Методические указания по выполнению лабораторных работ по физике

Государственное профессиональное образовательное учреждение “Воркутинский арктический горно-политехнический колледж”

Методические указания по выполнению лабораторных работ по физике

Воркута

2024

Автор-составитель:

Дудко Е.А., преподаватель ГПОУ ―ВАГПК‖

Методические указания по выполнению лабораторных работ по физике / Автор-составитель Е.А. Дудко, Воркута: ГПОУ «ВАГПК», 2024.-37 с.

В данном пособии размещены методические указания по выполнению лабораторных работ по физике. Пособие может быть использовано педагогическими работниками, преподающим физику.

ГПОУ «ВАГПК», 2024

Оглавление

Пояснительная записка……………………………………………………….

4

Требования при выполнении лабораторной работы……………………….

5

Критерии оценок лабораторных работ………………………………………

9

Охрана труда при проведении лабораторных работ по физике……………

9

Лабораторные работы…………………………………………………………

12

Рекомендуемая литература……………………………………………………

37

Пояснительная записка

Методические указания составлены в соответствии с рабочей программой 2022- 2023 года и предполагают краткую теоретическую подготовку по данной теме с составлением отчета по указанной теме лабораторной работы; ознакомление с приборами, сборку схем; проведение опыта и измерений, числовую обработку результатов лабораторного эксперимента и сдачу зачета по выполненной работе.

Письменные инструкции к каждой лабораторной работе, приведенные

в данном пособии, не только позволяют определить порядок выполнения работы, но предполагают контрольные вопросы по каждой теме.

Цель проведения лабораторных работ: формирование предметных и

метапредметных результатов освоения студентами основной образовательной программы базового курса физики.

Лабораторная работа — один из видов учебных занятий при изучении курса физики.

Конечная цель лабораторных занятий по физике — знания, умения и навыки, необходимые для проведения физического эксперимента.

Для достижения этой цели в ходе каждой работы придется решать ряд задач:

• объяснять физическую суть изучаемого в данной работе явления;

• характеризовать, выделяя особенности, объект исследования (образец, устройство, поток частиц, излучение и т.д.);
• объяснять физические основы используемой в работе методики измерений,
• обосновывать последовательность действий при выполнении каждой конкретной работы;
• работать с приборами, выбирать нужный диапазон измерений, определять цену деления шкалы;
• проводить измерения, соблюдая заданные условия, грамотно и аккуратно записывать результаты в заранее составленные таблицы;
• вычислять и учитывать приборную и случайную погрешности прямых и косвенных измерений;
• представлять результаты эксперимента в виде сводных таблиц и графиков;

• анализировать полученные результаты, делать обоснованные выводы,
• составлять отчет по работе.

Особенности лабораторных занятий состоят в том, что они, в отличие от других учебных занятий, с первых шагов требуют самостоятельности (которая постепенно должна стать практически полной) и сознательной активной работы не только в лаборатории при сборке установки и проведении измерений, но и дома при подготовке к измерениям, обработке результатов и составлении отчета.

По цели, объему и содержанию лабораторные работы по физике могут резко различаться между собой. Однако все они содержат одни и те же

конкретные этапы, перечисленные во введении.

Требования при выполнении лабораторной работы

Выполнение лабораторной работы последовательность действий:

• подготовка к эксперименту;
• проведение измерений;
• обработка полученных результатов;
• формулировка выводов и написание отчета.

есть определенная

Для грамотного и быстрого их выполнения должна сложиться определенная система знаний и умений (ориентировочная основа действия),

правильное и рациональное исполнение действия. всякому действию должны предшествовать

которая обеспечит

Другими словами,

обосновывающие его теоретические знания. Поэтому выполнение каждой лабораторной работы по физике необходимо начинать с изучения ее описания и приведения знаний в систему, а именно:

• ясно представить себе общую цель данной конкретной лабораторной

работы и последовательность задач, решение которых приведет к достижению окончательной цели;

• знать, какое физическое явление изучается в данной работе и какими зависимостями связаны описывающие его величины;

• знать основные особенности объекта исследования;

• изучить и уметь объяснить физические основы используемых в работе методов измерения искомых величин;

• уметь нарисовать принципиальную схему используемой установки и знать назначение каждого из ее узлов;

• знать последовательность выполнения этапов лабораторной работы;

— иметь общее представление об ожидаемых результатах проводимого эксперимента и уметь выбрать метод, нужный для их математической обработки.

Проверять степень своей готовности к выполнению каждой конкретной

работы нужно с помощью обобщенных контрольных вопросов, общих для всех лабораторных работ.

Теоретическая подготовка

Теоретическая подготовка необходима для проведения физического

эксперимента, должна проводиться студентами 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:

• Название работы.
• Цель работы.
• Оборудование.

• Ход работы (включает рисунки, схемы, таблицы, основные формулы для определения величин, а так же расчетные формулы для

определения погрешностей измеряемых величин).

• Расчеты – окончательная запись результатов работы.
• Вывод.

Ознакомление с приборами, сборка схем

Приступая к лабораторным работам, необходимо:

• получить у лаборанта приборы, требуемые для выполнения работы;
• разобраться в назначении приборов и принадлежностей в соответствии с их техническими данными;
• пользуясь схемой или рисунками, имеющимися в пособии, разместить приборы так, чтобы удобно было производить отсчеты, а затем собрать установку;
• 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.

Обработка результатов измерений

Обработка результатов разделяется на начальную окончательную.

обработку и

Особенность начальной обработки в том, что его выполняют сразу после получения экспериментальных данных, т. е. прежде чем разобрана рабочая установка. Это позволяет при необходимости проверить отдельные точки, участки или даже всю зависимость в целом.

Обработку результатов сразу после их получения, т. е. на лабораторном занятии, надо производить в следующей последовательности:

• постройте зависимость между величинами по данным опыта, если

они непосредственно измерялись;

• сопоставьте вид полученной зависимости с теоретическим ;
• получите однократно из графика значение нужной величины;
• вычислите конечный результат, используя данные графика.

Иногда оказывается, что величины, между которыми должна быть построена зависимость, непосредственно не измерялись. Тогда обработка

производится в иной последовательности, а именно:

• вычислите, используя данные опыта, и запишите в таблицу значения величин, необходимых для построения графика; если экспериментальных

данных много, то можно брать значения через одно или даже через два — это сократит объем и ускорит работу;

• постройте зависимость между величинами, используя результаты расчетов;

• сравните вид полученной зависимости с предполагаемым теоретически.

После того, как график построен, обработку продолжайте, как и в предыдущем случае.

