Методическое пособие для проведения лабораторных работ по физике

Лабораторная работа N 4.

Тема: «Изучение законов сохранения на примере удара шаров и баллистического маятника»

2. Правила оформления отчета при выполнении лабораторной работы

Лабораторная работа №12

Скачать материал

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение

новосибирской области

«маслянинский межрайонный аграрный лицей»

Рассмотрено на заседании

методической комиссии

Протокол № ______

от «____ » ______ 2018 г.

______________________

УТВЕРЖДАЮ Директор лицея

_________С.В.Смирнов « ___ » _________2018 г.

Методические указания по выполнению лабораторных работ

по дисциплине

физика

по профессиям:

08.01.08 «Мастер отделочных строительных работ»

35.01.13 «Тракторист-машинист сельскохозяйственного производства»

35.01.23 «Хозяйка(ин) усадьбы».

Преподавателя первой квалификационной категории: Земцовой Ларисы Геннадьевны

2018г

Методические указания по выполнению лабораторных работ по дисциплине «Физика» позволяет обучающемся всесторонне подготовиться к данной форме занятия.

Содержат описания лабораторных работ, цели их проведения, необходимое оборудование. Объяснение хода выполнения работы сопровождается рисунками экспериментальных установок, расчетными формулами и итоговыми таблицами. Обучающиеся получают четкую последовательность действий, направленную на достижение цели.

Составлены в соответствии с «Рекомендациями по реализации образовательной программы среднего (полного) общего образования в образовательных учреждениях начального профессионального и среднего профессионального образования в соответствии с федеральным базисным учебным планом и примерными учебными планами для образовательных учреждений Российской Федерации, реализующих программы общего образования» (письмо Департамента государственной политики и нормативно-правового регулирования в сфере образования Минобрнауки России от 29.05.2007 № 03-1180) и рабочей программы по дисциплине «Физика».

Предназначен для обучающихся всех профессий среднего профессионального образования.

Организация-разработчик: ГБПОУ НПО НСО «Маслянинский межрайонный аграрный лицей»

Составитель – Земцова Лариса Геннадьевна преподаватель первой квалификационной категории

Пояснительная записка

Методические указания по выполнению лабораторно - практических работ по дисциплине Физика являются составной частью УМК по Физике и предназначены для профессий среднего профессионального образования.

Цель методических рекомендаций по выполнению лабораторных работ по дисциплине "Физика":

организация выполнения обучающимися лабораторных работ, предусмотренных программой по физике,

формирование и закрепление навыков работы с лабораторным оборудованием,

организация определения погрешности и числовой обработки результатов лабораторного эксперимента,

формирование навыков самостоятельной работы студентов со справочной литературой,

развитие внимательности и аккуратности при выполнении лабораторных работ,

формирование общеучебных и общепрофессиональных компетенций студентов.

Весь процесс выполнения лабораторных работ включает в себя теоретическую подготовку, ознакомление с приборами и сборку схем, проведение опыта и измерений, числовую обработку результатов лабораторного эксперимента и сдачу зачета по выполненной работе.

Теоретическая подготовка

Теоретическая подготовка необходима для проведения физического эксперимента, должна проводиться обучающимися в порядке самостоятельной работы. Ее следует начинать внимательным разбором руководства к данной лабораторной работе.

Особое внимание в ходе теоретической подготовки должно быть обращено на понимание физической сущности процесса.

Для самоконтроля в каждой работе приведены контрольные вопросы, на которые обучающийся обязан дать четкие, правильные ответы.

Теоретическая подготовка завершается предварительным составлением отчета со следующим порядком записей:

1. Название работы.

2. Цель работы.

3. Оборудование.

4. Ход работы (включает рисунки, схемы, таблицы, основные формулы для определения величин, а так же расчетные формулы для определения погрешностей измеряемых величин).

5. Расчеты – окончательная запись результатов работы.

6. Вывод.

Ознакомление с приборами, сборка схем

Лабораторные работы проводятся в учебном кабинете лицея, оснащенном всем необходимым техническим и лабораторным оборудованием. Перед началом каждым занятием проводится инструктаж по технике безопасности.

Приступая к лабораторным работам, необходимо:

1) получить у лаборанта приборы, требуемые для выполнения работы;

2) разобраться в назначении приборов и принадлежностей в соответствии с их техническими данными;

3) пользуясь схемой или рисунками, имеющимися в пособии, разместить приборы так, чтобы удобно было производить отсчеты, а затем собрать установку;

4) сборку электрических схем следует производить после тщательного изучения правил выполнения лабораторных работ по электричеству.

Проведение опыта и измерений

При выполнении лабораторных работ измерение физических величин необходимо проводить в строгой, заранее предусмотренной последовательности.

Особо следует обратить внимание на точность и своевременность отсчетов при измерении нужных физических величин. Например, точность измерения времени с помощью секундомера зависит не только от четкого определения положения стрелки, но и в значительной степени – от своевременности включения и выключения часового механизма.

Преподаватель принимает выполненную учащимся лабораторную работу в индивидуальном порядке. Хорошо выполненные работы следует рекомендовать для ознакомления всем учащимся. Для зачета, по окончании лабораторных работ, учащийся представляет надлежащим образом оформленную тетрадь.

Целесообразно в конце занятия сообщать тему следующего практического занятия и указывать литературные источники. Учащиеся в таких случаях приходят с готовыми конспектами, и преподавателю остается дать лишь целевую установку занятия, распределить задания, показать технику выполнения. После этого учащиеся приступают к самостоятельной работе.

Критерии оценки практической работы.

Практические занятия оцениваются преподавателем, исходя из следующих критериев успешности работ:

1) соответствие содержания работы заданной теме и оформление в соответствии с существующими требованиями;

2) логика изложения, взаимосвязь структурных элементов работы;

3) объем, характер и качество использованных источников;

4) обоснованность выводов, их глубина, оригинальность;

5) теоретическая и методическая достаточность, стиль и качество оформления компьютерной презентации

Оценивая итоговое задание, преподаватель ставит отметку.

Оценка «5» (отлично) ставится, если обучающийся выполняет работу в полном объеме с соблюдением необходимой последовательности проведения опытов и измерений; самостоятельно и рационально монтирует необходимое оборудование; все опыты проводит в условиях и режимах, обеспечивающих получение правильных результатов и выводов; соблюдает требования правил безопасного труда; в отчете правильно и аккуратно выполняет все записи, таблицы, рисунки, чертежи, графики, вычисления; правильно выполняет анализ погрешностей.

- в отчете правильно и аккуратно выполнены все записи, таблицы, рисунки, чертежи, графики, вычисления;

- правильно выполнен анализ погрешностей.

«4» (хорошо) ставится в том случае, если были выполнены требования к оценке «5», но допущены недочеты или негрубые ошибки.

«3» (удовлетворительно) ставится, если результат выполненной части таков, что позволяет получить правильные выводы, но в ходе проведения опыта и измерений были допущены ошибки.

«2» (неудовлетворительно) ставится, если результаты не позволяют сделать правильных выводов, если опыты, измерения, вычисления, наблюдения производились неправильно.

Техника безопасности при выполнении практических занятий.

Перед началом практического занятия:

1. Внимательно прослушайте вводный инструктаж преподавателя о порядке и особенностях выполнения практического занятия.

2. Внимательно изучите методические указания к работе, которую выполняете и строго руководствуетесь.

3. Подготовьте рабочее место для безопасной работы: уберите его, если на нем находятся посторонние предметы;

4. Проверьте и подготовьте к работе, согласно методическим указаниям, необходимые инструменты и принадлежности.

Во время работы:

1. Выполняйте только ту работу, которая разрешена преподавателем.

2. За разъяснениями по всем вопросам выполнения практического занятия обращайтесь к преподавателю.

3. Будьте внимательны и аккуратны. Не отвлекайтесь сами и не отвлекайте других. Не вмешивайтесь в процесс работы других обучающихся, если это предусмотрено инструкцией

По окончании работы:

1. Наведите порядок на рабочем месте и сдайте его преподавателю;

2. Сдайте преподавателю учебную литературу и инструменты;

При выполнении работы строго запрещается:

1. Бесцельно ходить по кабинету и лаборатории.

2. Покидать помещение кабинета(лаборатории) в рабочее время без разрешения преподавателя.

1. Перечень лабораторных работ по физике

№	Тема	Количество часов
1	Изучение особенностей силы трения (скольжения)	1
2	Исследование движения тела под действием постоянной силы	1
3	Изучение закона сохранения импульса и реактивного движения	1
4	Изучение законов сохранения на примере удара шаров и баллистического маятника	1
5	Сохранение механической энергии при движении тела под действием сил тяжести и упругости	1
6	Сравнение работы силы с изменением кинетической энергии тела	1
7	Изучение зависимости периода колебаний нитяного маятника от длины нити	1
8	Измерение влажности воздуха	1
9	Измерение поверхностного натяжения жидкости	1
10	Изучение деформации растяжения	1
11	Наблюдение процесса кристаллизации	1
12	Изучение теплового расширения твердых тел	1
13	Изучение особенностей теплового расширения воды	1
14	Изучение закона Ома для участка цепи, последовательного и параллельного соединения проводников	1
15	Измерение ЭДС и внутреннего сопротивления источника напряжения	1
16	Изучение закона Ома для полной цепи	1
17	Определение температуры нити лампы накаливания.»	1
18	Определение коэффициента полезного действия электрического чайника.»	1
19	Изучение явления электромагнитной индукции
20	Индуктивные и емкостное сопротивления в цепи переменного тока
21	Изучение изображения предметов в тонкой линзе
22	Изучение интерференции и дифракции света
23	Градуировка спектроскопа и определение длины волны спектральных линий

Лабораторная работа №1

Тема: «Изучение особенностей силы трения (скольжения)»

Цель работы: 1. выяснить, зависит ли сила трения скольжения от силы нормального давления, если зависит, то как.

2. Определить коэффициент трения дерева по дереву.

Приборы и материалы: динамометр, деревянный брусок, деревянная линейка или деревянная плоскость, набор грузов по 100 г.

Теория

Сила трения – это сила, которая возникает в том месте, где тела соприкасаются друг с другом, и препятствует перемещению тел.

Сила трения - это сила электромагнитной природы.

Возникновение силы трения объясняется двумя причинами:

1) Шероховатостью поверхностей
2) Проявлением сил молекулярного взаимодействия.

Силы трения всегда направлены по касательной к соприкасающимся поверхностям и подразделяются на силы трения покоя, скольжения, качения.

В данной работе исследуется зависимость силы трения скольжения от веса тела.

Сила трения скольжения – это сила, которая возникает при скольжении предмета по какой-либо поверхности. По модулю она почти равна максимальной силе трения покоя. Направление силы трения скольжения противоположно направлению движения тела. Сила трения в широких пределах не зависит от площади соприкасающихся поверхностей. В данной работе надо будет убедиться в том, что сила трения скольжения пропорциональна силе давления (силе реакции опоры):
Fтр=μN, где μ - коэффициент пропорциональности, называется коэффициентом трения. Он характеризует не тело, а сразу два тела, трущихся друг о друга.

