Лабораторные работы по физике за курс 11 класса.

Лабораторные работы по физике за курс 11 класса.

Лабораторная работа № 1

НАБЛЮДЕНИЕ ДЕЙСТВИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ТОК

Оборудование: проволочный моток, штатив, источник постоянного тока, реостат, ключ, соединительные провода, дугообразный магнит.

Подготовка к проведению работы

Подвесьте проволочный моток к штативу, подсоедините его к источнику тока последовательно с реостатом и ключом. Предварительно ключ должен быть разомкнут, движок реостата установлен на максимальное сопротивление.

Проведение эксперимента

1.    Поднесите к висящему мотку магнит и, замыкая ключ, пронаблюдайте движение мотка.

2.    Выберите несколько характерных вариантов относительного расположения мотка и магнита и зарисуйте их, указав направление магнитного поля, направление тока и предполагаемое движение мотка относительно магнита.

3.    Проверьте на опыте правильность предположений о характере и направлении движения мотка.

Лабораторная работа № 2

 ИЗУЧЕНИЕ ЯВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ

Оборудование: миллиамперметр, источник питания, катушки с сердечниками, дугообразный магнит, выключатель кнопочный, соединительные провода, магнитная стрелка (компас), реостат.

Подготовка к проведению работы

1. Вставьте в одну из катушек железный сердечник, закрепив его гайкой. Подключите эту катушку через миллиамперметр, реостат и ключ к источнику питания. Замкните ключ и с помощью магнитной стрелки (компаса) определите расположение магнитных полюсов катушки с током. Зафиксируйте, в какую сторону отклоняется при этом стрелка миллиамперметра. В дальнейшем при выполнении работы можно будет судить о расположении магнитных полюсов катушки с током по направлению отклонения стрелки миллиамперметра.

2. Отключите от цепи реостат и ключ, замкните миллиамперметр на катушку, сохранив порядок соединения их клемм.

                                                Проведение эксперимента

1.    Приставьте сердечник к одному из полюсов дугообразного магнита и вдвиньте внутрь катушки, наблюдая одновременно за стрелкой миллиамперметра.
2.    Повторите наблюдение, выдвигая сердечник из катушки, а также меняя полюса магнита.
3.    Зарисуйте схему опыта и проверьте выполнение правила Ленца в каждом случае.
4.    Расположите вторую катушку рядом с первой так, чтобы их оси совпадали.
5.    Вставьте в обе катушки железные сердечники и присоедините вторую катушку через выключатель к источнику питания.
6.    Замыкая и размыкая ключ, наблюдайте отклонение стрелки миллиамперметра.
7.    Зарисуйте схему опыта и проверьте выполнение правила Ленца.

Лабораторная работа № 3

 ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСКОРЕНИЯ СВОБОДНОГО ПАДЕНИЯ ПРИ ПОМОЩИ МАЯТНИКА

Оборудование: часы с секундной стрелкой, измерительная лента с погрешностью _Л = 0,5 см, шарик с отверстием, нить, штатив с муфтой и кольцом.

Подготовка к проведению работы

Для измерения ускорения свободного падения применяются разнообразные гравиметры, в частности маятниковые приборы. С их помощью удается измерить ускорение свободного  падения  с  абсолютной  погрешностью  порядка 10^-5 м/с².

В работе используется простейший маятник — шарик на нити. При малых размерах шарика по сравнению с длиной нити и небольших отклонениях от положения равновесия период колебаний равен периоду колебаний математического маятника . Для увеличения точности измерения периода нужно измерить время t достаточно большого числа N полных колебаний маятника. Тогда период Т = , и ускорение свободного падения может быть
вычислено по формуле


 
                                                       Проведение эксперимента

1.    Установите на краю стола штатив. У его верхнего конца укрепите с помощью муфты кольцо и подвесьте к нему шарик на нити. Шарик должен висеть на расстоянии 1—2 см от пола.

2.    Измерьте лентой длину I маятника (длина маятника должна быть не менее 50 см).

3.    Возбудите колебания маятника, отклонив шарик в сторону на 5—8 см и отпустив его.

4.    Измерьте в нескольких экспериментах время t 50 колебаний маятника и вычислите

где n — число опытов по измерению времени.

5. Вычислите среднюю абсолютную погрешность измерения времени

     
                    
6.    Вычислите ускорение свободного падения по формуле



7.    Определите относительную погрешность измерения времени _t.

8.    Определите относительную погрешность измерения длины маятника . Значение l складывается из погрешности мерной ленты и погрешности отсчета, равной половине цены деления ленты:

l = l_л + l_отеч.

9.    Вычислить относительную погрешность измерения g по формуле


 
учитывая, что погрешностью округления л можно пренебречь, если = 3,14; также можно пренебречь _l, если она в 4 раза (и более) меньше 2 _t.

10. Определите g = _qg_cp и запишите результат измерения в виде



Убедитесь в достоверности измерений и проверьте принадлежность известного значения g полученному интервалу.

