Сборник лабораторных работ по физике

СБОРНИК

ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ «ФИЗИКА»

для обучающихся

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

РАЗДЕЛ 1. МЕХАНИКА

Лабораторная работа №1 Определение жесткости пружины 4

Лабораторная работа № 2 Изучение особенностей силы трения 5

Лабораторная работа №3 Исследование движения тела под действием постоянной силы 6

Лабораторная работа № 4 Изучение закона сохранения импульса 8

Лабораторная работа № 5 Сравнение работы силы с изменением кинетической энергии тела 9

Лабораторная работа № 6 Сохранение механической энергии при движении тела под действием сил тяжести и упругости 10

Лабораторная работа № 7 Изучение законов сохранения на примере удара шаров и баллистического маятника 11

РАЗДЕЛ 2. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА. ТЕРМОДИНАМИКА

Лабораторная работа № 8 Измерение относительной влажности воздуха 12

Лабораторная работа № 9 Изучение особенностей теплового расширения воды 13

Лабораторная работа № 10 Измерение поверхностного натяжения 15

Лабораторная работа № 11 Наблюдение процесса кристаллизации 16

Лабораторная работа №12 Изучение теплового расширения твердых тел 17

Лабораторная работа № 13 Изучение деформации растяжения 19

РАЗДЕЛ 3. ЭЛЕКТРОДИНАМИКА

Лабораторная работа № 14 Изучение закона Ома для полной цепи 21

Лабораторная работа №15 Определение температуры нити лампы накаливания 22

Лабораторная работа № 16 Изучение закона Ома для участка цепи, последовательного и параллельного соединения проводников 23

Лабораторная работа № 17 Определение коэффициента полезного действия эл.чайника 25

Лабораторная работа № 18 Определение ЭДС и внутреннего сопротивления источника напряжения 26

Лабораторная работа № 19 Наблюдение действия магнитного поля на ток 27

Лабораторная работа № 20 Изучение явления электромагнитной индукции 28

РАЗДЕЛ 4. ОПТИКА

Лабораторная работа № 21 Определение показателя преломления стекла 30

Лабораторная работа № 22 Наблюдение преломления света 31

Лабораторная работа № 23 Наблюдение интерференции и дифракции света 32

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Алгоритм оформления отчета по лабораторной работе 33

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 Техника безопасности при выполнении работ 34

ПРИЛОЖЕНИЕ 3 Критерии оценок лабораторных работ 35

ПРИЛОЖЕНИЕ 4 «Определение цены деления прибора» 36

ПРИЛОЖЕНИЕ 5 Психрометр 37

ПРИЛОЖЕНИЕ 6 Психрометрическая таблица 38

Литература 39

ВВЕДЕНИЕ

Сборник предназначен для организации эффективной работы студентов на лабораторных занятиях по учебной дисциплине «Физика».

В содержание входит 23 лабораторные работы, которые предназначены для студентов по профессии: Сварщик ручной и частично-механизированной сварки (наплавки).

Перечень лабораторных работ указан в соответствии с рабочей программой. Содержание работ охватывает следующие разделы: «Механика», «Молекулярная физика. Термодинамика», «Электродинамика», «Оптика».

Целью лабораторных занятий является: формирование практических умений - профессиональных или учебных (выполнение определенных действий, операций, необходимых в последующей профессиональной или учебной деятельности).

Выполнение студентами лабораторных работ направлено на решение таких задач, как:

1. Обобщение, систематизация, углубление, закрепление полученных теоретических знаний по конкретным темам учебной дисциплины;

2. Формирование умений применять полученные знания на практике, реализация единства интеллектуальной и практической деятельности;

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

В каждой лабораторной работе определена цель и поставлены задачи, выполнение которых должно привести к достижению цели.

Перед выполнением лабораторных и практических работ проводится инструктаж по технике безопасности. Время выполнения работы 45 минут.

После окончания работы каждый обучающийся оформляет отчет по проделанной работе.

В конце сборника приводятся приложения, содержащие необходимые данные для успешного выполнения лабораторной работы и список литературы.

РАЗДЕЛ 1. МЕХАНИКА Лабораторная работа №1

Определение жесткости пружины

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

Оборудование: штатив с муфтой и зажимом, динамометр с заклеенной шкалой, набор грузов известной массы (по 100 г), линейка с миллиметровыми делениями.

