Непрерывный физический практикум 10 класс

Министерство образования РД Махачкалинский физико – технический лицей

Гаджибалаева Г. Г.

Непрерывный физический практикум

в курсе физики 10 класса лицея

естественнонаучного профиля.

- 2023-

Гаджибалаева Г.Г.

Непрерывный физический практикум в курсе физики 10-го класса лицея естественнонаучного профиля- Махачкала: ИФ ДНЦ РАН, 2023г -94 стр.

В книге представлены описания лабораторных работ с листами контроля и иллюстрованные карточки для учащихся 9-ых классов с углубленным изучением физики по авторской программе, апробированной в физико-техническом лицее, также приведен перечень оборудования, обеспечивающего постановку предложенных работ.

Рецензенты:

Учитель физики высшей

категории лицея №3

г. Махачкала, Самедова З.Д. ,

д. физ. мат. наук, профессор ДГУ,

преподаватель кафедры физики

ДИПКПК Садыков С.А.

Издание 1-ое.

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

I. Введение.	5
1. Роль самостоятельного физического эксперимента в формировании практических умений и навыков учащихся
2. Цель работы.
II. Роль материальной базы в физической лаборатории в определении путей решения учебно-практических задач.	8
III. Элементы методики организации учебных занятий.	9
IV. Содержание цикла работ физического практикума:
Механика 1. Измерение массы 2. Измерение ускорения тела при равноускоренном дви-жении	9 12
3. Измерение ускорения свободного падения с помощью маятника 4.. Измерение сил и ускорений 5. Измерение модуля упругости (модуля Юнга) резины 6. Измерение импульса 7. ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНА СОХРАНЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ 8. Изучение движения тела по окружности 9. Измерение момента импульса МКТ 1. Наблюдение броуновского движения 2. Наблюдение процесса роста кристаллов из раствора 3. ИЗМЕРЕНИЕ МОЛЯРНОЙ ГАЗОВОЙ ПОСТОЯННОЙ МЕТОДОМ ИЗМЕРЕНИЯ ОБЪЕМА И ДАВЛЕНИЯ ПАРОВ ЖИДКОСТИ 4. Проверка закона Бойля - Мариотта на опыте	13 14 17 20 28 30 33 40 42 44
5. Опытная проверка закона Гей-Люссака	46
Взаимные превращения жидкостей и газов.Тепловое расширение
1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОЙ ТЕПЛОТЫ СГОРАНИЯ ГОРЮЧЕГО (сухого спирта)	52
2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОЙ ТЕПЛОТЫ СГОРАНИЯ ГОРЮЧЕГО (сухого спирта)	58
3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОЙ ТЕПЛОЁМКОСТИ ТВЁРДОГО ТЕЛА	60
4. Измерение относительной влажности воздуха	62
5. ИЗМЕРЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ ВОДЫ МЕТОДОМ ОТРЫВА ПЕТЛИ	67
6. Определение относительной влажности воздуха	73
Электродинамика	76
1. . Измерение силы тока и напряжения	78
2.. Определение электрического сопротивления	79
3. Изучение последовательного и параллельного соединения проводников
4. Измерение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока	81
5. ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРОЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРА	80
6. Измерение силы тока в цепи с конденсатором	82
7Определение заряда электрона	85
Магнетизм	87
1. Наблюдение действия магнитного поля на ток. 2. Изменение магнитной индукции	87 90
V. Выводы и предложения.	94
VI. Литература.	95

Введение

В настоящее время, когда в большинстве школ преобладает книжно – словесный способ обучения, при котором знания получают с помощью теоретических методов обучения, очень важно научить применять приобретённые знания на практике.

В стране известен опыт многих новаторов. Претендуя на создание новой парадигмы образования, имея огромное личное желание дать минимум необходимых знаний каждому, они разработали огромное разнообразие методических приёмов, многие из которых будут ещё долго на вооружение учительства. Но в условиях современного, стремительно развивающегося мира, эти принципы и методы могут лишь решить «косметические» задачи физического образования: (1).

1. Обеспечить учащихся основными знаниями для лучшего постижения мира, в котором они живут, включая технические аспекты.

2. Привить учащимся сознание красоты и философского значения физики, как науки, дать образец научного способа мышления.

Для разрешения ниже перечисленных задач физического образования, которые следует сейчас рассматривать, как стратегические, необходимы более решительные шаги на путях специализированного естественно-научного образования.

3. Обеспечение будущих инженеров и представителей других сфер человеческой деятельности необходимыми физическими знаниями.

4. Подготовка специалистов -физиков для решения задач прикладной науки.

5. Воспитание будущих ученных для работы в сфере чистой науки.

Для решения пунктов 3, 4, 5 определяющую роль играет лаборатория, рассматриваемая в самом широком контексте, как система мер обеспечивающая приобретение устойчивых практических умений и навыков.

С этой целью из общего учебного плана декларируемого пакетом лицейских документов на практические знания по профильному циклу дисциплин, отводится более 50% учебного времени.

Опыт непрерывной работы по экспериментальному лицейскому курсу выдвигает практически важную задачу создания учебного пособия для учителя, ведущего практические занятия по физике в лицее и аналогичных учебных заведений в курсе физики, на высоком уровне сложности. Эксперимент является важнейшим методом исследования в научном познании, источником научного знания. Умение ставить опыты в условиях НТР необходимо специалистам самых различных профессий, вносящим свой вклад в совершенствование техники и технологии производства, повышение культуры труда, оперативное реагирование на коньюктуру рынка.

Поэтому при работе в современной лаборатории преследуют следующие цели:

1. Ознакомление учеников с особенностями эксперимента как метода научного исследования.

2. Использования методов для изучения свойств тел, явлений природы.

3. Развитие познавательных способностей учащихся.

4. Эксперимент даёт возможность установить причинно следственный связи между явлениями, величинами, характеризующими свойства тел и явлений; выяснить кинетику, динамику процессов и их энергетическую сущность.

Целью настоящей работы является выделение основных практических умений и навыков, необходимых для развития и укрепления элементов знаний, изучаемых в теоретических разделах соответствующего курса.

В процессе изучения теоретического материала, постановки демонстрационных опытов, выполнения непрерывного физического практикума, учащиеся должны овладеть следующими умениями:

1. Измерять.

2. Вычислять (производить математическую обработку результатов измерений).

3. Строить и анализировать графики, раскрывающие особенности функциональных зависимостей между физическими величинами, характеризующими данное явление.

4. Пользоваться различными лабораторными принадлежностями.

5. Собирать и отлаживать электрические цепи.

6. Применять электронно-вычислительную технику для обработки результатов измерений;

РОЛЬ МАТЕРИАЛЬНОЙ БАЗЫ ФИЗИЧЕСКОЙ ЛАБОРАТОРИИ В ОПРЕДЕЛЕНИИ ПУТЕЙ УЧЕБНО-ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАДАЧ.

Преподавание физики на высоком уровне сложности, с систематическим использованием экспериментальных задач и лабораторных работ в повседневной деятельности, наряду с другими формами самостоятельной работы учащихся делает невозможным работу в кабинетах, лабораториях физики в традиционном понимании.

Необходимо делать ставку на возможность широкого применения современного учебно-лабораторного оборудования, в том числе и компьютерной техники для создания наиболее полных, всесторонних условий использования практических методов обучения экспериментальных задач и лабораторных работ.

Специализированный лабораторный комплекс МФТЛ включает в себя:

1. Аудиторию для лекционных занятий, оборудованную необходимой аудио-визуальной техникой;

2. Лабораторию механики;

3. Лаборатория молекулярной физики;

4. Лабораторию электроники и электротехники;

5. Лабораторию оптики;

6. Лабораторию вычислительной техники.

Предметом нашего обобщения является: " Непрерывный физический практикум в курсе физики лицея естественно-научного профиля" на базе лаборатории механики. Лаборатория рассчитана на группу учащихся 14-15 человек, что соответствует санитарно-гигиенической норме. 7 рабочих мест для групп учащихся снабжены стабилизированным, безопасным для жизни напряжением 36-42В.

Рабочие места имеют двух ярусную планировку, позволяющую использовать многофункциональное оборудование, не загромождающее рабочее поле учащихся. Оснащённость рабочих мест позволяет выполнять практически все, предусмотренные программой работы. В оснащение лаборатории входят современные компьютерные средства, позволяющие оперативно произвести обработку результатов измерений.

Парк измерительных приборов включает в себя электронные секундомеры с самыми различными датчиками старта и финиша, стробоскопы, монорельсовые дорожки с магнитными и пневмоническими подвесами и многое другое .

Схемы расположения рабочих мест указаны на чертежах и фотографиях.

ЭЛЕМЕНТЫ МЕТОДИКИ ОРГАНИЗАЦИИ УЧЕБНЫХ ЗАНЯТИЙ

Организации, подготовке и проведению уроков физического практикума способствует творческое единство учителей лицея. После изучения конкретного теоретического раздела, т.е. учебной темы на лекции, учащиеся закрепляют полученные знания на уроках физического практикума, потому что эксперимент является основным физическим методом исследования явлении природы.

К завершению теоретического изучения определённой учебной темы, в специальной лаборатории собираем и устанавливаем цикл лабораторных работ по данной теме с соответствующими инструкциями. Доступ к инструкциям и лабораторным установкам учащиеся имеют в любое удобное для них время. Учащиеся в количестве 12-13 человек приходят на занятия с готовыми конспектами инструкций в рабочих тетрадях.

Выяснив подготовленность учащихся к изучаемой теме методом уплотнённого фронтального опроса или анализом кадров диафильма, сопровождающих данный цикл работ, акцентируя при этом внимание учащихся на актуальность экспериментального исследования изучаемых явлений преподаватель совместно с учащимся выделяет цели и задачи практического занятия, как общее для всего цикла, так и характерные для отдельных работ. Здесь возникает проблемы оперативной диагностики уровня осознания практической значимости работ. После чего учащиеся занимают рабочие места и совместно с лаборантом налаживают лабораторные установки, а преподаватель, поочередно выяснив подготовленность учащихся методом беседы конкретно к каждой работе, допускает их к выполнению экспериментальной части лабораторной работы. В течении всего занятия преподаватель оказывает необходимую помощь учащимся при возникновении трудностей. По мере выполнения и оформления работы они её защищают. Считают работу защищённой, если ученик помимо выполнения работы, справился ещё с листком контроля и решением указанных в работе задач. Задачи рекомендуем выполнять дома.

РАЗДЕЛ № 1

Лабораторная работа №1. Измерение массы

Оборудование: весы технические, разновес, линейка измерительная, монета, прямоугольный параллелепипед из пенопласта.

Задание: измерьте массы монеты и прямоугольного параллелепипеда с помощью весов.

Содержание и метод выполнения работы

В повседневной практике и в технике обычно используется метод измерения масс тел путем сравнения сил их гравитационного притяжения к Земле с силой притяжения эталона – килограмма. Такое сравнение выполняется с помощью весов.

При использовании равноплечих рычажных весов на одну чашу весов помещается тело неизвестной массы, а на другую ставятся гири для уравновешивания весов. Масса тела равна массе гирь, уравновешивающих весы.

Используются также весы со стальными пружинами, работающими на растяжение или закручивание (пружинные весы). Деформация пружины пропорциональна приложенной силе, а сила гравитационного притяжения тела к Земле пропорциональна его массе. Поэтому деформация пружины оказывается пропорциональной массе тела. Шкала весов градуируется при подвешивании тела с известной массой.