Ход работы

1. Определите цену деления шкалы динамометра.

2. Определите массу бруска. Подвесьте брусок к динамометру, показания динамометра - это вес бруска. Для нахождения массы бруска разделите вес на g. Принять g=10 м/с².

2. Положите брусок на горизонтально расположенную деревянную линейку. На брусок поставьте груз 100 г.

3. Прикрепив к бруску динамометр, как можно более равномерно тяните его вдоль линейки. Запишите показания динамометра, это и есть величина силы трения скольжения.

4. Добавьте второй, третий, четвертый грузы, каждый раз измеряя силу трения. С увеличением числа грузов растет сила нормального давления.

5. Результаты измерений занесите в таблицу.

6.Сделайте вывод: зависит ли сила трения скольжения от силы нормального давления, и если зависит, то как?

7. В каждом опыте рассчитать коэффициент трения по формуле: . Принять g=10 м/с².

Результаты расчётов занести в таблицу.

8. По результатам измерений постройте график зависимости силы трения от силы нормального давления. При построении графика по результатам опытов экспериментальные точки могут не оказаться на прямой, которая соответствует формуле. Это связано с погрешностями измерения. В этом случае график надо проводить так, чтобы примерно одинаковое число точек оказалось по разные стороны от прямой. После построения графика возьмите точку на прямой (в средней части графика), определите по нему соответствующие этой точке значения силы трения и силы нормального давления и вычислите коэффициент трения . Это и будет средним значением коэффициента трения. Запишите его в таблицу.

9. Исходя из цели работы, запишите вывод и ответьте на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы.

1. Что называется силой трения?

2. Какова природа сил трения?

3. Назовите основные причины, от которых зависит сила трения?

4. Перечислите виды трения.

5. Можно ли считать явление трения вредным? Почему?

Лабораторная работа №2

Тема: «Исследование движения тела под действием постоянной силы».

Цель работы: получить практическое подтверждение первого закона Ньютона.

Оборудование: 1. гладкая доска, брусок деревянный, набор грузов, динамометр, измерительная линейка, секундомер.

Теоретическая справка.

Согласно первому закону Ньютона: под действием постоянной силы (= const) тело остаётся в покое или движется равномерно и прямолинейно, то есть скорость тела (= const) остаётся постоянной и по величине, и по направлению.

Ход работы.

1. Соберите лабораторную установку

100г 100г

2. Меняя массу груза (m), прикрепив к нему динамометр, равномерно тяните его вдоль плоскости доски. Измерьте величину силы тяги (F).

3. Измерьте пройденный путь за 4 с, обратив внимание на неизменность приложенной силы при каждом опыте.

4. Полученные данные запишите в таблицу.

№ п/п	m (кг)	F₀(H)	F (H)	υ₀(м/с)	s (м)	t (c)	υ (м/с)
1	0,1	0		0		4
2	0,2	0		0		4
3	0,3	0		0		4

5. Вычислите скорость движения груза по формуле равномерного прямолинейного движения:

6. Сделайте проверку правильности выполненных вычислений, используя формулу второго закона Ньютона:

7. Сделайте вывод о проделанной работе.

8. Ответьте на контрольные вопросы.

8.1. Что такое сила? Дайте определение физической величине и перечислите, чем она характеризуется.

8.2. Какие силы действуют на тело (показать схематически): а) стоящее на горизонтальной плоскости; б) стоящее на наклонной плоскости.

8.3. Что надо сделать, чтобы тело не скатывалось с наклонной плоскости?

8.4. Какие силы действуют на тело при взвешивании его с помощью динамометра?

Отчёт о выполнении лабораторной работы № 2

Тема: «Исследование движения тела под действием постоянной силы».

Цель работы: 1. Получить практическое подтверждение первого закона Ньютона.

2. Научиться вычислять скорость движения тела, используя формулу второго закона Ньютона.

Ход работы.

1. Схема лабораторной установки.

2. Таблица измерений и вычислений.

Вычисления.

1) Время движения тела …………………………………………………………….

2) На протяжении каждого отдельного опыта на тело действовала……………...сила;

3) Путь, по результатам опытов, тело проходило ……………

4) Скорость определяю по формуле =……………………………………...

5) Проверяю, используя второй закон Ньютона, правильность выполненных вычислений скорости с которой тело прошло указанный путь за 4с в каждом из трёх случаев:

3. Вывод.……………………………………………………………………………

4. Ответы на контрольные вопросы

4.2. а) тело стоит на горизонтальной плоскости:

…………………………………………………..

б) тело стоит на наклонной плоскости:

…………………………………………………

4.3. Чтобы тело не скатывалось с наклонной плоскости можно:

………………………………………………….

4.4. При взвешивании тела с помощью динамометра на него действуют

Лабораторная работа № 3

Тема: Изучение закона сохранения импульса и реактивного движения

Цель работы: изучение закона сохранения импульса на примере распада тела, брошенного под углом к горизонту; проверка применения закона сохранения импульса для случая реактивного движения.

Теория

Величина, равная произведению массы материальной точки на ее скорость, называется импульсом.

Импульс тела направлен в ту же сторону, что и скорость тела.

Единицей измерения импульса в СИ является 1 кг·м/с.

Изменение импульса тела происходит при взаимодействии тел, например, при ударах.

Для системы материальных точек полный импульс равен сумме импульсов. При этом следует иметь в виду, что импульс – это векторная величина, и поэтому в общем случае импульсы складываются как векторы, т.е. по правилу параллелограмма.

Если на систему тел не действуют внешние силы со стороны других тел, такая система называется замкнутой.

Замкнутая система – это система тел, которые взаимодействуют только друг с другом.

Закон сохранения импульса: в замкнутой системе векторная сумма импульсов всех тел, входящих в систему, остается постоянной при любых взаимодействиях тел этой системы между собой.

Закон сохранения импульса можно сформулировать и так: если на тела системы действуют только силы взаимодействия между ними («внутренние силы»), то полный импульс системы тел не изменяется со временем, т.е. сохраняется. Этот закон применим к системе, состоящей из любого числа тел. Отметим еще раз, что импульс – величина векторная, поэтому сохранение полного импульса означает сохранение не только его величины, но и направления.

Закон сохранения импульса выполняется при распаде тела на части и при абсолютно неупругом ударе, когда соударяющиеся тела соединяются в одно. Если распад или удар происходят в течение малого промежутка времени, то закон сохранения импульса приближенно выполняется для этих процессов даже при наличии внешних сил, действующих на тела системы со стороны тел, не входящих в нее, т.к. за малое время внешние силы не успевают значительно изменить импульс системы. Если внешние силы имеют какое-то определенное направление, то сохраняется не сам импульс, а его проекции на оси, перпендикулярные действующей силе.

Закон сохранения импульса служит основой для объяснения обширного круга явлений природы, применяется в различных науках:

1. Закон строго выполняется в явлениях отдачи при выстреле, явлении реактивного движения, взрывных явлениях и явлениях столкновения тел.

2. Закон сохранения импульса применяют: при расчетах скоростей тел при взрывах и соударениях; при расчетах реактивных аппаратов; в военной промышленности при проектировании оружия; в технике - при забивании свай, ковке металлов и т.д

Реактивное движение – это движение, происходящее за счёт отделения от тела с какой-то скоростью некоторой его части.

Примером реактивного движения является и движение космической ракеты.

Описание работы

Рассмотрим движение тела, брошенного под углом к горизонту. Пусть тело бросили со скоростью v₀ под углом α к горизонту (рис. 1).

В полете на тело действует сила тяжести, направленная вертикально вниз, поэтому горизонтальная проекция скорости не изменяется со временем и равна v_x=v₀cosα.

Пусть в верхней точке траектории тело распадается на 2 одинаковых осколка, один из которых возвращается назад в точку бросания по той же траектории, по которой до распада летело брошенное тело. При распаде выполняется закон сохранения горизонтальной проекции импульса, поскольку сила тяжести направлена вертикально. Один из осколков вернулся назад по прежней траектории. Это означает, что его скорость сразу же после распада равна скорости всего тела непосредственно перед распадом. Закон сохранения проекции импульса тогда запишется следующим образом:

где v' – скорость второго осколка после распада, а знак «-» в первом слагаемом говорит о направлении движения первого осколка. Из этого равенства получаем:

v'=3v_x.

Поскольку оба осколка сразу же после распада имеют только горизонтальные проекции скорости и находятся на одинаковой высоте, то время их падения также одинаково, т.е. горизонтальные дальности их полета после распада связаны таким же соотношением, что и скорости, т.е.

S'=3S,

где S – горизонтальная дальность полета от точки бросания до точки разрыва, равная дальности полета осколка, вернувшегося назад, а S' – дальность полета полетевшего вперед осколка. В данной лабораторной работе проверяется выполнение этого соотношения и, тем самым, проверяется выполнение закона сохранения импульса на примере распада тела, брошенного под углом к горизонту.

Ход работы

Рис. 2

На рис. 2 изображен кадр из данной лабораторной работы. Дальность полета осколков тела после распада определяется по линейке. Из точки распада опускается вниз вертикальная линия красного цвета, чтобы отметить эту точку.

В ходе работы необходимо выполнить следующие действия.

1. Задать значения начальной скорости и угла бросания.

Эти величины задаются при помощи ползунков. Рекомендуемое значение скорости 10 см/с, угла бросания 45 градусов.

2. Осуществить бросание тела.

Нажать кнопки «начало» и «пуск». Движение можно остановить, нажав «стоп». В верхней точке тело распадается на 2 одинаковых осколка, разлетающихся в противоположные стороны. Из точки разлета опускается перпендикуляр на горизонтальную ось, который позволяет определить высоту траектории и дальность полета.

3. Измерить горизонтальные дальности полета осколков.

По линейке измерьте горизонтальные дальности разлета осколков, т.е. расстояния от точки распада тела до точек падения осколков. Положение точки распада тела отмечается тем, что из этой точки опускается перпендикуляр (красного цвета) на горизонтальную ось.

4. Сравнить горизонтальные проекции импульсов осколков.

Горизонтальные проекции импульсов осколков пропорциональны горизонтальным дальностям их разлета. Следует проверить выполнение закона сохранения горизонтальной проекции импульса при распаде тела.

5. Выполнить опыты при других скоростях и углах бросания.

Для скорости 10 м/c выполните опыты при значениях угла бросания 30 и 60 градусов. Выполните эксперименты при значениях начальной скорости 15 м/c для углов 30, 45 и 60 градусов.

6. Результат записать в таблицу:

№ п/п	Начальная скорость V₀, м/с	Угол бросания α, ⁰	Дальности полета осколка, вернувшегося назад S,м	Дальность полета полетевшего вперед осколка S’, м	S’/S
1	10	45
2	10	30
3	10	60
1	15	45
2	15	30
3	15	60

Цель работы: Определить скорость пули и работу деформации, используя законы неупругого соударения тел.

ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ

Баллистический маятник.
Пружинный пистолет.
Отсчетная шкала.

