Методические указания по проведению лабораторных работ по дисциплине ПОУД-02 Физика по профессии среднего профессионального образования. По программе подготовки квалифицированных рабочих, служащих.

Министерство образования Сахалинской области

Государственного бюджетного профессионального образовательное учреждение

«Сахалинский техникум строительства и жилищно – коммунального хозяйства»

ДФ СТС и ЖКХ

Методические указания по проведению лабораторных работ по дисциплине

ПОУД-02 Физика по профессии среднего профессионального образования.

По программе подготовки квалифицированных рабочих, служащих.

08.02.14 Эксплуатация и обслуживание многоквартирного дома

Г.Долинск

2024-г.

Методические указания по проведению лабораторных работ по дисциплине Физика предназначены для студентов для подготовки к лабораторным работам с целью освоения практических умений и навыков. 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.

Разработчик: преподаватель ДФ СТС и ЖКХ Хе Чун Су

Введение

Методические указания по проведению лабораторных работ разработаны согласно рабочим программам по учебной дисциплине Физика и требованиям к умениям и знаниям Федерального государственного образовательного стандарта среднего профессионального образования (далее – ФГОС СПО).

Лабораторные работы направлены на освоение следующих умений и знаний согласно ФГОС СПО.

уметь:

• экспериментально находить коэффициент трения и скольжения;

• формулировать понятия: механическое движение, скорость и ускорение, система отсчета;

• изображать графически различные виды механических движений;

• различать понятия веса и силы тяжести;

• объяснять понятия невесомости;

• объяснять суть реактивного движения и различия в видах механической энергии;

• формулировать понятия колебательного движения и его видов; понятие волны;

• изображать графически гармоническое колебательное движение; применять основные положения МКТ для объяснения понятия внутренней энергии, а также изменения внутренней энергии при изменении температуры тела;

• решать качественные задачи с использованием знаний о способах изменения внутренней энергии;

• читать и строить графики зависимости между основными параметрам состояния газа, изменения температуры тел при нагревании и охлаждении;

• пользоваться термометром, калориметром, таблицами удельной теплоемкости вещества, экспериментально определять удельную теплоемкость воды;

• применять положение электронной теории для объяснения электризации тел при их соприкосновении, существование проводников и диэлектриков;

• собирать электрические цепи из последовательно и параллельного соединения;

• соединенных конденсаторов, изображать их с помощью условных обозначений и производить расчёт;

• применять положения электронной теории для объяснения электрического тока в металлах, причины электрического сопротивления, нагревание проводника электрическим током; чертить схемы электрических цепей; собирать электрическую цепь по схеме;

• измерять силу тока в электрической цепи, напряжение на концах проводника;

• определять сопротивление проводника с помощью амперметра и вольтметра: пользоваться реостатом;

• измерять ЭДС и внутреннее сопротивление источника;

• производить расчеты электрических цепей с применением законов Ома и Кирхгофа, закономерностей параллельного и последовательного соединения проводников;

• определять силу тока и напряжение по графику зависимости между этими величинами; строить графики зависимости силы и мощности тока от напряжения;

• находить по таблицам удельное сопротивление проводников, изготовленных веществ

• проводить электролиз с раствором медного купороса и определять экспериментально электрохимический эквивалент меди;

• объяснять на основе электронной теории механизм проводимости электрического тока различными средами;

• определять направление индукции и напряженности магнитного поля; направление действия сил Ампера и Лоренца;

• экспериментально исследовать действия магнитного поля на проводник с током.

• определять направление индукционного тока;

• экспериментально исследовать действие магнитного поля на катушку с током.

• объяснять на основе основных свойств волн особенности и практическое применение шкалы электромагнитных волн;

• определять экспериментально: показатель преломления среды; силу света источника при помощи фотометра; длину световой волны; наблюдать спектры;

• вычислять красную границу фотоэффекта и энергию фотоэлектронов на основе уравнения Эйнштейна.

• объяснять принцип действия квантового генератора;

• определять знак заряда и направление движения элементарных частиц по их трекам на фотографиях.

• определять продукты ядерных реакций на основе законов сохранения электрического заряда и массового числа; рассчитывать энергетический выход ядерной реакции.

• рассчитывать энергетические термоядерные реакции.

знать:

• понятия: сила трения скольжения, коэффициент трения скольжения и его зависимость от различных факторов.

• основные единицы СИ

• виды механического движения в зависимости от формы траектории и скорости перемещения тела

• понятие траектории, пути, перемещения;

• различие классического и релятивистского законов сложения скоростей; относительность понятий длины и промежутков времени.

• основную задачу динамики;

• понятие массы, силы, законы Ньютона;

• основной закон динамики материальной точки;

• закон всемирного тяготения;

• понятие импульса тела, работы, мощности, механической энергии и ее видов;

• закон сохранения импульса;

• закон сохранения механической энергии;

• превращение энергии при колебательном движении;

• суть механического резонанса;

• процесс распространения колебаний в упругой среде;

• понятия: тепловое движение частиц; массы и размеры молекул; идеальный газ: изотермический, изохорный и изобарный процессы; броуновское движение; температура (мера средней кинетической энергии молекул); внутренняя энергия; работа как способ изменения внутренней энергии; теплопередача; количеств теплоты; удельная теплоемкость вещества; законы и формулы: основное уравнение молекулярно-кинетической теории, уравнение Менделеева - Клапейрона, связь между параметрами состояния газа в изопроцессах; формулы для вычисления количества теплоты, выделяемой или поглощаемой; изменение температуры тела и для определения внутренней энергии уравнение теплового баланса;

• понятия: необратимость тепловых процессов, адиабатный процесс; законы и формулы: первый и второй законы термодинамики, КПД тепловых двигателей;

• практическое применение: тепловые двигатели и их применение на транспорте, в энергетике и в сельском хозяйстве; методы профилактики и борьбы с загрязнением окружающей среды;

• понятия: электрический заряд, электрическое поле; напряженность, разность потенциалов, напряжение, электроемкость, диэлектрическая проницаемость;

• законы: Кулона, сохранения заряда, принцип суперпозиции; напряженности;

• понятия: электрический ток в металлах; сила тока; плотность тока;

• строение силы и ЭДС; электрическое сопротивление и удельное электрическое сопротивление;

• законы: Ома для участка цепи и для полной цепи, Кирхгофа, Джоуля-Ленца;

• формулы: силы и плотности тока; сопротивления, ЭДС, работы и мощности тока;

• понятия: электролиз, термоэлектронная эмиссия, вакуум, плазма, собственная и примесная проводимость полупроводников, р-n-переход в полупроводниках;

• законы: Фарадея (электролиза);

• практическое применение: электролиза в металлургии и гальванотехнике; электронно-лучевая трубка; полупроводниковые приборы (диод, транзистор);

• понятия: магнитное поле, магнитная проницаемость, магнитная индукция и

• напряженность магнитного поля, магнитный поток;

• законы: Ампера, правило «Буравчика»;

• практическое применение: электроизмерительные приборы магнитоэлектрической и электромагнитной систем;

• понятия: электромагнитная индукция, самоиндукция, индуктивность, потокосцепление;

• законы: электромагнитной индукции, правило Ленца;

• понятия: открыты колебательный контур; электромагнитное поле и электромагнитная волна; принцип радиосвязи, радиолокация и телевидение; шкала электромагнитных волн; энергия электромагнитной волны и плотность потока излучения;

• формулы: связи длины волны с частотой и скоростью;

• практическое применение: радиосвязь, телевидение и радиолокация; примеры практического применения электромагнитных волн инфракрасного, ультрафиолетового и рентгеновского диапазона частот.

• понятия: свет, основные понятия фотометрии; дифракция, интерференция, дисперсия и поляризация света;

• законы: отражение и преломление, полного внутреннего отражения света; принцип постоянства скорости света в вакууме; практическое применение: полное отражение, спектральный анализ;

• понятия: фотон, фотоэффект, корпускулярно-волновой дуализм, люминесценция;

• законы: фотоэффекта;

• практическое применение: устройство и принцип действия фотоэлемента; примеры технического использования фотоэлементов;

• понятия: ядерная модель атома, атомное ядро;

• понятия: радиоактивность, изотоп, ядерные реакции, энергия связи, радиоактивный распад, цепная реакция деления, элементарная частица, атомное ядро, ядерные силы;

• законы: радиоактивного распада;

• практическое применение: устройство и принцип действия ядерного реактора;

• основные этапы развития перспективы получения энергии помощью термоядерных реакций;

Методические указания по выполнению лабораторной работы содержат теоретические основы, которыми студенты должны владеть перед проведением лабораторной работы; описание приборов и материалов; рекомендации по проведению самостоятельных исследований.

Теоретическая подготовка

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

Особое внимание в ходе теоретической подготовки должно быть обращено на понимание физической сущности процесса. Для самоконтроля в каждой работе приведены контрольные вопросы, на которые обучающийся обязан дать четкие, правильные ответы. Теоретическая подготовка завершается предварительным составлением отчета со следующим порядком записей:

1. Название работы.

2. Цель работы.

3. Оборудование.

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

5. Расчеты – окончательная запись результатов работы.

6. Вывод.

Ознакомление с приборами, сборка схем

Приступая к лабораторным работам, необходимо:

1. получить у преподавателя приборы, требуемые для выполнения работы;

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

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

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

Проведение опыта и измерений

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

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

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.

Небрежное оформление отчета, исправление уже написанного недопустимо.

В конце занятия преподаватель ставит зачет, который складывается из результатов наблюдения за выполнением практической части работы, проверки отчета, беседы в ходе работы или после нее. Все лабораторные работы должны быть выполнены и защищены в сроки, определяемые программой или календарным планом преподавателя. Студенты, не получившие зачет, к экзамену не допускаются.

Лабораторные работы и практические занятия (ЛПР) - основные виды учебных занятий, направленные на экспериментальное подтверждение и теоретических положений и формирование учебных и профессиональных практических умений.

Методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов

1. К выполнению лабораторных работ необходимо приготовиться до начала занятия в лаборатории. Кроме описания работы в данном учебном пособии, используйте рекомендованную литературу и конспект лекций. К выполнению работы допускаются только подготовленные студенты.

2. При проведении эксперимента результаты измерений и расчетов записывайте четко и кратко в заранее подготовленные таблицы.

3. При обработке результатов измерений:

А) помните, что точность расчетов не может превышать точности прямых измерений;

Б) результаты измерений лучше записывать в виде доверительного интервала.

1. Отчеты по лабораторным работам оформляются согласно требованиям ЕСКД и должны включать в себя следующие пункты:

   • название лабораторной работы и ее цель;

   • используемое оборудование;

   • порядок выполнения лабораторной работы;

   • далее пишется «Ход работы» и выполняются этапы лабораторной работы, согласно выше приведенному порядку записываются требуемые теоретические положения, результаты измерений, обработка результатов измерений, заполнение требуемых таблиц и графиков, по завершении работы делается вывод.

2. При подготовке к сдаче лабораторной работы, необходимо ответить на предложенные контрольные вопросы.

3. Если отчет по работе не сдан во время (до выполнения следующей работы) по неуважительной причине, оценка за лабораторную работу снижается.

Техника безопасности при выполнении лабораторных работ

• Вход в лабораторию осуществляется только по разрешению преподавателя.

• На первом занятии преподаватель проводит инструктаж по технике безопасности и напоминает студентам о бережном отношении к лаборатории и о материальной ответственности каждого из них за сохранность оборудования и обстановки лаборатории.