Описание работы: Согласно закону Гука, модуль F силы упругости и модуль х удлинения пружины связаны соотношением F = kx. Измерив F и х, можно найти коэффициент жесткости k по формуле коэффициент жесткости пружины.

Ход работы:

1. Закрепите динамометр в штативе на достаточно большой высоте.

2. Подвешивая различное число грузов (от 1-го до 4-х), вычислите для каждого случая соответствующее значение F = mg, а также измерьте соответствующее удлинение пружины х.

3. Результаты измерений и вычислений запишите в таблицу.

№ опыта	m, кг	mg, H	х, м
1	0,1
2	0,2
3	0,3
4	0,4

4. Начертите оси координат х и F, выберите удобный масштаб и нанесите полученные экспериментальные точки.

5. Оцените (качественно) справедливость закона Гука для данной пружины: находятся ли экспериментальные точки вблизи одной прямой, проходящей через начало координат.

6. Запишите сделанный вами вывод.

7. Вычислите коэффициент жесткости по формуле: коэффициент жесткости пружины , используя результаты опыта № 4 (это обеспечивает наибольшую точность).

8. Сделайте вывод о проделанной работе.

Вывод: в результате проделанной работы я научился (научилась) ___________, я узнал (а) _________________. У меня вызвало затруднения (если возникли вопросы).

Дайте ответ на вопрос: какова причина возникновения сил трения?

Лабораторная работа № 2

Изучение особенностей силы трения (скольжения)

Цель работы: научиться измерять силу трения, исследовать зависимость силы трения от веса тела.

Оборудование: направляющая рейка (трибометр), каретка, набор грузов, динамометр.

Ход работы:

1. Для записи результатов измерений подготовьте таблицу:

№ опыта	Вес каретки, Н	Вес груза, Н	Вес каретки с грузом, Н	Сила трения, Н
1.
2.
3.

2. Проведите опыты и измерения с предложенным оборудованием:

1. П одвесьте каретку к динамометру и определите ее вес.

2. Положите перед собой направляющую рейки так, чтобы она расположилась на поверхности стола горизонтально, как показано на рис 1.

3. На направляющую рейки положите каретку и прицепите к ней динамометр. Придерживая одной рукой направляющую рейки, в другую руку возьмите динамометр и потяните за него так, чтобы он и каретка стали бы равномерно перемещаться вдоль рейки. Величина силы, которую при этом покажет динамометр, будет равна величине силы трения между поверхностями рейки и каретки.

4. Занесите в таблицу результаты измерений, полученные в первом опыте.

5. Измерьте вес одного груза.

6. Вычислите и занесите в таблицу общий вес каретки с грузом.

7. Установите груз на верхней поверхности каретки, повторите опыт и занесите в таблицу измеренное значение силы трения.

8. Подвесьте к динамометру два груза и определите их общий вес.

9. Оба груза установите на каретке и определите силу трения для каретки с двумя грузами.

3 . Постройте график зависимости силы трения от веса тела. Как меняется сила трения при изменении веса тела

4. Сделайте вывод о проделанной работе.

Вывод: в результате проделанной работы я научился (научилась)___________, я узнал (а) _________________. У меня вызвало затруднения (если возникли вопросы).

5. Дайте ответ на вопрос: какова причина возникновения сил трения?

Лабораторная работа №3

Исследование движения тела под действием постоянной силы

Цель работы:  выяснить, зависит ли сила трения скольжения от силы нормального давления, определить коэффициент трения дерева по дереву.

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

Ход работы:

1. Определите цену деления шкалы динамометра.

2. Определите массу бруска. Подвесьте брусок к динамометру, показания динамометра - это вес бруска. Для нахождения массы бруска разделите вес на g. Принять g=10 м/с².

2. Положите брусок на горизонтально расположенную деревянную линейку. На брусок поставьте груз 100 г.

3. Прикрепив к бруску динамометр, как можно более равномерно тяните его вдоль линейки. Запишите показания динамометра, это и есть величина силы трения скольжения.

4. Добавьте второй, третий, четвертый грузы, каждый раз измеряя силу трения. С увеличением числа грузов растет сила нормального давления.

5. Результаты измерений занесите в таблицу.