Лабораторная работа № 4

ИЗМЕРЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ СТЕКЛА

Оборудование, необходимые измерения. В работе измеряется показатель преломления стеклянной пластины, имеющей форму трапеции. На одну из параллельных граней пластины наклонно к ней направляют узкий световой пучок. Проходя через пластину, этот пучок света испытывает двукратное преломление. Источником света служит электрическая лампочка, подключенная через ключ к какому-либо источнику тока. Световой пучок создается с помощью металлического экрана с щелью. При этом ширина пучка может меняться за счет изменения расстояния между экраном и лампочкой.

Показатель преломления стекла относительно воздуха определяется по формуле



где — угол падения пучка света на грань пластины (из воздуха в стекло); — угол преломления светового пучка в стекле.

Для определения отношения, стоящего в правой части формулы, поступают следующим образом. Перед тем как направить на пластину световой пучок, ее располагают на столе на листе миллиметровой бумаги (или листе бумаги в клетку) так, чтобы одна из ее параллельных граней совпала с предварительно отмеченной линией на бумаге. Эта линия укажет границу раздела сред воздух — стекло. Тонко очинённым карандашом проводят линию вдоль второй параллельной грани. Эта линия изображает границу раздела сред стекло — воздух. После этого, не смещая пластины, на ее первую параллельную грань направляют узкий световой пучок под каким-либо углом к грани. Вдоль падающего на пластину и вышедшего из нее световых пучков тонко очинённым карандашом ставят точки 1, 2, 3 и 4 (рис. 18.р. После этого лампочку выключают, пластину снимают и с помощью линейки прочерчивают входящий, выходящий и преломленный лучи (рис. 18.2). Через точку В границы раздела сред воздух — стекло проводят перпендикуляр к границе, отмечают углы падения и преломления . Далее с помощью циркуля проводят окружность с центром в точке В и строят прямоугольные треугольники ABE и CBD.

Длины отрезков АЕ и DC измеряют по миллиметровой бумаге или с помощью линейки. При этом в обоих случаях инструментальную погрешность можно считать равной 1 мм. Погрешность отсчета надо взять также равной 1 мм для учета неточности в расположении линейки относительно края светового пучка.

Максимальную относительную погрешность измерения показателя преломления определяют по формуле
 

 
Максимальная по формуле абсолютная погрешность определяется

(Здесь n_пр — приближенное значение показателя преломления, определяемое по формуле (18.1).)

Окончательный результат измерения показателя преломления записывается так:

n = nпр ± n.

                                                    Подготовка к проведению работы

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


 
2. Подключите лампочку через выключатель к источнику тока. С помощью экрана с щелью получите тонкий световой пучок.

                                      Проведение эксперимента, обработка результатов измерений

1.    Измерьте показатель преломления стекла относительно воздуха при каком-нибудь угле падения. Результат измерения запишите с учетом вычисленных погрешностей.

2.    Повторите то же при другом угле падения.

3.    Сравните результаты, полученные по формулам
 

 
4. Сделайте вывод о зависимости (или независимости) показателя преломления от угла падения. (Метод сравнения результатов измерений изложен во введении к лабораторным работам в учебнике физики для X класса.)

                                                                    Контрольный  вопрос

Чтобы определить показатель преломления стекла, достаточно измерить транспортиром углы и и вычислить отношение их синусов. Какой из методов определения показателя преломления предпочтительнее: этот или использованный в работе?

Лабораторная работа № 5

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИЧЕСКОЙ СИЛЫ И ФОКУСНОГО РАССТОЯНИЯ СОБИРАЮЩЕЙ ЛИНЗЫ

Оборудование: линейка, два прямоугольных треугольника, длиннофокусная собирающая линза, лампочка на подставке с колпачком, источник тока, выключатель, соединительные провода, экран, направляющая рейка.

                                                                  Подготовка к проведению работы

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

 
В качестве предмета используется светящаяся рассеянным светом буква в колпачке осветителя. Действительное изображение этой буквы получают на экране.

                                                                        Проведение эксперимента

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

2.    Поставьте лампочку на край стола, а экран — у другого края. Между ними поместите линзу, включите лампочку и передвигайте линзу вдоль рейки, пока на экране не будет получено резкое изображение светящейся буквы.

Для уменьшения погрешности измерений, связанной с настройкой на резкость, целесообразно получить уменьшенное (и, следовательно, более яркое) изображение.

3.    Измерьте расстояния d и f, обратив внимание на необходимость тщательного отсчета расстояний.

При неизменном d повторите опыт несколько раз, каждый раз заново получая резкое изображение. Вычислите f_cр, D_ср, F_ср. Результаты измерений расстояний (в миллиметрах) занесите в таблицу.

    

4. Абсолютную погрешность D измерения оптической силы линзы можно вычислить по формуле , где ₁ и ₂ — абсолютные погрешности в измерении d и f.

При определении ₁ и ² следует иметь в виду, что измерение расстояний d и f не может быть проведено с погрешностью, меньшей половины толщины линзы h.