• При обнаружении повреждений оборудования персональную ответственность несут студенты, выполнявшие лабораторную работу на этом оборудовании. Виновники обязаны возместить материальный ущерб колледжу.

• При ознакомлении с рабочим местом проверить наличие комплектности оборудования и соединительных проводов (в случае отсутствия, какого либо элемента, необходимо немедленно сообщить об этом преподавателю).

• Если во время проведения опыта замечены какие-либо неисправности оборудования, необходимо немедленно сообщить об этом преподавателю.

• После окончания лабораторной работы рабочее место привести в порядок.

• Будьте внимательны, дисциплинированы, осторожны, точно выполняйте указания учителя.

• Не оставляйте рабочего места без разрешения учителя.

• Располагайте приборы, материалы, оборудование на рабочем месте в порядке, указанном учителем.

• Не держите на рабочем месте предметы, не требующиеся при выполнении задания.

• Перед тем как приступать к работе, уясните ход ее выполнения.

• Постоянно следите за исправностью всех креплений в приборах, предназначенных для вращения.

• При выполнении опыта колебаний груза на стальном полотне или подвешенного на нити груза, следует надежно укрепить груз, чтобы он не сорвался.

• При изучении свободного падения тел на пол следует положить мешочек с песком.

•  

Л №1

• Исследование зависимости силы трения скольжения от веса тела

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

•   2. Определить коэффициент трения дерева по дереву.

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

• 

•  Выполнение работы.

• 1. Определили цену деления шкалы динамометра.

• 

• Цена деления динамометра: 

• (2H-1H)/10 дел = 0,1Н/дел

• 2. Определили массу бруска. Сначала подвесив брусок к динамометру нашли вес бруска   Pбруска=0,7Н

• Зная, что  P=mg  и   g=10м/с²   получим m_бруска=P/g 

• m_бруска=0,7Н/10м/с²=0,07кг

• 3.Определяем общий вес тела (силу нормального давления по формуле:

• Р=N=(m₁+m₂)∙g

• 1.Р=N=(0,07кг+0,1кг)∙10м/с²=

• 2.Р=N=(0,07кг+0,2кг)∙10м/с²=

• 3.Р=N=(0,07кг+0,3кг)∙10м/с²=

• 4.Р=N=(0,07кг+0,4кг)∙10м/с²=

• 5.Р=N=(0,07кг+0,5кг)∙10м/с²=

• 6.Провели измерения силы трения.

• 7. Подготовили таблицу для записи результатов измерений и вычислений:

  № опыта	Масса бруска, m1 , кг	Масса груза, m2 , кг	Общий вес тела  (сила нормального давления), Р=N=(m1+m2)g, Н	Сила трения, Fтр, Н	Коэффициент трения, μ	Среднее значение коэффициента трения, μср
  1	0,07	0,1		0,4
  2		0,2		0,6
  3		0,3		0,8
  4		0,4		1
  5		0,5		1,2

• 6. Из опыта видим, что сила трения зависит …

• 7. В каждом опыте рассчитали коэффициент трения по формуле:  . 

• Μ₁=0,4Н/1,7Н=

• μ=0,6Н/2,7Н=

• μ=0,8Н/3,7Н=

• μ=1,0Н/4,7Н=

• μ=1,2Н/5,7Н=

• Результаты расчётов занесли в таблицу.

• 8. По результатам измерений построили график зависимости силы трения от силы нормального давления: 

• 

• Определили по графику средние значения силы трения и силы нормального давления:

• N=3Н

• Fтр=0,68Н

• Вычислили среднее значение коэффициент трения:

• μ_ср=0,68Н/3Н=

• Вывод: 

• Ответы на контрольные вопросы.

• 1. Что называется силой трения?

• 2. Какова природа сил трения? .

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

 

Лабораторная работа № 2,3

Тема: Изучение закона сохранения импульса

Цель: экспериментально проверить справедливость закона сохранения импульса тел при прямом упругом соударении

Оборудование: 1. Два металлических шарика разной массы.

                        2. Рама для подвеса шариков.

                        3. Измерительная линейка.

Теория

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

p=mυ  

p — импульс тела

m — масса тела

υ — скорость тела   

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

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

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

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

   Если на систему тел не действуют внешние силы со стороны других тел, такая система называется замкнутой. Замкнутая система – это система тел, которые взаимодействуют только друг с другом.

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

m₁, m₂ — массы взаимодействующих тел, кг

υ₁, υ₂ — скорости тел до столкновения, м/с

υ'₁, υ'₂ — скорости тел после столкновения, м/с

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

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

   Под ударом в механике понимается кратковременное взаимодейс­твие двух или более тел,  возникающее в результате их соприкосно­вения (соударение шаров, удар молота о наковальню и др.). Самым простым является прямой (центральный) удар, то есть такой удар, при котором скорости соударяющихся тел до удара направлены по линии, соединя­ющей центры тел. При соударении взаимодействие  длится такой короткий промежуток времени (иногда измеряемый тысячными долями секунды) и возни­кают столь большие внутренние силы взаимодействия, что внешними силами можно пренебречь и систему соударяющихся тел можно считать замкнутой и применять к ней закон сохранения импульса.

   В зависимости от упругих свойств тел соударения могут проте­кать весьма различно. Принято выделять два крайних случая: абсо­лютно упругий и абсолютно неупругий удары.

   Абсолютно упругим называется удар, при котором после взаимодействия тела полностью восстанавливают свою форму. Таких ударов в природе не существует, так как всегда часть энергии затрачивается на необратимую деформацию тел. Однако для некоторых  тел, например стальных закаленных шаров, потерями механической энергии при столкновении можно пренебречь и считать удар абсолютно упру­гим. В случае центрального абсолютно упругого удара двух тел с массами m₁, m₂  и скоростями υ₁, υ₂  до удара и υ′₁, υ′₂ после удара можно записать закон сохранения импульса тел:

   Абсолютно неупругим называется удар, при котором после соп­рикосновения тел они не восстанавливают полностью свою форму, со­единяются вместе и движутся как единое целое с одной скоростью. При этом ударе часть их механической энергии переходит в работу деформации тел (внутреннюю энергию). Столкновение двух шаров из пластилина, когда после столкновения шары слипаются и движутся вместе, является примером абсолютно неупругого удара. В случае центрального абсолютно неупругого удара двух тел с массами m₁, m₂  движущихся со скоростями υ₁, υ₂  до удара и υ′ после удара можно записать законы сохранения импульса тел:

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

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

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

Описание работы

Установка состоит из двух стальных шаров, на длинных подвесах и измерительной линейки под шарами. Центры масс соприкасающихся шарв лежат на одном уровне от точки подвеса. Отведя один из шаров (например, большей массы) в сторону и отпустив его, можно произвести прямой (центральный) удар шаров.

Если до столкновения один из шаров покоился υ₂=0, то выражение закона сохранения импульс а упростится. При прямом ударе оба шара после столкновения движутся по одной прямой, поэтому от векторной формы записи закона сохранения импульса можно перейти к алгебраической и учитывая, что после столкновения оба шара движутся в одном направлении, получим:

m₁∙υ₁= m₁∙υ′₁ + m₂∙υ′₂ 

   

   рис. 2

   Для определения скорости первого шара υ₁ до удара  и скоростей шаров υ′₁ и υ′₂ после удара воспользуемся законом сохранения механической энергии. Потенциальная энергия шара в положении максимального отклонения равняется его кинетической энергии при ударе  , отсюда  .

   Высоту подъёма шара можно определить по его максимальному отклонению s от положения равновесия (рис.3,а).

рис. 3

Треугольник АВС прямоугольный (опирается на диаметр). Катет АВ является средней пропорциональной величиной между гипотенузой АС=2l и своей проекцией на гипотенузу АD  (рис.3,б):  АВ²=АС·AD то есть  , откуда  . Следовательно, величины скоростей можно выразить так:  где S₀,  S₁ - максимальные отклонения первого шара до и после удара; S₂ - максимальное отклонение второго шара после удара.

Запишем уравнение закона сохранения через выражения скоростей:

   или  m₁∙S₀= m₁∙S₁ + m₂∙S₂.

Таким образом, проверка закона сохранения импульса в данной работе сводится к проверке справедливости последнего уравнения.

 При малых углах отклонения шара от положения равновесия S₀,  S₁ и S₂ можно заменить соответствующими величинами, отсчитанными по горизонтальной шкале.

Выполнение работы.

1. Перенесите рисунок 2 в отчет по работе.

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

№	m1, г	m2, г	S0, мм	S1, мм	S2, мм	m1∙S0, г∙мм с	m1∙S1, г∙мм с	m2∙S2, г∙мм с	m1∙S1 + m2∙S2, г∙мм с
1
2
3

3. Определите массы шаров m₁ и m₂. Запишите их результат в таблицу.

4. Отрегулируйте подвеску шаров так, чтобы их центры и точка касания находились на одной горизонтальной линии.

5. Отклоните шар большей массы на 3 см от положения равновесия (S₀) и затем отпустите его. Заметьте максимальное отклонение шара большей массы после удара (S₁). Повторите опыт 5 раз и найдите среднее значение отклонения S_1ср. Запишите его в таблицу (S₁).

6. Повторите опыт, но теперь заметьте после удара максимальное отклонение шара с меньшей массой (S₂). Повторите опыт 5 раз, и найдите среднее значение отклонения S_2ср. Запишите его в таблицу (S₂).

7. Повторите опыт, отклоняя шар большей массы на 4 см и 5 см. Результаты измерений запишите в таблицу.

8. Используя значения S₀, S₁ и S₂, вычислите импульс шара до удара m₁∙S₀ и сумму импульсов шаров после удара  m₁∙S₁ + m₂∙S₂ и внесите в таблицу их результаты.

9. Сравните импульс шара до удара с суммой импульсов шаров после удара. Запишите вывод по полученным результатам работы.

10. Ответьте на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1. Что называется импульсом материальной точки? По какой формуле он находится? В каких единицах он измеряется?

2. Импульс – величина векторная или скалярная?

3. Запишите формулу и формулировку закона сохранения импульса.

4. При каких условиях выполняется закон сохранения импульса?

5. Какое соударение называется абсолютно упругим?

6. Для каких видов соударений выполняется закон сохранения импульса?

Вариант выполнения измерений.

1. Определяем массы шариков m₁ и m₂  при помощи динамометра (или весов) и записываем в таблицу:

m₁=62 г

m₂=27,5 г

2. Отклоняем большой шар от положения расновесия на 3 см и отпускаем его. 

S₀=3 см=30 мм

Замечаем его максимальное отклонение после удара. Повторяем опыт 5 раз, находим среднее значение отклонения и записываем в таблицу S_1ср.

S₁=13мм   S₁=15мм   S₁=18мм    S₁=14мм   S₁=16мм

S_1ср=(13мм+15мм+18мм+14мм+16мм)/5=15,2 мм

3. Повторяем этот же опыт, но теперь замечаем после удара отклонение шара меньшей массы. Повторяем опыт 5 раз, находим среднее значение и записываем в таблицу S_2ср.

S₂=31мм   S₂=34мм   S₂=36мм    S₂=35мм   S₂=32мм

S_2ср=(31мм+34мм+36мм+35мм+32мм)/5=34мм

4. Повторяем опыт, отклоняя шар большей массы на 4 см и 5 см. 