№ 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
2
3
4
5

6.Сделайте вывод: зависит ли сила трения скольжения от силы нормального давления, и если зависит, то как?

7. В каждом опыте рассчитать коэффициент трения по формуле:  . Принять g=10 м/с².

Результаты расчетов занести в таблицу.

8. По результатам измерений постройте график зависимости силы трения от силы нормального давления. При построении графика по результатам опытов экспериментальные точки могут не оказаться на прямой, которая соответствует формуле. Это связано с погрешностями измерения. В этом случае график надо проводить так, чтобы примерно одинаковое число точек оказалось по разные стороны от прямой. После построения графика возьмите точку на прямой (в средней части графика), определите по нему соответствующие этой точке значения силы трения и силы нормального давления и вычислите коэффициент трения . Это и будет средним значением коэффициента трения. Запишите его в таблицу.

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

Контрольные вопросы.

1. Что называется силой трения?

2. Какова природа сил трения?

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

4. Перечислите виды трения.

5. Можно ли считать явление трения вредным? Почему?

Лабораторная работа № 4

Изучение закона сохранения импульса

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

Оборудование: два металлических шарика разной массы, рама для подвеса шариков, измерительная линейка.

Описание работы:

1. Измерьте массы шаров т₁ и т₂ с помощью весов.

2. Укрепите лоток в лапке штатива таким образом, чтобы горизонтальная часть лотка находилась на расстоянии 20 см от поверхности стола. На столе перед лотком положите листы белой бумаги, на них - листы копировальной бумаги.

3. Возьмите шар с большей массой, установите его у верхнего края наклонной части лотка. Отпустите шар и по отметке на листе белой бумаги определите его дальность полета в горизонтальном направлении. Опыт повторите три раза и найдите среднее значение дальности полета l₁₀.

1. Зная высоту края лотка h над столом, вычислите время падения шара, затем горизонтальные составляющие его скорости V₁₀ и импульса р₁₀.

2. У становите на краю горизонтальной части лотка второй шар и осуществите запуск первого шара таким же образом, как в первом опыте. По отметкам на бумаге найдите дальности полетов шаров в горизонтальном направлении после их столкновения. Опыт повторите три раза и найдите средние значения дальности полета первого шара l₁ и дальности полета второго шара l₂ (рис.1).

6. По найденным числовым значениям дальностей полетов l₁ и l₂ вычислите числовые значения скоростей шаров после столкновения V₁ и V₂ и их импульсов р₁ и р₂. Сравните импульс первого шара до столкновения р₁₀ с суммой импульсов двух шаров после столкновения р₁₊ р₂.

7. Заполните 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
2
3

8. Запишите вывод по полученным результатам работы.

9. 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?

Лабораторная работа № 5

Сравнение работы силы с изменением кинетической энергии тела

Цель: сравнить изменение кинетической энергии тела при соскальзывании с наклонной плоскости с работой равнодействующей сил. Сделать вывод о выполнении теоремы о кинетической энергии.

Оборудование: штатив, широкая деревянная линейка, деревянный брусок, линейка, секундомер.

Ход работы.

1. Установите с помощью штатива широкую линейку наклонно, так чтобы брусок соскальзывал по наклонной плоскости.

N

Fтр

h

α

mg 1

α

1. Измерьте линейкой длину l и высоту h наклонной плоскости.

2. Cпустите брусок сверху плоскости. Измерьте с помощью секундомера время соскальзывания t.

3. Скорость тела в конце траектории: , т.к. начальная скорость равна нулю. Чтобы найти ускорение тела, используйте формулу перемещения при равноускоренном движении: .

4. Изменение кинетической энергии тела: , где m – масса тела.

5. Работа равнодействующей сил равна:

коэффициент трения дерева по дереву.

1. Рассчитайте: , результаты округляйте до четырех знаков после запятой.

2. Приравняйте работу равнодействующей сил и изменение кинетической энергии тела: .

3. Массу тела и длину наклонной плоскости можно сократить: . Рассчитайте значения в левой и правой частях равенства, результаты округляйте до десятых.

4. Результаты занесите в таблицу:

   Высота наклонной плоскости h, м	Длина наклонной плоскости l, м	Время соскальзывания тела t, с	, м/с2	, м/с2

5. Сравните значения в двух последних колонках таблицы с точностью до 0,1 м/с².

