Учебно-методическое пособие по физике для выполнения лабораторных работ. 1 курс

19

Санкт-Петербургское государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение «Сестрорецкий лицей имени С.И.Мосина»

Учебно-методическое пособие

по выполнению лабораторных работ

по ОДБ.07 Физика

I курс

Санкт-Петербург

2015 г.

Содержание

Пояснительная записка 3

Правила внутреннего распорядка в лаборатории 4

Требования безопасности во время выполнения

лабораторных работ 5

Оценка лабораторных работ 6

Инструкции к лабораторным работам 1 курса:

Лабораторная работа № 1. «Измерение ускорения тела при равноускоренном движении» 7

Лабораторная работа № 2. «Измерение скорости неравномерного движения» 9

Лабораторная работа № 3. «Изучение движения тела брошенного горизонтально» 11

Лабораторная работа № 4. «Определение жесткости пружины» 13

Лабораторная работа № 5. «Исследование зависимости силы

трения от веса тела» 14

Лабораторная работа № 6. «Опытная проверка закона

Бойля-Мариотта» 16

Лабораторная работа № 7. «Измерение относительной

влажности воздуха» 18

Лабораторная работа № 8. «Расчет массы воды в одном

кубическом метре воздуха класса» 19

Лабораторная работа № 9. «Сборка электрической цепи

и измерение силы тока и напряжения наее

различных участках» 20

Лабораторная работа № 10. «Определение ЭДС

и внутреннего сопротивления источника тока» 22

Список литературы 23

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Учебно-методическое пособие разработанодля выполнения лабораторных работ по учебной дисциплине Физика при реализации образовательной программы среднего общего образования в пределах основной профессиональной образовательной программы среднего профессионального образованиядля профессий19.01.17 «Повар, кондитер» и 23.01.03 «Автомеханик».

Данное пособие предназначено для закрепления теоретических знаний и приобретения необходимых практических навыков и умений по программе ОДБ.07 “Физика”.

Основное назначение учебно-методического пособия– оказать помощь студентам в подготовке и выполнении лабораторных работ, а также облегчить работу преподавателя по организации и проведению лабораторных занятий.

Лабораторные работы являются эффективным средством активизации имотивации обучения физике, способствуют применению различных методов и приемов обучения для формирования у студентов системы прочных знаний, интеллектуальных и практических умений и навыков, помогают развитию мышления студентов.

Целями выполнения лабораторных работ является:

• обобщение, систематизация, углубление, закрепление полученных теоретических знаний по конкретным темам дисциплины;

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

• развитие интеллектуальных умений у будущих специалистов; аналитических, проектировочных, конструктивных и др.

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

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 отчета по выполненной работе.

В данном пособии приведены письменные инструкции к каждой лабораторной работе.Каждая инструкция содержит: название работы, цели ее проведения, теоретические сведения, необходимое оборудование, приведено описание хода работы с рисунками, таблицами и расчетными формулами.

После выполнения работы студент представляет отчет по лабораторнойработе.

Выполнение всех работ является обязательным для всех обучающихся.

ПРАВИЛА ВНУТРЕННЕГО РАСПОРЯДКА В ЛАБОРАТОРИИ

При выполнении лабораторных работ, во избежание несчастных случаев, а также порчи приборов и электрооборудования студент должен строго выполнять следующие правила внутреннего распорядка и техники безопасности:

1. Приступая к работе в лаборатории, студент должен ознакомиться с

правилами внутреннего распорядка и техники безопасности.

2. Студенты обязаны не только строго выполнять эти правила, но и требовать неуклонного выполнения их от своих товарищей.

3. В лаборатории запрещается громко разговаривать, самовольно покидать рабочие места и переходить от одного стенда к другому.

4. Лабораторная работа, пропущенная студентом, выполняется по особому расписанию в дни отработок и с разрешения преподавателя.

ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ВО ВРЕМЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

Во время выполнения лабораторной работы учащийся обязан:

• соблюдать инструкцию по технике безопасности при проведении лабораторных работ по физике и инструкции по выполнению конкретной лабораторной работы, правила эксплуатация оборудования и приспособлений;

• находиться на своем рабочем месте;

• неукоснительно выполнять все указания преподавателя (иного лица, проводящего занятия) и (или) лаборанта;

• соблюдать осторожность при обращении с оборудованием и приспособлениями;

• режущие и колющие инструменты класть на рабочем месте острыми концами от себя;

• жидкости и твердые тела нагревать до температуры не выше 70 градусов;

• соблюдать осторожность при обращении с приборами и лабораторной посудой из стекла;

• следить за исправностью всех креплений в приборах и приспособлениях;

• при сборке электрической схемы использовать провода с наконечниками без видимых повреждений изоляции, избегать пересечения проводов, источник тока подключать в последнюю очередь;

• напряжение подавать на собранную электрическую схему только после ее проверки преподавателем (иным лицом, проводящим занятия) и получением их разрешения;

• наличие напряжения в электрической цепи проверять только с помощью электроизмерительных приборов;

• не допускать попадания влаги на поверхность оборудования;

• постоянно поддерживать порядок и чистоту на своем рабочем месте.

Учащимся запрещается:

• прикасаться к нагретым элементам оборудования, электрическим разъемам и открытому пламени;

• запрещается направлять острые концы колющих и режущих предметов на себя и других лиц;

• прикасаться к находящимся под напряжениям элементам электрической цепи, к корпусам стационарного электрооборудования, зажимам конденсаторов, производить переключения в электрических цепях до отключения источника тока;

• проводить измерения значения физических величин, превышающих предельные значения измерительных приборов;

• оставлять без надзора включенные электрические устройства и приборы;

• выполнять любые действия без разрешения преподавателя (иного лица, проводящего занятия);

• выносить из кабинета и вносить в него любые предметы, приборы и оборудование без разрешения преподавателя (иного лица, проводящего занятия).

Обо всех неполадках в работе оборудования необходимо ставить в известность преподавателя (иное лицо, проводящее занятия). Запрещается самостоятельное устранение любых неисправностей используемого оборудования.

Оценка лабораторных работ.

Оценка 5 ставится в том случае, если учащийся выполнил 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.

Оценка 4 ставится в том случае, если учащийся выполнил работу в соответствии с требованиями к оценке 5, но допустил два-три недочета, не более одной негрубой ошибки и одного недочета.

Оценка 3 ставится в том случае, если учащийся выполнил работу не полностью, но объем выполненной части таков, что позволяет получить правильные результаты и выводы, если в ходе проведения опыта и измерений были допущены ошибки.

Оценка 2 ставится в том случае, если учащийся выполнил работу не полностью и объем выполненной работы не позволяет сделать правильные выводы, вычисления; наблюдения проводились неправильно.

Оценка 1 ставится в том случае, если учащийся совсем не выполнил работу.

Во всех случаях оценка снижается, если учащийся не соблюдал требований правил безопасного труда.

Лабораторная работа № 1

Измерение ускорения тела при равноускоренном движении

Цель работы: определить величину ускорения, с которым тело соскальзывает с наклонной плоскости.

Оборудование: прибор для изучения прямолинейного движения тела, секундомер.

При равноускоренном движении тела по прямой линии перемещение, которое оно совершает, ускорение, начальная скорость и время движения связаны соотношением:

.

Если тело начинает движение из состояния покоя, то его начальная скорость равна нулю и его перемещение будет изменяться со временем по закону:

Из этой формулы следует, что ускорение тела можно определить по формуле:

Ход работы

1. Нарисуйте схему прибора для изучения прямолинейного движения тела.

2. Подготовьте таблицу записи результатов и расчетов.

№ опыта

S₁, м

t, с

t_ср1, с

а₁, м/с

1

2

3

№ опыта

S₂, м

t, с

t_ср2, с

а₂, м/с

1

2

3

№ опыта

S₃, м

t, с

t_ср3, с

а₃ , м/с

1

2

3

3. Соберите установку:

- Направляющую рейки, по которой будет соскальзывать каретка, с помощью штатива закрепите наклонно, так чтобы ее верхний край находился бы на высоте 18-20 см от поверхности стола;

- Первый датчик установите на направляющей рейке вблизи метки каретки.