ПОДГОТОВКА К РАБОТЕ

По лекциям и списку литературы изучить следующие вопросы:

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Савельев И.В. Курс общей физики. Кн. 1. Механика. - М.: Астрель-Аст, 2002. - С. 54 - 66, 83 - 112,116 - 122. Трофимова Т.Н. Курс физики. - М.: Высшая школа, 1997, 1998. -
С. 14-17, 19-34.
Тюшев А.Н. Физика в конспективном изложении. Ч. 1. Механика. Электричество. Магнетизм. - Новосибирск: СГГА, 1999. - С.26 - 35.
Лабораторные работы по курсу общей физики: Методические указания /Дикусар Л.Д., Тюшев А.Н., Баранник И.Т., Крючков Ю.И. / Под общ. ред. Л.Д. Дикусар. -Новосибирск: СГГА, 2001. - С. 7 - 13

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Отметить по шкале положение стрелки «n0» при неподвижном цилиндре.

1. Сжать пружину пистолета и вложить пулю тупым концом в ствол.

2. Произвести выстрел из пистолета по маятнику. Отсчитать положение стрелки при максимальном отбросе «n». Найти отклонение цилиндра S = n-n0

3. Опыт повторить не менее трех раз. При повторных выстрелах цилиндр необходимо возвратить в начальное положение (т.е. выстрел производить по неподвижному цилиндру). Необходимо ориентировать баллистический маятник горизонтально и так, чтобы пуля попадала в середину маятника.

4. Повторить пункты 1 - 3 с пулей той же массы, вкладывая пулю острым концом в ствол пружинного пистолета. Следить, чтобы пуля после выстрела попадала в середину цилиндра и после многократного столкновения не вылетала из маятника.

5. Вычислить для двух случаев скорость пули до удара и работу деформации А при ударе пули и цилиндра.

6. Вычислить погрешности измерений ΔV и ΔA.

7. Записать окончательный результат в виде:

Данные измерений и вычислений занести в табл. 1

Таблица1

N п/п

n₀

ΔV_i

Массы цилиндра и пуль, длина нитей указаны на установке.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Получите расчетные формулы для v и А.

2.Как определить погрешность измерений и .

3.Поясните преобразование одного вида энергии в другой после выстрела.

4.Как определить скорость тел после упругого и неупругого удара (рассмотреть случай соударения двух шаров)?

5.Сравните скорости пули, вычисленные для двух случаев

Лабораторная работа № 5

Тема: «Сохранение механической энергии при движении тела под действием сил тяжести и упругости».

Цель работы: 1. Экспериментально сравнить изменения потенциальной энергии тела (Е_п ), поднятого над землёй и кинетической энергии (Е_к) тела, полученной за счёт этого изменения.

2. Убедиться в том, что тело при движении под действием силы тяжести, сохраняет свою механическую энергию – что соответствует закону сохранения энергии.

Оборудование: штатив с муфтой и лапкой, динамометр лабораторный с фиксатором, лента измерительная, груз на нити длиной 25 см.

Теоретическая справка.

1. Тело массой m, поднятое на высоту h, обладает потенциальной энергией Е_п. Потенциальной энергией взаимодействия тел и Земли называют величину, равную произведению массы тела на ускорение свободного падения и на высоту тела над поверхностью Земли: Е_п = mgh

2. При падении с высоты тело набирает скорость υ, и потенциальная энергия при уменьшении высоты до 0 переходит в кинетическую энергию. Кинетической энергией называют величину, равную половине произведения массы тела на квадрат скорости его движения:

3. Закон сохранения и превращения энергии: полная механическая энергия замкнутой системы тел, между которыми действуют только консервативные силы, сохраняется, т.е. не изменяется с течением времени. Энергия никогда не исчезает и не появляется вновь, она лишь превращается из одного вида в другой.

Е = Е_п + Е_к = m·g·h + = const

В ситуации падения тела с высоты закон сохранения энергии можно записать следующим образом: = m·g·h,

Ход работы.

Для выполнения работы соберите установку.

Динамометр укрепляется в лапке штативе. Фиксатором 1 показаний динамометра служит пластинка из пробки рис. 2. пластинку из пробки надрезают ножом до середины и насаживают на проволочный стержень динамометра. Фиксатор должен перемещаться вдоль стержня с малым трением.

1.Привяжите груз к нити, другой конец привяжите к крючку динамометра и измерьте вес груза .

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 ∆ℓ 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 значение потенциальной энергии груза в конечном его положении: E^′ = mqh = F₁(ℓ+∆ℓ)/

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

E^′ = . Вычислите ее.

9.Результаты измерений и вычислений запишите в таблицу:

ℓ

∆ℓ

E^′= F₁(ℓ+∆ℓ)/

E^′ .

6. Сделать вывод по проделанной работе.

7. Ответить на контрольные вопросы

7.1. Какие системы тел называются консервативными?

7.2. Отчего зависит значение кинетической энергии? Может ли она быть отрицательной?

7.3. От чего зависит значение потенциальной энергии. Может ли она быть отрицательной?

7.4 Какая энергия используется в пневматических тормозных системах транспортных средств?

Отчёт о выполнении лабораторной работы № 5

Тема: «Сохранение механической энергии при движении тела под действием сил тяжести и упругости».

Цель работы: 1. Экспериментально сравнить изменения потенциальной энергии тела (Е_п ), поднятого над землёй и кинетической энергии (Е_к ) тела, полученной за счёт этого изменения.

Ход работы

1. Привязали груз к нити, другой конец привязали к крючку динамометра и измеряли вес груза .

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

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

4.Сняли груз и по положению фиксатора измеряли линейкой максимальное удлинение ∆ℓ пружины.

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

6.Нашли высоту падения груза. Она равна .

7.Вычислили потенциальную энергию системы в первом положении груза, т.е. перед началом падения, приняв за нулевой уровень значение потенциальной энергии груза в конечном его положении: E^′ = mqh = F₁(ℓ+∆ℓ)/

E^′ = . Вычислите ее.

9.Результаты измерений и вычислений записали в таблицу:

ℓ

∆ℓ

E^′= F₁(ℓ+∆ℓ)/

5. Определяю абсолютную погрешность вычислений механической энергии с учётом погрешностей измерений по формуле: ∆ Е = Е_п – Е_к

6. Вывод о проделанной работе……………………………………………………...

7. Ответы на контрольные вопросы

Лабораторная работа №6

Тема: «Сравнение работы силы с изменением кинетической энергии тела»

Цель: на опыте убедиться в справедливости теоремы о кинетической энергии, исследуя работу силы упругости.

Оборудование: 2 штатива лабораторных с муфтами и лапками, динамометр, шар, нитки, линейка, весы с разновесами.

Подготовительные вопросы:

1.Какие тела обладают кинетической энергией?

2. От чего зависит кинетическая энергия тела?

3. Сформулируйте теорему об изменении кинетической энергии тела

ХОД РАБОТЫ

1. Соберите установку по рис.1:

укрепите горизонтально в лапке 1 штатива динамометр

и лапку для шара на втором штативе на высоте h = 40 см от поверхности стола .

2. Определите массу шара с помощью рычажных весов.

3. К шару привяжите нить длиной 60-80 см. Закрепите шар в лапке 2-го штатива, зацепив нить за крючок динамометра 1- го штатива.

4. 2-й штатив вместе с шаром расположите от 1-го штатива на таком расстоянии, чтобы на шар действовала сила упругости Fупр = 2 Н (показания динамометра).

5. Отпустите шар с лапки и отметьте место его падения на столе. Опыт повторите 2-3 раза и определите среднее значение дальности полёта шара s.

6. Определите модуль скорости шара, приобретённой под действием силы упругости, используя формулы:

7. Под действием силы упругости шар приобретает скорость υ , а его кинетическая энергия изменяется от 0 до mυ²/2 , тогда для вычисления изменения кинетической энергии воспользуемся формулой: ∆Ек =

8. Сила упругости во время действия на шар изменяется линейно от F_упр1 = 2 Н до F_упр2 = 0 Н. среднее значение силы упругости равно: F_упр
ср=

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

10. Вычислим работу А силы упругости, используя формулу: А = Fупр ср • х

11. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу:

m, кг	h, м	s, м	∆Ек, Дж	Fупр ср , H	х, м	A, Дж

Контрольные вопросы

Каким выражением определяется потенциальная энергия деформированной пружины?

Каким выражением определяется кинетическая энергия тела?

3. При каких условиях выполняется закон сохранения механической энергии?

ВЫВОД: (сравните полученные значения работы А силы упругости и изменения кинетической энергии ∆Ек шара).

Лабораторная работа № 7

Тема: Изучение зависимости периода колебаний нитяного маятника от длины нити.

Оборудование: штатив с перекладиной и муфтой, нить с петлями на концах, груз с крючком, линейка, электронный секундомер

Цель работы: состоит в экспериментальной проверке формулы, связывающей период колебаний маятника с длиной его подвеса.

Основные сведения

Рассмотрим колебания нитяного маятника, т.е. небольшого тела (например, шарика), подвешенного на нити, длина которой значительно превышает размеры самого тела. Если шарик отклонить от положения равновесия и отпустить, то он начнет колебаться. Сначала маятник движется с нарастающей скоростью вниз. В положении равновесия скорость шарика не равна нулю, и он по инерции движется вверх. По достижении наивысшего положения шарик снова начинает двигаться вниз. Это будут свободные колебания маятника.

Свободные колебания – это колебания, которые возникают в системе под действием внутренних сил, после того, как система была выведена из положения устойчивого равновесия.

Колебательное движение характеризуют амплитудой, периодом и частотой колебаний.

Амплитуда колебаний - это наибольшее смещение колеблющегося тела от положения равновесия. Обозначается А. Единица измерения - метр [1м].

Период колебаний - это время, за которое тело совершает одно полное колебание. Обозначается Т. Единица измерения - секунда [1с].

Частота колебаний - это число колебаний, совершаемых за единицу времени. Обозначается ν. Единица измерения - герц [1Гц].

Тело, подвешенное на невесомой нерастяжимой нити называют математическим маятником.

Период колебаний математического маятника определяется формулой: (1), где l – длина подвеса, а g – ускорение свободного падения.

Период колебаний математического маятника зависит:

1) от длины нити. Период колебаний математического маятника пропорционален корню квадратному из длины нити . Т.е., например при уменьшении длины нити в 4 раза, период уменьшается в 2 раза; при уменьшении длины нити в 9 раз, период уменьшается в 3 раза.

2) от ускорения свободного падения той местности, где происходят колебания. Период колебаний математического маятника обратно пропорционален корню квадратному из ускорения свободного падения .

Тело, подвешенное на пружине называют пружинным маятником.

Период колебаний пружинного маятника определяется формулой $T=2\pi \sqrt{\frac{m}{k}}$ , где m - масса тела, k - жесткость пружины.

Период колебаний пружинного маятника зависит:

1) от массы тела. Период колебаний пружинного маятника пропорционален корню квадратному из массы тела .

2) от жесткости пружины. Период колебаний пружинного маятника обратно пропорционален корню квадратному из жесткости пружины.

В работе мы исследуем колебания математического маятника. Из формулы следует, что период колебаний изменится вдвое при изменении длины подвеса в четыре раза.