Так как опыты проводятся при неизменном d,  то ₁ =. Погрешность измерения f будет больше из-за неточности настройки на резкость примерно еще на . Поэтому
 

 
5. Измерьте толщину линзы h (рис. 18.3) и вычислите D по формуле





6. Запишите результат   в  форме


 

Лабораторная работа № 6

ИЗМЕРЕНИЕ ДЛИНЫ СВЕТОВОЙ ВОЛНЫ

Оборудование, необходимые измерения. В работе для определения длины световой волны используется дифракционная решетка с периодом       мм или — мм (период указан на решетке). Она является основной частью измерительной установки, показанной на рисунке 18.4. 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 можно наблюдать по обе стороны от щели дифракционные спектры 1-го, 2-го и т. д. порядков.

Длина волны определяется по формуле



где d — период решетки; k — порядок спектра; — 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 18.5 видно, что





Расстояние а отсчитывают по линейке от решетки до экрана, расстояние b — по шкале экрана от щели до выбранной линии спектра.

Окончательная формула для определения длины волны имеет вид
 

 
В этой работе погрешность измерений длин волн не оценивается из-за некоторой неопределенности выбора середины части спектра данного цвета.

                                             Подготовка к проведению работы

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.

                                        Проведение эксперимента, обработка результатов измерений

1.    Вычислите длину волны красного цвета в спектре 1-го порядка справа и слева от щели в экране, определите среднее значение результатов измерения.
2.    Проделайте то же для фполетового цвета.
3.    Сравните полученные результаты с длинами волн красного и фиолетового цвета на рис. V, 1 цветной вклейки.

Лабораторная работа № 7

Наблюдение интерференции, дифракции и поляризации света

Ход выполнения лабораторного опыта:

цель работы: экспериментальное наблюдение явления интерференции и дифракции света.

теоретическая часть: интерференция световых волн – сложение двух волн, вследствие которого наблюдается устойчивая во времени картина усиления или ослабления результирующих световых колебаний в различных точках пространства. результат интерференции зависит от угла падения на пленку, ее толщины и длины волны. усиление света произойдет в том случае, если преломленная отстанет от отраженной на целое число длин волн. если вторая волна отстанет от первой на половину длину волны или на нечетное число полуволн, то произойдет ослабление света. дифракция – огибание волнами краев препятствий.

оборудование: пластины стеклянные – 2 шт, лоскуты капроновые или батистовые, засвеченная фотопленка с прорезью, сделанной лезвием бритвы, грампластинка, штангенциркуль, лампа с прямой нитью накала.

вывод по проделанной работе:

1. интерференция света

проведя опыт по наблюдению интерференции света с помощью двух пластин мы заметили, что с изменением нажима изменяется форма и расположение интерференционных полос. Это связано с тем, что при изменении толщины пленки, меняется разность хода волн. максимумы меняются минимумами и наоборот. при проходящем свете картину интерференции наблюдать нельзя, так как для этого необходимы согласованные волны с одинаковыми длинами и постоянной разностью фаз. Получить интерференционную картину с помощью двух независимых источников света невозможно. включение ещё одной лампочки лишь увеличивает освещенность, но не создает чередование min и max освещенность.

2. дифракция

применяя различные методы мы наблюдали явление дифракции света, изменение дифракционных спектров. данная работа является экспериментальным подтверждением теории дифракции света.

Наблюдайте голубое небо сквозь поляроид, направив луч зрения приблизительно под прямым углом к направлению на Солнце (свет, рассеянный под прямым углом к направлению падающего света, поляризован наиболее сильно). Плавно поворачивайте поляроид и наблюдайте за изменением видимой яркости голубого неба. Изменение яркости, вызванное поляризацией рассеянного света, особенно заметно, если на фоне голубого неба в поле зрения окажутся белые облака, яркость которых не изменяется при повороте поляроида.

Лабораторная работа № 8

НАБЛЮДЕНИЕ СПЛОШНОГО И ЛИНЕЙЧАТОГО СПЕКТРОВ

Оборудование: проекционный аппарат, спектральные трубки с водородом, неоном или гелием, высоковольтный индуктор,  источник  питания,  штатив,  соединительные провода (эти приборы являются общими для всего класса), стеклянная пластина со скошенными гранями (выдается каждому).

                                                           Проведение эксперимента

1.    Расположите пластину горизонтально перед глазом. Сквозь грани, составляющие угол 45°, наблюдайте светлую вертикальную полоску на экране — изображение раздвижной щели проекционного аппарата.

2.    Выделите основные цвета полученного сплошного спектра и запишите их в наблюдаемой последовательности.

3.    Повторите опыт, рассматривая полоску через грани, образующие угол 60°. Запишите различия в виде спектров.

4.    Наблюдайте линейчатые спектры водорода, гелия или неона, рассматривая светящиеся спектральные трубки сквозь грани стеклянной пластины. Запишите наиболее яркие линии спектров.

                                                             Контрольный вопрос

Чем отличается дифракционный спектр от дисперсионного?

Лабораторная работа № 9

Изучение треков заряженных частиц по готовым фотографыиям