Окончательная обработка результатов учитывает погрешности

эксперимента. Общеизвестно, что принципиально невозможно абсолютно

точно определить значение какой-либо физической величины. Поэтому всегда необходимо учитывать полную погрешность опыта и указывать ее в окончательном виде. Полная погрешность опыта складывается из погрешности, связанной с неидеальностью объекта исследования; погрешности метода; приборной погрешности; погрешностей, связанных с проведением данного конкретного опыта (промахи, систематические и случайные ошибки).

Все перечисленные погрешности, кроме случайных, могут оценены и практически учтены или устранены еще до

быть начала

систематических измерений. Следует помнить, что погрешность прибора нужно определить обязательно в конце работы.

Составление отчета

Отчет завершает лабораторную работу и обобщает результаты всех предыдущих этапов ее выполнения. Поэтому в нем обязательно должны быть

отражены:

• цель и задачи работы;
• объект исследования, его общая характеристика и особенности;
• методика эксперимента;
• схема установки;

• рабочие формулы с обязательной расшифровкой входящих в них величин;

• систематизированные результаты эксперимента (сводные таблицы, графики);

• оценка надежности и достоверности результатов (примеры вычислений величин, измеряемых косвенно, и погрешностей для прямых и

косвенных измерений);

• окончательные результаты с учетом погрешности, в том числе и приборной;

• общие выводы по работе. В конце отчета приводятся:

• окончательный результат, т. е. значение величины с указанием погрешности ее определения;
• окончательный результат, т. е. значение величины с указанием погрешности ее определения;

• анализ полученных результатов, сравнение экспериментально полученного и табличного значения величины, если это возможно;
• анализ полученных результатов, сравнение экспериментально полученного и табличного значения величины, если это возможно;

• выводы, вытекающие из экспериментальных данных.
• выводы, вытекающие из экспериментальных данных.

Критерии оценок лабораторных работ

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.

Оценка «4» (хорошо) ставится, если выполнены требования к оценке 5,

но было допущено два-три недочета, не более одной негрубой ошибки и одного недочета.

Оценка «3» (удовлетворительно) ставится, если работа выполнена 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» (неудовлетворительно) ставится, если работа выполнена не

полностью и объем выполненной части работы не позволяет сделать правильных выводов; если опыты, измерения, вычисления, наблюдения производились неправильно.

Лабораторные работы выполняются по письменным инструкциям,

которые приводятся в данном пособии. Каждая инструкция содержит краткие теоретические сведения, относящиеся к данной работе, перечень необходимого оборудования, порядок выполнения работы, контрольные вопросы.

Внимательное изучение методических указаний поможет выполнить работу.

Охрана труда при проведении лабораторных работ по физике

Общие требования безопасности

• К проведению лабораторных работ и лабораторного практикума по физике допускаются студенты, прошедшие инструктаж по охране труда,

медицинский осмотр и не имеющие противопоказаний по состоянию здоровья.

• При проведении лабораторных работ и лабораторного практикума по физике возможно воздействие на студентов следующих опасных и вредных

производственных факторов:

• термические ожоги при нагревании жидкостей и различных физических тел;

• порезы рук при небрежном обращении с лабораторной посудой и приборами из стекла;

• поражение электрическим током при работе с электроустановками;

• возникновение пожара при неаккуратном обращении с легковоспламеняющимися и горючими жидкостями.

• Кабинет физики должен быть укомплектован медицинской аптечкой с набором необходимых медикаментов и перевязочных средств.

• При проведении лабораторных работ и лабораторного практикума по

физике соблюдать правила пожарной безопасности, знать места

расположения первичных средств пожаротушения. Кабинет физики должен быть оснащен первичными средствами пожаротушения: огнетушителем пенным, огнетушителем углекислотным или порошковым, ящиком с песком и накидкой из огнезащитной ткани.

• О каждом несчастном случае пострадавший или очевидец несчастного случая обязан немедленно сообщить преподавателю. При неисправности оборудования, приспособлений и инструмента прекратить работу и сообщить об этом преподавателю.

• В процессе работы студенты должны соблюдать порядок проведения лабораторных работ и лабораторного практикума, правила личной гигиены, содержать в чистоте рабочее место.

• Студенты, допустившие невыполнение или нарушение инструкции по охране труда, привлекаются к ответственности.

• Со всеми студентами проводится внеплановый инструктаж по охране

труда.

Требования безопасности перед началом работы

• Внимательно изучить содержание и порядок проведения лабораторной работы или лабораторного практикума, а также безопасные приемы ее
• Внимательно изучить содержание и порядок проведения лабораторной работы или лабораторного практикума, а также безопасные приемы ее

выполнения.

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

• Проверить исправность оборудования, приборов, целостность лабораторной посуды и приборов из стекла.
• Проверить исправность оборудования, приборов, целостность лабораторной посуды и приборов из стекла.

Требования безопасности во время работы

• Точно выполнять все указания преподавателя при проведении лабораторной работы или лабораторного практикума, без его разрешения не выполнять самостоятельно никаких работ.

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

• При нагревании жидкости в пробирке или колбе использовать специальные держатели (штативы), отверстие пробирки или горлышко колбы не направлять на себя и на своих товарищей.

• Во избежание ожогов, жидкость и другие физические тела нагревать не выше 60- 70оС, не брать их незащищенными руками.

• Соблюдать осторожность при обращении с приборами из стекла и лабораторной посудой, не бросать, не ронять и не ударять их.

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

• При сборке электрической схемы использовать провода с наконечниками, без видимых повреждений изоляции, избегать пересечений проводов, источник света подключать в последнюю очередь.

• Собранную электрическую схему включать под напряжением только после проверки ее преподавателем или лаборантом.

• Не прикасаться к находящимся под напряжением элементам

электрической цепи, к корпусам стационарного электрооборудования, к зажимам конденсаторов, не производить переключений в цепях до

отключения источника тока.

• Наличие напряжения в электрической цепи проверять только приборами.
• Не допускать предельных нагрузок измерительных приборов.

• Не оставлять без надзора не выключенные электрические устройства и приборы.

Требования безопасности в аварийных ситуациях

• При обнаружении неисправности в работе электрических устройств, находящихся под напряжением, повышенном их нагревании, появлении искрения, запаха горелой изоляции и т.д. немедленно отключить источник электропитания и сообщить об этом преподавателю.

• При разливе легковоспламеняющейся жидкости и ее загорании немедленно сообщить об этом преподавателю и по его указанию покинуть помещение.

• В случае, если разбилась лабораторная посуда или приборы из стекла, не

собирать их осколки незащищенными руками, а использовать для этой цели щетку и совок.

• При получении травмы сообщить об этом преподавателю, которому необходимо немедленно оказать первую помощь пострадавшему, сообщить

об этом администрации учреждения, при необходимости отправить пострадавшего в ближайшее лечебное учреждение.