S₀=4 см=40 мм

S₁=18 мм   S₁=19 мм   S₁=23 мм    S₁=22 мм   S₁=18 мм

S_1ср=(18 мм+19 мм+23 мм+22 мм+18 мм)/5=20 мм

S₂=43 мм   S₂=44 мм   S₂=46 мм    S₂=47 мм   S₂=45 мм

S_2ср=(43 мм + 44 мм + 46 мм + 47 мм + 45 мм)/5=45 мм

S₀=5 см=50 мм

Результаты измерений записываем в таблицу.

№	m1, г	m2, г	S0, мм	S1, мм	S2, мм	m1∙S0, г∙мм с	m1∙S1, г∙мм с	m2∙S2, г∙мм с	m1∙S1 + m2∙S2, г∙мм с
1	62,0	27,5	30	15	34
2	62,0	27,5	40	20	45
3	62,0	27,5	50	25	56

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4

Сравнение работы силы упругости с изменением кинетической энергии тела

Цель: экспериментальная проверка теоремы о кинетической энергии.

Оборудование: 1) штативы для фронтальных работ — 2 шт.;

2) динамометр учебный;

3) шар;

4) нитки;

5) линейка измерительная 30 см с миллиметровыми делениями;

6) весы учебные;

Краткая теория:

Теорема о кинетической энергии утверждает, что работа силы, приложенной к телу, равна изменению кинетической энергии
тела:

Для экспериментальной проверки этого утверждения можно вос­пользоваться установкой, изображенной на рисунке.

В лапке штатива закрепляют горизонтально динамометр. К его крючку привязывают шар на нити длиной 60—80 см. На дру­гом штативе на такой же высоте, как и динамометр, закрепляют лапку. Установив шар на краю лапки, штатив вместе с шаром отодвигают от первого штатива на такое расстояние, чтобы на шар действовала сила упругости F_ynp со стороны пружины ди­намометра. Затем шар отпускают. Под действием силы упругости шар приобретает скорость , его кинетическая энергия изменяется от 0 до . Следовательно, изменение кинетической энергии будет равно:

.

Для определения модуля скорости v шара, приобретенной под действием силы упругости F_упр, можно измерить дальность полета s шара при свободном падении с высоты Н. Так как скорость при падении шара можно определить по формуле: , а время, затраченное на падение, по формуле: .

Отсюда модуль скорости v равен: , а изменение кинетической энергии равно соответственно:

.

Сила упругости во время действия на шар по закону Гука изменяется линейно от до F_ynp2=0, тогда среднее значение силы упругости равно:

.

Измерив деформацию пружины (ее удлинение) динамометра x, можно вы­числить работу силы упругости: .

Задача настоящей работы состоит в проверке равенства:
, т.е. .

Порядок выполнения работы:

1. Укрепите на штативах динамометр и лапку для шара на одинаковой высоте Н = 40 см от поверхности стола. Зацепите за крючок динамометра нить с привязанным шаром.

2. Удерживая шар на лапке, отодвигайте штатив до тех пор, пока показание динамометра станет равным = 2 Н.

Измерьте деформацию пружины динамометра х при данной силе.
Отпустите шар с лапки и заметьте место его падения на столе. Опыт повторите 2—3 раза и определите среднее значение дальности полета S шара: S_ср = (S₁ + S₂ + S₃ )/3 и среднее значение деформации пружины динамометра х_ср . Данные занести в таблицу.

3. Измерьте массу шара с помощью весов (или используйте готовую, если масса известна) и вычислите изме­нение кинетической энергии шара под действием силы упругости используя среднее значение дальности полета (S_ср):

_{Где g = 9,8 м/с}² _{– ускорение свободного падения. Данные занести в таблицу.}

4. Вычислите работу А силы упругости и занести данные в таблицу:

5. Сравните полученные значения работы А силы упругости и изменения кинетической энергии Е_к шара. Сделайте вывод.

Таблица

№ опыта	H, м	Fупр.1, Н	X, м	Xср, м	S, м	Sср , м	∆Е, Дж	А, Дж
1	0,4	2
2
3

Лабораторная работа № 5

ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ СОХРАНЕНИЯ НА ПРИМЕРЕ УДАРА ШАРОВ

 Цель работы: проверка на практике законов сохранения энергии и импульса на примере упругого и неупругого соударения тел.

Студент научится: описывать упругий и неупругий удар, используя физические величины: масса, кинетическая энергия, импульс тела; правильно трактовать физический смысл используемых величин, их обозначения и единицы измерения, находить формулы связывающие данную величину с другими величинами; обрабатывать результаты измерений; объяснять полученные результаты и делать выводы.

Студент получит возможность научиться: приводить примеры практического использования физических знаний о законах сохранения энергии и импульса; различать границы применимости и понимать всеобщий характер данных законов.

 

Обеспеченность занятия

Приборы и материалы: штатив с двумя подвесами, набор шаров, масштабная линейка.

Раздаточные материалы: методические рекомендации для выполнения лабораторных работ студентами по дисциплине «Физика».

 

Краткие теоретические материалы по теме лабораторной работы

Векторная величина p, равная произведению массы m материальной точки на ее скорость υ, и имеющая направление скорости, называется импульсом, или количеством движения, этой материальной точки p = mυ.

Закон сохранения импульса: Импульс замкнутой механической системы не меняется с течением времени (сохраняется) при любых взаимодействиях материальных точек системы между собой.

Закон сохранения энергии: в системе тел, между которыми действуют только консервативные силы, полная механическая энергия сохраняется, т.е. не меняется со временем Ек + Е_р = const. 

 

Описание установки

С оберите установку:

 

 

 

Инструкция по выполнению лабораторной работы

1.    Определите  массу шаров на весах и измерьте длину их подвеса.

2.    Отведите  большой шар на 5-7см (S₀) в сторону и отпустите его, произведя прямой удар по другому шару. Заметьте  максимальные отклонения шаров после удара S₁ и S₂.

3.    Определите  скорости шаров до и после  удара: mgh = ; v= .

4.             Высоту подъема шара определите по максимальному отклонению s от положения равновесия (см. рис.2).   АВ² = АС ∙АD,  S² = 2lh; h=  . Тогда скорости шаров: v₀₁= S₀∙ ; v₁= S₁∙ ;   v₂= S₂∙ .

5.    Вычислите импульсы шаров до и после взаимодействия.

6.    Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу 1:

 

m1, кг	m2, кг	h, м	t, с	l, м	υ 01, м/с	υ1 , м/с	υ 2 , м/с	p01, кг·м/с	p1, кг·м/с	p2, кг·м/с

 

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

 

Контрольные вопросы

1.    Как применить законы сохранения энергии и импульса в случаях центральных упругого и неупругого соударения шаров?

2.    Какие виды соударений называются абсолютно упругим и абсолютно неупругим ударом?

3.    Как определить потери энергии при неупругом и коэффициент восстановления при упругом ударах.

4.    Как определить скорость полета пули с помощью баллистического маятника?

5.    Как оценить результат измерений независимыми от измерений способами? (зависимыми способами?)

6.    Какая система называется замкнутой?

 

 

Порядок выполнения отчета по лабораторной работе

Отчет по лабораторной работе оформляется в тетрадях для лабораторных работ и должен содержать:

1.    название работы;

2.    цель работы;

3.    оборудование;

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

5.    расчеты - окончательная запись результатов работы;

6.    вывод.

 

Лабораторная работа № 6

Тема: "Сохранение механической энергии при движении тела под действием сил тяжести и упругости"

Цель: 1) научиться измерять потенциальную энергию поднятого над землей тела и упруго деформированной пружины;

            2) сравнить две величины—уменьшение потенциальной энергии прикрепленного к пружине тела при его падении и увеличение потенциальной энергии растянутой пружины.

Приборы и материалы: 1) динамометр, жесткость пружины которого равна 40 Н/м; 2) линейка измерительная; 3) груз из набора по механике; масса груза равна (0,100 ±0,002) кг; 4) фиксатор; 5) штатив с муфтой и лапкой.

Основные сведения.

Если тело способно совершить работу, то говорят, что оно обладает энергией.

Механическая энергия тела – это скалярная величина, равная максимальной работе, которая может быть совершена в данных условиях.

Обозначается  Е Единица энергии в СИ  [1Дж = 1Н*м]

Кинетическая энергия – это энергия тела, обусловленная его движением.

Физическая величина, равная половине произведения массы тела на квадрат его скорости, называется кинетической энергией тела:

Кинетическая энергия – это энергия движения. Кинетическая энергия тела массой m, движущегося со скоростью   равна работе, которую должна совершить сила, приложенная к покоящемуся телу, чтобы сообщить ему эту скорость:

Наряду с кинетической энергией или энергией движения в физике важную роль играет понятие потенциальной энергии или энергии взаимодействия тел.

Потенциальная энергия – энергия тела, обусловленная взаимным расположением взаимодействующих между собой тел или частей одного тела. 

Потенциальная энергия тела в поле силы тяжести (потенциальная энергия тела, поднятого над землёй).

Ep = mgh

Она равна работе, которую совершает сила тяжести при опускании тела на нулевой уровень.

Растянутая (или сжатая) пружина способна привести в движение прикрепленное к ней тело, то есть сообщить этому телу кинетическую энергию. Следовательно, такая пружина обладает запасом энергии. Потенциальной энергией пружины (или любого упруго деформированного тела) называют величину

, где k – жесткость пружины, х - абсолютное удлинение тела.

Потенциальная энергия упруго деформированного тела равна работе силы упругости при переходе из данного состояния в состояние с нулевой деформацией.

Потенциальная энергия при упругой деформации – это энергия взаимодействия отдельных частей тела между собой силами упругости.

Если тела, составляющие замкнутую механическую систему, взаимодействуют между собой только силами тяготения и упругости, то работа этих сил равна изменению потенциальной энергии тел, взятому с противоположным знаком:

A = –(Ep2 – Ep1).

По теореме о кинетической энергии эта работа равна изменению кинетической энергии тел:

A = Ek2 – Ek1

Следовательно   Ek2 – Ek1 = –(Ep2 – Ep1)      или        Ek1 + Ep1 = Ek2 + Ep2.

Сумма кинетической и потенциальной энергии тел, составляющих замкнутую систему и взаимодействующих между собой силами тяготения и силами упругости, остается неизменной.

Это утверждение выражает закон сохранения энергии в механических процессах. Он является следствием законов Ньютона.

Сумму E = Ek + Ep называют полной механической энергией.

Полная механическая энергия замкнутой системы тел, взаимодействующих между собой только консервативными силами, при любых движениях этих тел не изменяется. Происходят лишь взаимные превращения потенциальной энергии тел в их кинетическую энергию, и наоборот, или переход энергии от одного тела к другому.

Е = Ек + Еp = const 

Закон сохранения механической энергии выполняется только тогда, когда тела в замкнутой системе взаимодействуют между собой консервативными силами, то есть силами, для которых можно ввести понятие потенциальной энергии.

В реальных условиях практически всегда на движущиеся тела наряду с силами тяготения, силами упругости и другими консервативными силами действуют силы трения или силы сопротивления среды.

Сила трения не является консервативной. Работа силы трения зависит от длины пути.

Если между телами, составляющими замкнутую систему, действуют силы трения, то механическая энергия не сохраняется. Часть механической энергии превращается во внутреннюю энергию тел (нагревание).

Описание установки.

