Инфоурок / Физика / Другие методич. материалы / Учебное пособие по физике (рабочая тетрадь) - лабораторный практикум

Учебное пособие по физике (рабочая тетрадь) - лабораторный практикум

Курсы профессиональной переподготовки
124 курса

Выдаем дипломы установленного образца

Заочное обучение - на сайте «Инфоурок»
(в дипломе форма обучения не указывается)

Начало обучения: 29 ноября
(набор групп каждую неделю)

Лицензия на образовательную деятельность
(№5201 выдана ООО «Инфоурок» 20.05.2016)


Скидка 50%

от 13 800  6 900 руб. / 300 часов

от 17 800  8 900 руб. / 600 часов

Выберите квалификацию, которая должна быть указана в Вашем дипломе:
... и ещё 87 других квалификаций, которые Вы можете получить

Получите наградные документы сразу с 38 конкурсов за один орг.взнос: Подробнее ->>

библиотека
материалов


Государственный комитет РФ по физической культуре и спорту

Кубанский государственный университет физической культуры,

спорта и туризма


Кафедра биохимии и естественнонаучных дисциплин



М. Л. Абдуллаева





ФИЗИКА


для студентов КГУФКСиТ














Краснодар 2009


Государственный комитет РФ по физической культуре и спорту

Кубанский государственный университет физической культуры,

спорта и туризма


Кафедра биохимии и естественнонаучных дисциплин




Учебное пособие

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

(рабочая тетрадь)


Студента _______курса________группы


Ф. И. О.____________________________















Краснодар 2009

Утверждено…

Рецензенты:

Заведующая кафедрой биохимии и ЕНД ГУФКСиТ, профессор Артемьева Н.К.


Доцент кафедры нанотехнологий и наносистем, канд. пед. наук Н. Ю. Палий




УДК 53

Л-47


Абдуллаева М. Л.

Учебное пособие по физике: Кубанский государственный университет физической культуры, спорта и туризма. – 1-е изд. Краснодар: Издательство КГУФКСТ, 2009. – 34 с.


Данное учебно-методическое пособие предназначено для студентов 2 курса КГУФКСиТ при выполнении лабораторного практикума по дисциплине «Физика». Пособие содержит пять лабораторных работ с подробным описанием хода выполнения работы. В каждой из представленных работ предлагаются вопросы теоретического материала, необходимые для выполнения задания, список оборудования для проведения эксперимента, контрольные вопросы для отчета по работе.

В пособии предлагаются этапы проведения эксперимента и соответствующие им виды деятельности, а также инструкция по технике безопасности при проведении лабораторного практикума.


ВВЕДЕНИЕ


Физика занимает одно из важнейших мест среди естественных наук. Она является тем основанием, на котором создают свои теоретические построения и совершенствуют свои экспериментальные методы все другие естественные науки: химия, биология, биохимия, биомеханика.

Физический эксперимент – один из методов научного познания.   По методической задаче выделяются такие виды эксперимента, как научно-исследовательские и учебные; по методической цели – исследовательские, проверочные (критериальные) и иллюстративные (учебные); по отношению к уровню познания –  эксперименты на уровне эмпирического познания, на уровне теоретического познания и на уровне практических применений; по форме результата исследования – качественные и количественные; по частнонаучным методам – компенсационные, осциллографический, калориметрический, спектральный и др.

Научная экспериментальная деятельность имеет следующие этапы:

  • постановка экспериментальной задачи (постановка проблемы, формулирование цели и задач, формирование рабочей гипотезы),

  • проведение эксперимента (выбор физического принципа, планирование эксперимента, отбор оборудования, сборка экспериментальной установки, постановка эксперимента, измерение).


    





Этапы проведения эксперимента и соответствующие им виды деятельности во время выполнения работы


Этапы выполнения работы

Виды деятельности, которыми должны овладеть учащиеся

1.   Формулирование цели исследования

постановка цели эксперимента

2.   Выдвижение гипотезы, которую следует проверить с помощью эксперимента

формулирование гипотез:

  от каких величин может зависеть исследуемая величина

   каков характер зависимости

  как влияют внешние факторы на ход эксперимента и др.