- Второй датчик расположите на удалении 20см от первого.

- По шкале прибора измерьте и запишите значение перемещение (S₁), которое каретка совершит, двигаясь между датчиками.

- Отпустите каретку и определите время ее движения (t₁).

- Повторите опыт 3 раза.

- Найдите среднее время движения (t_ср.1) по формуле:

- Вычислите ускорение каретки:

4. Измените расстояние (S₂) между датчиками на 5 см и определите ускорение каретки (а₂) на этом участке.

5.Измените расстояние (S₃) между датчиками еще на 5 см и определите ускорение каретки (а₃) на этом участке.

6. Напишите вывод.

Лабораторная работа № 2

Измерение скорости тела при равноускоренном движении

Цель работы: определить значение скорости тела, двигающегося прямолинейно и равноускоренно, в заданной точке его траектории.

Оборудование: прибор для изучения прямолинейного движения, штатив.

Теория

При равноускоренном движении без начальной скорости пройденное расстояние определяется

отсюда

Мгновенная скорость

Ход работы

1. Рисунок

№

пуска

t

t_ср

S

V_к

1

2

…

2. Таблица:

1. Соберите установку (на рисунке), так, что бы верхний край рейки располагался на высоте 18-19 см от поверхности стола.

2. Удерживайте каретку на направляющей рейке в крайнем верхнем положении, так, чтобы ее выступ с меткой был обращен в сторону датчиков, вблизи ее метки поместите первый датчик.

3. Установите второй датчик на расстоянии 20 см от первого.

4. Измерьте расстояние между датчиками - S(запишите в таблицу).

5. Сделайте 6-7 пусков каретки, всякий раз записывайте показание секундомера.

6. Вычислите среднее значение времени движения каретки между датчиками - t_ср.

7. Выведите формулу для подсчета скорости V_к зная S; t

И V₀

8. Вычислите V_к каретки в точке траектории, где установлен второй счетчик.

9. Заполните таблицу.

10. Сделайте вывод.

Лабораторная работа № 3

Изучение движения тела брошенного горизонтально

Цель работы: измерить начальную скорость тела, брошенного горизонтально.

Оборудование: штатив с муфтой и зажимом, изогнутый желоб, металлический шарик, лист бумаги, лист копировальной бумаги, отвес, измерительная лента.

Ход работы

1. Сделайте рисунок.

2. Таблица:

№ опыта

Высота полета тела h, м

Дальность полета тела l, м

Начальная скорость тела v₀, м/с

Средняя скорость тела, v_{0 ср}, м/с

1

2

3

4

5

3. Соберите установку, представленную на рисунке. Нижний участок желоба должен быть горизонтальным.

4. Положите под желобом лист бумаги. Отметьте на этом листе точку А, находящуюся на одной вертикали с нижним концом желоба.

5. Поместите в желоб шарик и без толчка отпустите. Заметьте место, куда упадет шарик. На это место положите лист бумаги, а на него – лист копировальной бумаги «рабочей» стороной вниз.

6. Поместите в желоб шарик и без толчка отпустите его. Повторите опыт 5 раз.

7. Снимите лист копировальной бумаги. Измерьте расстояния от точки А до каждого отпечатка (дальность полета - ℓ ).

8. Измерьте высоту h.

9. Результаты измерения занесите в таблицу.

10. Расчеты:

11. Запишите выводы:

Лабораторная работа №4

Определение жесткости пружины

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

Оборудование:штатив с муфтой и зажимом, динамометр, набор грузов известной массы, линейка.

Ход работы:

1. Нарисуйте рисунок установки.

2. Оформите таблицу

Номер опыта

Масса груза,

m, кг

Сила тяжести,mg, H

Растяжение пружины

ΔΧ,м

Жесткость пружины,

^k, Н/м

1

2

3

3. Соберите установку по рисунку.

4. Подвесьте к пружине груз массой 100 г и измерьте удлинение пружины ΔΧ.