Для работы используется установка, показанная на рисунке. Она представляет собой укрепленный на штативе динамометр с фиксатором 1.

Пружина динамометра заканчивается проволочным стержнем с крючком. Фиксатор (в увеличенном масштабе он показан отдельно — помечен цифрой 2) — это легкая пластинка из пробки (размерами 5 Х 7 X 1,5 мм), прорезанная ножом до ее центра. Ее насаживают на проволочный стержень динамометра. Фиксатор должен перемещаться вдоль стержня с небольшим трением, но трение все же должно быть достаточным, чтобы фиксатор сам по себе не падал вниз. В этом нужно убедиться перед началом работы. Для этого фиксатор устанавливают у нижнего края шкалы на ограничительной скобе. Затем растягивают и отпускают.

Фиксатор вместе с проволочным стержнем должен подняться вверх, отмечая этим максимальное удлинение пружины, равное расстоянию от упора до фиксатора.

Если поднять груз, висящий на крючке динамометра, так, чтобы пружина не была растянута, то потенциальная энергия груза по отношению, например, к поверхности стола равна mgh. При падении груза (опускание на расстояние x = h) потенциальная энергия груза уменьшится на

Е₁=mgh

а энергия пружины при ее деформации увеличивается на

Е₂=kx²/2

Порядок выполнения работы

1. Груз из набора по механике прочно укрепите на крючке динамометра.

2. Поднимите рукой груз, разгружая пружину, и установите фиксатор внизу у скобы.

3. Отпустите груз. Падая, груз растянет пружину. Снимите груз и по положению фиксатора измерьте линейкой максимальное удлинение х пружины.

4. Повторите опыт пять раз. Найдите среднее значение h и х

5. Подсчитайте Е_1ср=mgh и  Е_2ср=kx²/2

6. Результаты занесите в таблицу:

№ опыта	h=хmax, м	hср=хср, м	Е1ср, Дж	Е2ср, Дж	Е1ср/ Е2ср
1
2
3
4
5

7. Сравните отношение Е_1ср/ Е_2ср с единицей и сделайте вывод о погрешности, с которой был проверен закон сохранения энергии.

8. Ответьте на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы.

1.Раскройте понятие механической энергии?

2.Какая энергия называется кинетической? По какой формуле она находится?

3.Какая энергия называется потенциальной? По какой формуле она находится?

4. Что называется полной механической энергией?

5.Сформулируйте закон сохранения механической энергии.

6. Как связано изменение потенциальной энергии падающего груза с изменением энергии
пружины, растянутой при его падении?

Вариант выполнения измерений.

1. Определяем максимальное удлинение х пружины и заносим в таблицу:

№ опыта	h=хmax, м	hср=хср, м	Е1ср, Дж	Е2ср, Дж	Е1ср/ Е2ср
1	0,048
2	0,054
3	0,052
4	0,050
5	0,052

2. Выполняем расчеты по методичке.

Лабораторная работа №7

Измерение коэффициента трения скольжения.

Цель работы: измерить коэффициент трения скольжения деревянного бруска по деревянной линейке двумя различными способами.

Оборудование, средства измерения: 1) деревянный брусок, 2) набор грузов, 3) динамометр, 4) деревянная линейка, 5) измерительная лента.

Теоретическое обоснование

1.Принципиальная схема первого способа измерения коэффициента трения скольжения приведена на рисунке 1.

Деревянный брусок, на котором сверху помещаются грузы, присоединён к динамометру.

П ри приложении к динамометру внешней силы брусок может перемещаться по горизонтально расположенной деревянной линейке. При﬩равномерном движении бруска его ускорение равно нулю. Согласно второму закону Ньютона геометрическая сумма сил, действующих на брусок в этом случае также равно нулю. Это означает, что сила трения скольжения уравновешивает силу растяжения пружины динамометра и может быть измеренная динамометром.

Коэффициент трения скольжения определяется как коэффициент пропорциональности между силой трения F﬩ бруска с грузами на опору (или весом тела):

  .

Сила нормального давления F﬩ в данном случае равна весу бруска вместе с грузом и определяется взвешиванием (рис. 2). Тогда по результатам измерений Fтр и F﬩ можно вычислить коэффициент трения скольжения:

Согласно формуле (1) графиком зависимости Fтр от силы нормального давления тела F﬩ является прямая линия ( рис.3). Как видно из графика,   ( где  - угол наклона прямой к оси абсцисс).

2.Второй способ измерения коэффициента трения скольжения не требует непосредственного измерения сил и соответственно использования динамометра. В этом случае один из концов линейки с помещённым на ней бруском и грузом постепенно приподнимают до тех пор, пока при небольшом толчке брусок не начнёт равномерно скользить вниз по линейке (рис. 4). В этот момент линейка образует угол   с горизонталью, а сумма проекций сил на оси X и Y, действующих на тело, будет равна нулю:

(X) mgsin  - Fтр =0,

(Y) mgсоs  - N =0/

Учитывая, что Fтр =  F﬩, а F﬩= N по третьему закону Ньютона, можно представить систему уравнений (3) в виде

mg sin =  N,

mgcos   = N.

Беря отношение правых и левых частей системы (4), получаем:

  = tg  .

Как видно из рисунка 4,

tg , а =  .

Следовательно,

  =  .

Порядок выполнения работы

1.Спомощью динамометра определите вес деревянного бруска  ,бруска вместе с одним грузом  , бруска с двумя грузами , бруска с тремя грузами . Результаты занесите в таблицу 1 ( в графу F﬩).

F﬩
Fтр

2 .Динамометром равномерно тяните брусок по линейке, измеряя силу тяги Fт (Fт = Fтр). Опыт повторите, нагрузив брусок одним, потом двумя и тремя грузами. Результаты измерений Fтр запишите в таблицу 1.

3.Постройте график зависимости Fтр (F﬩) ( рис.5), используя данные таблицы 1. Через начало отсчёта проведите прямую линию так, чтобы число точек над прямой равнялось числу точек под прямой.

4.Найдите коэффициент трения скольжения   по формуле (5) как тангенс угла наклона прямой линии к оси абсцисс.

Для этого выберите произвольную точку с координатами ( F﬩,Fтр) на прямой и найдите   как отношение

=

5.Через начало отсчёта проведите прямую линию под минимальным углом   к горизонтали через экспериментальную точку. Рассчитайте минимальное значение коэффициента трения скольжения.

6.Оцените абсолютную погрешность измерения коэффициента трения скольжения.

7.Запишите окончательный результат в виде

8. Измерьте длину линейки.

  .

9.Отсоедините динамометр от бруска. На один из концов линейки поместите брусок с одним грузом и медленно приподнимайте его( см. рис. 4). Измерьте высоту подъёма h конца линейки, когда при небольшом толчке брусок начинает ск4ользить вниз равномерно.

 .

10.Вычислите коэффициент трения скольжения по формуле (6).

11.Рассчитайте относительную погрешность косвенного измерения коэффициента трения скольжения по формуле

12.Вычислите абсолютную погрешность измерения  .

13.Запишите окончательный результат в виде

Сравните величины коэффициента трения скольжения, измеренные двумя различными способами.

Вывод:

Дополнительное задание.

Доказать, что сила трения скольжения не зависит от площади трущихся поверхностей.

1.Деревянный брусок равномерно тяните динамометром по горизонтальной линейке, измеряя силу тяги.

2.Опыт повторите при перестановке бруска на другие грани с различной площадью поверхности.

Контрольные вопросы для самопроверки

1. Каков физический смысл массы тела? Каким свойством оно обладает?

2. Каков физический смысл силы? По какому признаку можно судить о том, что к телу приложена сила?

3. Сформулируйте три закона динамики и объясните их физический смысл.

4. Если электровоз резко двигается с места, то может произойти разрыв сцепления вагонов. Почему?

5. На полке вагона поезда лежат книга и мяч. Почему, когда поезд тронулся с места, мяч скатился, а книга осталась в покое? В какую сторону покатился мяч?

Отчет по выполнению работы оформляется согласно методическим указаниям приведенным выше.

Лабораторная работа № 8

Измерение влажности воздуха

Цель работы: научиться определять влажность воздуха.

Принадлежности:

1. штатив демонстрационный;

2. демонстрационный термометр (термометр, марля, сосуд с водой);

3. психрометрическая таблица.

Теория.

В атмосфере Земли всегда содержаться водяные пары. Их содержание в воздухе характеризуются абсолютной и относительной влажностью. Абсолютная влажность определяется плотностью водяного пара p_a, находящегося в атмосфере, или его парциальным давлением p_a. Парциальным давлением p_п называется давлением, которое производил бы водяной пар, если бы все другие газы в воздухе отсутствовали.

Относительной влажностью  называется отношение парциального давления p_п водяного пара, содержащегося в воздухе, к давлению насыщенного пара p_н.п., при данной температуре. Относительная влажность воздуха  показывает, сколько процентов составляет парциальное давление от давления насыщенного пара при данной температуре и определяется по формулам:

 
 

Парциальное давление P_п можно рассчитать по уравнению Менделеева-Клайперона или по точке росы. Точка росы – температура, при которой водяной пар, находящейся в воздухе становиться насыщенным.

Относительную влажность воздуха можно определить с помощью специальных приборов.

Ход работы:

Задание 1: Записать в тетрадь название работы, цель работы и принадлежности.

Задание 2: Письменно ответить на вопросы (текст вопросов не переписывать).

1. Почему испаряясь, жидкость, понижает свою температуру?

2. При каких условиях термометры психрометра будут показывать оди­наковую температуру?

3. Как повысить влажность воздуха в комнате?

4. Как объяснить образование росы и тумана?

5. Как с помощью психрометра определить относительную влажность воздуха?

Задание 3: Начертить таблицу для записи результатов измерений и вычислений:

Таблица

№/№	Физические величины	Данные опыта	№ варианта
1	температура воздуха, t c°
2	показания влажного термометра, tвл°
3	относительная влажность воздуха, В(%)
4	плотность насыщенного пара при данной температуре, Рн(кг/м3)
5	абсолютная влажность У воздуха, Ра(кг/ м3 )
6	точка росы, tp°

Задание 4: Выполнить работу, данные измерений и вычислений занесите в таблицу.

1. Определить температуру влажного термометра

2. Определить температуру воздуха сухим термометром t_c°

3. Найти разность температур t_c° - t_вл° и по психрометрической таблице определить относительную влажность воздуха В.

4. Определить с помощью таблицы плотность насыщающего пара при данной температуре t_c° - Р_н.

5. Вычислить абсолютную влажность воздуха: Р_а = (В-Р_н)/100%

6. По таблице плотности насыщающего пара определить точку росы для данных условий: Р_а - t_p°

Задание 5: Выполнить индивидуальное задание по вариантам.

Контрольные вопросы:

1. Могут ли в ходе опытов температуры «сухого» и «влажного» термометров оказаться одинаковыми?

2. Может ли температура «влажного» термометра оказаться выше температуры «сухого»?

3. Каким может быть предельное значение относительной влажности воздуха?

Отчет по выполнению работы оформляется согласно методическим указаниям приведенным выше.