Требования безопасности по окончании работы

1. Отключить источник тока. Разрядить конденсаторы с помощью

изолированного проводника и разобрать электрическую схему.

• Разборку установки для нагревания жидкости производить остывания.

• Привести в порядок рабочее место, сдать преподавателю оборудование, материалы и тщательно вымыть руки с мылом.

после ее

приборы,

Лабораторные работы

ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ ПРЯМОЛИНЕЙНОГО НЕРАВНОМЕРНОГО ДВИЖЕНИЯ

Цель работы: Изучить законы кинематики прямолинейного движения.

Измерить среднюю скорость, ускорение, начальную скорость.

Приборы и материалы: Штатив, желоб, секундомер, сантиметровая лента, шарик.

Теория:

Движение по наклонной плоскости тело происходит под действием постоянных сил и является равноускоренным. Следовательно, мы можем,

применяя уравнения равноускоренного движения, вычислить среднюю скорость, ускорение и начальную скорость

при движении вверх:

V  S ,

ср

t

2

 at

2

V  V  at

S  V 0 t

0

2

 at   2 S

2

- при движении вниз (равноускоренном),

a

V 0  0  S

t 2

V  0, a  0  a  V 0  S  V 0 t  V  2 S - при движении вверх

0

t 2 t

(равнозамедленном).

Ход работы

• Соберите установку согласно рисунку.
• Измерьте время нескольких (10) пробегов шарика и найдите среднее значение времени.
• Измерьте длину наклонной плоскости.
• Вычислите среднюю скорость шарика и его ускорение.
• Запустите шарик вверх (проделайте несколько опытов и выберите тот, в котором шарик укатился дальше всего).
• Измерьте время движения и пройденный шариком путь.
• Вычислите начальную скорость и ускорение шарика при равнозамедленном движении.
• Рассчитайте погрешности измерений и вычислений, результаты занесите в таблицу.

ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ КРИВОЛИНЕЙНОГО ДВИЖЕНИЯ

Цель работы: Изучить законы кинематики криволинейного движения. Измерить путь, перемещение, скорость, угловую скорость, центростремительное ускорение.

Приборы и материалы: секундомер, сантиметровая лента, шарик, шарик на нити, копировальная бумага.

Теория:

направить скорость тела, стоящего на наклонной плоскости

Если

горизонтально, то действующая на тело сумма сил будет направлена перпендикулярно скорости.

Следовательно, движение тела будет напоминать движение тела брошенного горизонтально (т. е. по параболе). Если при этом измерить путь и перемещение тела, то можно убедиться в том, что они различаются. При равномерном вращении шарика на нити он движется с центростремительным ускорением:

2  R 2 

V 2

R

  a n 

T

V 

T

Ход работы

• Соберите установку согласно рисунку (положите папку на стопку книг, на неѐ лист бумаги, на него лист копировальной бумаги).
• Толкните тяжѐлый шарик горизонтально, снимите копировальную бумагу и прочертите тонкий след карандашом, начертите вектор

перемещения.

• Измерьте путь и перемещение шарика с учѐтом погрешности, сравните их.

• Начертите векторы скорости в начале, середине и конце пути.
• Приведите шарик на нити во вращение над линейкой.

• Измерьте время прохождения 20 – 25 кругов и вычислите период движения шарика.
• Вычислите скорость, угловую скорость и центростремительное ускорение шарика.
• Рассчитайте погрешности измерений и вычислений, результаты занесите в таблицу.

Дополнительные вопросы

• В каком случае измерение будут точнее: если делать 30 оборотов шарика или 60?
• Как изменится период движения шарика, если радиус окружности увеличить вдвое?

• Как при этом изменится угловая скорость?
• Как при этом изменится центростремительное ускорение?

ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНА СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ

Цель работы: Сравнить экспериментально уменьшение потенциальной энергии пружины с увеличением кинетической энергии тела, связанного с пружиной.

Приборы и материалы: штатив, динамометр, шарик на нити, лист белой и лист копировальной бумаги, сантиметровая лента, весы.

Теория:

На основании закона сохранения и превращения механической энергии

при взаимодействии тел силами упругости изменение потенциальной энергии растянутой пружины должно быть равно изменению кинетической энергии тела связанного с пружиной, взятому с обратным знаком.

Для проверки этого утверждения можно воспользоваться установкой изображѐнной на рисунке. Закрепив динамометр в лапке штатива, прикрепляют нить с шариком к пружине и натягивают ее, держа нить горизонтально. Когда шар отпускают, он под действием силы упругости приобретает скорость V. При этом потенциальная энергия пружины

2 mV 2

переходит в кинетическую энергию шарика. kx  . Скорость шарика

2 2

можно определить, измерив, дальность его полѐта S при падении его с

высоты Н по параболе. Из выражений V  S , t  2 H следует, что V  S g , а

t g 2 H

2 2

 mV  mS g .

2 4 H

Целью данной работы является проверка равенства:

 E k

kx 2  mS 2 g . С учѐтом равенства kx  F получим: F упр x  mS 2 g .

упр

2 4 H 2 4 H

Ход работы

1. Соберите установку (см. рис.). На место падения шарика положите лист белой, а сверху лист копировальной бумаги.

• Соблюдая горизонтальность нити натянуть пружину динамометра до значения 1 Н. Отпустить шарик и по отметке на листе белой бумаги найти дальность его полѐта. Повторить опыт три раза и найти среднее расстояние S.
• Измерьте деформацию пружины при силе упругости 1 Н и вычислите потенциальную энергию пружины.

• Повторите п.2,3 задавая силу упругости 2Н и 3Н соответственно.

• Измерьте массу шарика и вычислите увеличение его кинетической энергии.

• Результаты занесите в таблицу:

N

F упр

1

Х,

1

, Н

Е р ,

м

 Е р ,

Дж

 Е р ,

Дж

м,

Дж

Н,

кг

S,

м

Е к ,

м

 Е к ,

Дж

 Е к ,

Дж

Дж

• Оцените границы погрешности и сравните полученные изменений энергий с учѐтом погрешностей.

• Сделайте выводы, сделайте дополнительное задание.

значения

Дополнительное задание

Укрепив динамометр в вертикальном положении, произведите запуск шарика вверх. По высоте поднятия шарика оцените изменение его потенциальной энергии и сравните это увеличение с изменением энергии пружины.

Ответьте на вопросы:

а) В каких случаях выполняется закон сохранения механической энергии?

б) Чем можно объяснить неточное выполнение исследуемых равенств? Как

бы выполнялись эти равенства, если бы погрешности измерений отсутствовали?

ПРОВЕРКА ВЫПОЛНЕНИЯ ВТОРОГО ЗАКОНА НЬЮТОНА

Цель работы: Проверить выполнение второго закона Ньютона.