5. Рассчитайте коэффициент жесткости k₁ по формуле:

Принять g = 9,8 м/с^2.

6. Подвесьте к пружине 2-ой груз и вновь измерьте удлинение пружины. Рассчитайте жесткость пружины k₂.

7. Подвесьте к пружине 3-ий груз и вновь измерьте удлинение пружины. Рассчитайте жесткость пружины k₃.

8. Результаты измерений занести в таблицу 1.

9. Рассчитайте среднее значение k по формуле:

10. Постройте график зависимости силы упругости от удлинения.

11. Напишите вывод.

Лабораторная работа № 5

«Исследование зависимости силы трения от веса тела»

Цель работы: Изучить зависимость силы трения скольжения от веса тела.

Оборудование: Динамометр, набор грузов, деревянный брусок

Ход работы

1. Сделайте рисунок.

2. Результаты измерений занесите в таблицу

Номер опыта

Сила трения скольжения

F_тр, Н

Вес тела

Р, Н

Коэффициент трения, μ

1

2

3

• Поместите на брусок груз массой 100 г.

• Прицепите к бруску крючок динамометра и приведите брусок в прямолинейное равномерное движение. Зафиксируйте показания динамометра при движении.

• Держа динамометр вертикально, измерьте вес бруска вместе с грузом.

• Рассчитайте значение коэффициента трения и запишите его в таблицу:

• Повторите опыты по измерению силы трения скольжения, нагрузив брусок двумя и тремя грузами.

• По данным таблицы постройте график зависимости силы трения скольжения от веса.

F_тр, Н

Р, Н

Проанализируйте график и сделайте выводы.

Лабораторная работа № 6

Опытная проверка закона Бойля-Мариотта

Цель работы:проверить выполнение закона Бойля-Мариотта.

Оборудование: Пластиковый сосуд (объем 55 мл), манометр,шприц (объем 10 мл) с оцифрованной шкалой, зажим, тройник, трубки ПBX, барометр (один на кабинет).

• Общий объем пластикового сосуда с трубками

составляет 60 мл.

ДляпроверкизаконаБойля-Мариоттасравниваютдвасостояниявоздухавсосудеприкомнатнойтемпературе.

Первое состояние соответствует атмосферному давлению, которое фиксируется по барометру, и объему в 70 мл (поршень шприца выдвинут до отметки 10 мл). Приэтомзажимснят.

Для получения второго (третьего) состояния воздуха ставят зажим и уменьшают объем воздуха в сосуде, вдвигая поршень до отметки 6 мл (2 мл), что соответствует общему объему 66 мл (62 мл). Затемсравниваютпроизведенияобъемаидавлениявоздухавсосуде.

Ходработы:

1. Начертите таблицу:

Состояние

р_и,

мм рт.ст.

р₁=р_а+р_и,

Па

1

2

3

р _а = р ₁ = 1 мм рт.ст. ≈ 133 Па

2.Соберите установку без зажима.

3.Определите атмосферное давление по барометру (р_а). Запишите давление в таблицу.

4.Выдвиньте поршень шприца до отметки 10 мл (при этом общий объем установки составит 70 мл – V₁). Занесите объем в таблицу.

5. Для получения второго состояния воздуха установите зажим.

6.Переместите поршень до отметки 6 мл, что соответствует общему объему 66 мл – V₂.

7.Определите давление воздуха по показаниям манометра (р _и).

8.Переместите поршень до отметки 2 мл, что соответствует общему объему 62 мл – V₃.

9.Определите давление воздуха по показаниям манометра (р _и).

10. Для каждого состояния рассчитайте р·V. Сравните результаты.

11. Сделайте вывод.

Лабораторная работа № 7

Измерение относительной влажности воздуха

Цель работы: научиться определять влажность воздуха.

Оборудование: психрометр, психрометрическая таблица.

Теоретические сведения.

Психрометр состоит из двух одинаковых термометров, одни из которых обмотан тканью. Если водяной пар в воздухе не насыщен, то вода из ткани будет испаряться и показания «влажного» термометра будут меньше, чем сухого.

