисления по пункту 5 задания.

8. Результаты измерений и вычислений по пункту 5 сравните с данными таблицы 1

9. Сделайте вывод о зависимости периода колебаний маятника от ускорения свободного падения.

10. Произведите измерения и вычисления по пункту 6 задания.

11. Сделайте вывод о зависимости периода колебаний математического маятника от массы груза.

A, см	υ	t, с	T, с
3	10
4	10

12. Результаты измерений и вычислений по пункту 7 задания занесите в табл. 2.

13. Сделайте вывод о зависимости периода колебаний математического маятника от амплитуды колебаний.

14. Результаты вычислений и измерений по пунктам 8-11 задания занесите в табл. 3

A, см	υ	t, с	T, с
3	10
4	10

15. Сделайте вывод о зависимости пружинного маятника от массы груза, жёсткости пружины и амплитуды.

16. Ответьте на контрольные вопросы.

Преподаватель ____________________ Кудрявцева Е.П.

ИНСТРУКЦИОННАЯ КАРТА

На выполнение лабораторного занятия № 13

По дисциплине: Физика

Тема: 4.3 Электромагнитные колебания

Наименование работы: Индуктивные и емкостное сопротивления в цепи переменного тока

Цель занятия, приобретаемые умения и навыки: Научиться определять ёмкостного и индуктивное сопротивления. Изучить зависимость емкостного и индуктивного сопротивления от частоты переменного тока при постоянных параметрах элементов

Норма времени: 2 часа

Место проведения: кабинет физики

Оснащение рабочего места: конденсатор, вольтметры, амперметр, резистор ключ, катушка, генератор, соединительные провода.

Основные требования по охране труда: При выполнении работ, связанных с электричеством необходимо соблюдать следующие правила техники безопасности: собирать цепь без подключения к источнику тока. Собранную цепь предоставить на проверку преподавателю. Использовать приборы и оборудование выданное преподавателем. Во избежание поражения электрическим током не прикасаться руками к неизолированным проводам или клеммам при подключённом источнике питания. Подсоединять установку после проверки преподавателем и с разрешения преподавателя.

Литература: Фирсов А. В., Физика, стр. 223-225

Контрольные вопросы и задания при допуске к работе:

1. Сформулируйте понятие конденсатора.

2. Что такое ёмкостное сопротивление и по какой формуле вычисляется?

3. Что такое индуктивное сопротивление и по какой формуле вычисляется?

Методические указания

Краткая теория

1. Конденсатор в цепи переменного тока.

В радиоприемниках телевизорах, магнитофонах и во многих электронных приборах применяют конденсаторы – устройства, служащие для накопления электрических зарядов и электрической энергии, электроемкость которых не зависит от внешних условий, т. е. имеет определенную величину. Чтобы конденсатор выполнял свое назначение при неизменных внешних условиях, он должен удерживать накопленные заряды и энергию в течение длительного времени.

1/ѠC=Х_С Величину Х_с, обратную произведению ѠС циклической частоты на электрическую емкость конденсатора, называют емкостным сопротивлением: X_С = U/ I

Чем больше емкость конденсатора, тем больше ток перезарядки. Это легко обнаружить по увеличению накала лампы при увеличении емкости конденсатора. В то время как сопротивление конденсатора постоянному току бесконечно велико, его сопротивление переменному току имеет конечное значение Х_с.. С увеличением емкости оно уменьшается. Уменьшается оно и с увеличением частоты Ѡ.

2. Катушка в цепи переменного тока.

На практике наибольшее значение имеет цилиндрическая катушка, состоящая из большого числа витков. Индуктивность такой катушки равна:

где -длина катушки, N-число витков, S-площадь поперечного сечения катушки, -магнитная постоянная =4π*10^-7 Гн/м; -магнитная проницаемость сердечника катушки. Индуктивность в цепи влияет на силу переменного тока.

Амплитуда силы тока в катушке равна: ,

Если ввести обозначение:

и вместо амплитуд силы тока и напряжения использовать их действующие значения, то получим:

Величину Х_L, равную произведению циклической частоты на индуктивность, называют индуктивным сопротивлением.