Приборы и материалы: штатив, желоб, линейка шарики разных масс, весы, секундомер.

Теория:

Согласно формулировке второго закона Ньютона, ускорение тела пропорционально силе действующей на это тело и обратно пропорционально массе этого тела. Проверку закона, поэтому логично проводить в два этапа. На первом этапе, оставив силу без изменения проверить зависимость ускорения тела от его массы. Очевидно, если закон выполняется, то должно

выполняться равенство а 1  m 2  *  .

а 2 m 1

Из рисунка ясно, что силой скатывающей шарик, будет

равнодействующая сил тяжести и реакции опоры. Можно показать, что

F  mg sin 

m 1 gh 1  m 2 gh 2

h

если F 1  F 2 , то

sin  

S

S S

m 1 h 1  m 2 h 2  *** 

F  mgh

S

Далее, необходимо проверить зависимость ускорения тела от величины силы действующей на него. Если массу тела оставить неизменной,

то должно выполняться соотношение: а 1  F 1  **  . Поэтому, если работать с

а 2 F 2

a mgh S

или a 1  h 1  ****  .

одним шариком, то m  m ; 

1 1

1 2 a

mgh S a h

2 2 2 2

Ход работы

• Установите желоб под углом к столу. Выберите шарик меньшей массы. Запустите шарик без толчка вниз по желобу. Измерьте время движения шарика. Скатив шарик не менее 6 ти раз, найдите среднее время спуска и занесите его в таблицу. Измерьте высоту и длину наклонной плоскости.
• Согласно формуле (***) определите высоту поднятия желоба для запуска второго шарика. Для этого взвесьте шарики на весах.

• Произведите действия п. 1.

• Рассчитайте отношение ускорений шариков соотношения (*) с учѐтом погрешностей.

• Результаты расчѐтов занесите в таблицу:

и проверьте верность

N

m

h

S

t

m 1 /m

 (m 1 /

2

m 2 )

 (m 1 /

m 2 )

a 2 /a 1

 (a 2 /

a 1 )

 (a 2 /a 1 )

6. Теперь запустите один (лучше боле тяжѐлый) шарик с разных высот, измерьте отношение его ускорений и занесите результат в таблицу.

N

m

h

S

t

h 1 /h 2

 (h 1 /h 2 )

 (h 1 /h 2 )

a 1 /a

2

 (a 1 /a 2 )

 (a 1 /

a 2 )

• Проверьте выполнимость формулы (****) с учѐтом погрешностей.
• Сделайте выводы и ответьте на дополнительные вопросы:

а) действительно ли верно выведенное выше выражение для ускорения в

данном случае (скатывание шарика) и как отразится поправка (если она есть) на дальнейших рассуждениях?

б) почему полученные равенства выполняются неточно?

в) как при расчѐте результата учесть конечный радиус шарика?

ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ КОЛЕБАНИЯ ФИЗИЧЕСКОГО МАЯТНИКА

Цель работы: Изучить законы колебания физического маятника.

Доказать обратимость точки подвеса и центра качания.

Приборы и материалы: Штатив, дощечка, секундомер, линейка, отвес.

Теория:

Согласно теории колебаний любое тело, совершающее колебания вокруг закреплѐнной оси, размером которого пренебречь нельзя, может

считаться физическим и, тогда, период его колебаний будет выражаться формулой:

I

T  2 

mgL

Данную формулу можно получить, рассмотрев колебания тела произвольной формы. Отклоним тело на некоторый угол (малый)  от вертикали. При этом возникнет момент силы тяжести, стремящийся вернуть

тело в положение равновесия. Запишем уравнения динамики вращательного движения тела:

I  →   M

I    mgL sin  ,

d 2 

I

  mgL 

dt 2

d 2    mgL 

dt 2 I

 2  mgL ; T  2   2  I

I  mgL

Минус получается при проецировании, так как направление отсчѐта угла и момента силы тяжести противоположны. Если колебания малы, то синус угла становится практически равен самому углу, и сила,

возвращающая маятник в положение равновесия, принимает вид F = - kx. Колебания, возникающие при этом, становятся гармоническими. Кстати, легко проверить разумность полученного вывода. Если в качестве тела взять математический маятник (I = mR 2 ), то формула периода колебаний

I

принимает знакомый вид периода математического маятника. Параметр

mL

имеет размерность длины и называется приведѐнной длиной. Это длина воображаемого математического маятника, имеющего период такой же, как и у данного физического.

L



mg

Точка, лежащая на расстоянии приведѐнной длины от точки подвеса (по направлению к центру масс), называется центром качания. Существует утверждение, гласящее, что центр качания и точка подвеса взаимно обратимы, т. е. Если укрепить тело в центре качания, то период колебаний тела останется неизменным по отношению к тому, что был при закреплении тела в данной точке подвеса. Это утверждение и предстоит проверить в данной работе.

Выполнение работы

• Подвесьте дощечку на штатив и приведите маятник в колебания.

• Измерьте время нескольких колебаний и найдите период колебаний маятника.

• Вычислите приведѐнную длину и найдите центр качаний (на отвесе на

расстоянии равном приведѐнной длине от точки подвеса).

• Просверлите отверстие в центре качаний, укрепите маятник, сделав центр качаний точкой подвеса.
• Приведя маятник в колебания, измерьте время нескольких колебаний и найдите период.
• Рассчитайте погрешность и сравните периоды колебаний прямого и перевѐрнутого маятников.

Дополнительные вопросы

• Почему приведенная длина оказалась меньше длины доски? Является ли маятник обычных маятниковых часов физическим или математическим? Приведите примеры физических маятников в механике и быту.
• Почему приведенная длина оказалась меньше длины доски?
• Является ли маятник обычных маятниковых часов физическим или математическим?
• Приведите примеры физических маятников в механике и быту.

Дополнительные задачи

• Докажите теоретически обратимость точки подвеса и центра качания.
• Рассчитайте период колебаний сковородки, подвешенной на стенку за короткую ручку. Параметры сковородки измерьте, взяв любую

сковороду дома.

• Покажите расчетом, какую погрешность в результат эксперимента вносит уменьшение массы доски при высверливании отверстий.

ИЗМЕРЕНИЯ УСКОРЕНИЯ СВОБОДНОГО ПАДЕНИЯ МЕТОДАМИ МАТЕМАТИЧЕСКОГО И КОНИЧЕСКОГО МАЯТНИКОВ

Цель работы: Научиться измерять ускорение свободного падения методами математического и конического маятников.

Приборы и материалы: Штатив, шарик на нити, секундомер, линейка.