Таблица 1. ПСИХРОМЕТРИЧЕСКАЯ ТАБЛИЦА для определения относительной влажности воздуха

Показания сухого	Разность показаний сухого и влажного термометров
термометра	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
0	100	81	63	45	28	11	-	-	-	-	-
1	100	83	65	48	32	16	-	-	-	-	-
2	100	84	68	51	35	20	-	-	-	-	-
3	100	84	69	54	39	24	10	-	-	-	-
4	100	85	70	56	42	28	14	-	-	-	-
5	100	86	72	58	45	32	19	6	-	-	-
6	100	86	73	60	47	35	23	10	-	-	-
7	100	87	74	61	49	37	26	14	-	-	-
8	100	87	75	63	51	40	28	18	7	-	-
9	100	88	76	64	53	42	34	21	10	-	-
10	100	88	76	65	54	44	34	24	14	5	-
11	100	88	77	66	56	46	36	26	17	8	-
12	100	89	78	68	57	48	38	29	20	11	-
13	100	89	79	69	59	49	40	31	23	14	6
14	100	89	79	70	60	51	42	34	25	17	9
15	100	90	80	71	61	52	44	36	27	20	12
16	100	90	81	71	62	54	46	37	30	22	15
17	100	90	81	72	64	55	47	39	32	24	17
18	100	91	82	73	65	56	49	41	34	27	20
19	100	91	82	74	65	58	50	43	35	29	22
20	100	91	83	74	66	59	51	44	37	30	24
21	100	91	83	75	67	60	52	46	39	32	26
22	100	92	83	75	68	61	54	47	40	34	28
23	100	92	84	76	69	61	55	48	42	36	30
24	100	92	84	77	69	62	56	49	43	37	31
25	100	92	84	77	70	63	57	50	44	38	33
26	100	92	85	78	71	64	58	51	46	40	34
27	100	92	85	78	71	65	59	52	47	41	36
28	100	93	85	78	72	65	59	53	48	42	37
29	100	93	85	79	72	66	60	54	49	43	38
30	100	93	86	79	73	67	61	55	50	44	39

Таблица 2. Давление насыщенных водяных паров над поверхностью воды в зависимости от температуры в гектопаскалях. 1 гектопаскаль = 10² Па = 100 Па.

Лабораторная работа №9

Определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости

Цель работы: научиться измерять поверхностное натяжение воды методом капель.

Принадлежности: 1) весы с разновесом;

2) штатив с держателем;

3) стакан;

4) колба с водой;

5) термометр;

6) пипетка;

7) сосуд с водой.

Ход работы:

Задание 1: Записать в тетрадь название работы, цель работы, приборы и принадлежности.

Задание 2: Письменно ответить на вопросы (текст вопросов не переписывать):

1. Дать определение коэффициента поверхностного натяжения и единиц его измерения?

2. Как зависит коэффициент поверхностного натяжения от температуры?

3. Как определить длину внутренней окружности отверстия?

4. Какая сила удерживает каплю на трубке?

5. Какая сила заставляет каплю оторваться?

Задание 3: Начертить таблицу для записи результатов измерений и вычислений.

Таблица

1. диаметр отверстия пипетки, мм
2. масса стакана без воды, кг
3. масса стакана с водой, кг
4. масса воды, кг
5. количество капель
6. масса одной капли, кг
7. коэффициент поверхностного натяжения, Н/м
8. комнатная температура
9. табличное значение коэффициента поверхностного натяжения, Н/м
10. относительная погрешность, %

Задание 4: Выполнить работу, результаты измерений и вычислений занести в таблицу.

1. Измерить диаметр окружности отверстия пипетки.

2. Взвесить пустой стакан.

3. С помощью пипетки накапать в стакан 100 капель воды.

4. Взвесить стакан с водой и определить массу одной капли воды.

5. Вычислить коэффициент поверхностного натяжения воды.

Капля отрывается, когда ее вес становится равным силе поверхностного натяжения.

P = F; P = mg  

где m – масса капли,

g = 9,8 м/с² – ускорение силы тяжести,

d – диаметр отверстия пипетки,

8) Определить погрешности:

∆ = | σ_табл−σ |

9) Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу и сделайте вывод.

По окончании работы принадлежности, тетрадь и данное руководство сдать преподавателю.

Дополнительное задание

1. Вычислить поверхностное натяжение жидкости и назвать ее, если для отрыва от поверхности жидкости квадратной рамки со стороной 8,75 см потребовалось усилие 0,035 Н. Масса рамки 2 г.

2. На какую высоту может подняться вода в капиллярной трубке с диаметром канала 10^-3 м?

Отчет по выполнению работы оформляется согласно методическим указаниям, приведенным выше.

Лабораторная работа № 10

Тема: Наблюдение процесса кристаллизации (Определение температуры кристаллизации вещества) 

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

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

Теория

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

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

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

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

Ход работы

1.  Для записи результатов измерений подготовьте таблицу:

Время, Т, мин.	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
Температура, t°, °C

 

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

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

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

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

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

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

7. По графику определите температуру кристаллизации парафина.

8. Запишите общий вывод и ответьте на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы.

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

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

3. Отметьте на графике участки, соответствующие:

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

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

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

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

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

Вариант выполнения лабораторной работы.

Время, Т, мин.	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
Температура, t°, °C	72	69	67	61	58	56	55	55	55	52	51	50	49

 

Лабораторная работа № 11

Тема: Изучение деформации растяжения

Цель работы: найти жесткость пружины из измерений удлинения пружины при различных значениях силы тяжести , уравновешивающей силу упругости , на основе закона Гука: .

Приборы и материалы: штатив с муфтой и лапкой; спиральная пружина; набор грузов, масса каждого равна =0,100 кг; линейка с миллиметровыми делениями.

Теоретические обоснования

Деформацией называют изменение размеров или формы тела под действием силы.

Деформация возникает в случае, когда различные части тела совершают неодинаковые перемещения.

В любом сечении деформированных тел действуют силы упругости, препятствующие разрыву тела на части. Тело находится в напряжённом состоянии, которое характеризуется механическим напряжением.

Механическим напряжением σ называется физическая величина, равная отношению модуля F силы упругости к площади поперечного сечения S тела.

σ = _{ }

Механическое напряжение по закону Гука в упруго деформированном теле прямо пропорционально относительной деформации.

σ = Е·ε

Величину ε = _{ } называют относительным удлинением.

Е– модуль упругости (модуль Юнга) – физическая величина, характеризующий способность материалов оказывать сопротивление упругим деформациям

Для большинства широко распространенных материалов модуль Юнга определен экспериментально. Модуль Юнга для некоторых веществ приведен в таблице.

Закон Гука можно записать так:

Е = _{ } = _{ },

Где S – поперечное сечение образца.

Ответить на вопросы

1. Что называют деформацией? Приведите виды деформации твёрдых тел.

2. Какие виды деформации происходят при выполнении сварочных работ?

3. Сформулируйте закон Гука. Запишите формулу закона Гука.

4. Что называют механическим напряжением? Запишите формулу. Запишите единицы измерения механического напряжения.

5. Каков физический смысл модуля Юнга?

Лабораторная работа №12

Определение удельной теплоемкости твердого вещества

Цель работы: опытным путем определить величину удельной теплоемкости вещества и выяснить физический смысл уравнения теплового баланса.

Приборы и принадлежности: 1) весы оптические на штативе;

2) разновес;

3) исследуемое вещество;

4) калориметр;

5) термометр;

6)электроплитка;

7) сосуд с водой;

Ход работы:

Задание 1: Записать в тетрадь название работы, цель работы, приборы и принадлежности.

Задание 2: Начертить таблицу для записи результатов измерений и вычислений.

Таблица.

1. масса твердого тела, кг	m1
2. температура тела, °С	t1
3. масса калориметра, кг	m2
4. масса воды, кг	m3
5. температура воды и калориметра, °С	t2=t3
6. температура смеси, °С	θ
7. удельная теплоемкость калориметра, Дж/(кг·°К)	c2
8.удельная теплоемкость воды, Дж/(кг·°К)	c3
9. удельная теплоемкость твердого тела, Дж/(кг·°К)	c1
10. табличное значение удельной теплоемкости твердого тела, Дж/(кг·°К)	cТ
11. относительная погрешность, %	δ

Задание 3: Выполнить работу

1. Определить массу исследуемого тела m₁;

2. Опустить исследуемое тело в сосуд с водой и нагреть воду до кипения;

3. Определить массу калориметра m₂;

4. Налить до половины воды в калориметр и определить массу воды m₃;

5. Измерить начальную температуру калориметра с водой t₂=t₃;

6. Опустить нагретое тело в калориметр с водой и измерить температуру смеси θ;

7. Составить уравнение теплового баланса и определить удельную теплоемкость вещества.

Теплота, отданная горячим телом:

Q_отд=m₁c₁(t₁- θ)

Теплота, полученная калориметром:

Q_пол.к.=m₂c₂(θ-t₂)

Теплота, полученная водой:

Q_пол.в.=m₃c₃(θ-t₃)

Уравнение теплового баланса: Q_отд= Q_пол

m₁c₁(t₁- θ)= m₂c₂(θ-t₂)+ m₃c₃(θ-t₃)

m₁c₁(t₁- θ)=( θ-t₂)( m₂c₂+ m₃c₃)

Так как t₂=t₃, (θ-t₂)=(θ-t₃)

с₁=(θ-t₂)(m₂c₂+m₃c₃)/(m₁(t₁-θ))Дж/(кг·°К)

1. Определить погрешности

Δ=|c_табл-с₁|

δ=(Δ/с)·100%

1. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу и сделайте вывод. По окончании работы принадлежности, тетрадь и данное руководство сдать преподавателю.

Контрольные вопросы:

1. Какова разница между теплоемкостью тела и удельной теплоемкостью?

2. В чем смысл уравнения теплового баланса и какое отношение оно имеет к закону сохранения энергии?

Отчет по выполнению работы оформляется согласно методическим указаниям, приведенным выше.

Лабораторная работа №13

«Изучение особенностей теплового расширения воды»

Цель: изучить на практике особенности теплового расширения воды;

Оборудование: 1 Штатив с лапкой и муфтой. 5. Спиртовка со спиртом. 6. Пробирка с пробкой и стеклянной трубкой. 7. Стакан с водой. 8. Спички, термометр, стакан с холодной водой,  чайник с горячей водой (один на всех).

Теоретическая справка

Жидкости расширяются значительно сильнее твердых тел. Они также расширяются во всех направлениях. Вследствие большой подвижности молекул жидкость принимает форму сосуда, в котором она находится, причем следует учитывать и тепловое расширение сосуда. Расширение жидкости в трубках также представляет собой объемное расширение. Следовательно, верны формулы объемного расширения. Если

V1	объем жидкости при температуре t1,	метр3
V2	объем жидкости при температуре t2,	метр3
ДV	изменение объема жидкости,	метр3
в	коэффициент объемного расширения (объемный коэффициент теплового расширения),	1/К

ДV= V1 в Дt;  V2= V1(1+ в Дt)

Коэффициент объемного расширения в равен отношению относительного объемного расширения ДV/V1 к разности температур Дt: в = 

При увеличении объёма тел уменьшается их плотность:  с=с0/(1+ в ·Дt), где V и V0 - объемы, а с и с0 - плотности соответственно при температурах t и t0.

http://rutube. ru/video/9aec6d9ba6c5a3fad68923670fa75887/

Ход работы:

1.  Для наблюдения расширения жидкости пробирку, наполненную водой и плотно закрытую пробкой с трубкой, зажать в лапке штатива и подставить под нее спиртовку (или опустить в горячую воду). Осторожно!

5. Зажечь спиртовку, наблюдать за изменением уровня воды в трубке. Что наблюдали? Почему уровень сначала опустился?