6. Сделайте вывод.

Лабораторная работа № 6

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

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

П орядок 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. Сделайте вывод.

9. 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?

Лабораторная работа № 7

Изучение законов сохранения на примере удара шаров и баллистического маятника

Цель: экспериментальная проверка закона сохранения импульса при центральном ударе шаров; определение величины потери энергии при центральном неупругом ударе шаров. Оборудование: два металлических шарика разной массы, рама для подвеса шариков, измерительная линейка, фиксатор, штатив с муфтой и лапкой.

Порядок выполнения работы:

1. Установить шары массой щ и щ в положение равновесия.

2. Нажать кнопку 7 «СЕТЬ». При этом включается электромагнит

3. Отклонить шар щ на угол ф₁₀ до касания с электромагнитом 2; шар mj зафиксируется.

4. Нажав кнопку 8 «ПУСК», измерить углы отклонения ф₂ шара щ и ф шара mj после удара.

5. Для выбранного угла ф₁₀ провести измерения углов не менее 7 раз. Результаты измерений углов ф и ф₂ занести в таблицу.

	Массы шаров: щ =			кг; щ =				кг
Угол отклонения ф10 =					длина нитей l =						м.
№ измерения	1	2	3	4		5	6	7		Среднее
ф1
ф2

6. Сделайте вывод.

7. Ответьте на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы:

1. Дайте определения импульса тела и импульса системы тел.

2. Укажите явления, происходящие при упругом ударе твердых тел.

3. Сформулируйте законы сохранения импульса и механической энергии

4. Какой удар называется абсолютно упругим? Абсолютно неупругим? Напишите системы уравнений, решая которую можно найти скорости шаров после абсолютно упругого соударения.

5. Какие законы сохранения выполняются при неупругом соударении?

6. Какой удар тел называется центральным?

7. Как при выполнении данной работы находят скорости шаров до и после удара?

8. Укажите формулу для определения величины необратимых потерь кинетической энергии при неупругом соударении.

РАЗДЕЛ 2. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА. ТЕРМОДИНАМИКА Лабораторная работа № 8

Измерение относительной влажности воздуха

Цель: Научиться определять относительную влажность воздуха с помощью психрометра.

Оборудование: психрометр, стакан с водой, психрометрическая таблица.

Описание работы: Психрометр состоит из двух одинаковых термометров, один из которых обмотан тканью. Если водяной пар в воздухе не насыщен, то вода из ткани будет испаряться и показания «влажного» термометра будут меньше, чем сухого. Чем интенсивнее испаряется вода (т. е. чем менее насыщен воздух водяным паром), тем ниже показания «влажного термометра». По разнице показаний двух термометров можно измерять влажность воздуха. С этой целью составляются так называемые психрометрические таблицы, с помощью которых находят конкретные значения относительной влажности воздуха.

Ход работы:

1. Изучите устройство психрометра (Приложение 5)

2. Сделайте опыт и необходимые измерения:

В начале занятия наливают воду в резервуар термометра, обернутого марлей (см. рисунок).

1. По показаниям сухого термометра измерить температуру воздуха в помещении:

t_сух=___⁰С.

1. По показаниям увлажненного термометра измерить температуру воздуха в помещении:

t_влаж = __⁰С.

3. Сделайте расчеты:

1. Определите разность показаний:t_сух - t_влаж = __⁰С.

2. Пользуясь психрометрической таблицей (Приложение 4) определить относительную влажность воздуха:φ = ____%

3. Сравните полученный результат значения влажности воздуха в кабинете с нормами влажности воздуха в помещении.

4. Сделайте вывод о проделанной работе и ответьте на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы.

1. Какой пар называется насыщенным? Что такое динамическое равновесие; точка росы?

2. Почему показания влажного термометра меньше, чем сухого?

3. Как, зная точку росы, можно определить парциальное давление?

4. Каким может быть предельное значение относительной влажности воздуха?

Лабораторная работа № 9 Изучение особенностей теплового расширения воды

Цель: Изучить особенности теплового расширения воды.

Особенности теплового расширения воды

Как и другие тела, вода расширяется при нагревании и сжимается при охлаждении. Однако по этому свойству она сильно отличается от всех других тел и веществ.