Теория:

Согласно теории колебаний маятник, представляющий из себя тяжѐлый грузик на длинной нити, может считаться может считаться математическим и, тогда, период его колебаний будет выражаться формулой:

L 4  2  L

g

T  2 

, отсюда g 

T 2

Для измерения ускорения свободного падения может использоваться конический маятник. Рассмотрим рисунок. Согласно закону Ньютона:

→

→ →

ma  N  mg

В проекции на вертикальную и горизонтальную оси будем иметь:

N  ma цс

" x ": ma  N sin 

цс

sin 

g  N cos 

" y ": N cos   mg

m

a цс cos  sin 

V 2 ctg  4  2 r 2 h 4  2 h







g 

T 2 r 2

T 2

r

С учѐтом малости амплитуды колебаний можно считать h=L

Выполнение работы

• Подвесьте шарик на штатив и приведите маятник в колебания.

• Измерьте время нескольких колебаний и найдите период колебаний маятника.
• Вычислите ускорение свободного падения и погрешность измерений.
• Проделайте п.1 –3 для конического маятника приведя шарик на нити во вращение.
• Поставьте на пути маятника (под точкой подвеса) стержень (на расстоянии L/2, L/3, L/4) и измерьте период колебаний такого маятника. Сравните с расчѐтным периодом.

Дополнительные вопросы

• Как измерить объѐм комнаты, имея ботинок и секундомер.
• Как будет вести себя маятник на борту орбитальной станции.
• Где и для каких целей используется математический маятник.

Дополнительные задачи

• Приведите ещѐ один вывод формулы расчета периода вращения конического маятника (геометрический).
• Нить математического маятника при колебании отклоняется на угол  .

Этот же грузик может двигаться по окружности в горизонтальной плоскости так, что нить тоже отклоняется на угол  . В каком случае натяжение нити будет большим.

• Кубик совершает малые колебания в вертикальной плоскости двигаясь

без трения по внутренней поверхности сферической чаши. Определить период колебаний кубика, если внутренний радиус чаши равен R, а ребро кубика много меньше R.

ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ КОЛЕБАНИЙ ПРУЖИННОГО МАЯТНИКА

Цель работы: найти зависимость периода колебания маятника от массы груза и жѐсткости пружины

Приборы и материалы: штатив, набор грузов, жгут, линейка.

Теория:

Если тело, прикреплѐнное к пружине, как показано

пружинного

секундомер,

на рисунке

сместить в какую- либо сторону от первоначального положения, то на тело со стороны пружины будет действовать сила упругости вида F=-kx, где k- коэффициент жѐсткости пружины, а х - величина смещения тела. Согласно второму закону ньютона можно записать:

d 2 x

m   kx dt 2

ma   kx

Решая это уравнение, можно показать, что решением будет зависимость тела от времени вида: x = A cos(  t+  ), где А- амплитуда колебаний координаты,  - начальная фаза колебаний  - циклическая частота колебаний, а период соответственно

k m

m k

 

T  2 

Порядок проведения работы

• Закрепив на штативе пружину, подвесьте к еѐ концу груз.
• Приведите систему в колебательное движение и измерьте время нескольких колебаний.
• Рассчитайте период колебания системы.
• Проделайте п. 1 –3 с разным количеством грузов.
• Проделайте п. 1 –3 измеряя длину (а следовательно жесткость) пружины.
• Результаты измерений занесите в таблицу и сделайте расчѐт

погрешности измерений.

• Постройте графики зависимости периода колебаний от массы груза и жесткости пружины.
• Сделайте выводы.

Дополнительные вопросы

• Как изменится период колебаний пружинного маятника при перемещении его с Земли на Луну. g з =6g л
• Опишите колебания пружинного маятника помещѐнного в самолет, двигающийся с ускорением в горизонтальном направлении.
• Где в быту и технике применяются пружинные маятники.

Дополнительные задачи

• Груз массой М колеблется на пружине жесткостью К с амплитудой А. Найти: а) полную механическую энергию; б) потенциальную энергию в точке с координатой х; в) кинетическую энергию в этой точке; г) скорость прохождения грузом этой точки.
• На подставке лежит тело массой М, подвешенное на пружине жесткостью К. Подставку мгновенно убирают. Опишите движение тела после этого, если первоначально пружина не деформирована.

3) Груз, подвешенный на длинном резиновом жгуте, совершает колебания с периодом Т. Во сколько раз изменится период колебаний, если отрезать ¾ длины жгута и на оставшуюся часть подвесить тот же груз.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ

Цель работы : Определить коэффициент поверхностного натяжения воды с помощью динамометра типа ДПН.

Оборудование : динамометр типа ДПН, штатив, вода, мыло.

Теория:

На молекулы, находящиеся в поверхностном слое жидкости действуют силы натяжения других молекул, направленные внутрь жидкости. Для выхода молекулы из внутренних слоѐв в поверхностный слой необходимо совершение работы против действия молекулярных сил натяжения. В результате молекулы в поверхностном слое жидкости обладают избытком энергии. Эта энергия называется свободной поверхностной энергией жидкости.

Свободная поверхностная энергия в состоянии равновесия жидкости стремится к минимуму, жидкость как бы стягивается упругой поверхностной плѐнкой, стремясь к уменьшению своей площади.

При образовании тонкой плѐнки шириной l вдоль границы

поверхности жидкости действует сила поверхностного натяжения F, равная F=δ2l (1), где δ – коэффициент поверхностного натяжения; множитель 2 стоит по той причине, что плѐнка имеет две поверхности. Отсюда:

F

δ = -- - (2)

2l

Силу поверхностного натяжения F измеряют чувствительным

динамометром типа ДПН, а ширину плѐнки (равную ширине проволочной петли) – линейкой.

Динамометр типа ДПН состоит из корпуса, внутри которого размещена измерительная пружина, имеющая прямой конец с открытым зацепом. Зацеп

предназначен для соединения петли с измерительной пружиной динамометра. Для отсчѐта показаний по шкале на измерительной пружине закреплена стрелка. Исследуемая жидкость наливается в стеклянную чашку.

Для измерения коэффициента поверхностного натяжения проволочную петлю полностью погружают в жидкость, а затем медленно вытягивают из

жидкости. При этом на петле образуется плѐнка. Когда сила упругости пружины динамометра становится равна силе поверхностного натяжения F, плѐнка разрывается.

Ход работы

• Изучим устройство динамометра ДПН.

• Подготовим прибор к выполнению измерений. Для этого наденем на открытый зацеп петлю. Придерживая установочный винт, установим стрелку динамометра на нулевое деление шкалы. Завинтим стопорный винт.

• Нальѐм в чашку воду и установим еѐ на подставку. Вращая винт

держателя, поднимем чашку с жидкостью до такого уровня, чтобы петля полностью погрузилась в воду.