3.    Вывод рабочей формулы

   получение конкретной математической зависимости, все величины которой измеряемы

  проверка правильности вывода рабочей формулы методом размерности

4.    Выбор метода исследования

  выбор метода исследования, соответствующего возможностям лаборатории и теоретической подготовке учащегося

выявление условий, необходимых для постановки эксперимента

5.    Проектирование экспериментальной установки

построение схемы экспериментальной установки

  подбор необходимого оборудования

6.   Составление плана эксперимента

составление алгоритма выполнения всех действий по проведению эксперимента

7.   Проведение эксперимента

   проведение эксперимента в соответствии с планом

  проведение измерений

 фиксирование результатов измерений

8.    Систематизирование результатов эксперимента

  сведение всех данных эксперимента в таблицы

 построение графиков, схем, диаграмм

9.    Ана­лиз данных

 изучение функциональных зависимостей по графикам (методика линеаризации)

  проверка теоретических зависимостей

оценка правильности полученных результатов

 сравнение экспериментальных результатов с теоретическими данными

  расчет погрешностей измерений

   формулирование выводов


Инструкция по технике безопасности при проведении лабораторных работ по физике

  1. Внимательно изучить содержание и порядок выполнения работы, а также безопасные приемы ее выполнения

  2. Подготовить рабочее место к работе, убрать посторонние предметы. Приборы и оборудование разместить таким образом, чтобы исключить их падение и опрокидывание.

  3. Проверить целостность приборов из стекла и лабораторной посуды.

  4. Точно выполнять указания преподавателя при проведении работы, без его разрешения не выполнять самостоятельно никаких работ.

  5. При работе со спиртовкой беречь одежду и волосы от воспламенения, не разжигать одну спиртовку от другой, не извлекать из горящей спиртовки горелку с фитилем, не задувать пламя спиртовки, а гасить его, накрывая специальным колпаком.

  6. При нагревании жидкости в пробирке или колбе использовать специальные держатели, отверстие пробирки и горлышко колбы не направлять на себя и др. студентов.

  7. Следить за исправностью всех креплений в приборах и приспособлений, не прикасаться и не наклоняться близко к вращающимся близко и движущимся частям машин и механизмов.

  8. Не допускать предельных нагрузок измерительных приборов.









Лабораторная работа №1

Динамика

Исследование диаграммы растяжения и определение модуля Юнга резины

Вопросы по теме:

  1. Виды сил

  2. Виды деформации

  3. Закон Гука

  4. Модуль упругости

При постройке кривых деформирования для металлов и многих других твердых тел для небольших напряжений эти кривые имеют прямолинейные участки. В этих случаях о материале говорят, что он "подчиняется закону Гука".

Наклоны этих прямолинейных участков для различных материалов различны, Очевидно, что наклон кривой деформирования является мерой деформации материала при заданном напряжении. Другими словами, он является мерой упругости или, наоборот, податливости данного твердого тела.
 

hello_html_740f0206.png

Рис. 1Кривая деформирования. Тангенс угла наклона ее прямолинейного участка является параметром материала, который называется модулем упругости и обычно обозначается Е

Для любого материала, который подчиняется закону Гука, тангенс угла наклона кривой деформирования должен быть величиной постоянной. Таким образом, отношение

напряжение/деформация = E или hello_html_cc3d9f6.gif

носит название модуля упругости, или модуля Юнга.

Модуль Юнга - величина постоянная для данного материала. Иногда при обсуждении технических вопросов о нем говорят как о "жесткости".

В настоящее время модуль Юнга считается фундаментальным понятием - оно господствует в инженерном деле.

В пределах упругой деформации удлинение проволоки hello_html_7f78ed0a.jpgпропорционально растягивающей силе F= mg. Модуль Юнга является коэффициентом пропорциональности между относительным удлинением и напряжением hello_html_2197e59f.jpgсогласно закону Гука:

hello_html_m6fe50a07.jpg

Из (1) следует, что модуль Юнга равен:

hello_html_1d36a360.jpg


Оборудование: Резиновая лента с петлями на концах, динамометр, линейка с миллиметровыми делениями, штангенциркуль.


Цель работы: определить модуль упругости резины, используя закон Гука.

Ход работы:

  1. Измерьте начальную длину выбранного произвольно отрезка на резиновом шнуре.

  2. Подвешивая поочередно грузы массой 100 г, измерьте длину деформированной резины

  3. Рассчитайте удлинение резины в каждом опыте

  4. Рассчитайте относительное удлинение резины в каждом опыте.

  5. Рассчитайте площадь поперечного сечения резинового шнура

  6. Рассчитайте механическое напряжение, возникающее при деформации шнура.