Ход работы:

1.Нарисуйте рисунок психрометра в тетради.

2. Подготовьте таблицу и запишите показания сухого и влажного термометров в таблицу.

t_сух,^оС

t_влаж,^оС

Δt, ^оС

φ, %

3. С помощью психрометрической таблицы определите относительную влажность воздуха.

4. Запишите сделанный вами вывод.

Лабораторная работа № 8

«Расчет массы воды в одном кубическом метре воздуха класса»

Цель работы: Рассчитать массу воды в одном 1 м³воздуха.

Оборудование: психрометр, психрометрические таблицы.

Ход работы

1.Измерить температуру воздуха в классе (t_сух).

2.Измерить термометру по влажному термометру (t_вл)

3. Найти разность показаний сухого и влажного термометров.

4. Пользуясь психрометрической таблицей, определить относительную влажность воздуха в классе (φ).

5. Пользуясь таблицей зависимости давления и плотности насыщенного пара от температуры находим плотность водяного пара при данной температуре (ρ_о).

6. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу.

температура воздуха в классе,

t_сух

термометра по влажному термометру, t_вл

разность показаний сухого и влажного термометров,Δt.

относительная влажность воздуха в классе,

φ

плотность водяного пара при данной температуре, ρ_о.

массу воды в 1 м³ воздуха,

m

7. По формуле вычислить массу воды в 1 м³ воздуха класса.

8. Сделайте вывод.

Лабораторная работа № 9.

«Изучение последовательного и параллельного соединения проводников».

Цель: Сделать вывод о выполнении законов последовательного и параллельного соединения проводников.

Оборудование: Источник питания, амперметр, вольтметр, два резистора, соединительные провода.

Ход работы.

1. Собрать цепи:

а) с последовательным и б) параллельным

соединением резисторов:

А V A V

R1 R2 R1

R2

2. Снять показания с амперметра и вольтметра.

3. Рассчитать общее сопротивление резисторов, используя закон Ома (практически) и номинальные значения сопротивления резисторов (теоретически):

a) R = R1 + R2; б)

Результаты занести в таблицу:

Вид соединения

R1, Ом

R2, Ом

I, А

U, В

R, Ом

полученное практически

полученное теоретически

последовательное

параллельное

4.Сделать вывод.

Лабораторная работа № 10

Измерение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока

Цель работы: изучить метод измерения ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока с помощью амперметра и вольтметра.

Оборудование:металлический планшет, источник тока, амперметр, вольтметр, резистор, ключ, зажимы, соединительные провода.

Ход работы

1. Подготовьте таблицу для записи результатов измерений и вычислений.

, В

U_R, В

I, А

r, Ом

2. Начертите схему для измерения ЭДС и внутреннего сопротивления источника.

3. Измерьте величину ЭДС. ЭДС измеряют по показанию вольтметра при разомкнутом ключе.

4. Замкните ключ и определите показания амперметра и вольтметра.

5. По формуле вычислите внутреннее сопротивление источника.

6. Запишите вывод.

Список литературы

1. Бурова В.А. и Никифорова Г.Г. «Фронтальные лабораторные занятия по физике в 7-11 классах общеобразовательных учреждений». Книга для учителя. М., Просвещение, 1996г.

2. Виноградова М.Д., Первин И.Б. «Коллективная познавательная деятельность и воспитание школьников». М., 1977г.

3. Дмитриева В.Ф. Физика: учебник. – М., 2003. Дьяченко В.К. «Сотрудничество в обучении» М., 1991г.

4. Ерунова Л.И. «Урок физики и его структура при комплексном решении задач обучения». М., 1988г.

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

6. Самойленко П.И., Сергеев А.В. Физика (для нетехнических специальностей): учебник. – М., 2003.

7. Усова А.В., Бобров А.А. «Формирование учебных умений и навыков учащихся на уроках физики». М., 1988г.

8. Усова А.В., Вологодская З.А. «Самостоятельная работа учащихся в средней школе». М., 1981г.

9. Федеральный компонент государственного стандарта общего образования / Министерство образования РФ. – М., 2004.