• Теперь будем медленно опускать чашку с водой. Для этого будем

поворачивать винт держателя до тех пор, пока не разорвѐтся плѐнка жидкости, тянущаяся за петлѐй. Замерим по шкале динамометра силу разрыва плѐнки.

• Вычислим коэффициент поверхностного натяжения по формуле 2.

• Повторим измерения 3 раза. Вычислим среднее значение коэффициента поверхностного натяжения.

• Результаты всех измерений и вычислений занесѐм в таблицу.

Дополнительные вопросы

• Чем обеспечивается существование поверхностного натяжения жидкости?

• Почему одни тела смачиваются водой, а другие – нет?
• Как зависит коэффициент поверхностного натяжения от температуры?

• Почему опыт проводится не с прямолинейным отрезком проволоки, а с петлѐй, имеющей П - образную форму?

ИЗМЕРЕНИЕ АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ

Цель работы: Определить атмосферное давление с помощью имеющегося оборудования.

Приборы и материалы: стеклянная трубка, резиновый шланг, воронка, метр, штатив, линейка.

Теория

Для определения атмосферного давления можно осуществить изотермический процесс расширения воздуха, заключѐнного в стеклянную трубку между поверхностью воды и пробкой. Рассмотрим установку (см. рис.) при открытой трубке вода находится на одинаковом уровне в трубке и воронке на расстоянии l от конца трубки. Закроем трубку

пробкой (или пальцем). Воздух в трубке находится при атмосферном давлении и занимает объѐм V. При опускании

воронки давление в трубке понижается на величину  P =  gh, где h – разность уровней воды в трубке и воронке,  - плотность воды. Воздух под пробкой занимает новый объѐм V+  V. Для изотермических состояний воздуха можно записать: PV   P   P  V   V  . Из этого уравнения давление Р

P   P  V   V  .

равно:

Так как V = Sl и  V = S  l, где S – площадь

 V

поперечного сечения трубки, l – первоначальная длина столба воздуха,  l –

то: P   gh  l   l  .

Следовательно, для

изменение длины столба воздуха,

 l

определения атмосферного давления необходимо измерить первоначальную длину столба воздуха в трубке, длину столба воздуха в трубке после опускания воронки и разность высот уровней воды в трубке и воронке после опускания воронки.

Ход работы

Установите трубку в штатив. Воронку расположите, как показано на рисунке. Закройте трубку пробкой. Измерьте высоту столба воздуха l.

• Опустите воронку как можно ниже еѐ первоначального положения и

измерьте новую высоту столба воздуха l+  l и разность уровней воды в воронке и трубке.

• Вычислите атмосферное давление, повторите опыт ещѐ три раза и сравните найденное среднее значение с показаниями барометра.

• Определите погрешность измерений, ответьте на дополнительные

вопросы:

а) почему не происходит переливания воды через край воронки при еѐ опускании?

б) чем можно объяснить несовпадение полученного результата с

показаниями барометра? Как добиться лучшего совпадения?

ИЗМЕРЕНИЕ МОДУЛЯ ЮНГА РЕЗИНЫ

Цель работы: Определить модуль Юнга резины.

Оборудование : резиновая штангенциркуль, линейка.

Теория:

лента, набор грузов, штатив,

Модуль Юнга – это коэффициент механическим напряжением в материале и

пропорциональности между относительной деформацией

  E  . Для его измерения достаточно провести замер деформации    L и

L 0

механического напряжения   F  mg в образце при небольших нагрузках.

S ab

При построении зависимости  от  , модуль Юнга равен тангенсу угла

наклона кривой на начальном участке соответствующем деформации.

Ход работы

• Закрепите резиновую полоску в штативе, нанесите на ней ручкой два деления (по возможности на большем расстоянии одно от другого). Измерьте расстояние между делениями L 0 , ширину a 0 и толщину b 0 полоски.

• Подвесьте к полоске один груз, измерьте L, a, b.

упругой

• Последовательно добавляя по одному грузу, каждый раз повторяйте измерения длины, ширины и толщины.

• Рассчитайте относительное удлинение и механическое напряжение в образце, результат измерений и вычислений занесите в отчетную таблицу. Оцените границы погрешностей измерений. Постройте график зависимости

  f    .

Дополнительные вопросы

Измерьте силу грудных мышц с помощью резинки.

• Сядьте перед столом, разложите на нѐм измерительную ленту,

возьмите руками резинку за концы и измерьте расстояние между руками (если вы используете бельевую резинку, то еѐ надо сложить в пять – шесть раз).

• Растягивайте резинку в разные стороны, измеряя при этом новое расстояние между руками.

• Зная коэффициент жѐсткости резины, узнайте силу своих мышц.

можно узнать из результатов эксперимента, если вы пользуетесь такой же резиной

Примечание: коэффициент жѐсткости резины

(медицинский резиновый бинт) или можно померить с помощью домашнего безмена.

ИЗМЕРЕНИЕ УДЕЛЬНОЙ ТЕПЛОТЫ ПЛАВЛЕНИЯ ЛЬДА

Цель работы: Добавляя лед в калориметр с теплой водой, определить удельную теплоту плавления льда.

Оборудование: калориметр, термометр, измерительный цилиндр.

Содержание и метод выполнения работы

Удельную теплоту плавления льда можно определить следующим способом. Если налить в стакан калориметра теплую воду массой m 1 и температурой t 1 и опустить в нее лед массой m 2 при температуре t 3 = 0°С, то при расплавлении всего льда температура t 2 в калориметре определится следующим уравнением:

m 2  + m 2 c(t 2 - t 1 ) = m 1 c(t 1 - t 2 ) + m k c k (t 4 - t 2 )

где  - удельная теплота плавления льда, С – теплоѐмкость воды, m k - масса калориметра, С k - удельная теплоемкость вещества калориметра, t 4 - начальная температура калориметра.

Выполнение эксперимента и расчета можно упростить, если про эксперимент таким образом, чтобы начальное t 4 и конечное t 2 значение температуры калориметра были одинаковыми. В этом случае уравнение теплового баланса принимает вид:

m 2  + m 2 c(t 2 – t 3 ) = m 1 c(t 1 – t 2 )

С учетом того, что t 2 = 0 0 C, удельная теплота плавления льда из этого уравнения равна:

 = (m 1 c(t 1 – t 2 ) – m 2 ct 2 ) / m 2

Ход работы

• Приготовьте некоторое количество льда. Подержите лѐд некоторое время при комнатной температуре, чтобы его температура стала 0°С. При этом часть льда должна растаять, а остальной лѐд будет плавать в воде.

• Налейте 150см теплой воды в измерительный цилиндр. Температура теплой воды должна превышать комнатную температуру t 2 примерно на 40°С. Измерьте температуру t 1 , теплой воды в измерительном цилиндре.