ТАБЛИЦА


опыта

Lo,10 -3 м

L,10 -3 м

ΔL,10 -3 м

ε

F, H

d, м

S, 10-6, м2

σ, 106 Па

1










2










3










4










5












Расчеты:


1. S = π d2/4


2. Механическое напряжение σ = F/S


1 опыт: _________________ 2 опыт:______________________


3 опыт:__________________


4 опыт: ___________________ 5 опыт:___________________

3. Построить график зависимости напряжения от относительного удлинения

4. Модуль Юнга Е = σ/ε (по средней точке графика)

______________________________________________________

5. Построить график зависимости силы упругости от абсолютного удлинения

6. Рассчитать коэффициент жесткости k = F/Δl (по средней точке графика)

__________________________________________________________

Контрольные вопросы:


  1. При каких условиях выполняется закон Гука?


__________________________________________________________

2. От чего зависит модуль Юнга? Коэффициент жесткости?


__________________________________________________________

___________________________________________________________


График зависимости механического напряжения от относительного удлинения

hello_html_m377d306.gifσ,Па

hello_html_m3e9771d2.gifhello_html_11ffec5a.gifhello_html_11ffec5a.gifhello_html_11ffec5a.gifhello_html_11ffec5a.gifhello_html_m3e9771d2.gifhello_html_m3e9771d2.gifhello_html_m3e9771d2.gifhello_html_m3e9771d2.gif


hello_html_m1dc85ec6.gif


hello_html_m1dc85ec6.gif


hello_html_m41327289.gif


hello_html_m41327289.gif


hello_html_391091ee.gif


hello_html_m685b44a7.gif


hello_html_m1dc85ec6.gif

hello_html_15355eb0.gifε

0




График зависимости силы упругости от абсолютного удлинения


hello_html_4ff6b662.gifF,H

hello_html_m3e9771d2.gifhello_html_11ffec5a.gifhello_html_11ffec5a.gifhello_html_11ffec5a.gifhello_html_11ffec5a.gifhello_html_m3e9771d2.gifhello_html_m3e9771d2.gifhello_html_m3e9771d2.gifhello_html_m3e9771d2.gif


hello_html_m1dc85ec6.gif


hello_html_m1dc85ec6.gif


hello_html_m41327289.gif


hello_html_m41327289.gif


hello_html_391091ee.gif


hello_html_m685b44a7.gif


hello_html_m1dc85ec6.gif

hello_html_15355eb0.gifΔL, м

0

Вывод:__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Работа №2

Молекулярная физика

Измерение поверхностного натяжения воды методами отрыва капель и поднятия воды в капилляре

Вопросы по теме:

  1. Что называется коэффициентом поверхностного натяжения? От чего он зависит?

  2. Каково условие отрыва капли из отверстия крана?

  3. Почему поднимается жидкость в капилляре?

hello_html_m28e84ff3.png

hello_html_m1a6c60b2.png

На каждую молекулу в жидкости действует силы притяжения со стороны других молекул, находящихся на расстоянии R ≈ 3r (где r - радиус молекулы) - это радиус сферы молекулярного действия. Поверхностный слой жидкости толщиной действия оказывает на всю жидкость давление, равное сумме результирующих сил притяжения, нескомпенсированных извне.

Капля жидкости в свободном состоянии принимает форму шара, т.к. в этом случае её поверхность минимальна, т.е. минимально давление и потенциальная энергия) поверхностного слоя. Вдоль поверхности жидкости действуют силы притяжения - силы поверхностного натяжения. Эта сила пропорциональна числу молекул, т.е. длине контура l:

hello_html_m5fc0ba96.png

где σ - коэффициент поверхностного натяжения.

В момент отрыва капли сила поверхностного натяжения равна силе тяжести, действующей на каплю.

Коэффициент поверхностного натяжения жидкости можно изменить: ослабить поверхностно-активными веществами, если их молекулы притягиваются к молекулам жидкости слабее и наоборот.

Под искривлённой поверхностью жидкости возникает дhello_html_m41926bb9.pngополнительное давление Δp :

hello_html_77b9b4ec.png
но hello_html_3f8d3816.png
hello_html_m7c4c03fd.png


hello_html_m75eb192.png- формула Лапласа



Оборудование: мензурка, штангенциркуль, клин измерительный из жести размером, линейка измерительная 30 см с миллиметровыми делениями, стакан низкий, воронка конусообразная, штатив для фронтальных работ, вода.


  1. Измерение поверхностного натяжения воды методом отрыва капель


Ход работы:

  1. Подсчитать количество капель, падающих из капельницы.

  2. Измерить диаметр внутреннего отверстия капельницы.

  3. Используя условие отрыва капель из отверстия, рассчитать коэффициент поверхностного натяжения воды и сравнить его с табличным значением.

  4. Вычислить относительную и абсолютную погрешность измерения искомой величины.