Индуктивное сопротивление зависит от частоты ω (прямопропорциональная зависимость).

Содержание и последовательность выполнения работы:

I). Катушка в цепи переменного тока.

1. собрать цепь по данной схеме:

2. Изменяя частоту генератора, записать показания вольтметров (напряжения на резисторе U_Rи напряжение на катушке U_L)

3. Рассчитать значение токов, текущих в цепи, в зависимости от частоты (для этого надо напряжение на резисторе разделить на его сопротивление I = U_R /R). Резистор – сопротивление R = 100 Ом

4. Определите индуктивные сопротивления для соответствующих частот (для этого надо напряжение на катушке разделить на силу тока Х_L = U_L /I).

5. Построить график зависимости индуктивного сопротивления от частоты переменного тока.

6. Сформулируйте вывод.

ḬI). Конденсатор в цепи переменного тока

1. собрать цепь по данной схеме:

2. Изменяя частоту генератора, записать показания вольтметров (напряжения на резисторе U_Rи напряжение на конденсаторе U_С)

3. Рассчитать значение токов, текущих в цепи, в зависимости от частоты (для этого надо напряжение на резисторе разделить на его сопротивление I = U_R /R).

4. Определите емкостные сопротивления для соответствующих частот (для этого надо напряжение на конденсаторе разделить на силу тока Х_С = U_С /I).

5. Построить график зависимости емкостного сопротивления от частоты переменного тока.

6. Сформулируйте вывод.

Контрольные вопросы:

1. Как изменяется индуктивное сопротивление с увеличением частоты?

2. Как изменяется ёмкостное сопротивление с увеличением частоты?

Отчет о работе:

I). Катушка в цепи переменного тока.

1. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу

ν, Гц	50	100	150	300
U_R, В
U_L, В
I, А
Х_L, Ом

2. Постройте график зависимости индуктивного сопротивления от частоты переменного тока.

ḬI). Конденсатор в цепи переменного тока

1. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу

ν, Гц	50	100	150	300
U_R, В
U_С, В
I, А
Х_С, Ом

2.Постройе график зависимости емкостного сопротивления от частоты переменного тока.

3. Сделайте вывод из проделанной работы.

4. Ответь на контрольные вопросы.

Преподаватель ____________________Кудрявцева Е.П.

ИНСТРУКЦИОННАЯ КАРТА

На выполнение лабораторного занятия № 14

По дисциплине: Физика

Тема: 5.1 Природа света

Наименование работы: Изучение изображения предметов в тонкой линзе

Цель занятия, приобретаемые умения и навыки: научиться получать и исследовать различные изображения, даваемые линзой, в зависимости от положения предмета относительно линзы, определять фокусное расстояние и оптическую силу линзы.

Норма времени: 2 часа

Место проведения: кабинет физики

Оснащение рабочего места: собирающая линза, экран, электрическая лампочка, линейка, лабораторный источник питания, ключ, соединительные провода.

Основные требования по охране труда: На столе не должно быть никаких посторонних предметов. Изоляция проводников должна быть не нарушена. Не включать цепь без разрешения преподавателя. Не давить на поверхность линз руками, не ронять их на пол, не прикладывать линзы к глазам

Литература: Фирсов А. В. Физика, стр. 243-245

Контрольные вопросы и задания при допуске к работе:

1. Назовите виды линз.

2. Что такое оптическая ось линзы?

3. Что является фокусом линзы?

4. Что называют оптическим центром и фокусным расстоянием линзы?

5. Что такое оптическая сила линзы и по какой формуле вчисляется?

Методические указания

Краткая теория

Линзы делятся на виды: выпуклые или собирающие (вогнутые или рассеивающие). Ход лучей в этих видах линз различен, но свет всегда преломляется, однако, чтобы рассмотреть их устройство и принцип действия, надо ознакомиться с одинаковыми для обоих видов понятиями.