При охлаждении вода сжимается, но при приближении к температуре +4°С ее сжатие замедляется, а затем и останавливается. При температуре +4°С сжатие воды сменяется расширением, которое происходит до температуры ее замерзания. Превращаясь в лед, вода расширяется еще сильнее. Следовательно, вода при температуре +4°С имеет наибольшую плотность, а затем при дальнейшем охлаждении плотность ее уменьшается. Самая низкая плотность воды бывает при 0°С, то есть при превращении ее в лед. Вода при наибольшей плотности (4°С) самая тяжелая.

П ричина такого поведения заключается в особенностях строения молекулы воды и ее кристаллизации.У огромного количества веществ частицы в кристаллическом состоянии упакованы плотнее, чем в жидком состоянии (расплаве). Поэтому плотностъ кристалла больше плотности расплава и кристалл утонет в своем расплаве. В этом легко убедиться, расплавив свинец, олово или цинк и бросив в него кусочек этого же вещества; он обязательно утонет.

Лед же плавает на поверхности воды, значит, его плотностъ меньше плотности воды. Точно так же ведут себя чугун, висмут, галлий.

Кристалл льда имеет довольно рыхлую структуру

(см. рисунок структуры льда); в нем имеются большие дыры. При плавлении льда вещество уплотняется.

Плотность воды при 0°С и нормальном давлении больше плотности льда при этих же условиях: ρ_льда = 920 кг/м³, ρ_воды = 999,84 кг/м³. С оответственно объем 1 кг льда равен 1,0869 л, объем 1 кг воды при 0°С равен 1,00016 л.

 Следует отметить, что при плавлении льда не происходит сразу полного разрушения кристаллической решетки. Разрывается лишь небольшое число связей между молекулами; при 0°С число таких разрушенных связей составляет около 15%. Остальные молекулы сохраняют кристаллоподобную структуру внутри небольших областей. Освободившиеся молекулы воды частично заполняют пустоты в сохраняющейся структуре льда, что приводит к уменьшению объема вещества и соответственно к росту плотности. При повышении температуры возрастает число разорванных связей и все больше пустот заполняется молекулами воды. Поэтому при нагревании воды от 0°С до 4°С она не расширяется, а сжимается, и ее плотность растет: при 4°С она равна 999,973 кг/м³. И только при более высоких температурах плотность воды начинает уменьшаться, а ее объем — возрастать. На рисунке  изображена зависимость объема (в литрах) одного килограмма воды от температуры.
Особенность теплового расширения воды имеет большое значение в природе. Благодаря тому что вода при температуре +4°С наиболее тяжелая, с наступлением холодных дней, охлаждаясь до этой температуры, она опускается в глубину водоема, а более теплая вода поднимается вверх, где охлаждается и вновь опускается вниз. Перемешивание воды (конвекция) происходит до тех пор, пока температура всей воды в водоеме не понизится до +4°С.

Д алее вода в поверхностном слое охлаждается до +3°С, +1°С, но при этой температуре она имеет меньшую плотность и не опускается вниз. Затем самый верхний слой воды, охлаждаясь, превращается в лед, плотность которого меньше плотности воды (см. рис.) Водоем зимой. Если бы вода сжималась при охлаждении так же, как и другие тела, то самой тяжелой была бы вода при температуре около 0°С, а лед был бы тяжелее воды. Образуясь зимой на поверхности водоема, тяжелый лед опускался бы на дно и в первые же месяцы зимы все водоемы были бы полностью заполнены им. Жизнь в водоемах стала бы невозможной.

Подземные воды, не соприкасающиеся с морозным воздухом, не замерзают. Поэтому ключи и родники зимой сдерживают снижение температуры в наземных водоемах.

Таким образом, благодаря особенностям теплового расширения воды температура ее в верхних слоях водоемов не бывает ниже +1°С, а в глубоких слоях — ниже +4°С. Поэтому в течение длинной зимы в водоемах подо льдом многие их обитатели продолжают активную жизнь, а рыболовы любители имеют возможность заниматься зимней рыбалкой.
Сделайте вывод о проделанной работе и ответьте на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы:

1. Объясните тепловое расширение тел с точки зрения молекулярно-кинетической теории.

2. Что называется температурным коэффициентом объемного расширения?