опыта

D, м

n

M, кг

, Н/м

Δδ, Н/м

ε, %

1.










Расчеты:

1. Объем вылившейся воды V = мл

2. Масса вылившейся воды М = г = кг

3. Поверхностное натяжение воды

Вывод формулы:

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Вычисления:

____________________________________________________________________________________________________________________________

4. Относительная погрешность ε ______________________________________________________________

______________________________________________________________

5. Абсолютная погрешность Δδ _____________________________________________________________

  1. Измерение поверхностного натяжения воды методом поднятия жидкости в капилляре

  1. Стеклянную трубку малого диаметра опустить в воду, наблюдать поднятие воды в капилляре.

  2. Измерить высоту поднятия жидкости

  3. Используя зависимость высоты поднятия жидкости в капилляре от радиуса внутренней полости трубки, рассчитать коэффициент поверхностного натяжения воды.

  4. Вычислить относительную и абсолютную погрешность измерения искомой величины.


опыта

ρ, кг/м3

h, м

D, м

δ, Н/м

Δδ, Н/м

ε

1.








Расчеты:

  1. Поверхностное натяжение воды:

Вывод формулы:

________________________________________________________________________________________________________________________________

Среднее значение поверхностного натяжения воды

________________________________________________________________________________________________________________________________

Контрольные вопросы:

  1. Почему в работе используют дистиллированную воду?

________________________________________________________________________________________________________________________________

  1. Какой метод измерения поверхностного натяжения дает более точный результат?

________________________________________________________________________________________________________________________________

3. Какая из измеряемых в работе величин больше всего влияет на относительную погрешность?

______________________________________________________________________________________________________________________________

Вывод:__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Работа №3


Колебания и волны


Измерение массы тела с помощью весов и пружинного маятника


Вопросы по теме


  1. Какие колебания называются свободными?

  2. От чего зависит период пружинного маятника

  3. Какие силы называются внутренними?

  4. Что такое частота колебаний?

  5. Что такое период колебаний


ОБОРУДОВАНИЕ:

  1. Цилиндр стальной из набора тел для калориметра;

  2. Весы технические ВТ2-200;

  3. Гири Г4-2I0;

  4. Динамометр учебный;

  5. Секундомер;

  6. Линейка измерительная 30 см с миллиметровыми делениями;

  7. Штатив для фронтальных работ.

СОДЕРЖАНИЕ И МЕТОД ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ


В данной работе массу тела измеряют двумя способами: с помощью технических весов и пружинного маятника.

Технические весы - точный высокочувствительный прибор и потому они нуждаются в бережном отношении и соблюдении определённых правил обращения. В конструкции весов предусмотрены необходимые устройства, обеспечивающие правильную установку и действие. Весы состоят из коромысла с тремя призмами, стрелки и тарировачными гайками на концах; двух пластмассовых чашек с подвесками и серьгами; стойка, установленной на пластмассовой подставке с уравнительными винтами. На верхнем конце стойки укреплён отвес, а у основания – шкала. Чувствительность весов при полной нагрузке /200г./ равна 50гмг, а без нагрузки -10мг.

Нормальная работа весов осуществляется при вертикальном положении стойки, которое достигается с помощью отвеса и двух уравнительных винтов.

Технические весы имеют специальное устройство - арретир, позволяющий лишь на время измерения поднимать опорную пластину с коромыслом и чашками. Во время же смены грузов, а также при хранении и переноске весы должны быть арретированы.

Поворачивать ручку арретира следует плавно, не допускать резких колебаний коромысла и чашек.

Дhello_html_6c49ce8d.gifля измерения массы тела с помощью пружинного маятника собирают установку по рисунку. В лапке штатива в вертикальном положении укрепляют учебный динамометр и подвешивают к нему исследуемое тело. Получившийся пружинный маятник выводят из положения равновесия и отпускают. Под действием сил тяжести и упругости пружины маятник совершает гармонические колебания с периодом hello_html_m3dea5455.gif/1/ ; где k - жёсткостьпружины, m - масса исследуемого тела. Из формулы /1/ можно получить выражение для массы:


m = …………….. hello_html_m2a7690f7.gif/2/.

Таким образом, для измерения массы тела вторым методом необходимо знать жёсткость пружины и частоту колебания пружинного маятника. Для измерения этих величин используют динамометр, линейку и секундомер.



Ход работы:

Задание 1

Измерение массы тела с помощью весов

  1. Ознакомьтесь с устройством и действием технических весов.