Порядок выполнения работы

1. Приготовьте весы для взвешивания. Для этого установите их на столе и с помощью уравнительных винтов 1 (рис. 10.1) установите стойку 2 весов вертикально. При вертикальном положении стойки весов острие отвеса 3 совпадает с острием шпильки 4 на основании весов.

После установки стойки весов в вертикальное положение поверните ручку 5 арретира. При этом поднимается опорная пластина 6, на которую опирается призма 7 коромысла 8 весов. Весы приводятся в рабочее состояние.

Если после поворота ручки арретира стрелка 9 совершает небольшие колебания и ее максимальные отклонения от 0 по шкале 10 вправо и влево примерно одинаковы, то весы готовы к работе. Если же стрелка весов отклоняется влево или вправо от нулевого деления шкалы, то необходимо продолжить регулировку весов. Причинами неуравновешенности весов могут быть неправильная установка серьги 11 на призме 12 коромысла, неправильное положение тарировочных гаек 13 на коромысле весов. Проверив правильность положения серьги, добейтесь равновесия весов вращением тарировочных гаек.

2. Для взвешивания тела сначала арретируйте весы поворотом ручки 5. Положите взвешиваемое тело на левую чашку весов, а гири примерно с такой же массой на правую чашку. (Гири разновеса следует брать пинцетом!) Плавно поворачивая ручку арретира, проверьте, находятся ли весы в равновесии.

Если масса гирь меньше массы тела, добавляйте гири до наступления равновесия, при избытке снимайте гири до уравновешивания весов.

3. Оцените абсолютные и относительные границы погрешности измерений масс монеты и прямоугольного параллелепипеда.

Граница абсолютной погрешности измерения массы _{ }с помощью весов равна сумме границ погрешности весов_{ }, границ погрешности гирь _{ } и границы погрешности подбора гирь _{ }:

_{ }.

Границу погрешности весов _{ } можно определить по графику, зная массу тела _{ }. Граница погрешности гирь равна сумме границ погрешностей всех использованных гирь:

_{ }.

Граница погрешности подбора гирь равна половине значения массы наименьшей гири:

_{ }.

Граница относительной погрешности измерений массы определяется отношением

_{ }.

4. Результаты измерений и вычислений занесите в отчетную таблицу.

Номер опыта
1
2

Дополнительное задание: оцените границы систематических погрешностей измерений массы, обусловленных действием архимедовой силы на взвешиваемое тело и гири в атмосферном воздухе.

Лабораторная работа№2.

Измерение ускорения тела при равноускоренном движении

Оборудование: желоб, шарик, штатив с муфтой и лапкой, металлический цилиндр, измерительная лента, метроном (один на весь класс) или секундомер.

Указания к выполнению работы:

1. Решите задачу: шарик начинает скатываться вниз по наклонному желобу и за время _{ }проходит путь _{ }. Чему равно ускорение шарика?

2. Воспользовавшись имеющимся оборудованием, измерьте значения величин, необходимых для нахождения ускорения шарика. Если для измерения времени вы используете метроном, то настройте его на 120 ударов в минуту (в этом случае промежуток времени между двумя последовательными ударами метронома составит 0.5 с) и, положив шарик на желоб, отпустите его одновременно с каким-либо его ударом. Для облегчения измерений в конце желоба установите металлический цилиндр, причем так, чтобы скатившийся шарик ударился о него также одновременно с каким-либо ударом метронома. При этом время движения шарика будет равно_{ }(где _{ }–число промежутков времени по 0,5 с каждый, затраченное на преодоление шариком всего пути), а путь _{ }будет равен расстоянию от начального положения шарика до металлического цилиндра.

3. Полученные в ходе измерений данные _{ } занесите в таблицу.

4. Воспользовавшись формулой, полученной в начале данной работы, вычислите ускорение шарика.

Лабораторная работа №3

Измерение ускорения свободного падения с помощью маятника

Оборудование: шарик, нить, штатив с муфтой и кольцом, измерительная лента, часы.

Указания к выполнению работы:

1. Решите задачу: математический маятник за время _{ }совершает _{ }колебаний; длина нити равна _{ }. Определите ускорение свободного падения.

2. Воспользовавшись имеющимся оборудованием, измерьте значения величин, необходимых для нахождения ускорения свободного падения. Для этого установите на краю стола штатив. К кольцу штатива подвесьте шарик на длинной нити. Шарик при этом должен находиться на расстоянии 3-5 см от пола. Отклоните затем маятник на 5-8 см от положения равновесия и отпустите. Измерьте время _{ }, за которое маятник сделает _{ }полных колебаний. Длину нити измерьте с помощью ленты.

3. Занесите в таблицу значения величин _{ }.

4. Воспользовавшись формулой, полученной в начале данной работы, вычислите ускорение свободного падения.

Лабораторная работа №4

Измерение сил и ускорений

Оборудование:секундомер, измерительная лента, деревянный брусок, весы, разновес, нить, блок, чашка на подвесе.

Задание: рассчитайте ускорение бруска при действии на него силы 0.5 Н. Измерьте ускорение бруска под действием силы 0.5 Н и сравните с результатом расчета.

Содержание и метод выполнения работы

Сила в СИ является производной величиной. Поэтому не существует эталона единицы силы, с которым можно было бы сравнивать другие силы.

Самый простой способ градуировки динамометра основан на использовании силы тяжести. Зная значение ускорения свободного падения gв данном месте и массу mтела, можно вычислить силу тяжести _{ }, действующую на тело со стороны Земли.

Подвесив тело известной массы на крючок динамометра, можно отметить на шкале данное значение силы. Имея набор тел с различными массами, можно сделать ряд отметок на шкале динамометра.

Ускорение, как и сила, является производной физической величиной. Поэтому нет эталона ускорения, с которым можно было бы сравнивать ускорения тел. Ускорение тел можно определять путем измерения других физических величин, связанных с ускорением. Динамический способ измерения ускорения основан на измерении силы, вызывающей ускорение тела известной массы. Кинематический способ измерения ускорения при равноускоренном движении может быть основан на измерении изменения скорости за данный промежуток времени или пройденного пути за это время.

Порядок выполнения работы

1. Измерьте массу бруска с помощью весов. Вычислите ускорение _{ }, с которым будет двигаться брусок под действием силы 0.5 Н.

2. Привяжите к крючку на бруске нить. Укрепите на краю стола блок. Пропустите нить через блок и привяжите к её концу чашку на подвесе. Нить должна быть параллельна горизонтальной поверхности стола.

3. Используя разновес, подберите такой груз в чашке на подвесе, который создал бы силу натяжения нити, равную по модулю силе трения бруска о поверхность стола. После мягкого толчка груз должен двигаться равномерно по поверхности стола.

4. Установите брусок на противоположном от блока краю стола. Измерьте расстояние от бруска до блока. Удерживая брусок, положите на чашку дополнительный груз массой 0.05 кг. Отпустите брусок и в тот же момент запустите секундомер.

В момент столкновения бруска с блоком остановите секундомер. Запишите показания секундомера.

5. По измеренным значениям пути и времени вычислите ускорение _{ }.

6. Оцените границы погрешностей измерений ускорения в обоих опытах и определите, согласуются ли эти значения ускорения. Результаты измерений и вычислений занесите в отчетную таблицу.

Дополнительное задание: сделайте более точный расчет ускорения бруска под действием груза массой 0.05 кг, положенного на чашку. Для этого учтите, что при ускоренном движении системы брусок – груз сила натяжения не равна силе тяжести, действующей на груз.

Отчетная таблица

кг

Н

кг

м/ 

м/ 

м

c

м/ 

м

c

c

м/ 

Лабораторная работа №5

Измерение модуля упругости (модуля Юнга) резины

Оборудование, необходимые измерения, средства измерений

Установка для измерения модуля Юнга резины показана на рисунке, а,

где 1 – штатив с муфтой и лапкой, 2 – резиновый шнур (например, от детской скакалки), 3 – грузы.

Модуль Юнга вычисляют по формуле

полученной из закона Гука (см. параграф 21). Здесь _{ } – модуль Юнга; _{ }–сила упругости, возникающая в растянутом шнуре и равная весу прикрепленных к шнуру грузов; _{ }– площадь поперечного сечения деформированного шнура; _{ } – расстояние между этими же метками на растянутом шнуре (рис. 203, в). Если поперечное сечение шнура имеет форму круга, то площадь сечения выражается через диаметр шнура:

_{ }.

Окончательно формула для определения модуля Юнга имеет вид:

_{ }.

Вес грузов определяется динамометром, диаметр шнура – штангенциркулем, расстояние между метками Aи B – линейкой. Относительная и абсолютная погрешности измерений модуля Юнга определяются по формулам

_{ },

Погрешностью _{ }можно пренебречь.

Рис. 203

Подготовка к проведению работы

Измерено	Вычислено
м м м Н	м м м м м м м м м Па % Па

1. Подготовьте бланк отчета с таблицей для записи результатов измерений и вычислений (инструментальные погрешности определяются с помощью таблицы 1).

2. Соберите экспериментальную установку.

3. Нанесите карандашом метки на резиновом шнуре

Проведение эксперимента, обработка результатов измерений

1. Измерьте расстояние между метками Aи B на нерастянутом шнуре.

2. Подвесьте грузы к нижнему концу шнура, предварительно определив их общий вес. Измерьте расстояние между рисками на шнуре и диаметр шнура в растянутом состоянии.

3. Вычислите модуль Юнга резины: относительную и абсолютную погрешности измерения модуля Юнга.

4. Запишите полученный результат: _{ }…%. Сравните этот результат с табличным.

Контрольный вопрос

Почему модуль Юнга выражается столь большим числом?

Лабораторная работа №6

Измерение импульса

Оборудование: наклонная плоскость, полоса бумаги, линейка измерительная, монеты достоинством 5 коп. и 3 коп.

Задание: определите импульс монеты достоинством 5 коп. после ее скольжения по наклонной плоскости. Поставьте на пути пятикопеечной монеты трехкопеечную и проанализируйте результат их взаимодействия. Сравните импульс системы из двух монет до столкновения с импульсом этой системы после столкновения монет.

Содержание и метод выполнения работы

В специальных измерениях импульса тела нет необходимости, если известны его масса и скорость. В этом случае импульс находится как их произведение. Однако в физике довольно часто встречаются случаи, когда прямые измерения массы и скорости тела оказываются затрудненными или невозможными, но сведения о них можно получить на основании измерений импульса тела. Такая ситуация характерна для многих экспериментов в области ядерной физики и физики элементарных частиц, в которых обнаруживаются новые частицы с неизвестной массой. Измерив импульс и кинетическую энергию частицы, можно определить затем ее массу и скорость.

Измерение импульса тела с неизвестной массой, движущегося с неизвестной скоростью, возможно на основании закона сохранения импульса.

В данной работе исследуется суммарный импульс системы из двух монет до и после их соударения. При этом импульсы сравниваются векторно в случае нецентрального удара. Для этой цели одна из монет соскальзывает с наклонной плоскости и затем сталкивается с неподвижной монетой. Так как массы монет известны, то для определения их импульсов нужно определить их скорости. Они вычисляются по длине тормозного пути и измеренному коэффициенту трения монеты о бумагу.

Предоставим монете возможность после соскальзывания с наклонной плоскости двигаться по бумаге на горизонтальной поверхности стола до остановки. Измерим тормозной путь, пройденный монетой по горизонтальной поверхности от точкиА – положения центры монеты в начале пути – до точки остановки В (рис. 10.3). Как легко доказать, скорость монеты в точке А равна

_{ }. (1)

Коэффициент трения можно найти, определив угол трения, т. е. минимальный угол, при котором монета скользит равномерно по наклонной плоскости (рис. 10.4):

_{ }. (2)

На основе этих данных можно найти значение модуля импульса монеты _{ }до столкновения. Так как вторая монета до столкновения находится в покое, импульс первой монеты до столкновения равен импульсу системы из двух монет после столкновения:

_{ }.