Это следствие и проверяют в работе. Поочередно испытывают два маятника, длины подвесов которых отличаются в четыре раза. Каждый из маятников приводят в движение и измеряют время, за которое он совершит определённое количество колебаний. Чтобы уменьшить влияние побочных факторов, опыт с каждым маятником проводят несколько раз и находят среднее значение времени, затраченное маятником на совершение заданного числа колебаний. Затем вычисляют периоды маятников и находят их отношение.

Выполнение работы.

1. Подготовьте таблицу для записи результатов измерений и вычислений:

*l, м*	№ опыта	N	t, с	t_ср, с	Т, с	ν, Гц
*l₁ =*	1	30
	2	30
	3	30
	4	30
*l₂ =*	1	30
	2	30
	3	30
	4	30

2. Закрепите перекладину в муфте у верхнего края стержня штатива. Штатив разместите на столе так, чтобы конец перекладины выступал за край поверхности стола. Подвесьте к перекладине с помощью нити один груз из набора. Расстояние от точки повеса до центра груза должно быть 25-30 см.

3. Подготовьте электронный секундомер к работе в ручном режиме.

4. Отклоните груз на 5-6 см от положения равновесия и замерьте время, за которое груз совершит 30 полных колебаний (при отклонении груза следите, чтобы угол отклонения не был велик).

5. Повторите измерение 3-4 раза и определите среднее время t_ср1=(t₁+t₂+t₃+t₄)/4

6. Вычислите период колебания груза с длиной подвеса 25-30 см по формуле .

7. Увеличьте длину подвеса в четыре раза.

8. Повторите серию опытов с маятником новой длины и вычислите его период колебаний по формуле .

9. Вычислите частоты колебаний для обеих маятников по формулам и .

10. Сравните периоды колебаний двух маятников, длины которых отличались в четыре раза, и сделайте вывод относительно справедливости формулы (1). Укажите возможные причины расхождения результатов.

11. Ответьте на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1. Что называют периодом колебаний маятника?

2. Что называют частотой колебаний маятника? Какова единица частоты колебаний?

3. От каких величин и как зависит период колебаний математического маятника?

4. От каких величин и как зависит период колебаний пружинного маятника?

5. Какие колебания называют собственными?

Лабораторная работа № 8

Тема: «ИЗМЕРЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА.»

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

Оборудование: 1. Психрометр.

Теория.

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.

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 пара p₀ 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	**ρ10^-3, кг/м³*	t, ⁰С	р, Па	**ρ10^-3, кг/м³*	t, ⁰С	р, Па	**ρ10^-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.

Задание 1. Измеритьвлажность воздуха с помощью психрометра.

1. Подготовить таблицу для записи результатов измерений и вычислений:

№ опыта	t_сухого, ⁰С	t_{влажного},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 разности 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.

t_{сухого,}⁰С	Разность показаний сухого и влажного термометров
t_{сухого,}⁰С	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 № 9

Тема: «ИЗМЕРЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ»

Цель: определить коэффициент поверхностного натяжения воды методом отрыва капель.

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

Теория.

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

Как и любая механическая система, поверхностный слой жидкости стремится уменьшить потенциальную энергию и сокращается. При этом совершается работа А:

где σ - коэффициент поверхностного натяжения. Единицы измерения Дж/м² или Н/м

или

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

Поверхностное натяжение можно определять различными методами. В лабораторной работе используется метод отрыва капель.

Опыт осуществляют со шприцом, в котором находится исследуемая жидкость. Нажимают на поршень шприца так, чтобы из отверстия узкого конца шприца медленно падали капли. Перед моментом отрыва капли сила тяжести F_тяж=m_капли·g равна силе поверхностного натяжения F, граница свободной поверхности – окружность капли

l=π·d_капли

Следовательно:

Опыт показывает, что d_капли =0,9d, где d – диаметр канала узкого конца шприца.

Массу капли можно найти, посчитав количество капель n и зная массу всех капель m.

Масса капель m будет равна массе жидкости в шприце. Зная объем жидкости в шприце V и плотность жидкости ρ можно найти массуm=ρ·V

Ход работы.

1. Подготовьте оборудование:
Измерение поверхностного натяжения Начертите таблицу:

№ опыта	Масса капель m, кг	Число капель n	Диаметр канала шприца d, м	Поверхност-ное натяжение σ, Н/м	Среднее значение поверхностного натяжения σ_ср, Н/м	Табличное значение поверхност-ного натяжения σ_таб, Н/м	Относительная погрешность δ %
1	1*10^-3		2,5*10^-3			0,072
2	2*10^-3		2,5*10^-3
3	3*10^-3		2,5*10^-3

Опыт 1

2. Наберите в шприц 1 мл воды («один кубик»).

3. Подставьте под шприц сосуд для сбора воды и, плавно нажимая на поршень шприца, добейтесь медленного отрывания капель. Подсчитайте количество капель в 1 мл и результат запишите в таблицу.

5. Вычислите поверхностное натяжение по формуле

Результат запишите в таблицу.

6. Повторите опыт с 2 мл и 3 мл воды.

7. Найдите среднее значение поверхностного натяжения

Результат запишите в таблицу.

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

9. Определите относительную погрешность методом оценки результатов измерений.

Результат запишите в таблицу.

10. Сделайте вывод.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

1. Почему поверхностное натяжение зависит от рода жидкости?

2. Почему и как зависит поверхностное натяжение от температуры?

3. Изменится ли результат вычисления поверхностного натяжения, если опыт проводить в другом месте Земли?

4. Изменится ли результат вычисления, если диаметр капель трубки будет меньше?

5. Почему следует добиваться медленного падения капель?

Лабораторная работа №10

Тема: «Изучение деформации растяжения» .

Цель работы: проверить справедливость закона Гука для пружины динамометра и измерить коэффициент жесткости этой пружины.

Оборудование: штатив с муфтой и зажимом, динамометр с заклеенной шкалой, набор грузов известной массы (по 100 г), линейка с миллиметровыми делениями.

Описание работы: Согласно закону Гука, модуль силы упругости и модуль удлинения пружины связаны соотношением Измерив и можно найти коэффициент жесткости по формуле Описание лабораторной работы 3. Определение жесткости пружины 7 .

Продолжительность занятия: 1 час.

Ход работы.

fiz9kikzad-49

1. Закрепите динамометр в штативе на достаточно большой высоте.

2. Подвешивая различное число грузов (от одного до четырех), вычислите для каждого случая соответствующее значение а также измерьте соответствующее удлинение пружины

3. Результаты измерений и вычислений запишите в таблицу.

№ опыта	m, кг	mg, Н	x, Н/м

4. Начертите оси координат и выберите удобный масштаб и нанесите полученные экспериментальные точки.

5. Оцените (качественно) справедливость закона Гука для данной пружины: находятся ли экспериментальные точки вблизи одной прямой, проходящей через начало координат.

6. Запишите в тетради для лабораторных работ сделанный вами вывод.

7. Вычислите коэффициент жесткости по формуле: Ход лабораторной работы 3. Определение жесткости пружины 5 используя результаты опыта № 4 (он обеспечивает наибольшую точность).

Контрольные вопросы:

1. Сформулируйте закон Гука.

2. Жёсткость пружины, дайте определение.

3. В чём измеряется коэффициент жёсткости?

4. Техническое применение понятия жёсткости пружины.

Литература:

1. Генденштейн Л.Э., Дик Ю.И. Физика. Учебник для 10 кл. – М., 2014.

2. Мякишев Г. Я., Буховцев Б. Б. Физика. Учебник для 10 кл. – М., 2012.

Лабораторная работа № 11

Тема: Наблюдение процесса кристаллизации

Цель работы: опытным путём определить температуру кристаллизации парафина, построить график её зависимости от времени.

Оборудование: пробирка с парафином, пробиркодержатель, лабораторный термометр 0-100°С, стакан с горячей водой 150 - 200 мл, часы.

Теория

Одной из характеристик кристаллических тел, отличающих их от аморфных, является определённая температура плавления (и равная ей температура кристаллизации). Другими словами, когда кристаллическое тело при постоянном нагревании достигает температуры плавления, его температура на некоторое время перестаёт повышаться, и только тогда, когда всё тело становится жидким, его температура начинает снова возрастать. Такая же задержка в изменении температуры происходит и при остывании жидкости, превращающейся в кристаллическое тело.

По мере охлаждения расплавленного кристаллического вещества его частицы замедляют свое хаотическое движение. При достижении температуры плавления скорость движения частиц уменьшается, и они под действием сил притяжения начинают «пристраиваться» одна к другой, образуя кристаллические зародыши. Пока все вещество не закристаллизуется, температура его остается постоянной. Это температура кристаллизации или температура плавления данного кристаллического тела.

После этого как все вещество перейдет в твердое состояние, температура его снова начинает понижаться.

Твёрдые парафины являются кристаллическими телами. В данной работе на опыте убедимся в кристаллической природе высокоочищенного (белого) парафина, применяемого в физиотерапии.

Ход работы

1. Для записи результатов измерений подготовьте таблицу:

Время, Т, мин.

Температура,

t°, °C

2. Опустите в стакан с горячей водой (около 80 °С) пробирку с парафином и наблюдайте за тем, как он плавится.

3. После того, как парафин расплавится, перенесите пробирку в стакан, куда налито около 150 мл холодной воды, и опустите в расплавленный парафин (в его середину) термометр.

Внимание! Термометр не должен касаться стенок пробирки. Во время опыта пробирка с парафином должна быть в покое.

4. С момента, когда температура парафина начнет понижаться, с интервалом в 1 минуту записывайте показания термометра.

5. Продолжая записывать показания термометра, пронаблюдайте этап перехода парафина в твердое состояние.

6. При охлаждении до 50^оС - 45^оС прекратите измерения. По экспериментальным данным постройте график зависимости температуры t° от времени T.

График кристаллизации

7. По графику определите температуру кристаллизации парафина.

8. Запишите общий вывод и ответьте на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы.

1. Какие вещества называются кристаллическими? Аморфными? Приведите примеры.

2. Как по графику изменения температуры вещества при нагревании от времени определить температуру плавления кристаллического тела?

3. Отметьте на графике участки, соответствующие:

а) жидкому состоянию парафина (обозначьте этот участок буквами АВ);

б) смеси парафина в жидком и твёрдом состояниях (обозначьте этот участок буквами ВС);

в) твёрдому состоянию парафина (обозначьте этот участок буквами СD).

4. Объясните характер поведения молекул вещества на каждом участке состояния парафина.

5. Чем отличаются графики зависимости температуры от времени кристаллических и аморфных тел?

Тема: Изучение теплового расширения твердых тел

Цель работы: Изучение основных положений молекулярно-кинетической теории, измерение коэффициента линейного теплового расширения твердых тел.

Приборы и принадлежности: нагревательная печь, пробирка с водой, термометр, индикатор удлинения часового типа, набор стержней из разных материалов.

Общие сведения

Основные положения молекулярно-кинетической теории:

· тела состоят из молекул, а молекулы – из атомов;

· молекулы находятся в непрерывном движении;

· на расстояниях r < r₀ ~0,1 нм молекулы отталкиваются, при – притягиваются, однако при r > 10r₀ сила притяжения пренебрежимо мала (верхний график на рис. 1).