  2. Проверьте правильность установки весов. Для этого, пользуясь уравнительными винтами, добейтесь вертикального положения стойки. остриё отвеса должно совпадать с остриём шпильки, укреплённой на основании весов/. Вращая гайки, расположенные на концах коромысла, приведите весы в равновесие.

  3. Измерьте массу тела исследуемого с точностью до 0,01г.

  4. Вычислите абсолютную и относительную погрешности измерения массы тела.

Δm = ……, hello_html_6f77ec52.gif

  1. Результаты всех измерений и вычислений запишите в тетрадь.

Задание 2

Измерение массы тела с помощью пружинного маятника


1.Подготовьте в тетради таблицу для записи результатов измерений и вычислений:


опыта

Сила упругости пружины

Деформация пружины

Жесткость пружины

Число колебаний

Время колебаний

Период колебаний

Масса тела


F

x, м

k, Н/м

n

t,c

T

m,кг

1










2. Укрепите динамометр в лапке штатива вертикально и подвесьте к его крючку исследуемое тело. Отрегулируйте положение динамометра так, чтобы при колебании тела стрелка динамометра не касалась шкалы, а стержень – проволочной скобы.

3. Измерьте силу упругости пружины F (по показаниям динамометра)

и ее деформацию с помощью линейки.

4. Вычислите жесткость пружины k. Результаты измерений и вычислений запишите в таблицу.

5. Приведите пружинный маятник в колебание. Для этого оттяните тело вертикально вниз на 1-2 см. и отпустите. С помощью секундомера измерьте время t, например, 10 полных колебаний маятника.

6. Вычислите частоту колебаний маятника по формуле ν=n/t где n- число полных колебаний маятника; t- время, за которое маятник совершает n полных колебаний.

7. Вычислите массу колеблющегося тела по формуле /2/.

8. Вычислите абсолютную и относительную погрешности измерения массы тела по формулам:

hello_html_m31fdfdeb.gif.

______________________________________________________________

hello_html_4a73f40d.gif

______________________________________________________________


В этой формуле ΔF равна сумме основной погрешности динамометра и погрешности отсчета, погрешность измерения деформации пружины Δx не может быть меньше половины цены деления линейки. При определении Δt необходимо учесть, что погрешностью секундомера можно пренебречь по сравнению с погрешностью отсчета, которая возникает и в начале счета колебаний и в его конце; кроме того, необходимо помнить, что стрелка секундомера движется скачками.

9. Сравните полученные результаты двух способов измерений одного и того же тела и, учитывая допущенные погрешности, сделайте вывод.


Вывод:_______________________________________________________

______________________________________________________________

______________________________________________________________

Контрольные вопросы.

  1. В измерении каких величин допущены погрешности небольшие?

______________________________________________________________

______________________________________________________________

  1. Масса какого тела не учитывалась в измерении с помощью пружинного маятника?

______________________________________________________________

______________________________________________________________

  1. От чего зависит точность измерения массы тела с помощью пружинного маятника?

______________________________________________________________

______________________________________________________________


Работа №4

Колебания и волны

Измерение ускорения свободного падения


Вопросы по теме:

  1. Что называется свободным падением?

  2. Что называется ускорением свободного падения? Чему оно равно?

  3. От чего зависит ускорение свободного падения?

  4. Что называется математическим маятником?

  5. От чего зависит период колебаний математического маятника?


Цель работы: Измерить ускорение свободного падения с помощью маятника

Оборудование: нитяной маятник, секундомер, измерительная лента.


Все тела, независимо от массы, при свободном падении обладают одним и тем же ускорением, называемым ускорением свободного падения. С помощью математического маятника можно определить величину ускорения свободного падения, определив период свободных колебаний и длину нити.

Математическим маятником называют идеализированную систему, состоящую из невесомой и нерастяжимой нити, на которой повешена материальная точка. Период свободных колебаний математического маятника может быть рассчитан по формуле: hello_html_m160a3597.gif

Эту формулу можно использовать для определения величины силы тяжести. Ускорение свободного падения – величина непостоянная, она зависит от широты местности, высоты над уровнем Земли и распределения пород под точкой наблюдения.


Ход работы:

  1. Измерить длину нити l дважды,.

  2. Измерить время 10 колебаний маятника t для каждого опыта.

Отклонив маятник от положения равновесия на 8-10° в любую сторону, позволяют ему колебаться, пропускают несколько колебаний и пускают секундомер в тот момент, когда маятник максимально отклоняется от положения равновесия. Ведут счет полным колебаниям, начиная счет о нуля.

  1. Рассчитать период свободных колебаний T в каждом опыте, разделив время колебаний на число колебаний..