Порядок выполнения работы

1. Положите на наклонную плоскость полосу бумаги таким образом, чтобы часть ее длиной 25-30 см находилась на горизонтальной поверхности стола.

Монета, положенная на поверхность бумажной полосы на наклонной плоскости, должна плавно соскальзывать по ней и двигаться по горизонтальной поверхности до остановки. Подберите такие угол наклона плоскости и начальное положение запуска монеты, чтобы путь монеты на горизонтальной поверхности составлял 15-25 см.

2. Отметьте начальное положение монеты на наклонной плоскости и ее конечное положение на горизонтальной плоскости. Проведите на горизонтально расположенном участке бумажной полосы прямую, по которой двигался центр диска монеты. Отметьте положение центра монеты в начале горизонтального участка пути (точка А) и в его конце (точка В). Измерьте тормозной путь _{ } (отрезок АВ) (рис. 10.5).

3. Поставьте на пути движения первой монеты достоинством 5 коп. вторую монету достоинством 3 коп. таким образом, чтобы столкновение произошло в тот момент, когда центр диска первой монеты проходит через точку А. Удар должен быть нецентральным, т. е. центр диска второй монеты должен быть расположен на некотором расстоянии от прямой АВ, по которой движется центр диска первой монеты. Отметьте начальное положение центра диска второй монеты (точка С на рис. 10.5). Запустите первую монету с того же места на наклонной плоскости, как и в первом опыте. Отметьте конечное положение центров дисков первой (точка Е) и второй (точка D) монет (см. рис. 10.5). Соедините точки А и Е отрезком АЕ, точки С и D – отрезком СD. Измерьте расстояния _{ }и _{ }.

4. Положите монету на наклонную плоскость с бумажной полосой и постепенно увеличивайте угол наклона до тех пор, пока монета не начнет скользить по бумаге. Измерьте длины катетов hи b, вычислите тангенс угла предельного наклона _{ }, равный коэффициенту трения: _{ }

5. По известным значениям масс _{ }монет, тормозных путей _{ } и коэффициента трения _{ } вычислите значения скоростей монет _{ }и модулей _{ }их импульсов.

6. Отложите на прямых, проходящих через точки А и В, А и Е, С и D, отрезки, пропорциональные модулям импульсов монет. Постройте векторы _{ }(рис. 10.6). Проверьте, выполняется ли условие

_{ }.

7. Постройте вектор _{ }, перенеся начало вектора _{ } в точку А. Найдите разность векторов _{ }. Измерьте длину вектора _{ } и по известному масштабу построения векторов импульса определите значение модуля вектора _{ }.

8. Определите границу погрешностей значений импульсов системы из двух монет до и после столкновения. Проверьте, лежит ли обнаруженное различие импульсов _{ } в пределах границ погрешностей измерений. Результаты измерений и вычислений занесите в отчетную таблицу.

							 ,

Лабораторная работа №7

ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНА СОХРАНЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

Цель работы:научиться измерять потенциальную энергию поднятого над землей тела и деформированной пружины; сравнить два значения потенциальной энергии системы.

Теоретическая часть.

Эксперимент проводится с грузом, прикрепленным к одному концу нити длинной l. Другой конец нити привязан к крючку динамометра. Если поднять груз, то пружина динамометра становится недеформированной и стрелка динамометра показывает ноль, при этом потенциальная энергия груза обусловлена только силой тяжести. Груз отпускают и он падает вниз растягивая пружину. Если за нулевой уровень отсчета потенциальной энергии взаимодействия тела с Землей взять нижнюю точку, которую он достигает при падении, то очевидно, что потенциальная энергия тела в поле силы тяжести переходит в потенциальную энергию деформации пружины динамометра:

где _{ }-максимальное удлинение пружины, k – её жесткость.

Трудность эксперимента состоит в точном определении максимальной деформации пружины, т.к. тело движется быстро.

Оборудование: штатив с муфтой и лапкой, динамометр лабораторный, линейка, груз массой mна нити длинной l, набор картонок, толщиной порядка 2мм, краска и кисточка.

Указания к работе.

Для выполнения работы собирают установку, показанную на рисунке 17.3. Динамометр укрепляется в лапке штатива.

Порядок выполнения работы.

1. Привяжите груз к нити, другой конец нити привяжите к крючку динамометра и измерьте вес груза _{ } (в данном случае вес груза равен его силе тяжести).

2. Измерьте длину lнити, на которой привязан груз.

3. На нижний конец груза нанесите немного краски.

4. Поднимите груз до точки закрепления нити.

5. Отпустите груз и убедитесь по отсутствию краски на столе, что груз не касается его при падении.

6. Повторяйте опыт, каждый раз подкладывая картонки до тех пор, пока на верхней картонке не появятся следы краски.

7. Взявшись за груз рукой, растяните пружину до его соприкосновения с верхней картонкой и измерьте динамометром максимальную силу упругости _{ } и линейкой максимальное растяжение пружины _{ }, отсчитывая его от нулевого деления динамометра.

8. Вычислите высоту, с которой падает груз: _{ }(это высота, на которую смещается центр тяжести груза).

9. Вычислите потенциальную энергию поднятого груза:

10. Вычислите энергию деформированной пружины:

_{ }, где _{ }

Подставив выражение для kв формулу для энергии _{ }получим:

_{ }

11. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу 4.

Таблица 4

Лабораторная работа №8Изучение движения тела по окружности

Цель работы: определение центростремительного ускорения шарика при его равномерном движении по окружности.

Теоретическая часть.

Эксперименты проводятся с коническим маятником . Небольшой шарик движется по окружности радиусом R. При этом нить AB, к которой прикреплен шарик, описывает поверхность прямого кругового конуса. На шарик действуют две силы: сила тяжести m_{ } и натяжение нити _{ } (рис. 17.2, а). Они создают центростремительное ускорение _{ }, направленное по радиусу к центру окружности. Модуль ускорения можно определить кинематически. Он равен:

_{ }.

Для определения ускорения надо измерить радиус окружности R и период обращения шарика по окружности T.

Центростремительное (нормальное) ускорение можно определить также ,используя законы динамики. Согласно второму закону Ньютона _{ }. Разложим силу _{ } на составляющие _{ } и _{ }, направленные по радиусу к центру окружности и по вертикали вверх. Тогда второй закон Ньютона можно записать следующим образом:

_{ }.

Направленные координатных осей выберем так, как показано на рисунке 17.2, б. В проекции на ось _{ } уравнение движения шарика примет вид: _{ }. Отсюда _{ }. Составляющая _{ } уравновешивает силу тяжести _{ }, действующую на шарик. Запишем второй закон Ньютона в проекции на ось _{ }: _{ }. Отсюда _{ }.

Модуль составляющая _{ } можно определить различными способами. Во-первых, это можно сделать пользуясь подобием треугольников _{ } и _{ }:

_{ }.

Отсюда _{ } и _{ }.

Во-вторых, модуль составляющей _{ } можно непосредственно измерить динамометром. Для этого оттягиваем горизонтально расположенным динамометром шарик на расстояние, равное радиусу R окружности (рис. 17.2, в), и определяем показание динамометра. При этом сила упругости пружины уравновешивает составляющую _{ }. Сопоставим все три выражения для _{ }:

и убедимся, что числовые значения центростремительного ускорения, полученные тремя способами, близки между собой.

В данной работе с наибольшей тщательностью следует измерять время. Для этого полезно отсчитывать возможно большее число N оборотов маятника, уменьшая тем самым относительную погрешность.

Взвешивать шарик с точностью, которую могут дать лабораторные весы, нет необходимости. Вполне достаточно взвешивать с точностью до 1 г. Высоту конуса и радиус окружности достаточно измерить с точностью до 1 см. При такой точности измерений относительные погрешности величин будут одного порядка.

Оборудование: штатив с муфтой и лапкой, лента измерительная, циркуль, динамометр лабораторный, весы с разновесами, шарик на нити, кусочек пробки с отверстием, лист бумаги, линейка.

Порядок выполнения работы.

1. Определяем массу шарика на весах с точностью до 1 г.

2. Нить продеваем сквозь отверстие в пробке и зажимаем пробку в лапке штатива (см. рис. 17.2, в).

3. Вычерчиваем на листе бумаги окружность, радиус которой около 20 см. Измеряем радиус с точностью до 1 см.

4. Штатив с маятником располагаем так, чтобы продолжение нити проходило через центр окружности.

5. Взяв нить пальцами у точки подвеса, вращаем маятник так, чтобы шарик описывал такую же окружность ,как и начерченная на бумаге.

Изучение движения конического маятника

Оборудование: штатив с муфтой и кольцом, прочная нить, груз из набора по механике, лист бумаги с начерченной на нем окружностью радиусом 15 см, динамометр, часы.

Указания к выполнению работы:

1. Решите задачу: конический маятник (рис. 292, а), двигаясь по окружности радиусом _{ }, совершает _{ }оборотов за время _{ }. Чему равно центростремительное ускорение маятника?

2. Воспользовавшись имеющимся оборудованием, измерьте значения величин, необходимых для нахождения центростремительного ускорения конического маятника. Для этого привяжите нить длиной около 45 см к грузу и подвесьте кольцу штатива. Взявшись затем двумя пальцами за нить у точки подвеса, приведите маятник во вращение, двигая его по нарисованной заранее окружности. Измерьте время _{ }, за которое маятник совершит _{ }оборотов.

3. Занесите в таблицу значения величин _{ }.

4. Воспользовавшись формулой, полученной в начале данной работы, вычислите центростремительное ускорение маятника.

5. Проверьте справедливость второго закона Ньютона применительно к коническому маятнику. Для этого сравните величину произведения _{ } (где _{ }– масса используемого груза) с равнодействующей _{ } сил, действующих на груз. Последняя измеряется путем уравновешивания ее силой упругости динамометра (рис. 292, б). Вычислите отношение _{ } и сделайте вывод.

Лабораторная работа №9

Измерение момента импульса

Оборудование: металлическое кольцо, весы, набор гирь, штангенциркуль, измерительная лента, секундомер, уровень, гладкая доска, длинной около 1 м, полосы картона.

Задание: рассчитайте момент инерции кольца относительно оси вращения, проходящей через центр кольца перпендикулярно его плоскости, и определите на основе этих измерений момент инерции кольца. Сравните полученные значения моментов инерции.

Содержание и метод выполнения работы

Момент инерции кольца с внутренним радиусом rи внешним радиусом Rможно рассчитать с помощью выражения для кинетической энергии вращающегося тела. Цилиндр радиусом R можно представить состоящим из двух тел: цилиндром радиусом rи кольца с внутренним радиусом r и внешним радиусом R. Очевидно, что при вращении большого цилиндра с угловой скоростью ω и его кинетическая энергия равна сумме кинетических энергий малого цилиндра и кольца:

_{ }, (1)

где _{ }– момент инерции большого цилиндра, _{ }– момент инерции малого цилиндра и _{ } – момент инерции кольца. Из уравнения (1) следует:

_{ } (2)

Массы цилиндров _{ } и _{ } можно выразить через плотность вещества ρ, их длину l и радиусы R и r:

_{ }(3)

_{ }(4)

Плотность вещества ρ можно найти по известным значениям массы mкольца и его объема_{ }:

_{ } (5)

Из уравнения (2) с учетом выражений (3), (4) и (5) следует:

_{ } (6)

Таким образом, измерив массу кольца и его внешний и внутренний радиусы, мы можем вычислить его момент инерции относительно оси, проходящей через центр кольца перпендикулярно его плоскости.