График потенциальной энергии взаимодействия молекул (атомов) представляет собой потенциальную яму (нижний график на рис.1).

Взаимодействие между атомами, которые размещаются в узлах кристаллической решетки, определяется зависимостью потенциальной энергии W_р от расстояния r между ними (рис.2). Расстояние между взаимодействующими атомами соответствует минимуму потенциальной энергии при абсолютном нуле температур.


рис. 1.	рис. 2.

Согласно представлениям классической физики, атомы при абсолютном нуле температур неподвижны, каждый из них находится в положении устойчивого равновесия − на дне потенциальной ямы. С повышением температуры атом начинает колебаться возле этого положения равновесия, имея среднюю кинетическую энергию kT. Температура является мерой средней кинетической энергии теплового движения атомов или молекул.

При некоторой температуре Т₁, не сильно отличающейся от нормальной температуры Т₀ = 273,15 К, которой по шкале Цельсия соответствует температура t = 0°C, суммарная кинетическая и потенциальная энергия атома равна Е. Это означает, что в процессе колебаний расстояние между атомами изменяется от к . Среднее расстояние между атомами будет равно Поскольку график потенциальной энергии не симметричен относительно положения равновесия – точки , то с увеличением температуры среднее расстояние между атомами будет возрастать. Следовательно, будут возрастать линейные размеры и объем тела. Это явление называется тепловым расширением.

Как видно из графика, (рис.2) расстояние между молекулами при температурах, не на много отличающихся от 0°C, практически линейно зависит от температуры. Это позволяет записать линейный размер (длину) L тела в виде:

(1)

где L₀ − длина тела при температуре 0°C, – коэффициент линейного теплового расширения твердого тела.

Для анизотропных твердых тел (кристаллов) коэффициент линейного теплового расширения зависит от направления, для изотропных (аморфных, таких как стекло, и поликристаллических, к которым принадлежат металлы) – не зависит. Для железа и бетона К^-1.

Из формулы (1) вытекает зависимость объема тела от температуры:

(2)

где − коэффициент объемного теплового расширения.

Записав уравнение (1) для двух значений температуры, получим систему уравнений:

Решая систему уравнений, получаем,

(3)

где − приращение длины тела при его тепловом расширении; очевидно, что .

Абсолютная погрешность результата косвенных измерений коэффициента линейного теплового расширения:

(4)

где , , − погрешности измерения приращения x длины стержня, длины стержня L, температуры Т, соответственно.

Рис. 3.

Описание лабораторной установки

Установка (рис. 3) сос-тоит из наполненной водой пробирки 5, нагревательной печи 4, микрометрического индикатора 1, закрепленного в обойме винтом 2. Инди-катор может поворачиваться в горизонтальной плоскости вокруг вертикальной оси вместе с кронштейном, на котором он закреплен. Образец (стержень) 6 располагается между толкателем 3 индикатора и дном пробирки. При нагревании образец расширяется и перемещает толкатель 3 индикатора. Удлинение стержня фиксируется на шкале индикатора.

Порядок выполнения работы

1. Заполните пробирку на три четверти водой комнатной температуры и измерьте начальную температуру воды Т₁. Результаты этого и дальнейших измерений заносите в табл. 1.

2. Измерьте штангенциркулем длину L₁ стержня–образца и поместите его в пробирку.

3. Приведите в контакт толкатель 3 индикатора удлинения с образцом и зафиксируйте индикатор удлинения винтом 4.

4. Совместите нулевое деление шкалы индикатора с его стрелкой.

5. Включите электронагреватель и, доведя воду в пробирке до кипения Т₂, снимите отсчет х удлинения образца. После чего выключите нагреватель.

6. Отпустите винт 4, отклоните индикатор 1 в сторону, выньте пробирку с образцом из печи, замените воду в пробирке водой комнатной температуры и замените образец.

7. Согласно пунктам 1 - 5 проведите измерения для второго образца.

8. Занесите в табл. 1 значение погрешностей измерения приращения длины стержня, длины стержня и температуры (, , ), считая, что каждая из них равняется половине цены наименьшего деления шкалы соответствующего прибора.

Таблица 1

Образец	L, м	Т₁, К	x, м	Т₂, К	α, К^-1	ΔL, м	ΔТ, К	Δx, м	Δα, К^-1
1


Среднее значение
2


Среднее значение

ПРИМЕЧАНИЕ: Операции после помещения пробирки с образцом в печь нужно выполнять как можно быстрее, чтобы температура образца не успела повыситься, прежде чем будет установлен нуль на шкале индикатора.

9.Сравните полученные значения с табличными в таблице 2 и сделайте выводы относительно их соответствия.

Таблица 2

Свойства некоторых твердых тел

Вещество

Температура плавления, °С

Удельная теплоемкость

с, Дж/(кг×К)

Удельная теплота плавления,

l, кДж/кг

Температурный коэффициент линейного расширения,

a ·10^-5, К^-1

Алюминий

Железо

Латунь

Лед

Медь

Олово

Платина

Пробка

Свинец

Серебро

Сталь

Цинк

659

1530

900

1100

232

1770

327

960

1300

420

896

500

386

2100

395

230

117

2050

126

234

460

391

322

272

335

176

58,6

113

22,6

117

2,3

1,2

1,9

1,6

2,7

0,89

2,9

1,9

1,06

2,9

Обработка экспериментальных данных

1. Для образца по формуле (3) найдите коэффициент линейного теплового расширения α.

2. Определите среднее значение α_ср:

3. Определите абсолютною погрешность отдельного вычисления косвенных измерений:

где = 10^{-3 мм, = 0,5
мм, = 0,5о}С.

4. Определите среднее значение абсолютной погрешности:

5. Запишите окончательные результаты измерений в виде:

α_ист=α_ср ± Δα_ср.

6. Определите относительную погрешность измерения .

Контрольные вопросы

1. Сформулируйте основные положения молекулярно-кинетической теории.

2. Напишите и объясните формулу связи между средней кинетической энергией молекул и температурой тела.

3. Как строится график потенциальной ямы взаимодействия атомов (молекул)? Изобразите этот график.

4. Пользуясь графиком потенциальной ямы, объясните явление теплового расширения жидкостей и твердых тел.

5. Дайте определение коэффициента линейного теплового расширения твердого тела. В каких единицах он измеряется?

Лабораторная работа №13

Тема: «Изучение особенностей теплового расширения воды.»

Цель работы: пронаблюдать на практике тепловое расширение твёрдых тел, научиться производить расчеты линейных и объемных изменений твердых тел при изменении их температуры; учиться применять полученные теоретические знания к решению практических задач и объяснять механизм теплового расширения тел на основе молекулярно-кинетической теории.

Оборудование: 1. Стержень алюминиевый. 2. Деревянный брусок. 3. Булавка с большой головкой и насаженной бумажной стрелкой. 4. Штатив с лапкой и муфтой. 5. Спиртовка со спиртом.6. монетка, дощечка с 2-мя гвоздями.

Теоретическая справка. Тепловым расширением называется увеличение линейных размеров тела и его объема, происходящие при повышении температуры.

Расширение твердого тела вдоль одного его измерения называется линейным.

Величина, показывающая, на какую долю начальной длины, взятой при 0⁰С, увеличивается длина тела от нагревания его на 1⁰С, называется коэффициентом линейного расширения и обозначается через α. α =

Увеличение объема тел при нагревании называется объемным расширением. Объемное расширение характеризуется коэффициентом объемного расширения и обозначается через β. β =

Коэффициент объемного расширения твердого тела равен утроенному коэффициенту линейного расширения, т.е β = 3α.

Ход работы:

1. Для наблюдения расширения твердых тел, закрепить один конец стержня в лапку штатива, а другой конец плотно прижать сверху к булавке, положенной на деревянный брусок (см. рисунок).

2. Зажечь спиртовку, поднести к стержню и наблюдать за поведением стрелки. Что наблюдали?

3. Убрать спиртовку, снова наблюдать за поведением стрелки. Что наблюдали?

4. Провести наблюдение с холодной и нагретой монеткой.

Расчётные задания:

1. Длина медной проволоки при нагревании от 0⁰ до 100⁰ увеличилась на 0,17м. Определите температурные коэффициенты линейного и объёмного расширения меди, если первоначальная длина проволоки 100м.

2. Стальной стержень при температуре 0⁰ имеет длину 0,2 м. При какой температуре его длина будет 0, 213м?

Контрольные вопросы:

1. Что происходит с телами при охлаждении и расширении?

2. Почему тела расширяются? Что изменяется у тела в процессе расширения?

3. Когда балалайку вынесли из теплого помещения на мороз, ее стальные струны стали более натянуты. Какой вывод можно сделать о различии в тепловом расширении стали и дерева?

Сделайте дома сами

Используя пластиковую бутылку и тонкую трубку для сока, проведите дома опыт по тепловому расширению воздуха и воды. Результаты опыта опишите в тетради. На этот раз наполни бутылку водой до самого верха, до краев горлышка. Трубку выдвини повыше и заткни бутылку пробкой. Вытесненный пробкой излишек воды поднимется по трубке. Пусть он там установится на высоте 1—2 см над пробкой. Если будет больше, отлей. Хорошо было бы и здесь подкрасить воду. Теперь воду в бутылке надо нагреть. Это называется «нагревать на водяной бане». Прямо ставить бутылку на огонь нельзя: она лопнет. Следи внимательно за уровнем воды в трубке! уровень немного опустился… Уровень воды в трубке снова пополз вверх и поднимается все дальше и дальше, Он теперь выше, чем был с самого начала. Значит, вода при нагревании все-таки расширяется. Ну, а почему же сначала уровень шел вниз? Не догадываешься? Да потому, что первой нагрелась бутылка и тоже расширилась. А потом уже тепло дошло до воды!

Лабораторная работа №14

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

Цель работы: установить на опыте зависимость силы тока от напряжения и сопротивления. Экспериментальная проверка законов последовательного и параллельного соединений проводников:

1)ознакомиться с приборами для проведения этой лабораторной работы

2) научиться соединять резисторы последовательно и параллельно

3) научиться измерять и рассчитывать сопротивление при последовательном и параллельном соединении резисторов

Оборудование: амперметр лабораторный, вольтметр лабораторный, источник питания, набор из трёх резисторов сопротивлениями 1 Ом, 2 Ом, 4 Ом, реостат, ключ замыкания тока, соединительные провода.

Ход работы.

Теоретическая справка.

Электрический ток - упорядоченное движение заряженных частиц. Количественной мерой электрического тока служит сила тока.

Сила тока – скалярная физическая величина, равная отношению заряда q, переносимого через поперечное сечение проводника за интервал времени t, к этому интервалу времени: I =

В Международной системе единиц СИ сила тока измеряется в амперах [А]. [1A=1Кл/1с]

Прибор для измерения силы тока Амперметр. Включается в цепь последовательно

Напряжение – это физическая величина, характеризующая действие электрического поля на заряженные частицы, численно равно работе электрического поля по перемещению заряда из точки с потенциалом φ₁ в точку с потенциалом φ₂: U= Единица напряжения – Вольт [В] [1B=1Дж/1Кл]

Прибор для измерения напряжения – Вольтметр. Подключается в цепь параллельно тому участку цепи, на котором измеряется разность потенциалов.