T1 = t1/n___________________________________________.

T2 = t2/n___________________________________________.

4. Рассчитать ускорение свободного падения g, выразив его из формулы периода:

hello_html_m20c8d9f6.gif.

Однако пользоваться последним выражением для вычисления g неудобно, так как непосредственно определение длины маятника представляет довольно сложную задачу: приходится определять положение центров тяжести шарика с нитью. Поэтому берут маятник произвольной длины и определяют период колебаний в первом опыте. Затем изменяют длину маятника и, измерив изменение длины, вновь определяют период колебаний.

Из полученной системы уравнений:

hello_html_m45c3a595.gif

hello_html_m533b418b.gif

Возводя оба равенства в квадрат, вычитая из первого уравнения второе, выразить ускорение свободного падения и рассчитать его:


____________________________________________________________

____________________________________________________________

Из полученной формулы видно, что для определения силы тяжести достаточно измерить только разности длин и периоды.


Заполните таблицу:

п/п

Длина нити l, м

Время колеба

ний t, с

Число колеба

ний n

Период колеба

ний Т, с

Ускорение свободного падения gпр, м/с2


l,м

t,c

g,м/с2

εg

1











2












  1. Рассчитайте погрешность измерений:

______________________________________________________________

______________________________________________________________

______________________________________________________________

______________________________________________________________

  1. Запишите ответ:____________________________________________

  2. Вывод:____________________________________________________

______________________________________________________________

______________________________________________________________









Работа №5

Атомная и ядерная физика

Вопросы по теме

  1. Состав атомного ядра

  2. Какие частицы называются элементарными?

  3. Способы регистрации заряженных частиц

  4. От чего зависит трек частицы в камере Вильсона

Изучение треков заряженных частиц

Атомы и микрочастицы настолько малы, что не только не поддаются восприятию ни одним из наших органов чувств, но их не различить даже в электронный микроскоп. Откуда же у нас подробная информация о микромире? Законы микромира познаваемы; есть много в физике микромира неразрешенных проблем, но уже сегодня она – наука инженерная. Ученые построили лазер, извлекли из небытия ядерную энергию, построив ядерный реактор, совместными усилиями пытаются решить проблему управляемого термоядерного синтеза, сегодня искусственно созданы трансурановые элементы и радиоактивные изотопы.

Принцип действия разных приборов различен, но общее для всех них – это усиление эффектов, производимых микрочастицей при прохождении через вещество (ее следов) до величин, способных влиять на наши органы чувств.

Первичной обработкой экспериментальных данных занимается область ядерной физики, называемая кинематикой превращения элементарных частиц. Законы сохранения играют в ядерной физике особую роль: это и инструмент познания, и критерий истинности (если приборы показывают, что энергия или импульс после взаимодействия или превращения не сохраняются, то это значит, что была одна, а то и несколько незамеченных частиц). Современная физика на основе математических методов исследования, соединённых с физическим экспериментом, позволяет “на лету” измерить, идентифицировать почти “неизмеримое” - элементарные частицы. Чтобы понять механизм получения информации, необходимо решить следующие задачи:

Задание 1. Идентифицировать частицы по их трекам в магнитном поле. Научиться судить о движении микрочастиц по толщине и кривизне трека.

Задание 2. Идентифицировать частицы по их трекам в магнитном поле. Научиться определять знак заряда, направление движения, изменение кинетической энергии микрочастиц.

Задание 3. Изучить фотографии, содержащие “звёзды распада”. Научиться идентифицировать ядра распада. Убедиться в объективности методов приближённого определения радиусов кривизны треков.

На фотографии (рис.1) запечатлены треки частиц, полученных при распаде атомных ядер (так называемые “звёзды” распада), в камере Вильсона. Распады ядер вызваны действием нейтронов с энергией 90 МэВ, двигавшихся в направлении, указанном стрелкой. На снимке видны три “звезды” распада и полный пробег одного протона с начальной кинетической энергией 1,8 МэВ. Камера помещена в однородное магнитное поле с индукцией 1,3 Тл, направленное перпендикулярно фотографии.

hello_html_m264ca065.jpg



Рис. 1 Фотография треков заряженных частиц в камере Вильсона



Вариант 1

Рассмотрите трек и определите направление движения протона.

Вычислите по известной энергии протона радиус окружности на начальном этапе его движения.

______________________________________________________________

______________________________________________________________

______________________________________________________________

______________________________________________________________

Измерьте одним из способов радиус окружности на начальном этапе движения протона. Сделайте вывод о правомерности его использования.