Для экспериментального определения момента инерции кольца можно осуществить следующий опыт. Установим гладкую доску длинной l под углом _{ } к горизонту( рис. 10.7). Поставим кольцо на верхний край доски и измерим время tего скатывания. По закону сохранения энергии имеем:

_{ } (7)

Но _{ }, а конечная скорость _{ }. Подставив в (7), после несложных преобразований получим:

_{ } (8)

Таким образом, для экспериментального определения момента инерции кольца оказывается необходимым измерить его массу, внешний радиус, время скатывания по наклонной плоскости, длину наклонной плоскости и угол её наклона. Если высота подставки под наклонной плоскостью равна h, то _{ } и выражение (8) примет вид :

_{ } (9)

Порядок выполнения работы

1. Подготовьте весы для взвешивания и определите массу кольца. С помощью штангенциркуля определите внутренний и внешний радиусы кольца. Вычислите момент инерции по формуле (6).

2. Положите доску на стол и проверьте горизонтальность её поверхности с помощью уровня или металлического шара. Если поверхность доски на столе не горизонтальна, то добейтесь горизонтального положения поверхности доски, подкладывая под один из её концов полосы картона.

После этого подложите под второй конец доски карандаш или книгу и подберите такой угол наклона доски, при котором ко

льцо будет скатываться за 3-4 с.

3. Поставьте кольцо у верхнего края наклонной плоскости и отпустите его одновременно с запуском секундомера. При достижении кольцом края доски остановите секундомер. Запишите показания секундомера.

4. Измерьте длину доски и высоту подставки под её верхним концом. Вычислите момент инерции кольца по формуле (9).

5. Оцените границы погрешностей измерений и вычислений момента инерции кольца. Находятся ли в согласии результаты расчета момента инерции по формуле (6) и результаты его экспериментального определения с применением формулы (9)?

Результаты измерений и вычислений занесите в отчетную таблицу.

Границы погрешностей измерений момента инерции при использовании формулы (6) можно оценить следующим образом:

_{ }=_{ }

Оценка границ погрешностей измерения массы рассмотрена в лабораторной работе 1.

Абсолютная погрешность суммы квадратов радиусов имеет вид:

_{ }

Пренебрегая погрешностью при измерении массы, получим:

_{ }

Приняв абсолютную границу погрешностей измерений с помощью штангенциркуля равной _{ }= 0.1 мм, получим :

_{ } (10)

Границы погрешностей измерений при вычислении момента инерции по формуле (9) можно оценить следующим образом:

_{ }, где k = _{ }

Пренебрегая, как и прежде, погрешностью при измерении массы, получим:

_{ } (11)

Но

  (12)

Очевидно, что эту погрешность имеет смысл вычислить отдельно и затем уже подставить результат в выражение (11). Приняв g=9,81 м/_{ }, можно погрешностью _{ }пренебречь , что упростит расчет.

Граница абсолютной погрешности измерений времени_{ }складывается из границы инструментальной погрешности _{ }, границы погрешности метода измерения _{ }и границы погрешности отсчета _{ }:

_{ }+∆_{ }

Границы инструментальной погрешности механического секундомера можно принять равной 0.1 с, примерно такие же значения имеют границы погрешности отсчета и метода измерений, обусловленной ошибкой наблюдателя при запуске или остановке секундомера. Поэтому можно считать, что _{ }

Границу абсолютной погрешности измерений высоты наклонной плоскости из-за малости измеряемого значения высоты можно считать приблизительно равной погрешности отсчета при измерении линейкой _{ } , а границу абсолютной погрешности измерения длины доски можно считать равной сумме границ инструментальной погрешности и погрешности отсчета:

Дополнительное задание: выведите формулу (9) для вычисления момента инерции на основании второго закона Ньютона для поступательного и вращательного движения кольца.

Раздел 2 МКТ

Лабораторная работа № 1 Наблюдение броуновского движения

Для наблюдения броуновского движения пользуются биологическим микроскопом (рис1.) с окуляром 15-кратного увеличения (15^х) и объективом 40-кратного увеличения (40^х). Для грубой наводки такой микроскоп снабжен кремальерным винтом 1, а для точной фокусировки- микрометрический винтом 2.

Выполнение работы

Оборудование:1) Микроскоп биологический МБР-1; 2) краски акварельные, тушь, 10-15 мл молока; 3) стекла предметные для микроскопов -4шт; 4) стекла покровные для микроскопирования, 10х18мм,-4шт; 5) чашка кристаллизационная диаметром 8-10 см с водой; 6) кисточка акварельная.

1. Приготовьте препарат для наблюдения. Для этого нанесите на предметное стекло акварельной кисточкой 2-3 капли воды. Затем коснитесь этой кисточкой несколько раз поверхности краски и введите ее в приготовленные капли. Из этого слабого раствора краски возьмите маленькую капельку, переносите на другое, чистое предметное стекло и накройте покровным стеклом.

2. Поместите приготовленный препарат на предметный столик 3 микроскопа под объектив и закрепите препарат при помощи пластинчатых прижимов. Проверьте освещение препарата, поворачивая слегка отражающее зеркало 4. Осторожно опускайте объектив кремальерным винтом 1 до расстояния 0,5 мм от покровного стекла, наблюдая за нижним краем объектива сбоку. Затем , смотря одним глазом в окуляр микроскопа, медленно подводите объектив в микрометрическим винтом 2 к препарату до появления отчетливого изображения движущихся частиц краски. Наблюдаемую картину покажите учителю.

3. Приготовьте препараты из молока и туши и повторите наблюдения.

Рис.1. Контрольные вопросы

1.Какой из препаратов дает лучшую картину броуновского движения? 2.Что является частицами для наблюдения броуновского движения в препарате с молоком? 3.Какие частицы совершают более интенсивнее движение: крупные или мелкие

Лабораторная работа № 2 Наблюдение процесса роста кристаллов из раствора

Оборудование: микроскоп школьный с 80-кратнм увеличение, насыщенные растворы хлорида натрия, хлорида аммония, гипосульфита, предметные стекла, стеклянные палочки.

Задание: пронаблюдайте процесс роста кристаллов различных веществ в пресыщенно водном растворе.

Содержание и метод выполнения работы

Для получения пересыщенного раствора любого вещества необходимо создать условия для испарения воды соответствующего насыщенного раствора. Для этого, например, можно небольшое количеств насыщенного раствора поместить на обезжиренную стеклянную пластину. Капля растекается по стеклу тонким слоем, вода быстро испаряется, раствор становится пресыщенным, начинается интенсивный процесс кристаллизации.

Для растворов некоторых веществ степень пересыщения при этом так велика, что образуются необычные для данного вещества ветвистые древовидные формы, называемыми дендритами. Рост дендритов происходит следующим образом. Вершина кристалла соприкасается с раствором большой концентрации, чем боковые грани растущего кристалла. За счет этого создаются условия для более интенсивного роста вершины кристалла, она быстрее внедряется в пересыщенный раствор и обгоняет рост боковых граней.

Порядок выполнения работы

1. Поместите на столик микроскопа предметное стекло (рис. 10.13), не дотрагиваясь до его поверхности. Отрегулируйте освещение и добейтесь четкого изображения верхней поверхности предметного стекла. Наводку на резкость можно облегчить нанесением на верхнюю поверхность стекла метки карандашом или чернилами.

2. Выньте предметное стекло, нанесите на него с помощью стеклянной палочкой каплю насыщенного раствора хлорида аммония. Палочкой распределите каплю по стеку.

3. Помесите стекло с каплей под объектив микроскопа так, чтобы в поле зрения находился край капли, так как первые кристаллы образуются обычно на краю.

4. Пронаблюдайте процесс зарождения и роста кристаллов .

5. Результаты наблюдений занесите в отчет, который должен содержать краткое описание процесса роста кристаллов и зарисовку картины, видимой в микроскоп.

6. Пронаблюдайте аналогичные процессы с другими

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3 ИЗМЕРЕНИЕ МОЛЯРНОЙ ГАЗОВОЙ ПОСТОЯННОЙ
МЕТОДОМ ИЗМЕРЕНИЯ ОБЪЕМА И ДАВЛЕНИЯ
ПАРОВ ЖИДКОСТИ

Оборудование : 1) манометр водяной с подвижным коленом ; 2) сосуд стеклянный объем 1 л ; 3) микробюретка; 4) пробка резиновая ;5) тройник с краном ; 6) термометр лабораторный от 0 до 100 ⁰ С ; 7 ) зажим винтовой ; 8) трубки резиновые -2 шт. ; 9) ацетон .

ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ .

Известно , что состояние идеального газа описывается уравнением Менделеева – Клапейрона :

pV=_{ }. Отсюда молярная газовая постоянная R=_{ }

Где p- давление газа, V- объем газа , T- абсолютная температура газа, M- молярная масса газа.

Если в сосуд известного объема ввести определенную массу легко испаряющейся жидкости, а после того ,как она полностью испарится , измерить , на сколько

увеличилось давление внутри сосуда, то, зная молярную массу жидкости и температуру, можно, пользуясь формулой (2) , вычислить число значение молярной газовой постоянной . Для выполнение работы собирают установку показанную на рисунке 1 . Оно состоит из стекля сосуда 1, закрытого резиновой пробойки 3 двумя отверстиями ,в одно из которых вставлена стеклянными трубка 2, а в другое – микробюретка 4 с ацетоном на верхний конец микробюретки надета резиновая трубка 5 с винтовым зажимом 6 . Конец трубки закрыть пробкой 7 . Сосуд 1 соединен с левым коленом водяного манометра 10 с помощью резиновой трубки 8 и стеклянного тройника с краном 9 . Правое колено подвижно , его положение фиксируется зажимом 11 . В данной работе в сосуд вводится ацетон из микробюретки. Молярная масса ацетона M = 0,058 кг/ моль , плотность P_А = 790 кг/м³, масса m = P_A V_A , где V_A - объем введенного в сосуд ацетона .

Так как парциального давление паров ацетона P измеряется водяным манометром по разности уровней воды в его кленах , то

P=P_Bgh_B , (3)

Где P_B - плотность воды , g- ускорение свободного падения , h_B - разность уровней воды в коленах манометра . Учитывая равенство (3) , формулу (2) можно записать так :

R =_{ } . (4)

Первый сомножитель в выражении (4) является величиной постоянной , второй - постоянен для конкретных условий проведения опыта ( постоянные температура , объем сосуда ) . Таким образом . измерение молярной газовой постоянной сводится к измерению объема жидкого ацетона , введенного в сосуд , и разности уровней воды в коленах манометра , обусловленной давлением паров ацетона .

_{Точный объем сосуда с учетом объема резинового шланга , соединяющего сосуда с манометром , и объема трубки манометра до уровня нулевой отметки написан на стенке сосуда 1 .}

Порядок выполнения работы

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

№ опыта	V, м 3	VA ,м3	T , K	h B , м	R, дж /(моль .K)

1. Ознакомьтесь с установкой по рисунку 1.

2. Измерьте объем ацетона в микробюретке .

3. Откройте кран у тройника 9 и , перемещая правое колено манометра , установите уровень воды на нулевую отметку шкалы . После этого закройте кран 9 .