Вылейте теплую воду во внутренний стакан калориметра.

• Возьмите небольшой кусок льда, осушите его фильтровальной бумагой и опустите в теплую воду в калориметре. Воду постоянно перемешивайте и следите за показаниями термометра. После полного расплавления первого куска льда положите в воду второй и так далее до тех пор, пока температура воды в калориметре не достигнет значения t 2 , равного температуре воздуха в комнате.

• Перелейте воду из стакана калориметра в измерительный цилиндр. По

увеличению объема  V воды найдите массу m 2 , растаявшего льда.

• Вычислите удельную теплоту плавления льда. Результат измерений и вычислений занесите в отчетную таблицу. Оцените границы погрешностей измерений.

Контрольные вопросы

• Почему при выполнении расчетов в данной работе не учитывалась теплоемкость калориметра?

• В каком случае погрешность измерений в данной работе будет меньше, при быстром выполнении всех операций или при медленном? Почему?

ЗАКОН ОМА ДЛЯ УЧАСТКА ЦЕПИ

Цель работы: построить вольтамперную характеристику проволочного сопротивления. Рассчитать удельное сопротивление материала проволоки.

Приборы и материалы: источник питания, ключ, реостат, провода, амперметр, вольтметр, проволочный резистор, линейка, штангенциркуль.

Ход работы

1. Построить вольтамперную характеристику цепи. Для этого: а) собрать приборы по схеме

б) снять зависимость силы тока I от напряжения U. Для этого перемещая движок реостата (не менее 6 раз), снимать показания амперметра и вольтметра;

в) результаты измерения занести в таблицу

N

I, A

U, B

R,

Om

 R, %

 R,

Om

г) рассчитать погрешность измерения по формуле:

 и  класс _ точности  предел _ измерения

100

д) нанести с учѐтом погрешности точки на график I = f (U).

2. Измерить удельное сопротивление проводника. Для этого:

а) замерить длину проволоки и еѐ поперечное сечение (не менее трѐх раз); б) пользуясь известными соотношениями рассчитать удельное

  D 2

; I  U ;

сопротивление материала проволоки R   l ; S

s 4 R

в) рассчитайте погрешность косвенных измерений и, сравнив значение удельного сопротивления материала с табличными данными, определите материал проволоки.

г) заполните таблицу:

N

l, m

l ср , m

D,m

D ср ,

R ср ,O

m

 ,

m

 ,%

Om*m

 ,Om*m

Контрольные вопросы

а) можно ли провести по точкам графика (с учѐтом интервалов погрешностей) прямую? Если можно, то какой физический смысл имеет наклон этой прямой к оси напряжений?

б) напишите формулу зависимости силы тока от напряжения в вашем случае. Как называется эта зависимость в математике? Найдите силу тока в цепи при U=0,67 В (покажите на графике).

в) в чѐм, по вашему мнению, состоят основные недостатки данного метода для доказательства закона Ома?

г) от каких из перечисленных свойств проводника зависит его сопротивление (форма, длина, масса, толщина, материал, качество

поверхности)?

д) пользуясь таблицей, предложите материал для создания проволочных резисторов. Обоснуйте свой выбор.

е) проводник длиной 100 м и площадью поперечного сечения 1 см 2 обладает сопротивлением 5 Ом. Определите удельное сопротивление материала проводника.

ЗАКОНЫ СОЕДИНЕНИЯ ПРОВОДНИКОВ

Цель работы: проверить на практике законы соединения проводников.

Приборы и материалы: источник питания, ключ, реостат, провода, миллиамперметр (50 mA), вольтметр (7,5 В), резисторы на панельках (51 Ом,

100 Ом, 100 Ом) , монтажная плата.

Ход работы

• Проверить законы последовательного соединения. Для этого:

а) собрать приборы по схеме

б) разместив амперметр в одном из положений 1, а вольтметр в одном из положений 2, снять показания амперметра и вольтметра;

в) проверить с учѐтом погрешности выполнения равенств: I 1 =I 2 , U 1 +U 2 =U общ , R 1 +R 2 =R общ (для этого пользуясь показаниями амперметра и вольтметра, рассчитать общее сопротивление резисторов),

г) результаты измерений занести в таблицу

2

2

2

51

100

1

1

N

I 1 ,

A

I 2 ,

A

I общ , A

U 1 ,

U 2

B

U общ , В

B

R 1 ,O

m

R 2 ,

Om

R общ , Om



R,

 R,

%

Om

д) рассчитать погрешность измерения приборов по формуле:

 и  класс _ точности  предел _ измерения

2

100

2

100

2. Проверить законы параллельного соединения. Для этого:

а) собрать приборы по схеме

б) разместив амперметр в одном из положений

1, а вольтметр в одном из положений 2, снять показания амперметра и вольтметра;

в) проверить с учѐтом погрешности выполнения равенств: I общ =I 1 +I 2 , U 1 =U 2 =U общ ,

1

51

1

100

1

2

1/R 1 +1/R 2 =1/R общ (для этого пользуясь показаниями амперметра и вольтметра, рассчитать общее сопротивление резисторов),

г) результаты измерений занести в таблицу

N

I 1 ,

A

I 2 ,

A

I общ , A

U 1 ,

B

U 2

B

U общ , В

1/R 1

1/R 2

,

Om

,

1/R об

Om

щ ,



Om

(1/R),

 (1/

%

R),

Om

д) рассчитать погрешность измерения приборов по формуле:

 и  класс _ точности  предел _ измерения

100

ИЗУЧЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ СОПРОТИВЛЕНИЯ МЕТАЛЛОВ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ

Цель работы: 1.исследовать зависимость сопротивления металлов от температуры; 2.определить термический коэффициент сопротивления меди.

Приборы и материалы: источник питания, ключ, провода, миллиамперметр (50 мА), вольтметр

(7,5 В), проволочная катушка (медная), реостат (40 Ом), стакан химический, термометр, электроплитка.

Ход работы

1. Построить зависимость R = f (t), для чего: а) собрать приборы по схеме:

б) опустить пробирку с катушкой в стакан с водой и внутрь катушки вставить термометр;

в) включить плитку в сеть и замкнуть ключ;

г) регулярно измеряя температуру, напряжение и силу тока, результаты заносить в таблицу (замеры проводить до температуры 95 0 С).

N

I, A

U, B

Т, 0 С

д) рассчитать погрешность измерения по формуле:

 и  класс _ точности  предел _ измерения

100

е) нанести с учѐтом погрешности точки на график R = f (t).