______________________________________________________________

______________________________________________________________

______________________________________________________________

Почему кривизна трека протона меняется к концу движения? Подтвердите предположение расчётом.

______________________________________________________________

______________________________________________________________

______________________________________________________________

______________________________________________________________


В звезде распада а произошла реакция:

? + hello_html_m756ab4dc.pngn > 3hello_html_m756ab4dc.pngn + 2hello_html_m5f5dd353.pngH + 2hello_html_m507427f7.pngHe.

Допишите реакцию и определите, какие следы, исходящие из звезды, принадлежат протонам и какие – частицам.

______________________________________________________________

______________________________________________________________


Вариант 2

Определите направление силовых линий магнитного поля. Почему протон в однородном магнитном поле движется по дуге окружности, а следы других частиц искривлены?

______________________________________________________________

_____________________________________________________________

Укажите причины, по которым толщина и кривизна трека частиц увеличиваются к концу пробега.

Измерьте одним из способов радиусы кривизны трека протона на начальном и конечном этапах движения и вычислите его импульс в начале и конце пути. Каково изменение импульса протона? Подтверждает ли полученный результат ваше предположение?

______________________________________________________________

______________________________________________________________

______________________________________________________________

Как по трекам частиц, образующим звезду распада, можно идентифицировать ядро распада? Какие законы следует применять?

______________________________________________________________

______________________________________________________________

______________________________________________________________

Какое ядро распалось в точке в под действием нейтронов, если из центра звезды исходят следы четырёх а – частиц? Почему треки 1 и 2 имеют разную длину и толщину?

______________________________________________________________

______________________________________________________________

______________________________________________________________





Задания для контроля

Как изменяются энергия и импульс частиц в процессе их движения в вещественной среде? Если треки обрываются, означает ли это остановку частиц?

______________________________________________________________

______________________________________________________________


Каким образом можно идентифицировать ядра распада? Какие физические законы, выполняющиеся в ядерных реакциях, помогают это сделать?

______________________________________________________________

______________________________________________________________

Как можно получить информацию о продуктах распада, если известны ядра распада?

______________________________________________________________

______________________________________________________________

______________________________________________________________

Как влияет характер излучения на длину трека в однородной среде, например, в фотоэмульсии? Чем определяется длина трека данного сорта частиц?

______________________________________________________________

______________________________________________________________

______________________________________________________________







ИНСТРУКЦИИ К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

  1. Как определять погрешности измерений


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

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

Прямое измерение — определение значения физической вели­чины непосредственно средствами измерения.

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

Введем следующие обозначения:

А, В, С, ... физические величины.

Апрприближенное значение физической величины, т. е. зна­чение, полученное путем прямых или косвенных измерений.

ΔА абсолютная погрешность измерения физической ве­личины.

ε — относительная погрешность измерения физической ве­личины, равная:

Δ0А— абсолютная инструментальная погрешность, опре­деляемая конструкцией прибора (погрешность средств измерения; см. табл. 1).

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

Максимальная абсолютная погрешность прямых измерений складывается из абсолютной инструментальной погрешности и аб­солютной погрешности отсчета при отсутствии других погрешностей:

ΔА = Δ0А + ΔиА

Абсолютную погрешность измерения обычно округляют до одной значащей цифры; численное значение результата из­мерений округляют так, чтобы его последняя цифра оказалась в том же разряде, что и цифра погрешности.

Таблица I

Абсолютные инструментальные погрешности средств измерений


п/п

Cредства измерений

Предел измерения

Цена деления

Абсолютная инструменталь­ная погрешность

1

Линейка





ученическая

До 50 см

1 мм

±1 мм


чертежная

До 50 см

1 мм

±0,2 мм


Инструментальная

20 см

1 мм

±0,1 мм







демонстрационная

100 см

1 см

+0,5 см

2

Лента измерительная

150 см

0,5 см

±0,5 см

3

Измерительный цилиндр

До 250 мл

1 мл

±1мл

4

Штангенциркуль

150 мм

0,1 мм

±0,05 мм

5

Микрометр

25 мм

0,01 мм

±0,005 мм

6

Динамометр учебный

0.1 Н

±0,05 Н

7

Весы учебные

200 г

±0,01 г

8

Секундомер

0—30 мин

0,2 с

± 1 с за 30 мин

9

Барометр-анероид

720—780

1 мм рт. ст.

±3 мм рт. ст.



мм рт. ст.