4. Сжимая резиновую трубку на микробюретке зажимом 6, вылейте весь ацетон в сосуд . Наблюдайте за изменение показаний манометра . После того как весь ацетон испарится , показания манометра перестанут изменяться .

5. Передвигая правое колено манометра , установите уровень воды в левом колене на нулевую отметку . Это необходимо сделать для сохранения объема воздуха в сосуде и трубках ( резиновой и стеклянной ) таким же , как и в начале опыта . Тогда манометр покажет только парциальное давление паров ацетона , так как температура не изменилась.

6. Отсчитывайте по шкале манометра разность уровней воды в его коленах и откройте сосуд 1.

7. Вычислите молярную газовую постоянную по формуле (4) .

8. Вычислите относительную и абсолютную погрешности измерений : _{ }

_{ }

Контрольные вопросы

1. Каков физический смысл молярной газовой постоянной ?

2. Какая из величин в опыте с наибольшей погрешностью?

Лабораторная работа №4 «Проверка закона Бойля - Мариотта на опыте»

 

Цель урока: экспериментальная проверка газовых законов

Тип урока: контроля и оценки знаний

Оборудование: стеклянный цилиндр высотой 50 см, стеклянная трубка длиной 50-60 см, закрытая с одного конца, стакан, пластилин, термометр, линейка, барометр-анероид (один на класс), штатив с лапкой, холодная и горячая вода

 

ОПИСАНИЕ РАБОТЫ

В цилиндр с водой погружают открытым концом трубку (см. рис.).

 

 

Если уровень воды в трубке находится ниже уровня воды в сосуде на h, то давление воздуха в трубке равно сумме атмосферного и гидростатического давления столба воды высотой h. Для упрощения расчетов можно измерять давление в миллиметрах ртутного столба. Тогда, с учетом того, что плотность воды в 13,6 раз меньше плотности ртути, для воздуха в трубке можно записать:

где H - атмосферное давление в миллиметрах ртутного столба, h - разность уровней воды в цилиндре и трубке, измеренная в миллиметрах. В трубке заключена постоянная масса воздуха, которая, можно считать, находится при постоянной (комнатной) температуры. Объем и давление воздуха, заключенного в трубке, можно изменять, изменяя глубину погружения трубки.

Объем воздуха в трубке

V = l · S,

где l - длина столба воздуха; S - площадь сечения трубки.

Поскольку площадь поперечного сечения трубки постоянна, длина столба воздуха в трубке пропорциональна объему воздуха. Поэтому, для проверки закона Бойля - Мариотта достаточно проверить справедливость равенства:

 

ХОД РАБОТЫ

1. Соберите установку (см. рис.).

2. Измерьте барометром атмосферное давление в мм рт. ст.

3. Погружая в воду трубку открытым концом вниз, измерьте h i l. (Повторите опыт не менее, чем три раза).

4. Результаты измерений и вычислений запишите в таблицу.

 

№ опыта	H, мм рт. ст.	h, мм	l, см
1
2
3

 

5. Запишите вывод: что вы измеряли и какой получили результат.

Лабораторная работа №5. Опытная проверка закона Гей-Люссака

Оборудование, необходимые измерения, средства измерений

На рисунке

показано оборудование, необходимое для проведения работы: стеклянная трубка, запаянная с одного конца, длиной 600 мм и диаметром 8-10 мм; цилиндрический сосуд высотой 600 мм и диаметром 40-50 мм, наполненный горячей водой (t~60°С); стакан с водой комнатной температуры; пластилин.

Чтобы проверить закон Гей-Люссака, достаточно измерить объём и температуру газа в двух состояниях при постоянном давлении и проверить справедливость равенства _{ } = _{ }. Это можно осуществить, используя воздух при атмосферном давлении.

Стеклянная трубка открытым концом вверх помещается на 3-5 мин в цилиндрический сосуд с горячей водой (рис. 202, а). В этом случае объем воздух _{ }равен объёму стеклянной трубки, а температура – температуре горячей воды _{ }. Это – первое состояние. Чтобы при переходе воздуха в следующее состояние его количество не изменилось, открытый конец стеклянной трубки, находящейся в горячей воде, замазывают пластилином. После этого трубку вынимают из сосуда с горячей водой и замазанный конец быстро опускают в стакан с водой комнатной температуры (рис. 202, б), а затем прямо под водой снимают пластилин. По мере охлаждения воздуха в трубке вода в ней будет подниматься. После прекращения подъёма воды в трубке (рис. 202, в) объём воздуха в ней станет равным _{  }, а давление p=_{ }-ρ*g*h. Чтобы давление воздуха в трубке вновь стало равным атмосферному, необходимо увеличивать глубину погружения трубки в стакан до тех пор, пока уровни воды в трубке и в стакане не выравниваются (рис. 202, г). Это будет второе состояние воздуха в трубке при температуре _{ }окружающего воздуха. Отношение объёмов воздуха в трубке в первом и втором состояниях можно заменить отношением высот воздушных столбов в трубке в этих состояниях, если сечение трубки постоянно по всей длине (_{ } = _{ } = _{ }). Поэтому в работе следует сравнить отношения _{ } и _{ }. Длина воздушного столба измеряется линейкой, температура – термометром.

Рис. 202

Подготовка к проведению работы

1. Подготовьте бланк отчета с таблицей для записи результатов измерений и вычислений(инструментальные погрешности определяются с помощью таблицы 1).

Измерено	Вычислено
мм мм °С °С мм		мм ∆  мм К К К К ∆  К % %

1. Подготовьте бланк отчета с таблицей для записи результатов измерений и вычислений(инструментальные погрешности определяются с помощью таблицы 1).

2. Подготовьте стакан с водой комнатной температуры и сосуд с горячей водой.

Проведение эксперимента, обработка результатов измерений

1. Измерьтедлину _{ }стеклянной трубки и температуру воды в цилиндрическом сосуде.

2. Приведите воздух в трубке во второе состояние так, как об этом рассказано выше. Измерьте длину _{ }воздушного столба в трубке и температуру окружающего воздуха _{ }.

3. Вычислите отношения _{ }и_{ }, относительные (_{ } и _{ }) и абсолютные (_{ } и _{ }) погрешности измерений этих отношений по формулам

_{ }= _{ } + _{ }, _{ }=_{ };

_{ }= _{ } + _{ }, _{ }=_{ }.

4. Сравните отношения _{ }и _{ } (см. п. 3 и рис. 201 введения к лабораторным работам).

5. Сделайте вывод о справедливости закона Гей-Люссака.

Контрольные вопросы

1. Почему после погружения стеклянной трубки в стакан с водой комнатной температуры и после снятия пластилина вода в трубке поднимается?

2. Почему при равенстве уровней воды в стакане и в трубке давление воздуха в трубке равно атмосферному?

Раздел 3 Взаимные превращения жидкостей и газов. Тепловое расширение

Лабораторная работа №1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОЙ ТЕПЛОТЫ

СГОРАНИЯ ГОРЮЧЕГО (сухого спирта)

Цель работы: Научиться экспериментально определить удельную теплоту сгорания топлива, повысив точность измерений.

Оборудование: Штатив с лапкой и муфтой, весы, разновески, сосуд от калориметра, вода, термометр, горелка, сухой спирт, спички.

Выполнение.

I. Краткая теория.

В сосуд от калориметра налить воду известной массы (предварительно взвесив пустой калориметр) и подвесить на лапке штатива. Взвесить кусок сухого спирта, положив его на горелку и зажечь спирт.

Допуская, что 40% выделяемой энергии идет на нагревание воды и сосуда от калориметра, определить удельную теплоту сгорания сухого спирта.

Q_получ = 0,40*Q_отд

Q_отд =q*m_c

Q_получ = Q_в+Q_к = m_вC_в(t₂-t₁) + m_кC_к(t₂-t₁) = (t₂-t₁)(C_вm_в + C_кm_к)

0,4*q*m_c = (t₂-t₁)(C_вm_в + C_кm_к)

m_c – масса сухого спирта

m_в – масса воды

m_к – масса сосуда от калориметра

C_в – удельная теплоёмкость воды

C_к – удельная теплоёмкость вещества, из которого сделан сосуд от калориметра (алюминия)

t₁, t₂ – начальная и конечная температура воды (до и после сгорания сухого спирта)

q – удельная теплота сгорания спирта.

II Результаты измерений и вычислении занести в таблицу.

mс (кг)	mв (кг)	mк (кг)	t1 (с0)	t2 (с0)	Cв	Cк	qизм Дж/кг	qтабл Дж/кг	∆q Дж/кг	δ%

∆q = q_табл - q_изм - абсолютная погрешность

δ = *100% - относительную погрешность

Запишите ответ в виде: q = q_изм ± ∆q, при δ = …%.

Лабораторная работа №2

Измерение удельной теплоты плавления льда.

Оборудование: калориметр, термометр, цилиндр измерительный, сосуд с теплой водой, сосуд с водой, сосуд с водой и тающим льдом.

Задание: определите удельную теплоту плавления льда.

Содержание и метод выполнения работы

Определение переданного или полученного количества теплоты на основании измерений температуры требует осуществления теплообмена между двумя или более телами без совершения работы. Обычно для таких измерений используется калориметр.

Калориметр представляет собой два цилиндрических сосуда, радиус одного из них немного больше радиуса другого. Сосуд меньших размеров ставится внутрь второго на теплоизолирующую подставку. Между стенками сосудов находится воздух, являющийся хорошим теплоизолятором.

Во внутренней сосуд наливается жидкость, например керосин или вода. Если в жидкость опустить тело с температурой _{ }, которая выше температуры _{ } жидкости и калориметра, то между жидкостью и телом происходит теплообмен до установления теплового равновесия. При теплоизоляции от внешних тел и равенстве нулю работы внешних сил внутренняя энергия тел в калориметре в сумме не изменяется, следовательно, сумма количества теплоты _{ }, полученного исследуемым телом, количества теплоты _{ }, полученного жидкостью, и количества теплоты_{ }, полученного внутренним сосудом калориметра, равен нулю. На этом основании составляется уравнение теплового баланса.

Порядок выполнения работы

1. Разбейте лед на кусочки небольших размеров и оставьте чашке на 20-30 мин. Лед в воде в процессе таяния имеет температуру _{ }, равную 0_{ }.

2. Налейте в измерительный цилиндр 150 _{ } теплой воды при температуре примерно 40_{ }. Измерьте температуру _{ } теплой воды в цилиндре и перелейте эту воду во внутренний стакан калориметра. Измерьте температуру _{ } воздуха.

3. Куски тающего льда опускайте в калориметр с теплой водой. После опускания каждого куска льда ожидайте полного его расплавления и следите за показаниями термометра. Лед нужно добавлять до тех пор, пока температура воды в калориметре не опустится до значения _{ }, равного температуре окружающего воздуха.

В этом случае начальная и конечная температуры стакана калориметра одинаковы, стакан не получает и не отдает теплоту. Следовательно, в уравнение теплового баланса входят только количество теплоты, идущей на нагревание воды, образовавшейся в результате таяния льда: _{ }

Уравнение теплового баланса имеет вид:

_{ }=0,

где c – удельная теплоемкость воды; _{ }масса льда; _{ }масса теплой воды.

Массу льда можно определить, перелив в измерительный цилиндр воду из калориметра после завершения эксперимента. Объем воды, образовавшейся в результате таяния льда, равен разности объемов всей воды и теплой воды:

Масса льда равна _{ }

4. Вычислите удельную теплоту плавления льда:

5. Оценка границы погрешностей измерений и вычислений. Результаты измерений и вычислений занесите в отчетную таблицу.