2. Определить термический коэффициент сопротивление меди. Для этого:

а) взять два любых замера из таблицы;

б) исключив из системы уравнений: R 1 = R 0 (1+  t 1 ); R 2 = R 0 (1+  t 2 ) сопротивление образца при температуре 0 0 С, получить выражение для ТКС

 .

в) рассчитайте погрешность косвенных измерений и, сравните значение ТКС материала с табличными данными.

Контрольные вопросы

а) какой математической зависимостью описывается ваша кривая?

Проходит ли она через начало координат? Почему?

б) объясните ход кривой теоретически. Почему изменяется сопротивление металлов при изменении температуры?

в) опишите ход кривой в области отрицательных температур.

г) предложите устройство, в котором использовалась бы зависимость сопротивления металлов от температуры.

е) если пропускать через проволоку ток, то она нагреется. Начнѐм

интенсивно охлаждать половину проволоки (например, обдувая еѐ потоком воздуха). Как изменится при этом температура второй половины. Теплопроводностью пренебречь.

ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НИТИ ЛАМПЫ НАКАЛИВАНИЯ

Цель работы: Определить температуру нити лампы накаливания по вольтамперной характеристике.

Оборудование: лампа 6,3 В, амперметр, вольтметр (учебные), реостат (100 Ом), ключ, провода, монтажная панель.

Содержание и метод выполнения работы

Температуру нити лампы накаливания можно узнать, пользуясь

зависимостью сопротивления от температуры: R t = R 0 (1+  t). Для этого, измерив предварительно сопротивление нити лампы в холодном состоянии

тестером, снять вольтамперную характеристику лампы. По найденным значениям силы тока и напряжения найти сопротивление нити и еѐ температуру. Однако необходимо учесть, что сопротивление металлов зависит от температуры не совсем линейно. Особенно это становится заметно при больших перепадах температуры (как в данном случае). Поэтому, при измерении сопротивления в холодном состоянии выбирается  1 = 5*10 - 3 К - 1 , а в горячем

 2 = 5,8*10 – 3 К - 1 .

Ход работы

1. Измерьте сопротивление нити лампы в холодном состоянии с

тестера. Это даст возможность сопротивление нити при нуле

помощью вычислить градусов

V

вычисления термического

Цельсия. Для

А

воспользуйтесь значением коэффициента  1 .

• Соберите цепь согласно схеме.

• Снимите ВАХ, перемещая движок реостата (минимум 10 замеров). Результаты занесите в таблицу.

• Вычислите сопротивление и температуру для каждого замера,

используя значением термического коэффициента  2 и вычисленным R 0 .

• Постройте ВАХ и зависимость R = f (t).

• Сделайте выводы.

Контрольные вопросы

• Чем объясняется зависимость электрического сопротивления металлов от температуры?

• Каковы основные источники погрешностей измерений в данном эксперименте?

• Каким способом можно повысить точность измерений в данном

эксперименте?

ИЗМЕРЕНИЕ ЭДС И ВНУТРЕННЕГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ИСТОЧНИКА ТОКА

Цель: вычислить ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока по результатам измерений силы тока в цепи и напряжения на участке цепи.

Оборудование : источник постоянного тока, вольтметр, амперметр, два резистора, соединительные провода.

Содержание и метод выполнения работы

Согласно закону Ома для полной цепи ЭДС источника, его внутреннее сопротивление, сила тока в цепи и сопротивления внешней цепи связаны соотношением:

I  

R  r

Если к исследуемому источнику тока подключать поочередно два резистора с разными сопротивлениями, то, измеряя при этом силу тока в обоих случаях, можно записать два уравнения из которых легко вычислить ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока:

I    

и

I

1

R  r R  r

2 1

Решая совместно эти уравнения, получим:

I 1 R 1  I 1 r  I 2 R 2  I 2 r ;

U  IR

I R  I R

r  2 2 1 1 ;

U  U

r  2 1

или

I 1  I 2

I 1  I 2

  I ( R  r ),

1 1

  U 2  I 2 r  U 1  I 1 r .

Ход работы

1. Соберите электрическую цепь с резистором R1 по схеме, представленной на рисунке. Измерьте силу тока.

A

 

и

I 

I 

R  r

1

R  r

1

2

R

Решая совместно эти уравнения, получим:

I 1 R 1  I 1 r  I 2 R 2  I 2 r ;

U  IR

I R  I R

r  2 2 1 1 ;

U  U

r  2 1

или

I 1  I 2

I 1  I 2

  I ( R  r ),

1 1

  U 2  I 2 r  U 1  I 1 r .

• Замените резистор R1 на резистор R2 (удобнее просто подсоединить второй резистор параллельно первому, так как они одинаковы) и измерьте новую силу тока.

• Вычислите внутреннее сопротивление источника тока и его ЭДС.

• Отключите от источника тока резистор и амперметр. Подключите вольтметр к источнику тока и снимите его показания.
• Сделайте вывод, согласуется ли между собой результаты прямых измерений напряжения на выходе источника. Результаты измерений и

вычислений занесите в отчетную таблицу. Оцените границы погрешностей измерений.

I, А

U, B

R1,

R2,

Ом

r, Ом

Ом

 , В

 r,Ом

 , В

Рекомендуемая литература

• Заболотский А.А. «Физика. 10 класс. Сборник задач» – М: Издательство «Просвещение», 2022 г.
• Коновалова Н.А., Комолова Л.Ф. «Физика. 10-11 классы» Сборник задач и упражнений. Углубленный уровень – М: Издательство

«Просвещение», 2023 г.

• Мякишев Г.Я. «Физика. 10 класс»: Учебник. Базовый уровень – М.: Издательство «Просвещение», 2022 г.

• Мякишев Г.Я. «Физика. 11 класс»: Учебник. Базовый и углубленный

уровни. – М.: Издательство «Просвещение», 2022 г.

Интернет-ресурсы

1. www. fcior. edu. образовательных ресурсов).

ru (Федеральный центр информационно-

(Академик. Словари и энциклопедии).

• www. dic. academic. ru
• www.window.edu.ru (Единое окно доступа к образовательным

ресурсам).

• www.st- books.ru (Лучшая учебная литература).

• www.school.edu.ru (Российский образовательный портал. Доступность, качество, эффективность).

• www.ru/book (Электронная библиотечная система).
• www.alleng.ru/edu/phys.htm (Образовательные ресурсы Интернета —

Физика).

8. www.school-collection.edu.ru образовательных ресурсов).

(Единая коллекция цифровых

• https//fiz.1september.ru (учебно- методическая газета «Физика»).
• www.n-t.ru/nl/fz (Нобелевские лауреаты по физике).
• www.kvant.mccme.ru (научно- популярный физико-математический

журнал «Квант»).

12. www.yos.ru/natural-sciences/html молодежи «Путь в науку»).

(естественнонаучный журнал для