10

Термометр лабораторный

0—100 °С

1 °С

±1°С

11

Амперметр школьный

0,1 А

±0,05 А

12

Вольтметр школьный

0,2 В

±0,!5В


Результаты повторных измерений физической величины А, про­веденных при одних и тех же контролируемых условиях и при ис­пользовании достаточно чувствительных и точных (с малыми по­грешностями) средств измерения, отличаются друг от друга.

В этом случае Апр находят как среднее арифметическое значение всех измерений, а ΔА (ee в этом случае называют случайной по­грешностью) определяют методами математической статистики.

В школьной лабораторной практике такие средства измерения практически не используются. Поэтому при выполнении лаборатор­ных работ необходимо определять максимальные погрешности из­мерения физических величин. При этом для получения результата достаточно одного измерения.

Относительная погрешность косвенных измерений определяется так, как показано в таблице 2.

Абсолютная погрешность косвенных измерений определяется по формуле ΔА = Апрε (ε выражается десятичной дробью).

2. О классе точности электроизмерительных приборов

Для определения абсолютной инструментальной погрешности при­бора надо знать его класс точности. Класс точности γпр измери­тельного прибора показывает, сколько процентов составляет абсо­лютная инструментальная погрешность ΔиА от всей шкалы прибора

Таблица 2

Формулы для нахождения относительной погрешности косвенных

измерений

п/п

Формула физической величины

Формула относительной погрешности

1


2



3


4


A=BCD


hello_html_1f556e61.gif


А = В + С

hello_html_m57fd79a.gif


hello_html_m30a305d5.gif

hello_html_m32674a45.gif



hello_html_23cad996.gif


Класс точности указывают на шкале прибора или в его паспорте (знак % при этом не пишется). Существуют следующие классы точ­ности электроизмерительных приборов: 0,1; 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2,5; 4. Зная класс точности прибора и всю его шкалу, определяют абсолютную погрешность измерения физической величины ΔиА этим прибором:

hello_html_55358bd8.gif














Литература

1. Копосов Г.Д. Первышина Н.В. Методология физического эксперимента как дидактический элемент физического практикума // Преподавание физики в высшей школе. Научно-методический журнал. №31 – М.: МПГУ, 2005. – С. 36-38.

2.  Первышина Н.В. Физический практикум: педагогический эксперимент // Материалы V международной научной конференции «Физическое образование: проблемы и перспективы развития». – М.: МПГУ, 2006. – С. 122-124.

3. Трофимова Т. Н. Курс физики. Учебное пособие. М.: Высшая школа, 1999, 542 с.

4. Яворский Б. М., Детлаф А.А. Физика. Учебное пособие. – 3-е изд., испр. М.: Дрофа, 2000. – 800 с.






Самые низкие цены на курсы переподготовки

Специально для учителей, воспитателей и других работников системы образования действуют 50% скидки при обучении на курсах профессиональной переподготовки.

После окончания обучения выдаётся диплом о профессиональной переподготовке установленного образца с присвоением квалификации (признаётся при прохождении аттестации по всей России).

Обучение проходит заочно прямо на сайте проекта "Инфоурок", но в дипломе форма обучения не указывается.

Начало обучения ближайшей группы: 29 ноября. Оплата возможна в беспроцентную рассрочку (10% в начале обучения и 90% в конце обучения)!

Подайте заявку на интересующий Вас курс сейчас: https://infourok.ru


Краткое описание документа:

Данное учебно-методическое пособие предназначено учащихся 10-11 классов  при выполнении лабораторного практикума по дисциплине «Физика». Пособие содержит пять лабораторных работ с подробным описанием хода выполнения работы. В каждой из представленных работ предлагаются вопросы теоретического материала, необходимые для выполнения задания, список оборудования для проведения эксперимента, контрольные вопросы для отчета по работе.

 

В пособии предлагаются этапы проведения эксперимента и соответствующие им виды деятельности, а также инструкция по технике безопасности при проведении лабораторного практикума.

Общая информация

Номер материала: 139304
Курсы профессиональной переподготовки
124 курса

Выдаем дипломы установленного образца

Заочное обучение - на сайте «Инфоурок»
(в дипломе форма обучения не указывается)

Начало обучения: 29 ноября
(набор групп каждую неделю)

Лицензия на образовательную деятельность
(№5201 выдана ООО «Инфоурок» 20.05.2016)


Скидка 50%

от 13 800  6 900 руб. / 300 часов

от 17 800  8 900 руб. / 600 часов

Выберите квалификацию, которая должна быть указана в Вашем дипломе:
... и ещё 87 других квалификаций, которые Вы можете получить

Похожие материалы

Получите наградные документы сразу с 38 конкурсов за один орг.взнос: Подробнее ->>