Отчетная таблица

								Дж/кг	Дж/кг

Расчет погрешности:

_{ }где _{ }

Далее,

_{ };

_{   }.

Лабораторная работа №3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОЙ ТЕПЛОЁМКОСТИ ТВЁРДОГО ТЕЛА

Цель работы: Экспериментально определить удельную теплоемкость алюминия и меди, повысив точность измерений.

Оборудование: Стакан с водой, калориметр, термометр, весы, гири, алюминиевый и медный цилиндр на нити, сосуд с горячей водой.

Выполнение.

I. Краткая теория.

Налейте в калориметр 100-150г воды комнатной температуры. Измерьте температуру воды.

Определите с помощью весов массу алюминиевого цилиндра. Затем опустите цилиндр в горячую воду для нагревания. Измерьте температуру воды, она будет начальной температурой цилиндра.

Нагретый цилиндр быстро опустите в калориметр с водой и измерьте температуру воды в калориметре. Напишите уравнение теплового баланса для количества теплоты, полученной водой и калориметром и количества теплоты, отданной цилиндром.

C_в – удельная теплоемкость воды

C_ц – удельная теплоемкость цилиндра (медь, алюминий)

C_к – удельная теплоемкость

m_в – масса воды

m_ц – масса цилиндра

m_к – масса калориметра

t₁ – начальная температура воды

t₂ – начальная температура цилиндра

t – установившаяся температура

Q₁ – количество теплоты, полученной водой и калориметром

Q₂ – количество теплоты, отданной цилиндром

Q₁=(C_вm_в+C_кm_к)(t-t₁)

Q₂=C_цm_ц(t₂-t)

Q₁=Q₂

(C_вm_в+C_кm_к)(t-t₁) = C_цm_ц(t₂-t)

II Результаты измерений и вычислении занести в таблицу.

mв (кг)	mк (кг)	mц (кг)	t1 (с0)	t2 (с0)	t (с0)	Cв	Cк	Cц	Cц таб	∆С	δ%

Определив абсолютную погрешность

∆С=Стаб-Сизм

и относительную погрешность

δ = *100%

Запишите ответ в виде

С = Сизм ± ∆С при δ = %

III.Сделать вывод.

Лабораторная работа №4

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОЙ ТЕПЛОТЫ

СГОРАНИЯ ГОРЮЧЕГО (сухого спирта)

Цель работы: Научиться экспериментально определить удельную теплоту сгорания топлива, повысив точность измерений.

Оборудование: Штатив с лапкой и муфтой, весы, разновески, сосуд от калориметра, вода, термометр, горелка, сухой спирт, спички.

Выполнение.

I. Краткая теория.

В сосуд от калориметра налить воду известной массы (предварительно взвесив пустой калориметр) и подвесить на лапке штатива. Взвесить кусок сухого спирта, положив его на горелку и зажечь спирт.

Допуская, что 40% выделяемой энергии идет на нагревание воды и сосуда от калориметра, определить удельную теплоту сгорания сухого спирта.

Q_получ = 0,40*Q_отд

Q_отд =q*m_c

Q_получ = Q_в+Q_к = m_вC_в(t₂-t₁) + m_кC_к(t₂-t₁) = (t₂-t₁)(C_вm_в + C_кm_к)

0,4*q*m_c = (t₂-t₁)(C_вm_в + C_кm_к)

m_c – масса сухого спирта

m_в – масса воды

m_к – масса сосуда от калориметра

C_в – удельная теплоёмкость воды

C_к – удельная теплоёмкость вещества, из которого сделан сосуд от калориметра (алюминия)

t₁, t₂ – начальная и конечная температура воды (до и после сгорания сухого спирта)

q – удельная теплота сгорания спирта.

II Результаты измерений и вычислении занести в таблицу.

mс (кг)	mв (кг)	mк (кг)	t1 (с0)	t2 (с0)	Cв	Cк	qизм Дж/кг	qтабл Дж/кг	∆q Дж/кг	δ%

∆q = q_табл - q_изм - абсолютная погрешность

δ = *100% - относительную погрешность

Запишите ответ в виде: q = q_изм ± ∆q, при δ = …%.

Лабораторная работа №5 ИЗМЕРЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ ВОДЫ
МЕТОДОМ ОТРЫВА ПЕТЛИ

Оборудование : 1) динамометр типа ДПН с принадлежностями ; 2) штатив для фронтальных работ ; 3) вода дистиллированная ; 4) линейка измерительная 30 см с миллиметровыми делениями .

Содержание и метод выполнения работы

Повторите :“ физика -9 “ , § 26 , 27 .

Свободная поверхность жидкости в состоянии равновесия стремится к минимуму , жидкость как бы стягивается упругой поверхности пленкой , стремящейся к уменьшению своей площади .

При образование тонкой пленки шириной L (рис . 1 ) вдоль границы поверхности жидкости действует сила поверхностного натяжения F, равная

F=2 _{ }, (1)

Где _{ }поверхностное натяжение ; множитель 2 по той причине , что пленка имеет поверхности.

Отсюда _{ } (2)Модуль силы поверхностного натяжения F измеряют чувствительным динамометром типа ДПН , а ширину пленки , равную ширине проволочной петли , - измерительной линейкой .

Динамометр типа ДПН (рис.2) состоит из корпуса 3 , внутри которого размещение измерительная пружина 5 , имеющая прямой конец с открытым зацепом 7. Зацеп предназначено для соединения петли 8 с измерительной пружиной и динамометра . Для отсчета показаний по школе на измерительной пружине закреплена стрелка 6. Исследуемая жидкость наливается в стеклянную чашку 9.

Для измерения поверхностного натяжения проволочную петлю полностью погружают в жидкость , а затем медленно вытягивают из жидкости . При этом на петле образуется пленка . Когда сила упругости пружины динамометра станет по модулю равна силе поверхностного натяжения F , пленка разрывается .

Порядок выполнения работы

Изучение устройство динамометра ДПН .

Подготовьте прибор к выполнению измерений . Для этого наденьте на открытый зацеп 7 петлю 8 (см. рис. 2) .Придерживая установочный винт 1 , отверните стопорный винт 2. Вращая стакан 4 и нажимая на головку винта 1, установите стрелку динамометра на нулевое деление шкалы. Завинтите стопорный винт .

Налейте в чашку 9 дистиллированную воду и установите ее на подставку 10 . Вращая винт держателя 11, поднимите чашку с жидкостью до такого уровня , чтобы петля полностью погрузилась в воду .

Медленно опускайте чашку с водой . Для этого выворачивайте винт держателя 11 до тех пор , пока не разорвется пленка жидкость , тянущаяся за петлей . Заметьте по шкале динамометра силу разрыва пленки .

Вычислите поверхностное натяжение по формуле (2).

Повторите измерение три раза . Вычислите среднее значение поверхностного натяжения .

Контрольные вопросы

Что называется поверхностным натяжением жидкости ?

Почему в формуле (2) имеется множитель 2 ?

Почему измерение модуля силы поверхностного натяжение воды проводилось не с прямолинейным отрезком проволоки , а с петлей , имеющей П-образную форму ?

Как зависит поверхностное натяжение жидкости от температуры ?

Лабораторная работа №6 Определение относительной влажности воздуха

Относительной влажностью воздуха ϕ называют отношение парциального давления р водяного пара, содержашегося в воздухе при данной температуре, к давлению р₀ насыщенного пара при той же температуре, выраженное в процентах:

ϕ =_{ }100%

Существует несколько методов определения относительной влажности воздуха. В данной работе ее определяют при помощи психрометра, конденсационного и волосного гигрометров.

IПсихрометром (рис1.)- по разности температур термометров, резервуар у одного из которых окружен полоской ткани, опущенной в воду (правый), а у другого остается сухим (левый), и специальной таблице.

Рис.1

II.Конденсационным гигрометром(рис2.) - путем нахождения точки росы, т.е. температуры, при которой водяной пар, содержащийся в воздухе, становится насыщенным, и с помощью таблицы зависимости давления насыщенного пара от температуры.

Чтобы легче было заметить появление росы на поверхности охлаждаемой камеры 1, ее окружают металлическим кольцом 2, с теплоизолирующей прокладкой. Наблюдение за появлением налета росы проводят путем сравнения поверхности охлаждаемой камеры с блестящей поверхностью кольца, которая во время опыта остается без изменений.

Рис.2.

III. Волосной гигрометр (рис3.) непосредственно показывает относительную влажность воздуха в процентах. Проверку и установку волосного гигрометра производят на основании определения относительной влажности воздуха при помощи психрометра на соответствующее деление шкалыслужит регулировочный винт1.

Рис.3.

Выполнение работы

Оборудование: 1) психрометр бытовой; 2) гигрометр металлический; 3) гигрометр волосной; 4) эфир в склянке с пробкой; 5) термометр лабораторный от 0 до 100⁰С; 6) воронка простая с коротким стеблем №3;

7) таблица психрометрическая; 8) таблица давления насыщающих паров воды.

I. 1. Ознакомьтесь с устройством психрометра.

2. Определите показания его термометров и вычислите разность температур.

3. По психрометрической таблице определите относительную влажность воздуха.

II. 1. Ознакомьтесь с устройством гигрометра. Потрите мягкой тканью полированную стенку и кольцо гигрометра до полного блеска.

2. Определите температуру воздуха в комнате.

3. Налейте в камеру гигрометра (наполовину) эфира, вставьте в нее термометр и присоедините резиновую грушу.

Предупреждение. Пары эфира огнеопасны, поэтому не допускайте вблизи прибора открытого пламени.

4.Установите прибор так, чтобы зеркальная поверхность его была расположена под углом 30=40⁰ к направлению луча зрения. Продуйте воздух через эфир и внимательно следите за полированной поверхностью стенки камеры, сравнивая ее споверхностью кольца.

5. В момент появления росы заметьте показания термометра, прекратите продувание воздуха и продолжайте наблюдение, чтобы заметить показание термометра в момент полного исчезновения росы.

6. Наблюдение повторите несколько раз, стараясь возможно точнее определить температуру появления и исчезновения росы. По окончании наблюдений оставшийся в гигрометре эфир слейте в склянку и плотно закройте ее. Результаты опыта запишите в таблицу.

Температура окружающего воздуха,0С	Температура появления росы, 0С	Температура исчезновения, 0С

7. Примите среднее значение наблюдаемых, температур за достоверную точку росы и . зная температуру окружающего воздуха, вычислите относительную влажность, воспользовавшись таблицей давления насыщенного водяного пар в зависимости от температуры.

III. 1. Ознакомьтесь с устройством и принципом действия волосного гигрометра. Сравните его показание с результатами предыдущих опытом.

2. Подышите на волос гигрометра и понаблюдайте за поведением стрелки. Контрольные вопросы

Когда разность показаний термометров психрометра больше: когда воздух в комнате более сухой или более влажный?

Как кажется на результатах опыта близость нахождения экспериментатора к гигрометру во время опыта? Что целесообразно сделать для устранения этого влияния?

Почему в гигрометре для охлаждения применяется эфир или спирт?

Зачем через гигрометр продувают воздух?

Раздел 4 Электродинамика

Лабораторная работа № 1. Измерение силы тока и напряжения

Оборудование: источник постоянного тока 4-10 В, резистор 5-10 Ом, вольтметр 10-15 В, амперметр 2 А.

Задание: измерьте напряжение на выходе источника постоянного тока. Рассчитайте силу тока в цепи при включении имеющегося в комплекте оборудования резистора. Соберите электрическую цепь из источника тока ,резистора, амперметра и вольтметра, выполните измерения силы тока в цепи и напряжения на резисторе. Сравните результаты расчета и измерений, сделайте выводы.