6. Убрать спиртовку, наблюдать за изменением уровня воды в трубке. Что наблюдали?

7. В одинаковые колбы нальем: в одну — воду, а в другую — такой же объем спирта. Колбы закроем пробками с трубками. Начальные уровни воды и спирта в трубках отметим резиновыми кольцами. Поставим колбы в емкость с горячей водой. Уровень воды в трубках станет выше. Вода и спирт при нагревании расширяются. Но уровень в трубке колбы со спиртом выше. Значит, спирт расширяется больше. Следовательно, тепловое расширение разных жидкостей, как и твердых веществ, неодинаково.

8. Определить плотность спирта в жидкостном термометре при нагревании.

9. Решите задачи:

А) Какой объём имеет нефть при 00С, если при температуре 200С её объём равен 65м3?

Б) Масса 1л спирта при 00С равна 0,8кг. Определите плотность спирта при температуре  150С.

Контрольные вопросы:

1. Что называют тепловым расширением тел?

2. Приведите примеры теплового расширения жидкостей, газов.

3. Что такое коэффициент объёмного расширения?

Вывод

Сделайте дома сами

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

Лабораторная работа №14

«Изучение закона Ома для участка цепи»

 Цель работы: установить на опыте зависимость силы тока от напряжения и сопротивления.

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

Ход работы.

Краткие теоритические сведения

   Электрический ток - упорядоченное движение заряженных частиц

   Количественной мерой электрического тока служит сила тока I

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

 

   В Международной системе единиц СИ сила тока измеряется в амперах [А].

   [1A=1Кл/1с]

   Прибор для измерения силы тока Амперметр. Включается в цепь последовательно

   На схемах электрических цепей амперметр обозначается  .

   Напряжение – это физическая величина, характеризующая действие электрического поля на заряженные частицы, численно равно работе электрического поля по перемещению заряда из точки с потенциалом φ₁ в точку с потенциалом φ₂

   U₁₂ = φ₁ – φ₂             

   U – напряжение

   A – работа тока

   q – электрический заряд

   Единица напряжения – Вольт [В]

   [1B=1Дж/1Кл]

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

   На схемах электрических цепей амперметр обозначается  .

   Величина, характеризующая противодействие электрическому току в проводнике, которое обусловлено внутренним строением проводника и хаотическим движением его частиц, называется электрическим сопротивлением проводника.

   Электрическое сопротивление проводника зависит от размеров и формы проводника и от материала, из которого изготовлен проводник.

   

   S – площадь поперечного сечения проводника

   l – длина проводника

   ρ – удельное сопротивление проводника

   В СИ единицей электрического сопротивления проводников служит ом [Ом].

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

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

   Назван в честь его первооткрывателя Георга Ома.

Практическая часть

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

   

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

   Таблица 1. Сопротивление участка 2 Ом

Напряжение, В
Сила тока, А

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

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

   Таблица 2. Постоянное напряжение на участке 2 В

Сопротивление участка, Ом
Сила тока, А

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

   6. Ответьте на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1. Что такое электрический ток?

2. Дайте определение силы тока. Как обозначается? По какой формуле находится?

3. Какова единица измерения силы тока?

4. Каким прибором измеряется сила тока? Как он включается в электрическую цепь?

5. Дайте определение напряжения. Как обозначается? По какой формуле находится?

6. Какова единица измерения напряжения?

7. Каким прибором измеряется напряжение? Как он включается в электрическую цепь?

8. Дайте определение сопротивления. Как обозначается? По какой формуле находится?

9. Какова единица измерения сопротивления?

10. Сформулируйте закон Ома для участка цепи.

Вариант выполнения измерений.

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

 Таблица 1. Сопротивление участка 2 Ом

Напряжение, В	1	2	3
Сила тока, А	0,5	1,0	1,5

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

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

Таблица 2. Постоянное напряжение на участке 2 В

Сопротивление участка, Ом	1	2	4
Сила тока, А	2,0	1,0	0,5

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

 

Лабораторная работа №15

Изучение закона Ома для участка цепи последовательного и параллельного соединения проводников

Цель - выполнение опытной проверки правил последовательного и параллельного соединения проводников и их следствий, с помощью закона Ома для участка цепи.

Оборудование: источник тока, амперметр, вольтметр, соединительные провода, реостат, ключ, сопротивления 1, 2, 4 Ома на колодках с клеммами.

Краткие теоретические сведения

Проводникив электрических цепях постоянного тока могут соединяться последовательно и параллельно. При последовательном соединении проводников конец первого проводника соединяется с началом второго и т.д. При этом сила тока I одинакова во всех проводниках, а напряжение U на концах всей цепи равно сумме напряжений на всех последовательно включенных проводниках.

При последовательном соединении проводников их общее электрическое сопротивление равно сумме электрических сопротивлений всех проводников. Из закона Ома для участка цепи следует, что напряжения на последовательно включенных участках цепи прямо пропорциональны их сопротивлениям.

При параллельном соединении проводников электрическая цепь имеет разветвления. Точку разветвления проводников называют узлом. В узле электрический заряд не накапливается, заряд, поступающий в единицу времени в узел, равен заряду, уходящему из узла за это же время. Напряжение U на концах проводников, соединенных параллельно, одно и то же.

Порядок выполненияработы

1. Соберите цепь с последовательным соединением сопротивлений 1, 2 или 4 Ома по схеме (рисунок 9.1).

2. Замкните цепь.

3. И змерьте ток I_изми напряжение на каждом сопротивлении U₁,U₂ и общее напряжение на них U_изм.

Р исунок 9.1 – Схема последовательного соединения проводников

1. Проверьте правила последовательного соединения на числах.

2. Внесите результаты измерений в таблицу 9.1.

Таблица 9.1 - Результаты измерений и вычислений

Сила тока, I, А	Напряжение, U, В				Сопротивление, R, Ом		Эквивалентное сопротивление, R, Ом		Отношение сопротивлений и напряжений
	U1	U2	Uизм	R1,		R2	Rизм	Rобщ	U1:U2	R1:R2
1	2	3	4	5		6	7	8	9	10

6 Соберите цепь с параллельным соединением сопротивлений 1Ом, 2Ом или 4 Ом по схеме (рисунок 9.2).

Рисунок 9.2 – Схема параллельного соединения проводников

7 Замкните цепь.

8 Измерьте амперметром силу электрического тока в общей цепи I_общ и в цепях отдельных потребителей I₁ и I₂.

9 Проверьте правила параллельного соединения на числах.

10 Внесите результаты измерений в таблицу 9.2.

Таблица 9.2 - Результаты измерений и вычислений

Напряжение U, В на резисторе	Сила электрического тока в цепи I, А				Сопротивление резистора R, Ом
	I1	I2	Iизм	Iобщ	R1	R2	Rобщ
1	2	3	4	5	6	7	8

Расчетная часть

1. Проверить правило последовательного соединения на числах

(9.1)

(9.2)

(9.3)

Сравните:I₁и I₂и I₃.

1. Проверить правило последовательного соединения на числах (правило записать словами)

(9.4)

Сравните: .

1. Проверить правило последовательного соединения на числах (правило записать словами)

(9.5)

(9.6)

Сравните: .

1. Проверить правило последовательного соединения на числах (правило записать словами)

(9.7)

Сравните: .

1. Проверить правило параллельного соединения на числах (правило записать словами)

(9.8)

1. Проверить правило параллельного соединения на числах (правило записать словами)

(9.9)

Содержание отчета

1. Тема и цель работы.

2. Оборудование.

3. Таблицы результатов измерений и вычислений.

4. Расчетная часть, содержащая формулы и примеры вычислений по ним.

5. Заключение о проделанной работе.

Контрольные вопросы и задания

1. Где применяется последовательное соединение?

2. Если n одинаковых сопротивлений R соединить параллельно, то общее сопротивление

3. Если n одинаковых сопротивлений R соединить последовательно, то напряжение тока в цепи

В ходе выполнения лабораторной работы формируются умения:

• собирать электрические цепи по схеме;

• производить измерения физических величин;

• выполнять расчёты силы тока и напряжений на участках электрических цепей;

• объяснять результаты проведённых опытов и делать выводы;

• владеть правилами техники безопасности при использовании оборудования;

• уверенно пользоваться физической терминологией и символикой.

Осваиваются знания о правилах последовательного и параллельного соединения проводников.

Лабораторная работа №16

Изучение явления электромагнитной индукции

Цель работы: проверить на опыте зависимость ЭДС индукции от скорости изменения магнитного поля.

Оборудование:  миллиамперметр

 катушка-моток – 1 шт.

 постоянный магнит

 штатив с муфтой и лапкой.

Ход работы:

1. Закрепите в лапке штатива катушку и подключите ее к гнездам миллиамперметра.

2. Приближая и удаляя с разной скоростью магнит к катушке, установите по показаниям миллиамперметра, как зависит величина индукционного тока от скорости изменения магнитного поля в месте расположения катушки.

3. Установите, зависит ли направление индукционного тока от положения полюсов движущегося магнита.

1. Повторите опыты, закрепив в лапке штатива магнит, приближая и удаляя к нему и от него катушку.

2. Определив направление намотки провода в катушке, направление тока в ней и направление магнитного поля магнита, проверьте справедливость правила Ленца

Контрольные вопросы:

1. Дать определение явления электромагнитной индукции?

2. Как читается правило Ленца? Как пользоваться правилом Ленца?

3. В чем отличие силы Ампера от силы Лоренца?

4. Сформулируйте правило буравчика для витка с током.

5. Совершает или не совершает силы Лоренца работу при движении заряда в магнитном поле и почему?

6. На чем основано действие электродвигателей и ряда электроизмерительных приборов.

Отчет по выполнению работы оформляется согласно методическим указаниям, приведенным выше.

Лабораторная работа №17

“ Определение КПД электрочайника ”.

Цель работы: определить КПД электрочайника

Оборудование: электрочайник, вольтметр, манометр, секундомер и мультиметр.

Выполненные задания

1. Мощность электрочайника P = _2__ кВт.

2. Объём воды, налитой в чайник V = __1___ л = _0.001_ м³.

3. Начальная температура воды t₁= __25___ ⁰С.

4. Промежуток времени, в течение которого нагревается вода в чайнике
   Δŧ = _300___  с.

5. Конечная температура горячей воды t₂ = __100___ ⁰С.

6. Работа, которую совершил электрический ток при нагревании воды
   A _{эл.тока} = __600__ Дж.

7. Количество теплоты, полученное водой и равное полезной работе,
   Q _нагр. = __315000____  Дж.

8. Коэффициент полезного действия электрочайника
   ŋ = __52,5____ %

      9.      Таблица

P, Вт	V, м3	t1,0С	Δŧ, с	t2,	Aэл.тока,Дж	Q нагр., Дж	ŋ, %
2000	0.001	25	300	100	600000	315000	52,5

 

 Ответьте на вопросы:

1. __Q=I²Rt___________________

2. _Я считаю, что чем больше площадь поперечного сечения, тем быстрее нагревается проводник

3. _Утюг, кипятильник, электрическая плитка. В целом электронагревательные приборы со спиралью сильно не отличаются их суть сводиться к нагреванию какого-либо предмета. Они могут отличаться размером, формой. С точки зрения физики у них может различаться мощность, площадью поперечного сечения, проводником(из разных металлов).

Лабораторная работа №18.