Если дорисовать сферические поверхности двух сторон линзы до полных сфер, то прямая, проходящая сквозь центры этих сфер, будет являться оптической осью линзы. Фактически, оптическая ось проходит сквозь самое широкое место выпуклой линзы и самое узкое у вогнутой.

На оптической оси находится точка, где собираются все лучи, прошедшие через собирающую линзу. В случае же рассеивающей линзы можно провести продолжения расходящихся лучей, и тогда мы получим точку, также расположенную на оптической оси, где сходятся все эти продолжения. Эта точка называется фокусом линзы. У собирающей линзы фокус действительный, и расположен он с обратной стороны от падающих лучей, у рассеивающей фокус мнимый, и располагается он с той же стороны, с которой свет падает на линзу.

Точка на оптической оси ровно посередине линзы называется ее оптическим центром. А расстояние от оптического центра до фокуса линзы – это фокусное расстояние линзы. Фокусное расстояние зависит от степени кривизны сферических поверхностей линзы. Более выпуклые поверхности будут сильнее преломлять лучи и, соответственно, уменьшать фокусное расстояние. Если фокусное расстояние короче, то данная линза будет давать большее увеличение изображения.

Для характеристики увеличивающей способности линзы ввели понятие «оптическая сила». Оптическая силы линзы – это величина, обратная ее фокусному расстоянию. Оптическая сила линзы выражается формулой: D=1/F,

где D – оптическая сила, F – фокусное расстояние линзы. Единицей измерения оптической силы линзы является диоптрия (1 дптр). 1 диоптрия – это оптическая сила такой линзы, фокусное расстояние которой равно 1 метру. Чем меньше фокусное расстояние, тем большей будет оптическая сила, то есть тем сильнее данная линза увеличивает изображение.

Так как фокус у рассеивающей линзы мнимый, то условились считать ее фокусное расстояние величиной отрицательной. Соответственно, и ее оптическая сила - тоже отрицательная величина. Что касается собирающей линзы, то ее фокус действительный, поэтому и фокусное расстояние и оптическая сила у собирающей линзы – величины положительные.

Содержание и последовательность выполнения работы:

1.Положите на стол линейку, у конца которой установите экран. Между окном и экраном установите линзу. Перемещайте линзу вдоль линейки до тех пор, пока не получите на экране изображение окна.

2.Измерьте расстояние от линзы до изображения – это будет фокусное расстояние линзы F (оно будет тем точнее, чем дальше находится линза от окна).

3. Определите оптическую силу линзы.

4. Поместите горящую электрическую лампочку от линзы на расстоянии d, большем, чем двойное фокусное расстояние линзы. Получите четкое изображение нити накала лампочки.

5. Измерьте расстояние от линзы до изображения f.

6. Поместите лампочку 1) между фокусным и двойным фокусным расстоянием , 2) на расстоянии меньше фокусного. В каждом случае получите изображение нити накала и выполните измерения расстояния от линзы до изображения f .

7.Запишите каким будет изображение в каждом случае: увеличенное – уменьшенное, действительное – мнимое, прямое – обратное (перевернутое).

8. Сформулируйте и запишите вывод.

Контрольные вопросы:

1. Меняется изображение предмета при изменении расстояния от предмета до линзы?

2. У собирающей линзы фокус действительный или мнимый?

3. Положительными или отрицательными величинами являются фокусное расстояние и оптическая сила у собирающей линзы?

Отчет о работе:

1. Запишите результаты в таблицу

Расстояние от предмета до линзы d, м	Характеристика изображения
Расстояние от предмета до линзы d, м	Расстояние от линзы до изображения f, м	Действительное или мнимое	Увеличенное или уменьшенное	Обратное или прямое
d >2F
F<d<2F
d <F

2.Сделайте вывод.

3.Ответе на контрольные вопросы.

Преподаватель ___________________ Кудрявцева Е.П.

ИНСТРУКЦИОННАЯ КАРТА

На выполнение лабораторного занятия № 15

По дисциплине: Физика

Тема: 5.2 Волновые свойства света

Наименование работы: Изучение интерференции и дифракции света

Цель занятия, приобретаемые умения и навыки: Изучить интерференционную картину и научиться её объяснять; убедиться что, белый свет представляет собою сочетание семи длин волн. Научиться демонстрировать явление интерференции и дифракции.