Величина, характеризующая противодействие электрическому току в проводнике, которое обусловлено внутренним строением проводника и хаотическим движением его частиц, называется электрическим сопротивлением проводника. Электрическое сопротивление проводника зависит от размеров и формы проводника и от материала, из которого изготовлен проводник. R= В СИ единицей электрического сопротивления проводников служит Ом [Ом].

Графическая зависимость силы тока I от напряжения U - вольт-амперная характеристика

Закон Ома для участка цепи: сила тока в проводнике прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника. I =

Ход работы.

1. Для выполнения работы соберите электрическую цепь из источника тока, амперметра, реостата, проволочного резистора сопротивлением 2 Ом и ключа. Параллельно проволочному резистору присоедините вольтметр (см. схему).

2 Опыт 1. Исследование зависимости силы тока от напряжения на данном участке цепи. Включите ток. При помощи реостата доведите напряжение на зажимах проволочного резистора до 1 В, затем до 2 В и до 3 В. Каждый раз при этом измеряйте силу тока и результаты записывайте в табл. 1.

Напряжение, В
Сила тока, А

3. По данным опытов постройте график зависимости силы тока от напряжения. Сделайте вывод.

4. Опыт 2. Исследование зависимости силы тока от сопротивления участка цепи при постоянном напряжении на его концах. Включите в цепь по той же схеме проволочный резистор сначала сопротивлением 1 Ом, затем 2 Ом и 4 Ом. При помощи реостата устанавливайте на концах участка каждый раз одно и то же напряжение, например, 2 В. Измеряйте при этом силу тока, результаты записывайте в табл 2.

Сопротивление участка, Ом
Сила тока, А

5. По данным опытов постройте график зависимости силы тока от сопротивления. Сделайте вывод.

6. Изучение последовательного и параллельного соединений проводников

1 часть: изучение последовательного соединения

1. Заполните пропуски в формулах последовательного соединения

U=U₁…U₂ R=R₁….R₂

2 Соберите цепь для изучения последовательного соединения по схеме:

3 Измерьте силу тока. Поочерёдно включая вольтметр к первому резистору, ко второму резистору и ко всему участку, измерьте напряжение. Результаты измерений занесите в таблицу

I, A

U₁ B

U₂ B

U B

R₁ Ом

R₂ Ом

R Ом

4 Вычислите сопротивления и занесите результаты в таблицу

R₁= =….Ом R₂= R=

5 Проверьте формулы (см пункт 1) последовательного соединения по данным таблицы

6 Посмотрите на резисторы и запишите: R₁=….Ом R₂=….Ом

7 Вычислите рассчитанное сопротивление при последовательном соединении R=R₁+R₂=….Ом

8 Сравните измеренное и рассчитанное сопротивления при последовательном соединении

2 часть: Изучение параллельного соединения

1 Заполните пропуски в формулах параллельного соединения

I=I₁….I₂

2 Cоберите цепь для изучения параллельного соединения

3 Замкните цепь и измерьте силу тока и напряжение на участке при параллельном соединении

Запишите: I= ….….A U=………B

4 Пользуясь измеренными данными вычислите сопротивление участка при параллельном соединении

R=………Ом (измеренное сопротивление)

5 Посмотрите на резисторы и запишите R₁=…….Ом R₂=………Ом

6 Вычислите по формуле (см пункт1) сопротивление при параллельном соединении

……….Ом (рассчитанное сопротивление)

7 Сравните рассчитанное и измеренное сопротивления при параллельном соединении

Контрольный вопрос

Как соединяются потребители электроэнергии в квартирах? Почему?

Вывод.

Лабораторная работа № 15

Тема: « Измерение ЭДС и внутреннего сопротивления источника напряжения»

Цель работы: экспериментально определить ЭДС источника и его внутреннее

сопротивление.

Оборудование: Источник тока, амперметр, вольтметр, реостат, ключ,

соединительные провода.

Описание работы: Измерив силу тока в цепи и напряжение на клеммах источника при двух различных значениях внешнего сопротивления и записав в обоих случаях закон Ома для полной цепи, получим ε =U₁+ I₁r , ε =U₂+ I₂r где ε — ЭДС источника, r — внутреннее сопротивление источника, I₁ и U₁— значения силы тока и напряжения при одном внешнем сопротивлении цепи, а I₂ и U₂— при другом.

Написанные соотношения являются системой двух линейных уравнений с двумя неизвестными ε и r. Решая эту систему, получим ε = (I₁ U₂- I₂ U₁)/( I₁-I₂ ),

r = (U₂ - U₁)/( I₁-I₂)

Продолжительность занятия: 1 час.

Ход работы

1. Соберите электрическую цепь по изображенной на рисунке схеме.

2. Установите ползунок реостата примерно в среднее положение, измерьте силу тока I₁ и напряжение U₁.

3. Передвинув ползунок реостата, измерьте 1₂ и U₂.

4. По приведенным выше формулам вычислите r и ε.

5. Результаты измерений и вычислений запишите в таблицу, помещенную в тетради для лабораторных работ. Ниже приведен образец этой таблицы.

I _1,, А	I ₂, А	U₁, В	U₂, В	r, Ом	ε, В

6. Запишите в тетради для лабораторных работ вывод: что вы измеряли и какой получен результат.

Контрольные вопросы

1. Какие силы принято называть сторонними?

2. Что называют электродвижущей силой?

3. Сформулируйте закон Ома для полной цепи.

Литература:

1. Генденштейн Л.Э., Дик Ю.И. Физика. Учебник для 10 кл. – М., 2014.

2. Мякишев Г. Я., Буховцев Б. Б. Физика. Учебник для 10 кл. – М., 2014.

3. Степанов С.В. Электричество . Руководство по выполнению лабораторных работ. – ПФ РНПО Росучприбор, 2002

Лабораторная работа №16

Тема: «Изучение закона Ома для полной цепи»

Цель: установление зависимости силы тока от внешнего сопротивления, определить КПД электрической цепи.

Оборудование: источник питания, проволочный резистор, амперметр, ключ, вольтметр, соединительные провода.

Теоретическая справка.

Закон Ома для полной цепи - сила тока прямо пропорциональна ЭДС цепи, и обратно пропорциональна сумме сопротивлений источника и цепи , где ε – ЭДС, R- сопротивление цепи, r – внутреннее сопротивление источника.

Формулу закона Ома для полной цепи можно представить в другом виде. А именно: ЭДС источника цепи равна сумме падений напряжения на источнике и на внешней цепи.

Электродвижущей силой (ЭДС) источника тока называют работу, которая требуется для перемещения единичного заряда между его полюсами.

КПД электрической цепи — это отношение полезного тепла к полному: η = =

Актуализация знаний обучающихся. Работа с тестами по пройденному материалу.

I. При напряжении на концах проводника 2 В сила тока 0,8 А. Какое напряжение на этом проводнике при силе тока 0,2 А?

1. 1,6 В; 2. 1,2 В; 3. 0,6 В; 4. 0,5 В.

На рисунке изображен график зависимости силы тока от напряжения.

II. При каком напряжении на проводнике сила тока равна 2 А?

1. 2 В; 2. 1,6 В; 3. 1,2 В; 4. 0,8 В; 5. 0,4 В.

III. Какова сила тока в проводнике при напряжении на нем 1,2 В?

1. 10 А; 2. 8 А; 3. 6 А; 4. 4 А; 5. 2 А.

IV. Напряжение на электрической лампе 220 В, а сила тока в ней 0,5 А. Определите сопротивление лампы.

I. 110 Ом; 2. 220 Ом; 3. 0,002 Ом; 4. 440 Ом.

V. Выразите 2500 Ом в килоомах.

I. 0,0025 Ом; 2. 2,5Ом; 3. 250Ом; 4. 2500 Ом.

VI. Сила тока в нагревательном элементе чайника 2,5 А, а сопротивление 48 Ом. Вычислите напряжение на нагревательном элементе чайника .

1.120 В; 2.19,2 В; 3.0,05 В; 4.220 В; 5. 127 В

Ход работы:

1) Начертите в тетради схему работы.

Электрическая цепь

2) При разомкнутой цепи вольтметр, подключенный к полюсам источника показывает значение ЭДС источника ε =

3) При замыкании ключа снимите показания силы тока в цепи I = и напряжения на полюсах источника U= .

4) Вычислите сопротивление цепи: R=

5) Используя закон Ома для полной цепи , определите внутреннее сопротивление источника тока:

6) Вычислите КПД электрической цепи по формуле: η =

7) Сделать вывод по работе.

Лабораторная работа17

Тема: Определение температуры нити лампы накаливания

Цель работы: при условиях свечения нити накаливания определить ее температуру.

Оборудование: лампа накаливания 6,3 В на подставке, вольтметр 6 В, амперметр 500 мА, регулируемый источник питания 1 – 7 В (БП8-1), омметр, соединительные провода.

Содержание и метод выполнения работы

Электрическое сопротивление R_t металлов зависит от температуры:

мA

БП8-1

где

– электрическое сопротивление металлического образца при температуре t °C, R₀ – электрическое сопротивление его при 0 °C, a – термический коэффициент электрического сопротивления для данного вещества. Если известны значения электрического сопротивления образца при 0 °C и R_t в нагретом состоянии, то температуру t можно вычислить при известном значении термического коэффициента электрического сопротивления:

Порядок выполнения работы

1. Измерьте электрическое сопротивление нити лампы накаливания при комнатной температуре с помощью омметра.

2. Вычислите значение R₀ электрического сопротивления нити лампы при 0 °C.

Термический коэффициент a электрического сопротивления вольфрама при значениях температуры, близких к 0 °C, равен примерно 5·10^–3 °C^–1.

3. Подключите установку к источнику питания, соблюдая полярность. Измерьте силу тока в цепи при разных значениях U на концах нити накаливания лампы от минимального свечения до максимального. Вычислите электрическое сопротивление R_t нити лампы в нагретом состоянии:

4. По найденным значениям электрического сопротивления нити лампы R₀, R_t и известному значению термического коэффициента электрического сопротивления вольфрама в нагретом состоянии
(a = 5,8·10^–3 °C^–1) вычислите температуру t нити лампы. Оцените границы погрешностей измерений. Результаты измерений и вычислений занесите в отчетную таблицу.

Лабораторная работа 18

Тема: «Определение коэффициента полезного действия электрического чайника».

Цель: целенаправленное обучение поисковой деятельности, актуализация личностного смысла обучающихся к изучению темы, создание условий для развития навыков общения и совместной деятельности.

Задачи:

Образовательная: экспериментальная работа по определению КПД электроприборов на примере электрочайника, формирование умения устанавливать связь между элементами содержания ранее изученного материала и нового.

Развивающая: развитие навыков мыслительных операций, совершенствование умений формулировать личностно – значимые цели, способствовать развитию исследовательских и творческих навыков.

Воспитательная: совершенствование умений работать в паре, формировать способность к самоанализу.