«Исследование зависимости мощности, потребляемой лампой накаливания от напряжения»

Вариант 1.

Задача №1. По сопротивлению, к концам которого приложено напряжение 220В, течет ток с силой 4 А. Определите мощность электрического тока и работу, совершаемую электрическим током за 10с.

Дано:

U=      

I=            

t=           

Найти 

Р(Вт)

А(Дж)       

Решение:

Мощность тока в цепи равна: P=I∙U,

Работа электрического тока на участке цепи: A=P∙t,    

Задача №2. Какую работу совершает электрический ток в электродвигателе за 30 мин, если сила тока в цепи 0,5 А, а напряжение на клеммах двигателя 12В?

Дано:

t=

I=

U=  

Найти

А-    

Решение:

A=I∙U∙t

Задача № 3. Какую работу совершает электродвигатель за 1 час, если сила тока в цепи равна 5А, напряжение на клеммах 220В и КПД двигателя 80 %?

Дано: t=

I=                        

U=                    

КПД=

Решение:

КПД= А(полез)/А(затр)* 100%

А(затр)= UIt=

А= А(полез)= КПД* А(затр)/ 100%=     

Задача №4

Сила тока в лампочке карманного фонаря равна 0,28 А при напряжении 3,5В. Найдите сопротивление

Лабораторная работа 19

« Измерение ЭДС и внутреннего сопротивления проводника»

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

Оборудование: источник тока, проволочный резистор, амперметр, вольтметр, ключ замыкания тока, реостат, комплект соединительных проводников.

Для измерения ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока собирают

электрическую цепь, схема которой показана на рисунке.

К источнику тока подключают амперметр, сопротивление и ключ, соединенные последовательно. Кроме того, непосредственно к выходным гнездам источника подключают еще и вольтметр.

ЭДС измеряют по показанию вольтметра при разомкнутом ключе. Этот прием определения ЭДС основан на следствии из закона Ома для полной цепи, согласно которому при бесконечно большом сопротивлении внешней цепи напряжение на зажимах источника равно его ЭДС. (См. параграф "Закон Ома для полной цепи" учебника "Физика 10").

Для определения внутреннего сопротивления источника замыкают ключ К. При этом в цепи можно условно выделить два участка: внешний (тот, который подключен к источнику) и внутренний (тот, который находится внутри источника тока). Поскольку ЭДС источника равна сумме падения напряжений на внутреннем и внешнем участках цепи:

 Ε = U_r + U_R, то U_r = E - U_R

По закону Ома для участка цепи U_r = Ir.

Подставив это равенство в U_r = E - U_R получают:Ir = E - U_R, откуда 

г = (E - U_R)/I

Ход работы

1. Подготовьте таблицу для записи результатов измерений и вычислений:

	Е, В	UR, В	I, А	r, Ом
значение	6

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

3. Измерьте ЭДС источника тока.Е=6 В   

4. Снимите показания амперметра и вольтметра при замкнутом ключе (фотография вверху справа) и вычислите r пр. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу.

5. Запишите результаты расчёта внутреннего сопротивления источника тока:

6. Вывод.

Лабораторная работа №20

Исследование зависимости периода колебаний маятника от длины подвеса и измерение ускорения падения с помощью маятника

Оборудование:

• штатив со штативной лапой и муфтой

• нить с петлями на концах

• груз с крючком

• линейка

• электронный секундомер

Цель работы: состоит в экспериментальной проверке формулы, связывающей период колебаний маятника с длиной его подвеса и в определении ускорения свободного падения на основе зависимости периода колебаний маятника на подвесе от длины подвеса

Теория

Тело, подвешенное на нити, может совершать колебания, период которых определяется формулой:

где l – длина подвеса, а g – ускорение свободного падения.

Нужно помнить, что зависимость периода колебаний от длины, выраженная формулой (1), справедлива лишь для таких маятников, у которых длина подвеса значительно (не менее чем в десять раз) превосходит размер подвешенных грузов (длиной нити следует считать расстояние от точки подвеса до центра тяжести груза).

Из этой формулы следует, например, что период колебаний изменится вдвое при изменении длины подвеса в четыре раза.

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

Если груз, подвешенный на нити, колеблется, а его размеры значительно меньше, чем длина нити, то период колебаний может быть определен из формулы:

(1),

где l – длина нити (точнее расстояние от точки подвеса до центра тяжести груза), g – ускорение свободного падения. Зная период колебаний и длину нити, на основании этой формулы можно определить ускорение свободного падения:

(2)

Длину нити измеряют линейкой, а период – по времени t, за которое маятник совершит определенное количество колебаний N: T=t/N.

Причём угол отклонения нити от вертикали при колебаниях груза не должен быть слишком велик (до 5-7 градусов), иначе формула для определения ускорения свободного падения перестаёт быть верной.

Ход работы:

Задание 1

1. Подготовьте таблицу для записи результатов измерений и вычислений:

l, м	№ опыта	N	t, с	tср, с	Т, с
l1=	1
l2=	2

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

3. Подготовьте электронный секундомер к работе в ручном режиме.

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

5. Повторите измерение 3-4 раза и определите среднее время t_ср1.

6. Вычислите период колебаний груза с длиной подвеса 25-30 см: Т₁= t_ср1/N

7. Увеличьте длину подвеса в четыре раза.

8. Повторите серию опытов с маятником новой длины и измерьте его период колебаний Т₂= t_ср2/N

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

Задание 2

1. Закрепите штативную лапу у верхнего края стержня штатива. Штатив разместите на столе так, чтобы конец перекладины выступал за край поверхности стола. Подвесьте к перекладине один груз из набора. Груз должен висеть в 3-4 см от пола.

2. Для записи результатов измерений и вычислений подготовьте таблицу:

№ опыта	l, м	N	t, с	tср, с	Т, с	g, м/с2

1. Измерьте лентой длину маятника l (длину нити нужно выбирать максимально возможной, для уменьшения угла отклонения нити от вертикали).

2. Подготовьте измеритель времени к работе в режиме секундомера.

3. Отклоните маятник на 5-10 см и отпустите его (убедитесь, что при этом максимальный угол отклонения груза от вертикали не превышает указанной величины).

4. Замерьте время t, за которое он совершит 40 полных колебаний.

5. Повторите опыт 5-7 раз, после чего вычислите среднее время, за которое маятник сделает 40 колебаний t_ср.

6. Вычислите период колебаний Т= t_ср/N

7. Вычислите по формуле (2) ускорение свободного радения.

8. Определите относительную ошибку полученного результата : , где g_изм – величина ускорения свободного падения, определенная по результатам проделанной работы, g – значение, взятое из справочника.

Контрольные вопросы:

1. Изменится ли период колебания маятника при перенесении с Земли на Луну?

2. Можно ли при определении периода ограничиться двумя, тремя, десятью колебаниями? В каком случае период будет определяться более точно?

3. Где применяется маятник?

4. Применяется ли маятник в вашей профессии? Если да, то приведите примеры.

Отчет по выполнению работы оформляется согласно методическим указаниям приведенным выше.

Лабораторная работа № 21

Измерение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока

Ц ель работы: изучить метод измерения ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока помощью амперметра и вольтметра.

Оборудование: •Металлический планшет •Источник тока

•Амперметр

•Вольтметр

•Резистор

•Ключ

•Зажим

•Соединительные провода

Для измерения ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока собирают электрическую цепь, схема которой показана на рисунке 1.

К источнику тока подключают амперметр, сопротивление и ключ, соединение последовательно. Кроме того, непосредственно к выходным гнездам источника подключают еще и вольтметр.

ЭДС измеряют по показанию вольтметра при разомкнутом ключе. Этот прием определения ЭДС основан на следствии из закона Ома для полной цепи, согласно которому при бесконечно большом сопротивлении внешней цепи напряжения на зажимах источника равно его ЭДС.

Для определения внутреннего сопротивления источника замыкают ключ К. При этом в цепи можно условно выделить два участка: внешний (тот, который подключен к источнику) и внутренний (тот, который находится внутри источника тока). Поскольку ЭДС источника равна сумме падения напряжения на внутреннем и внешнем участках цепи:

 , то   (1)

По закону Ома для участка цепи   (2). Подставив равенство (2) в (1) получают:  , откуда   (3)

Следовательно, чтобы узнать внутреннее сопротивление источника тока, необходимо предварительно определить его ЭДС, затем замкнуть ключ и измерить падение напряжения на внешнем сопротивлении, а также силу тока в нем.

Ход работы

1. Подготовьте таблицу для записи результатов измерений и вычислений:

    B	 ,B	I,A	r, Ом

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

3. После проверки схемы соберите электрическую цепь. Ключ разомкните.

4. Измерьте величину ЭДС источника.

5. Замкните ключ и определите показания амперметра и вольтметра.

6. Вычислите внутреннее сопротивление источника.

Контрольные вопросы:

1. Раскройте физический смысл понятия «электродвижущая сила источника тока».

2. Почему, определяя пригодность к использованию гальванического элемента, недостаточно ограничиться лишь измерением его ЭДС?

3. Верно ли утверждение о том, что внутреннее сопротивление аккумулятора может изменяться с течением времени?

Отчет по выполнению работы оформляется согласно методическим указаниям, приведенным выше.

Лабораторная работа № 22

«Изучение изображения предметов в тонкой линзе».

Цель: получить изображения с помощью собирающей линзы, измерить фокусное расстояние и оптическую силу линзы. Сделать вывод об условии получения различных видов изображений.

Оборудование: собирающая линза, лампа на подставке, экран, источник напряжения, соединительные провода, линейка.

Ход работы.

лампа d f экран

1. Соберите электрическую цепь, подключив лампочку к источнику напряжения.

2. Поместите экран на отметку «0» линейки.

3. Поместите линзу между лампой и экраном на линейке.

4. Перемещая линзу, получите на экране чёткое уменьшенное изображение нити накаливания лампы.

5. Измерьте расстояния от лампы до линзы d и от линзы до экрана f. Результаты занесите в таблицу.

6. Повторите опыт с получением чёткого увеличенного изображения. Результаты занесите в таблицу.

7. Рассчитайте оптическую силу линзы по формуле: . Полученное значение округлите до 2-х значащих цифр. Результат занесите в таблицу.

8. Рассчитайте фокусное расстояние линзы: . Результат занесите в таблицу:

Вид изображения	Расстояние от лампы до линзы d, м	Расстояние от линзы до экрана f, м	Оптическая сила линзы D, дптр	Фокусное расстояние линзы F, м
Уменьшенное
Увеличенное

1. Сравните расстояние от лампы до линзы с двойным фокусным расстоянием.

1. Сделайте вывод.

Лабораторная работа №23

Изучение интерференции и дифракции света

Цель работы: пронаблюдать и описать явления при прохождении света через два пленочных поляроида, при падении света на нить малого диаметра и на две узкие щели, расположенные близко друг к другу.

ВНИМАНИЕ! При работе с лазерным источником света НЕЛЬЗЯ направлять его в глаза!

Оборудование: лазерный источник света и светодиодный в одном корпусе, оправка для крепления источника света, стойка для укрепления источника света, поляроиды в рамках (2 шт.), оправка с тонкой нитью (медная проволока), оправка с двумя щелями, стойки для укрепления рамок с поляроидами, оправки с нитью и оправки со щелями.

Ход работы.