Норма времени: 2 часа

Место проведения: кабинет физики

Оснащение рабочего места: 2 стеклянные пластины, капроновые лоскуты, засвеченная фотоплёнка с прорезью, сделанной лезвием бритвы, диск DVD, , штангенциркуль, лампа с прямой нитью накала.

Основные требования по охране труда: не пользоваться приборами без разрешения преподавателя, осторожно работать со стеклянными пластинками

Литература: Фирсов А. В. Физика, стр. 256-265

Контрольные вопросы и задания при допуске к работе:

6. Дайте определение интерференции.

7. Понятие когерентности волн, способы получения.

8. Дайте определение дифракции.

Методические указания

Краткая теория

Интерференцией называют явление, возникающее при наложении двух (или нескольких) световых волн одинакового периода в однородной изотропной среде, в результате чего происходит перераспределение энергии волн в пространстве. Необходимым условием интерференции волн является их когерентность, т. е. равенство их частот и постоянная во времени разность фаз. Когерентные световые волны можно получить только от одного источника.

Для этого нужно каким-либо образом разделить один луч на два, пустить их по разным оптическим путям, а затем снова соединить. Тогда разность фаз определится разностью хода лучей. При постоянной разности хода разность фаз тоже постоянна.

Свет представляет собой волновой процесс и для него при определенных условиях должно наблюдаться явление дифракции - отклонение от первоначального направления. Так, например, при освещении непрозрачных предметов, когда расстояние между предметом и экраном значительно превосходит размеры предмета, наблюдается явление дифракции света – на экране вместо тени получается сложная картина. Края тени окаймляются рядом светлых и темных полос, а внутри тени могут наблюдаться области, куда свет заходит.

Обратимся теперь к случаю, когда имеется очень большое число одинаковых очень узких щелей, расположенных на одинаковых весьма малых расстояниях. Такая система называется дифракционной решеткой. Дифракционные решетки широко применяются в спектральном анализе в тех случаях, когда необходимо определение длины световой волны. Так как дифракционные решетки являются спектральным прибором, они характеризуются разрешающей силой, т. е. способностью разделять близкие спектральные линии с длинами волн λ₁ и λ₂. Различать две спектральные линии можно в том случае, если они не сливаются в один максимум, более широкий, чем ширина каждой из линий λ₁ и λ₂. За меру разрешающей способности решетки принимают :

Эта формула показывает, что разрешающая способность дифракционной решетки определяется числом штрихов на ней N и порядком спектра К. В современных дифракционных решетках число штрихов составляет около 2000 на 1 мм, а общее число штрихов достигает значения 1*10⁶. Явление дифракции широко используется в науке и технике. В настоящее время наша промышленность выпускает спектрографы с дифракционными решетками для спектрального анализа. Детальное изучение интерференции и дифракции легло в основу новой отрасли физики — голографии.

Интерференция широко используется в различных областях науки и техники. Используя интерференцию, можно определить длины волн, показатели преломления, микроскопические размеры тел, микронеровности на поверхности деталей. Интерференция в рентгеновской области электромагнитных излучений является основой рентгеноструктурного анализа кристаллических решеток твердых растворов, сплавов и чистых веществ. Для этих целей служат различные по конструкции приборы, называемые интерферометрами. Особое место в применении интерференции занимает просветленная оптика. Так, было установлено, что в перископах подводных лодок отражается до 50 % входящего в него света. Для устранения этих дефектов оптических систем и применяется метод просветленной оптики. Сущность метода заключается в том, что оптические поверхности покрываются тонкими пленками, создающими интерференционные явления.

Содержание и последовательность выполнения работы:

Наблюдение интерференции

1. Комнату затемнить, включить лампу. Стеклянные пластины тщательно протереть, сложить вместе и сжать пальцами.