Содержание и метод выполнения работы

При измерениях силы тока и напряжения на участке цепи возникают принципиальные трудности, связанные со взаимным влиянием вольтметра и амперметра при одновременном их включении в электрическую цепь. Возможны два способа включения амперметра и вольтметра в электрическую цепь.

Если вольтметр и амперметр включены в электрическую цепь по схеме, предоставленной на рисунке 10.15, то вольтметр измеряет напряжение на резисторе R, но амперметр измеряет сумму сил токов в параллельно включенных резисторе и вольтметре. Сила тока через вольтметр V определяется при известном значении его сопротивления _{ } по измеряемому напряжению на его зажимах с помощью закона Ома.

Если вольтметр и амперметр включены в электрическую цепь по схеме, предоставленной на рисунке 10.16, то амперметр измеряет силу тока в резисторе, но вольтметр измеряет сумму напряжений на резисторе и амперметре. Для определения напряжения на резисторе в этом случае нужно знать сопротивление амперметра _{ } и определить напряжение на нем по закону Ома.

На практике внесение поправок в связи с взаимными влияниями амперметра и вольтметра довольно часто не является необходимым из-за их относительной малости.

Чтобы проверить, является ли погрешность метода пренебрежимо малой при использовании данного комплекта приборов по схеме рисунка 10.16, достаточно посмотреть, заметны ли изменения показаний вольтметра при переключении одного его вывода из точки 1 в точку 2. При использовании схемы по рисунку 10.15 нужно проверить, заметны ли изменения показаний амперметра при отключении вольтметра.

Рис.10.15

Рис. 10.16

Порядок выполнения работы

1. Измерьте напряжение U на выходе источника постоянного тока с помощью вольтметра. Рассчитайте силу тока _{ } в цепи при подключении имеющегося резистора с известным электрическим сопротивлением R. В расчете можно принять ,что внутреннее сопротивление источника тока пренебрежимо мало по сравнению с сопротивлением вольтметра и электрическим сопротивлением резистора.

2. Соберите электрическую цепь из источника постоянного тока, резистора и амперметра (см. рис. 10.15). Измерьте силу тока _{ } в цепи.

3. Оцените границы погрешностей измерений и вычислений. Граница абсолютной погрешности измерения напряжения равна сумме границ абсолютной инструментальной погрешности измерительного прибора и абсолютной погрешности отсчета (см. § 75).

Граница относительной погрешности вычисления силы тока по закону Ома для участка цепи равна сумме относительных погрешностей измерения напряжения и электрического сопротивления. Однако значение электрического сопротивления резистора в данном эксперименте можно считать известным с высокой точностью, тогда относительная погрешность измерения силы тока будет равна относительной погрешности напряжения.

1. Сравните расчетное _{ } и измеренное _{ } значения силы тока в цепи. Сделайте вывод о том, согласуются ли эти результаты.

2. Результаты измерений и вычислений занесите в отчетную таблицу

Отчетная таблица

U, В	R, Ом	 , А	ΔU, В	 , А	 , А	 , А

Дополнительное задание: проверьте, есть ли необходимость учитывать влияние сопротивления амперметра на результаты измерений в данном опыте. Проверьте, можно ли в данном эксперименте считать внутреннее сопротивление источника тока пренебрежимо малым по сравнению с электрическим сопротивлением внешнего участка цепи.

Лабораторная работа №2 Определение электрического сопротивления

Оборудование: проволочные резисторы (3 шт.), источник постоянного напряжения, амперметр, вольтметр, ключ, соединительные провода.

Указания к выполнению работы:

1. Соберите электрическую цепь, изображенную на рисунке 293. Измерив силу тока в цепи, а также напряжения на различных участках, заполните таблицу.

Сравнив сумму сопротивлений отдельных резисторов _{ }с общим сопротивлением _{ }, сделайте вывод.

2. Соберите электрическую цепь, изображенную на рисунке 294. Измерив силу тока и напряжение, найдите общее сопротивление _{ }. Используйте найденные в предыдущем задании сопротивления отдельных резисторов, заполните таблицу и сделайте вывод.

3. Определите экспериментальным путем общее сопротивление цепи, изображенной на рисунке 295, и сравните его с теоретически найденным.

Определение удельного сопротивления проводника

Оборудование: проволока из материала с неизвестным удельным сопротивлением, источник постоянного напряжения, амперметр, вольтметр, штангенциркуль, ключ, линейка, соединительные провода.

Указания к выполнению работы:

1. Решите задачу: чему равно удельное сопротивление провода длиной _{ }и диаметром _{ }, если при напряжении _{ }через него идет ток _{ }?

2. Соберите электрическую цепь, изображенную на рисунке 296, и измерьте значения величин, необходимых для определения удельного сопротивления. Результаты измерений занесите в таблицу.

3. Воспользовавшись формулой, полученной в начале данной работы, вычислите удельное сопротивление проводника.

Лабораторная работа №3Изучение последовательного и параллельного соединения проводников

В работе необходимо проверить следующие законы:

1. Для последовательного соединения проводников:

1. Для параллельного соединения проводников:

Оборудование, необходимые измерения, средства измерения

В работе используют источник тока, два проволочных резистора, амперметр и вольтметр. Для регулирования тока в цепи можно использовать реостат. Вольтметр и амперметр при проведении измерений поочередно подключают к нужным точкам цепи.

Подготовка к проведению работы

Подготовьте бланк отчета со схемами электрических цепей и таблицами для записи результатов измерений и вычислений (таблицы составьте сами по образцу предыдущих работ).

Проведение эксперимента, обработка результатов измерений

1. Соберите цепь для изучения последовательного соединения резисторов; измерьте силу тока и напряжения; проверьте выполнение законов соединения; сделайте вывод.

2. Соберите цепь для изучения параллельного соединения резисторов; измерьте токи и напряжение; проверьте выполнение законов соединения; сделайте вывод.

Контрольные вопросы

1. Как соединены потребители электроэнергии в квартирах? Почему?

2. Как соединены лампочки в елочной гирлянде? Почему?

Лабораторная работа №4 Измерение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока

Оборудование, необходимые измерения, средства измерения

Схема электрической цепи, которую используют в этой работе, показана на рисунке В качестве источника тока в схеме используется аккумулятор или батарейка от карманного фонаря.

При разомкнутом ключе ЭДС источника тока равна напряжению на внешней цепи (см. § 59). В эксперименте источник тока замкнут на вольтметр, сопротивление которого должно быть много больше внутреннего сопротивления источника тока r. Обычно сопротивление источника тока мало, поэтому для измерения напряжения можно использовать школьный вольтметр со шкалой 0-6 В и сопротивление _{ }=900 Ом (см. надпись под шкалой прибора). Так как сопротивление источника обычно мало, то действительно _{ }. При этом отличие _{ } от U не превышает десятых долей процента, поэтому погрешность измерения ЭДС равна погрешности измерения напряжения.

Внутреннее сопротивление источника тока можно измерить косвенно, сняв показания амперметра и вольтметра при замкнутом ключе. Действительно, из закона Ома для замкнутой цепи (см. § 59) получаем _{ }, где U=IR – напряжение на внешней цепи. Поэтому _{ }. Для измерения силы тока в цепи можно использовать школьный амперметр со шкалой 0-2 А. Максимальные погрешности измерений внутреннего сопротивления источника тока определяются по формулам

_{ ,}

_{ .}

Подготовка к проведению работы

1. Подготовьте бланк отчета со схемой электрической цепи таблицей для записи результатов измерений и вычислений

№ опыта	Измерено	Вычислено
	В А В	В В В % % Ом А А А % % Ом
Измерение ℰ
Измерение r

1. 2. Соберите электрическую цепь согласно рисунку 204. Проверьте

2. Соберите электрическую цепь согласно рисунку 204. Проверьте надежность электрических контактов, правильность подключения амперметра и вольтметра.

3. Проверьте работу цепи при разомкнутом и замкнутом ключе.

Проведение эксперимента, обработка результатов измерений

1. Измерьте ЭДС источника тока.

2. Снимите показания амперметра и вольтметра при замкнутом ключе и вычислите _{ }. Вычислите абсолютную и относительную погрешности измерения ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока, используя данные о классе точности приборов.

3. Запишите результаты измерений ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока:

_{ }…%;

_{ }…%;

Контрольные вопросы

1. Почему показания вольтметра при разомкнутом и замкнутом ключе различны?

2. Как повысить точность измерения ЭДС источника тока?

3. Можете ли вы предложить другие способы измерения ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока?

Лабораторная работа №5 ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРОЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРА

Оборудование :гальванометр, источник электропитания ИЭПП-2, вольтметр 15 В, батарея конденсаторов 8мкФ, конденсатор неизвестной электроемкости.

Задание: исследуйте зависимость отброса стрелки гальванометра от электрического заряда, протекающего через рамку. Измерьте электроемкость конденсатора путем измерения его заряда и напряжения между обкладками.

Содержание и метод выполнения работы

При прохождении постоянного электрического тока через рамку прибора магнитоэлектрической системы момент сил Ампера, действующих на рамку, пропорционален силе тока. Повороту рамки противодействуют силы упругости спиральных пружин, возрастающие пропорционально углу поворота стрелки прибора. В результате угол отклонения стрелки оказывается пропорциональным силе тока в рамке прибора.

Иной результат получается при кратковременном прохождении электрического тока через рамку прибора магнитоэлектрической системы. Если время _{ }протекания электрического тока через рамку прибора значительно меньше периода свободных колебаний его подвижной системы, то такое кратковременное прохождение тока действует как короткий толчок, вызывающий свободные колебания подвижной системы прибора. Амплитуда Aэтих колебаний, с одной стороны, пропорциональна силе Ампера F, возникающей при прохождении электрического тока в рамке, с другой – времени _{ } действия этой силы:

_{ }

Сила Ампера пропорциональна силе тока в рамке прибора, поэтому амплитуда колебаний стрелки пропорциональна силе тока и времени протекания этого тока, т.е. электрическому заряду, прошедшему через рамку:

_{ }

Метод измерения электрического заряда по отбросу стрелки прибора магнитоэлектрической системы называется баллистическим методом.

Для измерения заряда баллистическим методом нужно отградуировать гальванометр. Для этого можно зарядить конденсатор известной электроемкости до некоторого напряжения, затем отключить конденсатор от источника тока и подключить его выводы к гальванометру. Заметив число делений шкалы n, на которое произошел отброс стрелки, и вычислив заряд по формуле _{ }, можно найти коэффициент пропорциональности между числом делений шкалы гальванометра и электрическим зарядом, прошедшим через рамку прибора:

_{   }

Порядок выполнения работы

1. Соберите электрическую цепь по рисунку 10.14. Включите источник питания ИЭПП-2 и с помощью ручки регулировки подайте на выход прибора напряжение 2 В.

2. Установите переключатель батареи конденсаторов в положение 1 мкФ. С помощью переключателя сначала подключите выводы батареи конденсаторов к выходу источника питания ИЭПП-2, а затем переключите их на выводы гальванометра. Заметьте показания гальванометра – число nделений шкалы при максимальном отклонении стрелки. Опыт повторите 3 – 5 раз, найдите среднее значение числа _{ }.

3. Увеличивайте напряжение ступенями по 2 В и производите измерения числа делений шкалы _{ } и т.д. до напряжения 12 В. Результаты измерений занесите в отчетную таблицу.

Отчетная таблица

4.Постройте график зависимости числа n делений шкалы гальванометра от заряда ∆q. Определите по графику коэффициент k.