1. Соберите оптическую систему (рис.1а), установив на оптическую скамью держатель с диодным источником света, собирающую линзу №2 с большим фокусным расстоянием, стойки с круглыми вставками для держателей рамок с поляроидами и экран на держателе. Выбор из двух линз линзы с большим фокусным расстоянием осуществляется по расстоянию до изображения от удаленного источника (лампы на потолке, рис.1б)

2. В ключите диод, повернув корпус внутри оправки на 90°, и закрепите источник в держателе. Переместите собирающую линзу так, чтобы световое пятно по размеру соответствовало размеру первого поляроида, и приблизьте экран на расстояние 5 см от второго держателя для поляроидов (рис.1).

а) б)

Рис. 1

1. Добейтесь, чтобы на экране наблюдалось светлое пятно равномерной освещенности. Вставьте второй поляроид во второй держатель. Обратите внимание на яркость пятна на экране. Поверните второй поляроид на 90° и сравните яркость пятна на экране при двух положениях поляроида.

2. Выньте второй поляроид из держателя и, оставляя его в пучке света, идущего к экрану, медленно поворачивайте вокруг оси, проходящей перпендикулярно пленочному поляроиду на 360°. Опишите наблюдаемые изменения яркости пятна на экране в тетради.

3. Выньте источник света из стойки. Погасите светодиодный источник света и зажгите лазерный, сместив корпус источника относительно оправки и повернув его на 90° вокруг продольной оси. Укрепите включенный лазерный источник света на стойке.

4. Уберите один держатель с поляроидом с оптической скамьи, а во второй вставьте оправку с тонкой нитью (рис.2а)

а) б)

Рис.2

1. Сдвиньте держатель с нитью ближе к экрану и, смещая источник света с оправкой относительно держателя, добейтесь того, чтобы луч лазера попадал в середину нити, идущей поперек оправки, и перекрывал его.

2. Перемещая держатель с нитью к линзе, наблюдайте за видом тени от нити на экране в ходе такого перемещения. Если нить уходит из светового пучка, меняйте положение лазерного источника света в держателе.

3. Выключите лазерный источник света и опишите наблюдаемые на экране явления. Зарисуйте форму тени в случае, когда нить близка к экрану и когда близка к линзе.

4. Замените оправку с нитью на оправку с двумя щелями, нанесенными на зеркальное покрытие (рис.26), включите лазерный источник света и добейтесь, чтобы пучок лазерного света перекрывал обе щели. Опишите наблюдаемую на экране картину и зарисуйте ее.

5. Соотнесите наблюдаемые явления с дифракцией, интерференцией и поляризацией световых волн и внесите названия этих явлений в соответствующие описания явлений в тетради. Нарисуйте схемы установок для наблюдения этих явлений, подпишите названия установок и детали оптических схем.

Контрольные вопросы:

1. Почему часть мыльной пленки не окрашена цветными полосами?

2. Как объяснить увеличение ширины цветных полос на мыльной пленке с течением времени?

3. Почему цвет центральной полосы дифракционной картины отличается от цвета полос, расположенных рядом?

4. Как расстояние между нитями капроновой ткани влияет на картину дифракции?

5. Почему при увеличении ширины щели яркие цветные полосы сближаются?

Отчет по выполнению работы оформляется согласно методическим указаниям, приведенным выше.

Лабораторная работа №24

Градуировка спектроскопа и определение длинны волны спектральных линий

Цель работы: научиться определять длины волн в линейчатых спектрах поглощения и излучения газов.

Оборудование, средства измерения: 1) спектроскоп 2)ртутная лампа 3) спиртовка

Теоретическое обоснование

Метод измерения показателя преломления с помощью плоскопараллельной пластинки основан на том, что луч, прошедший плоскопараллельную пластинку, выходит из нее параллельно направлению падения.

Согласно закону преломления показатель преломления среды

Для вычисления   и   на листе бумаги проводят две параллельные прямые АВ и CD на расстоянии 5—10 мм друг от друга и кладут на них стеклянную пластинку так, чтобы ее параллельные грани были перпендикулярны этим линиям. При таком расположении пластинки параллельные прямые не смещаются (рис. 1, а).

Располагают глаз на уровне стола и, следя за прямыми АВ и CD сквозь стекло, поворачивают пластинку вокруг вертикальной оси против часовой стрелки (рис. 1,6). Поворот осуществляют до тех пор, пока луч QС не будет казаться продолжением ВМ и МQ.

Д ля обработки результатов измерений обводят карандашом контуры пластинки и снимают ее с бумаги. Через точку М проводят перпендикуляр 0₁0₂ к параллельным граням пластинки и прямую МF.

Затем на прямых ВМ и МF откладывают равные отрезки МЕ₁ = МL₁ и опускают с помощью угольника из точек L_г и Е₁ перпендикуляры L₁L₂ на прямую 0₁0₂. Из прямоугольных треугольников L₁L₂M и Е₁Е₂М находим , а .

Следовательно,

т. е. измерение коэффициента преломления сводится к измерению линейкой длин отрезков L₁L₂ и Е₁Е₂.

Отметим, что можно с помощью циркуля построить окружность с центром в точке М и радиусом МE, а затем построить треугольники L₁L₂M и Е₁Е₂М.

Аналогичные построения можно сделать и при повороте плоскопараллельной пластинки по часовой стрелке (рис. 1, в) и найти второе числовое значение показателя преломления стекла. Тогда за окончательный результат берут их среднее значение.

Порядок выполнения работы

1 . Положите плоскопараллельную пластинку на параллельные прямые АВ и СD.

а) Сначала ориентируйте параллельные грани пластинки перпендикулярно АВ и СD. Убедитесь, что параллельные линии при этом не смещаются.

б) Расположите глаз на уровне стола и, следя за линиями АВ и СD сквозь стекло, поворачивайте пластинку вокруг вертикальной оси против часовой стрелки до тех пор, пока луч QС не будет казаться продолжением ВМ и МQ.

1. Обведите карандашом контуры пластинки, после чего снимите ее с бумаги.

2. Через точку М (см. рис. 1,6) проведите с помощью угольника перпендикуляр O₁O₂ к параллельным граням пластинки и прямую МF (продолжение MQ).

3. С центром в точке М проведите окружность произвольного радиуса, отметьте на прямых ВМ и МF точки L₁ и L₂ (МL₁ и МЕ₁).

4. Опустите с помощью угольника перпендикуляры из точек L₁ и Е₁ на прямую O₁O_2.

5. Измерьте линейкой длину отрезка L₁L₂

1. Запишите окончательный результат измерения.
   

2. Измерьте линейкой длину отрезка E₁E₂.

Е₁Е₂ = b = , ∆b= '

1. Запишите окончательный результат измерения.

1. Рассчитайте показатель преломления стекла по формуле (2).

1. Найдите абсолютную погрешность измерения показателя преломления стекла.

1. Запишите окончательный результат измерения коэффициента преломления стекла.

Дополнительное задание. Измерить показатель преломления стекла при повороте плоскопараллельной пластинки по часовой стрелке (см. рис. 1, в)

1. 

2. 

3. n= 

4. Найдите среднее арифметическое значение показателя преломления стекла по результатам двух измерений.

n=

Вывод:

Контрольные вопросы:

1. Сформулируйте закон отражения света.

2. Сформулируйте закон преломления света.

3. Луч переходит из оптически более плотной в оптически менее плотную среду. Какой угол больше: падения или преломления?

4. Какой показатель преломления называют абсолютным? Относительным?

5. Как пойдет луч, если на границу раздела двух сред он падает под углом больше предельного?

6. Приведите примеры использования законов отражения и преломления в оптических приборах, с которыми вам приходиться встречаться в повседневной практике?

7. Как пойдет луч, если на границу раздела двух сред он падает под углом больше предельного?

8. Приведите примеры использования законов отражения и преломления в оптических приборах, с которыми вам приходиться встречаться в повседневной практике?

Лабораторная работа №18

Измерение длины волны света различных источников

Цель работы: ознакомиться с методом определения длины световой волны с помощью дифракционной решетки.

Оборудование: лазерная указка с встроенным светодиодом, держатель для лазерной указки, стойка вертикальная с впрессованными магнитами для размещения источника света на оптической скамье, источник электропитания, экран, стойка для крепления экрана, линза длиннофокусная на стойке, дифракционная решетка 300 штрихов на 1 мм, стойка с оснасткой для размещения дифракционной решетки на оптической скамье.

Ход работы.

1. Соберите установку для определения длины волны лазера (рис.42а). Установите рамку с дифракционной решеткой в стойке на оптической скамье вблизи ее одного конца и экран на стойке на противоположном конце скамьи (рис. 42а)

2. Включите лазер, вставив корпус лазерного источника в оправку и повернув корпус вокруг продольной оси корпуса источника. Разместите лазер на стойке, укрепленной на противоположном от экрана конце оптической скамьи (рис.42а)

3. Измерьте расстояние между нулевым и первым дифракционными максимумами х на экране и расстояние L от решетки до экрана (рис.42 6).

4. Рассчитайте длину волны лазера λ согласно теории дифракционной решетки

(если    , приводящим к соотношению λ /L , где   - постоянная решетки).

5. Соберите установку для регистрации дифракционной картины, получаемой от источников с малой яркостью (рис.43). Для получения верной картины требуется скомпоновать оптическую систему так, чтобы на дифракционную решетку падала плоская световая волна, то есть пучок параллельных лучей перпендикулярных плоскости решетки. Этого добиваются установкой источника света в фокусе короткофокусной линзы Л₁. О том, что после линзы идет не расширяющийся пучок, можно судить по постоянному диаметру пятна при движении экрана от линзы. Добившись того, что после короткофокусной линзы Л₁. идет параллельный пучок света, установите сразу за линзой дифракционную решетку. После решетки ставится длиннофокусная линза Л₂, и держатель с экраном. Когда расстояние от экрана до линзы оказывается равным фокусному расстоянию линзы Л₂, спектр источника

излучения на экране оказывается максимально ярким и четким.

6.Проверьте совпадение длины волны лазерного излучения измеряемого в этой установке и в установке на рис.41. Для этого в стойку установите держатель с включенным лазером и измерьте на экране расстояние от центра нулевого дифракционного максимума до первого (второго и т.д.) максимума. В установке на рис.41 направление на первый максимум определяется соотношением   , а длина волны соотношением  . Для второго максимума соответственно  =  и  , где   — постоянная решетки.

7.Выключите лазерный источник и включите светодиодный, сместив вдоль продольной оси корпус источника света относительно держателя. При излучении источником света не монохроматического излучения (излучения с разными длинами волн), в области первого максимума появляется набор полос разного света. Если излучается свет с определенным набором длин волн  ,  , ... , то наблюдается линейчатый спектр, если излучается свет с непрерывным распределением по длинам волн, то наблюдается непрерывный спектр с постепенными переходами цветов в нем. Опишите полученный спектр излучения светодиода. Измерьте максимальную и минимальную длину волны в спектре излучения светодиода (спектральный диапазон излучателя). Для более точных измерений можно использовать спектр второго порядка, получаемый в зоне выполнения условия  .

8. Смените лазерный источник света на излучатель с лампой накаливания и опишите ее спектр. Измерьте спектральный диапазон лампы накаливания.

Контрольные вопросы:

1. Как изменится вид спектров, если использовать дифракционную решетку с другим периодом d?

2. Какие факторы влияют на точность определения длины световой волны опробованным методом?

Отчет по выполнению работы оформляется согласно методическим указаниям, приведенным выше.