Тип урока: урок – практикум (2 часа)

Оборудование: Электрический чайник, термометр, часы с секундной стрелкой.

Ход урока

1. Организационный момент

2. Инструктаж по технике безопасности при работе с электроизмерительными приборами.

3. Постановка задачи.

ü Вычислить совершѐнную электрическим током работу

ü Вычислить количество теплоты, полученное водой и равное полезной работе,

ü определить на опыте КПД электроприборов на примере электрочайника;

4. Выполнение работы, согласно методическим рекомендациям.

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

2. Налейте в чайник воду объѐмом V, равным 1 л (1 кг)

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 t₂.

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

Все измерения выполняйте в СИ.

7. Используя данные измерений, вычислите:

а) совершѐнную электрическим током работу, зная мощность чайника P и время нагревания воды Δt, по формуле A _{эл.тока} = P∙Δt

б) количество теплоты, полученное водой и равное полезной работе, Q _нагр. = cm(t₂ - t₁)

8. Рассчитайте коэффициент полезного действия электрочайника по формуле

η = =

9. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу

P, Вт	V, м ³	t₁, ⁰С	Δt, с	t ₂, ⁰С	A_{эл.тока},Дж	Q_нагр., Дж	ŋ,%

Контрольные вопросы:

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

2. Почему спираль электрочайника изготавливают из проводника большой площади сечения? Дайте развѐрнутый ответ.

3. Приведите примеры других электроприборов, в которых нагревательным элементом является спираль. Чем эти приборы отличаются друг от друга?

Вывод.

5. Домашнее задание: подготовить отчёт, повторить закон Джоуля - Ленца.

Отчёт о выполнении лабораторной работы

«Определение коэффициента полезного действия электрического чайника».

Цель работы: научиться экспериментально определять КПД электроприборов на примере электрочайника.

Оборудование: Электрический чайник, термометр, часы с секундной стрелкой.

Ход работы:

1. Рассмотрел электрочайник. По паспортным данным определил электрическую мощность электроприбора P.

2. Налил в чайник воду объѐмом V, равным 1 л (1 кг)

3. Измерил с помощью термометра начальную температуру воды t₁.

4. Включил чайник в электрическую сеть и нагрел воду до кипения.

5. Определил по таблице температуру кипения воды t₂.

6. Заметил по часам промежуток времени, в течение которого нагревалась вода Δŧ

7. Используя данные измерений, вычислил:

б) количество теплоты, полученное водой и равное полезной работе, Q _нагр. = cm(t₂ - t₁)

8. Рассчил коэффициент полезного действия электрочайника по формуле

η = =

9. Результаты измерений и вычислений занес в таблицу

P, Вт	V, м ³	t₁, ⁰С	Δt, с	t ₂, ⁰С	A_{эл.тока},Дж	Q_нагр., Дж	ŋ,%

Лабораторная работа № 19

Тема: Изучение явления электромагнитной индукции.

Цели работы: Исследовать явление электромагнитной индукции, определить на опыте, от чего зависят сила и направление индукционного тока в катушке, познакомиться с принципом действия трансформатора, научиться определять коэффициент трансформации.

Оборудование: миллиамперметр¹, проволочная катушка, дугообразный и полосовой магниты, источник тока, две катушки с сердечником, реостат, ключ, соединительные провода, трансформатор лабораторный разборный, вольтметры переменного тока.

Описание работы

Индукционный ток в замкнутом контуре возникает при изменении магнитного потока через площадь, ограниченную контуром. В данной работе магнитный поток изменяют следующими способами:

1. изменяя во времени магнитное поле, в котором находится неподвижный контур — например, вдвигая магнит в катушку или выдвигая его из катушки;

2. перемещая этот контур (или его части) в постоянном магнитном поле (например, надевая катушку на магнит).

Продолжительность занятия: 1 час.

Ход работы

1. Одну из катушек без сердечника подключите к зажимам миллиамперметра. Надевайте и снимайте катушку с северного полюса дугообразного магнита с различной скоростью.

2. Для каждого случая замечайте максимальное значение силы индукционного тока и его направление (по отклонению стрелки миллиамперметра). Запишите вывод.

3. Переверните магнит и наденьте катушку на его южный полюс, а затем снимите её. Повторите опыт, увеличив скорость катушки. Обратите внимание на показания миллиамперметра, в частности, на направление отклонения стрелки прибора. Запишите выводы.

4. Сложите два магнита (полосовой и дугообразный) одноименными полюсами и повторите эксперимент с разной скоростью движения катушки относительно магнитов. Запишите вывод.

2 часть работы:

5. Соберите установку, схематически изображенную на рисунке.

6. Проведите следующие опыты.

а) Поставьте ползунок реостата в положение, соответствующее минимальному сопротивлению. Замкните цепь ключом. Запишите, что вы наблюдали при замыкании цепи.

б) Разомкните цепь. Запишите, что вы наблюдали при размыкании цепи.

в) При замкнутой цепи изменяйте положение ползунка реостата и наблюдайте за показаниями миллиамперметра. Запишите, что вы наблюдали.

г) Какие явления, наблюдаемые в этом опыте, помогают понять принцип действия трансформатора? Запишите свой ответ.

7. Определите первичную обмотку и две вторичные клеммы.

8. Присоедините первичную обмотку к сети переменного тока напряжением 36 В и измерьте напряжение на одной из вторичных обмоток.

9. Вычислите коэффициент трансформации.

10. Проделайте аналогичные действия для другой вторичной обмотки.

11. Присоедините одну из вторичных обмоток к сети переменного тока напряжением 4 В и измерьте напряжение на первичной обмотке.

12. Вычислите коэффициент трансформации.

13. Полученные данные запишите в таблицу.

10. Запишите выводы из эксперимента.

Таблица

U	U₁	U₂	K₁= U₁/U	K₂ = U₂/U
4 В
36 В

Контрольные вопросы

1. В чем заключается явление электромагнитной индукции?

2. Какой ток называют индукционным?

3. Сформулируйте закон электромагнитной индукции. Какой

формулой он описывается?

4. Как формулируется правило Ленца?

5. Какова связь правила Ленца с законом сохранения

энергии?

6. В чем заключается принципом действия трансформатора?

7. Какой ток называют индукционным?

8. Что такое коэффициент трансформации?

9. Виды коэффициента трансформации.

Литература:

1. Генденштейн Л.Э., Дик Ю.И. Физика. Учебник для 11 кл. – М., 2012.

2. Мякишев Г. Я., Буховцев Б. Б. Физика. Учебник для 11 кл. – М., 2012.

3. Степанов С.В. Электричество . Руководство по выполнению лабораторных работ. – ПФ РНПО Росучприбор, 2002

Лабораторная работа № 20

Тема:«Индуктивные и емкостное сопротивления в цепи переменного тока»

Цель урока: Изучить зависимость емкостного и индуктивного сопротивления от частоты переменного

тока при постоянных параметрах элементов.

Оборудование: амперметр, вольтметр, источник тока, резистор, катушка индуктивности, конденсатор, генератор.

Теоретическая справка.

Произведение циклической частоты ω на индуктивность L называют индуктивным сопротивлением: X _L = ω · L

Величину, обратную произведению циклической частоты ω на электроемкость С, называют емкостным сопротивлением: Xc = 1/ ωC

Порядок выполнения работы:

I). Катушка в цепи переменного тока.

1. собрать цепь, задать параметры → резистор R = 100 Ом; мощность Р = 500 Вт; индуктивность катушки L = 100мГн = 0,1гн; напряжение на генераторе U = 100в

2. Изменяя частоту генератора, записать показания вольтметров (напряжения на резисторе U_Rи

напряжение на катушке U_L) в таблицу 1

ν, Гц	50	100	150	300
U_R, В	95	84	72	46
U_L, В	29	53	68	88
I, А
Х_L, Ом

4. Рассчитать значение токов, текущих в цепи, в зависимости от частоты (для этого

5. надо напряжение на резисторе разделить на его сопротивление I = U_R /R). Запишите

полученные данные в таблицу 1.

4. Определите индуктивные сопротивления для соответствующих частот (для этого надо напряжение

на катушке разделить на силу тока Х_L = U_L /I). Запишите данные в таблицу 1.

6. Построить график зависимости индуктивного сопротивления от частоты переменного

8. тока.

6. Сформулируйте вывод. (Индуктивное сопротивление прямо пропорционально частоте переменного тока).

ḬI). Конденсатор в цепи переменного тока

1. собрать цепь, задать параметры → - рабочее напряжение U = 400В; емкость конденсатора С = 10 мкФ; резистор сопротивлением R = 100.Ом

2. Изменяя частоту генератора, записать показания вольтметров (напряжения на резисторе U_Rи

напряжение на конденсаторе U_С) в таблицу 2.

ν, Гц	50	100	150	300
U_R, В	29	53	68	88
U_С, В	95	84	72	46
I, А
Х_С, Ом

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). Запишите полученные данные в таблицу 2.

4. Определите емкостные сопротивления для соответствующих частот (для этого надо напряжение на

конденсаторе разделить на силу тока Х_С = U_С /I). Запишите данные в таблицу 2.

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

6. Сформулируйте вывод. (Емкостное сопротивление обратно пропорционально частоте переменного тока).

Контрольный вопрос:

Почему с увеличением частоты индуктивное сопротивление увеличивается, а емкостное уменьшается?

Какой ток удобнее применять для электросварки: переменный или постоянный? Почему?

Лабораторная работа №21

Тема: «Изучение изображения предметов в тонкой линзе»

Цель работы: измерить оптическую силу и фокусное расстояние собирающей линзы одним из способов.

Оборудование: источник света, линейка, линза собирающая, лампочка на стойке, экран, соединительные провода, выключатель.

Теоретическое обоснование: Формула тонкой линзы имеет вид: (1), где d – расстояние от линзы до объекта, f – расстояние от линзы до изображения, F – фокусное расстояние линзы, D – оптическая сила линзы.

Для того, чтобы убедиться в пригодности формулы тонкой линзы, для вашего случая необходимо измерить с помощью этой формулы оптическую силу этой линзы D при различных значениях d и f, найти абсолютные погрешности измерения D и убедиться, что в пределах точности наших измерений оптическую силу линзы можно считать величиной постоянной, т.е. формула работает.

Это можно сделать, измерив расстояния d от предмета до линзы и расстояния f от линзы до реального изображения на экране. Реальное перевернутое изображение на экране для собирающей линзы получается, если предмет расположить от линзы на расстоянии большем фокусного. При этом если расстояние f<d< 2f, то изображение будет увеличенным (рис.1), если расстоянии 2f<d, то уменьшенным (рис. 2). Наблюдаемым предметом может служить светящаяся спираль лампочки.

Простейший способ измерения оптической силы и фокусного расстояния собирающей линзы основан на использовании формулы линзы:

(1) или (2)

В качестве предмета используется светящаяся лампочка. Действительное изображение нити накала лампочки получают на экране.

Ход работы.

1.Собрать электрическую цепь, подключив лампочку к источнику тока через выключатель.

2.Поставить лампочку и экран по краям стола, между ними поместить линзу. Перемещая линзу, получить резкое изображение светящейся нити лампочки.