2. Рассматривать пластины в отражённом свете (располагать их надо так, чтобы на поверхности стекла не образовывались слишком яркие блики от окон или белых стен).

3. В отдельных местах соприкосновения пластин наблюдать яркие радужные кольцеобразные или неправильной формы полосы.

4. Отметить, что с изменением нажима на стекло изменяется форма колец.

5. Попытаться увидеть в проходящем свете.

Наблюдение дифракции

1. На штангенциркуле установить щель размером 0,5 мм.

2. Приставить щель вплотную к глазу, расположив её вертикально.

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

4. Изменяя ширину щели от 0,5 до 0,8 мм заметить как это влияет на дифракционный спектр.

5. Наблюдать дифракционные спектры в проходящем свете с помощью лоскута капрона или батиста, засвеченной плёнки с прорезью.

Произвести наблюдение дифракционного спектра в отраженном свете с помощью DVD диска, расположив на уровне глаз.

Контрольные вопросы:

4. Что такое дифракционная решётка, где применяется

5. Запишите формулу для определения разрешающей способности дифракционной решётки, что она показывает.

6. Применение явлений интерференции и дифракции в науке и технике.

Отчет о работе:

7. Запишите результаты наблюдений.

8. Ответе на контрольные вопросы.

9. Сделайте вывод.

Преподаватель ___________________ Кудрявцева Е.П.

ЛИТЕРАТУРА

1. Фирсов А. В. (под редакцией Трофимовой Т. И.), Физика для профессий и специальностей технического и естественнонаучного профилей. – М.: ОИЦ Академия., 2013.

2. Дмитриева В. Ф., Физика. – М.: ОИЦ Академия., 2011.

3. Самойленко П.И., Сергеев А.В., Физика (для нетехнических специальностей). – М.: ОИЦ Академия., 2010.

4. Дмитриева В.Ф. Задачи по физике. – М: Просвещение., 2010.

Скачать материал

Скачать материал "Методические указания по выполнению лабораторных занятий по физике"

Как учитель может зарабатывать на Инфоуроке?

Скачать материал

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

6 664 963 материала в базе

Найти материалы

Скачать материал

Другие материалы

docx

Методическая разработка внеклассного мероприятия КВН по физике

09.01.2019
215
1

docx

Методическая разработка занятия по физике "Строение атомного ядра"

09.01.2019
680
12

docx

Комплект оценочных средств для проведения текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации в форме экзамена по ОУД «Физика»

09.01.2019
563
4

docx

Методические указания по выполнению внеаудиторной самостоятельной работы по дисциплине "Физика"

09.01.2019
306
0

pptx

Презентация по физике 8 класс Зависимость силы тока от напряжения

Учебник: «Физика», Перышкин А.В.
Тема: § 42 Зависимость силы тока от напряжения

Рейтинг: 5 из 5

09.01.2019
5881
710

docx

Внеклассное мероприятие по физике и астрономии "Угадай мелодию"

Учебник: «Физика», Перышкин А.В.

09.01.2019
1157
36

docx

Исследовательская работа « Изучение физических законов с использование пластиковых бутылок»

Учебник: «Физика», Перышкин А.В.
Тема: Глава 3. Давление твёрдых тел, жидкостей и газов

09.01.2019
1656
14

pptx

Тестовая работа по физике 7 класса по теме: " Плавание судов. Воздухоплавание" в виде презентации.

Учебник: «Физика», Перышкин А.В.
Тема: §53 Плавание судов

09.01.2019
2035
21

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.

Скачать материал
- 09.01.2019 439
- DOCX 453.2 кбайт
- Оцените материал:
Настоящий материал опубликован пользователем Кудрявцева Елена Петровна. Инфоурок является информационным посредником и предоставляет пользователям возможность размещать на сайте методические материалы. Всю ответственность за опубликованные материалы, содержащиеся в них сведения, а также за соблюдение авторских прав несут пользователи, загрузившие материал на сайт

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

Кудрявцева Елена Петровна
- На сайте: 5 лет и 3 месяца
- Подписчики: 1
- Всего просмотров: 2989
- Всего материалов: 7