5. Включите в схему вместо батареи конденсаторов конденсатор неизвестной электроемкости. Заряжая конденсатор и разряжая его через гальванометр, подберите такое напряжение U, при котором отброс стрелки достигает примерно 20 делений шкалы гальванометра. По измеренному напряжению и значению электрического заряда определите электроемкость конденсатора.

Дополнительное задание: спланируйте и выполните эксперимент, которым подтверждается независимость коэффициента k для данного гальванометра от электроемкости используемого конденсатора.

Лабораторная работа №6 Измерение силы тока в цепи с конденсатором

Оборудование: источник переменного напряжения 6 В, конденсатор бумажный 6 мкФ, миллиамперметр переменного тока, вольтметр переменного тока, омметр, соединительные провода.

Задание: рассчитайте действующее значение силы переменного тока в цепи с конденсатором, электроемкость которого известна. Выполните измерение силы тока в этой цепи. Сравните расчетное и экспериментальное значения силы тока.

Содержание и метод выполнения работы

Два проводника, разделенные слоем диэлектрика, обладают электроемкостью _{ }. При подаче переменного напряжения между такими проводниками не происходит перенос электрических зарядов сквозь диэлектрик, но периодически повторяющиеся процессы зарядки и разрядки конденсатора приводят к возникновению переменного тока в цепи, содержащей конденсатор. Действующее значение силы тока _{ }в этой цепи определяется значением электроемкости _{ }, частотой _{ } вынужденных колебаний силы тока в цепи и действующим значением напряжения _{ }на обкладках:

_{ }. (1)

Данное равенство справедливо, если можно пренебречь активным сопротивлением _{ }остальных участков цепи, т. е. если

_{ }. (2)

Таким образом, рассчитав силу тока по формуле (1), можно сравнить полученное значение с показанием миллиамперметра, предварительно убедившись в справедливости неравенства (2).

Порядок выполнения работы

1. Вычислите емкостное сопротивление _{ }конденсатора на частоте 50 Гц.

2. Рассчитайтедействующее значение силы тока_{ }в цепи с конденсатором при подаче на его обкладках переменного напряжения 6 В.

3. Соберите электрическую цепь по схеме, представленной на рисунке 12.1, и выполните измерения силы тока_{ }в цепи при напряжении 6 В.

4. Измерьте с помощью омметра электрическое сопротивление _{ }подводящих проводов и амперметра.

5. Вычислите границы относительных погрешностей экспериментального измерения силы тока в цепи _{ } и теоретического значения силы тока _{ }. Сравните результаты расчета и измерений с учетом границ погрешностей измерений. Результаты измерений и вычислений занесите в отчетную таблицу.

Дополнительное задание: исследуйте зависимость действующего значения силы тока в цепи с конденсаторомот действующего значения напряжения, постройте график. Рассчитайте значения силы тока в цепи последовательном и параллельном включении конденсаторов с электроемкостью 6 мкФ и 4 мкФ. Результаты расчета проверьте экспериментально.

Лабораторная работа №7 Определение заряда электрона

Оборудование необходимые измерения , средства измерений

Схема измерительной установки показана на рисунке.

Для проведения эксперимента можно использовать водный раствор сульфата меди ( CuS_{ }) , а в качестве электродов - медные пластины.

Заряд электрона может быть определен по формуле

е =_{ }It

полученной из закона Фарадея для электролиза. Здесь m – масса выделившегося на электроде вещества , M – молярная масса вещества , _{ } – постоянная Авогадро , I – сила тока , прошедшего через расnвор электролита , t – время прохождения тока .Масса выделившейся на катоде меди определяется путем взвешивания катода до и после проведения опыта (_{ } и _{ } соответственно) . Поэтому m =_{ }-_{ } и формула для определения заряда электрона примет вид :

_{ } = _{ }It

Для измерения силы тока используют школьный амперметр ( шкала 0-2А; класс точности 2,5) , время измеряется часами ( электронными или с секундной стрелкой).Реостат в цепи необходим для регулирования силы тока .

Максимальные относительная и абсолютная погрешности измерения заряда электрона определяются по формулам

_{ } = _{ }+_{ }+_{ },Δе =_{ }

Подготовка к проведению работы

1. Подготовьте бланк отсчета со схемой электрической цепи и таблицей для записи результатов измерений и вычислений .

2. Взвесьте катод , предварительно сделав на его верхней части риску , чтобы в дальнейшем не перепутать его с анодом . Укрепите электроды в держателе и , не вставляя электроды в банку с раствором , соберите электрическую цепь согласно рисунку 205. Проверьте надежность электрических контактов , правильность подключения электродов к источнику тока , правильность подключения амперметра .

Проведение эксперимента , обработка результатов измерений

1. Опустите электроды в банку с раствором, замкните ключ, установите с помощью реостата силу тока в цепи не более 1 А. Процесс электролиза проведите в течение 20 мин, поддерживая с помощью реостата силу тока в цепи неизменной. По окончании опыта разомкните ключ , выньте и обсушите над электроплиткой медный катод и взвесьте его.

2. Вычислите _{ } , максимальные абсолютные и относительные погрешности измерений силы тока и времени ; определите абсолютную погрешность измерения массы ; вычислите максимальные погрешности ( относительную и абсолютную ) измерения величины заряда электрона .

3. Запишите результат измерения заряда электрона :

e= _{ }, _{ }=…%

Сравните полученное значение заряда электрона с табличным.

Контрольный вопрос

Можно ли, используя данный метод измерения заряда электрона, повысить точность результата? Как?

Раздел 5 Магнетизм

Лабораторная работа № 1

Тема: Наблюдение действия магнитного поля на ток.

Приборы и материалы: батарея аккумуляторов, дугообразный магнит ,штатив, выключатель ,проволочный моток ,соединительные провода .

Указания к работе:

1. Подвесить проволочный моток к штативу и через выключатель присоединить моток к батарее.

2.Поднести к висящему мотку магнит и ,замыкая цепь, наблюдать движение мотка.

3.Выбрать несколько характерных вариантов относительного расположения мотка и магнита и зарисовать их , указав направление магнитного поля, направление тока и предполагаемое движение мотка.

4.Проверить на опыте правильность предположений о характере и направлении движения мотка.

Тема: Изучение явления электромагнитной индукции.

Приборы и материалы: миллиамперметр ,батарея аккумуляторов ,катушки с сердечниками ,дугообразный магнит ,выключатель ,соединительные провода.

Указания к работе.1.Присоединить зажимы миллиамперметра к зажимам катушки.

2.Приставить сердечник к одному из полюсов дугообразного магнита и вдвинуть внутрь катушки, наблюдая одновременно за стрелкой миллиамперметра .

3.Повторить наблюдение ,выдвигая сердечник из катушки, а также меняя полюса магнита.

4.Зарисовать схему опыта и проверить выполнение правила Ленца в каждом случае.

5.Расположить вторую катушку рядом с первой так, чтобы их оси совпадали.

6.Вставить в обе катушки железные сердечники и присоединить вторую катушку через выключатель к батарее.

7.Замыкая и размыкая ключ ,наблюдать отклонение стрелки гальванометра.

8.Зарисовать схему опыта и проверить выполнение правила Ленца.

Лабораторная работа №2 Изменение магнитной индукции

Оборудование: постоянный магнит, катушка с известным числом витков, микроамперметр, омметр, вольтметр, конденсатор, источник постоянного тока, тока, линейка измерительная, ключ.

Задание: измерьте магнитную индукцию вблизи полюса постоянного магнита.

Содержание и метод выполнения работ

Индукцию магнитного поля можно измерить, используя явление электромагнитной индукции. ЭДС индукции в замкнутом контуре равна по модулю скорости изменения магнитного потока через контур:

_{ }, (1)

Где N – число витков в контуре.

Разделив обе части уравнения (1) на значение Rэлектрического сопротивления контура, получаем:

_{ }, (2)

Если быстро выдернуть катушку из магнитного поля, то через нее пройдет электрический заряд:

_{ } (3)

В данном случае начальный магнитный поток Ф=BS, конечный магнитный поток равен нулю и _{ }, где S – площадь контура. Итак,

_{ } (4)

откуда искомое значение магнитной индукции

_{ }, (5)

Значение заряда _{ }определяется по баллистическому методу(см. лаб. работа 9)

Порядок выполнения работы

1. Соедините выводы катушки с клеммами микроамперметра. Введите магнит внутрь катушки . Быстро удалите магнит из катушки и заметьте максимальное отклонение стрелки прибора. Повторите эксперимент 5 раз и найдите среднее значение.

2. Включите микроамперметр, вольтметр, конденсатор, источник постоянного тока и ключ по схеме, представленной на рисунке 10.14. Поставив ключ в положении I, зарядите конденсатор до напряжения 1В. Отключите конденсатор от источника тока и подключите его к выводам микроамперметра – положение II ключа. Заметьте максимальное отклонение стрелки микроамперметра при переключении. Изменяя напряжение на конденсаторе, найдите такое его значение U, при котором максимальное отклонение стрелки будет таким же , как в опыте с удалением магнита из катушки.

В этом случае электрический заряд конденсатора равен заряду, протекающему в цепи катушки. Вычислите этот заряд ∆q:

∆q=UC, (6)

Где U –напряжение на конденсаторе, C–электроемкость конденсатора.

3. Измерьте электрическое сопротивление Rкатушки, сопротивление микроамперметра определите его по паспорту.

4. Измерьте площадь поперечного сечения магнита и вычислите магнитную индукцию B у его полюсов.

5. Оцените границы погрешностей измерений. Результаты измерений и вычислений занесите в отчетную таблицу.

			Ом	N

ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

Опыт ведения практической физики в 10 классе лицея в течении 10-ти лет по обсуждаемой схеме позволяет сделать следующие выводы:

1. Эти уроки помогают преодолеть большой недостаток физического образования: неумение многих ребят, даже хорошо подготовленных теоретически, работать руками, отношение их к эксперименту как к черновой работе.

2. Уроки практической физики являются эффективным средством активизации обучения физике, развитие мышления, способствует формированию системы основных знаний, создают условия для реализации принципа, развивающего обучения в условиях современного лабораторного комплекса при высоком уровне сложности излагаемого материала.

3. Возможность построения учебных заданий по разработанной схеме способствует развитию творческих способностей учащихся самым активным образом, стимулирует и создаёт условия для самореализации.

4. Анализ работы в классах МФТЛ по рассматриваемой методике даёт явные указания на необходимость расширения:

• тематики работ

• вариантов дополнительных упражнений исследовательского характерасовершенствованию средств оперативной помощи учащимся и контроля их знаний

Литература

1. Г.С. Ландсберг «Элементарный учебник физии ки» I том

2. К.Э. Суорц «Необыкновенная физика обыкновенных явлений».

3. Л.С. Жданов, В.А. Маранджян «Курс физики» часть 1

4. Ю.Ч. Дик, О.Ф. Кабардин «Физический практикум для классов с углублённым изучением физики».

5. В.А. Буров, Ю.И. Дик «Практикум по физике».

6. А.П. Рымкевич «Сборник задач по физике».

7. И.К. Кикоин Учебник физики 9 класс

8. Г.Я.Мякишев Учебник для углубленного изучения физики

9. Наземцев Г.Р. «Пакет документов МФТЛ» 1991г.

10. Наземцев Г.Р., Шавшина С. «Экспериментальная планировка курса физики повышенного уровня сложности».

11. Гаджибалаева Г.Г., Наземцев Г.Р. « Экспериментальные задачи по физике»

116