3.Измерить расстояния d и f , обратите внимание на точность измерения расстояний.

4.Рассчитать по формулам (1) и (2) оптическую силу и фокусное расстояние линзы.

5.Вывод по работе

Какую форму имеет каждый элемент рефлекторного стекла фары? Почему выбрана именно такая форма?

Лабораторная работа №22

Тема: «Изучение интерференции и дифракции»

Цель работы: экспериментально изучить явления интерференции и дифракции.

Оборудование: электрическая лампа с прямой нитью накала (одна на класс), две стеклянные пластинки, рамка из проволоки, стеклянная трубка, мыльная вода, компакт-диск, спиртовка, спички, лезвие безопасной бритвы, капроновая ткань черного цвета, пинцет, штангенциркуль.

Описание работы: Обычно интерференция наблюдается при наложении волн, испущенных одним и тем же источником, пришедших в данную точку разными путями. Вследствие дифракции свет отклоняется от прямолинейного распространения (например, вблизи краев препятствий).

Ход работы

Опыт 1. Окуните проволочную рамку в мыльный раствор и внимательно рассмотрите образовавшуюся мыльную пленку. Зарисуйте в тетради для лабораторных работ увиденную вами интерференционную картину. Обратите внимание, что при освещении пленки белым светом (от окна или лампы) возникают окрашенные полосы. С помощью стеклянной трубки выдуйте мыльный пузырь и внимательно рассмотрите его. При освещении его белым светом наблюдается образование цветных интерференционных колец. Но мере уменьшения толщины пленки кольца, расширяясь, перемещаются вниз. Запишите в тетради для лабораторных работ ответы на вопросы:

1. Почему мыльные пузыри имеют радужную окраску? 2. Какую форму имеют радужные полосы? 3. Почему окраска пузыря все время меняется?

Опыт 2. Тщательно протрите две стеклянные пластинки, сложите их вместе и сожмите пальцами. Из-за неидеальности формы соприкасающихся поверхностей между пластинками образуются тончайшие воздушные пустоты. При отражении света от поверхностей пластин, образующих зазор, возникают яркие радужные полосы — кольцеобразные или неправильной формы. При изменении силы, сжимающей пластинки, изменяются расположение и форма полос. Зарисуйте увиденные вами картинки в тетради для лабораторных работ. Запишите в тетради для лабораторных работ ответы на вопросы:

1. Почему в местах соприкосновения пластин наблюдаются яркие радужные кольцеобразные или неправильной формы полосы? 2. Почему с изменением нажима изменяются форма и расположение интерференционных полос?

Опыт 3. Рассмотрите внимательно под разными углами поверхность компакт-диска (на которую производится запись). Что вы наблюдаете? Объясните наблюдаемые явления. Опишите интерференционную картину.

Опыт 4. Возьмите пинцетом лезвие безопасной бритвы и нагрейте его над пламенем спиртовки. Зарисуйте наблюдаемую картину в тетради для лабораторных работ. Запишите в тетради для лабораторных работ ответы на вопросы:

1. Какое явление вы наблюдали? 2. Как его можно объяснить?

Опыт 5. Посмотрите сквозь черную капроновую ткань на нить горящей лампы. Поворачивая ткань вокруг оси, добейтесь четкой дифракционной картины в виде двух скрещенных под прямым углом дифракционных полос. Зарисуйте наблюдаемый дифракционный крест в тетради для лабораторных работ. Объясните наблюдаемые явления.

Запишите в тетради для лабораторных работ выводы. Укажите, в каких из проделанных вами опытов наблюдалось явление интерференции, а в каких — явление дифракции.

Контрольные вопросы

1. Как получают когерентные световые волны?

2. В чем состоит явление интерференции света?

3. Какое явление называют дифракцией?

Литература:

1. Генденштейн Л.Э., Дик Ю.И. Физика. Учебник для 11 кл. – М., 2012.

2. Мякишев Г. Я., Буховцев Б. Б. Физика. Учебник для 11 кл. – М., 2012.

1. Кабардин О.Φ., Орлов В.А. Экспериментальные задания по физике. 9—11 классы: учебное пособие для учащихся общеобразовательных учреждений. – М., 2001.

Лабораторная работа №23

Тема: «Градуировка спектроскопа и определение длины волны спектральных линий.»

Цель работы: измерить длину световой волны с помощью дифракционной решетки.

Оборудование: спектроскоп, дифракционная решетка; линейка; источник света с узкой щелью.

Теоретическая часть

В работе для определения длины световой волны используется дифракционная решетка с периодом 1/100 мм или 1/50 мм (период указан на решетке). Она является основной частью измерительной установки, показанной на рисунке. Решетка 1 устанавливается в держателе 2, который прикреплен к концу линейки 3. На линейке же располагается черный экран 4 с узкой вертикальной щелью 5 посредине. Экран может перемещаться вдоль линейки, что позволяет изменять расстояние между ним и дифракционной решеткой. На экране и линейке имеются миллиметровые шкалы. Вся установка крепится на штативе 6.

Если смотреть сквозь решетку и прорезь на источник света (лампу накаливания или свечу), то на черном фоне экрана молено наблюдать по обе стороны от щели дифракционные спектры 1-го, 2-го и т. д. порядков.

Длина волны λ определяется по формуле λ = dsinφ/k, где d - период решетки; k - порядок спектра; φ - угол, под которым наблюдается максимум света соответствующего цвета.

Поскольку углы, под которыми наблюдаются максимумы 1-го и 2-го порядков, не превышают 5°, можно вместо синусов углов использовать их тангенсы. Из рисунка видно, что tgφ = b/a. Расстояние а отсчитывают по линейке от решетки до экрана, расстояние Ь - по шкале экрана от щели до выбранной линии спектра.

lr11-72

Окончательная формула для определения длины волны имеет вид λ = db/ka

Указания к работе

1. Подготовьте бланк отчета с таблицей для записи результатов измерений и вычислений.

2. Соберите измерительную установку, установите экран на расстоянии 50 см от решетки.

3. Глядя сквозь дифракционную решетку и щель в экране на источник света и перемещая решетку в держателе, установите ее так, чтобы дифракционные спектры располагались параллельно шкале экрана.

4. Вычислите длину волны красного цвета в спектре 1-го порядка справа и слева от щели в экране, определите среднее значение результатов измерения.

5. Проделайте то же для фиолетового цвета.

6. Сравните полученные результаты с длинами волн красного и фиолетового цвета на рис. V, 1 цветной вклейки.

7. Изучите устройство спектроскопа.

Контрольный вопрос

1. Для чего на входе спектроскопа стоит щель? 2. Зачем в спектроскопе призма, объектив, окуляр?

3. Зачем градуируют спектроскоп? 4. Что такое спектр? Почему твёрдые тела и жидкости дают сплошной спектр, а газы – линейчатый или полосатый?

№ опыта

Масса бруска,
m₁, кг

Масса груза,
m₂, кг

Общий
вес тела
(сила нормального давления),
Р=N=(m₁+m₂)g, Н

Сила трения,
F_тр, Н

Коэффициент трения,
μ

Среднее значение
коэффициента трения,
μ_ср

Отчет по лабораторной работе должен содержать следующие разделы:

Название работы.
Цель работы (указанная в методической разработке цель работы может быть дополнена учащимся).
Оборудование и материалы.
Рисунок или схема установки. Особенности подключения приборов, важные для проведения эксперимента.
Краткое изложение технологии выполнения работы (Описание процедуры измерений).
Таблица результатов измерений и вычислений.
Расчеты, измеряемых косвенно величин.
Графики (если они необходимы).
Оценка погрешностей измерений.
Выводы, в соответствии с целью работы.
Ответы на вопросы к лабораторной работе.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Лабораторные работы являются неотъемлемой частью курса физики, изучаемого в учреждениях профессионального образования. В ходе их выполнения у обучающихся формируются основные компетенции и важнейшие практические умения и навыки, необходимые для успешного усвоения междисциплинарных курсов, реализующих учебный материал видов профессиональной деятельности. Качественное выполнение лабораторной работы – это предпосылка для подготовки в будущем квалифицированных специалистов.

«Рекомендации...» направлены на оказание помощи обучающимся в подготовке и выполнении лабораторных работ, включённых в новую программу по физике на базе основного общего образования.

Содержание лабораторных работ разработки полностью соответствует этой программе, а также учебнику В.Ф. Дмитриевой «Физика для профессий и специальностей технического профиля» (М.: Издательский центр «Академия», 2012г.).

Приборы и принадлежности, рекомендованные для выполнения работ, в основном подобраны из «Перечня типового оборудования кабинета физики». Предполагается, что обучающиеся 1,2 курсов уже имеют определённые навыки обращения с ними, поэтому в описании работ не приводится инструкций по их использованию.

ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Дмитриева В.Ф. Физика для профессий и специальностей технического профиля: учебник для образовательных учреждений сред. проф. образования. — М., 2014.

2. Дмитриева В.Ф. Физика для профессий и специальностей технического профиля. Сбор- ник задач: учеб. пособие для образовательных учреждений сред. проф. образования. — М., 2014.

3. Дмитриева В.Ф. Физика для профессий и специальностей технического профиля. Лабораторный практикум: учебное пособие для студ.учреждений сред.проф.образования/В.Ф.Дмитриева, А.В.Коржуев, О.В.Муртазина. – М.: Издательский центр «Академия», 2015. – 160с.

4. Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев, Н.Н.Сотский «Физика – 10», М., «Просвещение», 2010г.

5. Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев, В.М.Чаругин «Физика – 11», М., «Просвещение», 2010г.

6. Л.А.Кирик, Л.Э.Генденштейн «Физика-11. Тетрадь для лабораторных работ», М., «ИЛЕКСА», 2007г.

7. О.М. Тарасов. Лабораторные работы по физике с вопросами и заданиями. Учебное пособие. Профессиональное образование. М. «Форум» – ИНФРА-М, 2011г.

8. В.В. Губанов, Физика. 11 класс. Лабораторные работы и контрольные задания, «Лицей»,2007г.

9. В.В. Губанов, Физика. 10 класс. Лабораторные работы и контрольные задания, «Лицей»,2005г.

10. В.А. Касьянов, В.А. Коровин Тетрадь для лабораторных работ 10 – 11 класс, Базовый уровень, Допущено Министерством образования Российской Федерации, М., 2005г.

Интернет сайты:

1. http://www.pandia.ru/text/77/203/78206.php

2. http://integral-geo.ru/files/sbornik_lab_rab.pdf

3. http://c30.ru/dwld/382098074_Pamyatka_pedagogicheskim_rabotnikam_po_strukture_i_soderjaniyu_metodicheskih_rekomendatsiy_po_provedeniyu_laboratornyih_rabot_ili_prak.pdf

4. http://pnu.edu.ru/media/filer_public/2013/02/13/e-oe.pdf

5. http://portal.tpu.ru/SHARED/k/KOLCHANOVA/Educational_job/Tab4/Tab/Tab/mulp.pdf

6. http://www.consultant.ru

7. http://www.garant.ru

8. http://www.akdi.ru

9. http://ru.wikipedia.org