3. Объясните особенности теплового расширения воды.

4. Почему вода при температуре +4°С имеет наибольшую плотность?

5. Почему вода в водоемах зимой не промерзает до дна?

6. Каково значение особенностей теплового расширения воды в жизни организмов, живущих в водоемах?

Лабораторная работа № 10

Измерение поверхностного натяжения

Цель: определить коэффициент поверхностного натяжения воды методом отрыва капель.

Оборудование: сосуд с водой, шприц, сосуд для сбора капель.

Ход работы:

1. Начертите таблицу:

№ опыта	Масса капель m, кг	Число капель n	Диаметр канала шприца d, м	Поверхностное натяжение σ, Н/м	Среднее значение поверхностного натяжения σср, Н/м	Табличное значение поверхностного натяжения σтаб, Н/м	Относительная погрешность δ %
1			2*10-3			0,072
2			2*10-3
3			2*10-3

2. Наберите в шприц 1 мл воды («один кубик»).

3. Рассчитайте массу 1 мл воды m=ρ·V Результат занесите в таблицу

4. Подставьте под шприц сосуд для сбора воды и, плавно нажимая на поршень шприца, добейтесь медленного отрывания капель. Подсчитайте количество капель в 1 мл и результат запишите в таблицу.

5 . Вычислите поверхностное натяжение по формуле

Результат запишите в таблицу. 

6. Повторите опыт с 2 мл и 3 мл воды.

7 . Найдите среднее значение поверхностного натяжения

Результат запишите в таблицу.

8. Сравните полученный результат с табличным значением поверхностного натяжения с учетом температуры.

9. Определите относительную погрешность методом оценки результатов измерений.

 

Результат запишите в таблицу.

Сделайте вывод о проделанной работе и ответьте на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы:

1. Как возникают силы поверхностного натяжения?

2. Почему поверхностное натяжение зависит от рода жидкости?

3. Физический смысл коэффициента поверхностного натяжения.

4. Единицы измерения коэффициента поверхностного натяжения.

5. Почему и как зависит поверхностное натяжение от температуры?

6. Изменится ли результат вычисления поверхностного натяжения, если опыт проводить в другом месте Земли?

7. Изменится ли результат вычисления, если диаметр капель трубки будет меньше?

8. Приведите примеры проявления силы поверхностного натяжения.

9. Объясните явления смачивания.

Лабораторная работа № 11

Наблюдение процесса кристаллизации

Цель: научиться создавать кристаллы, пронаблюдать за ростом кристалла

Ход работы:

1. Тщательно вымойте стакан и воронку, подержите их над паром.

2. Налейте 100, г дистиллированной (или дважды прокипяченной) воды в стакан и нагрейте её до 30°С-40°С. Используя кривую растворимости, приведенную на рисунке 1, определите массу соли, необходимую для приготовления насыщенного раствора при 30°С.

П риготовьте насыщенный раствор и слейте его через ватный фильтр в чистый стакан. Закройте стакан крышкой или листком бумаги. Подождите, пока раствор остынет до комнатной температуры. Откройте стакан. Через некоторое время начнут выпадать первые кристаллы.

3. Через сутки слейте раствор через ватный фильтр в чистый, вновь вымытый и попаренный стакан. Среди множества кристаллов, оставшихся на дне первого стакана, выберите самый чистый кристалл правильной формы. Прикрепите кристалл-затравку к волосу или леске и опустите его в раствор. Волос или леску предварительно протрите ватой, смоченной спиртом. Можно также положить кристалл-затравку на дно стакана перед запивкой в него раствора. Поставьте стакан в теплое чистое место. В течение нескольких суток или недель не трогайте кристалл и не переставляйте стакан. В конце срока выращивания выньте кристалл из раствора, тщательно осушите бумажной салфеткой и уложите в специальную коробку. Руками кристалл не трогайте, иначе он потеряет прозрачность.

В домашних условиях проведите опыты.

Опыт 1. Выращивание кристалла из медного купороса.

Опыт 2. Выращивание кристалла из поваренной соли.

Сделайте вывод о проделанной работе и ответьте на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы:

1. Что может служить центром кристаллизации?

2. Чем объясняется неодинаковая скорость роста различных граней одного и того
же кристалла?

3. Каким способом можно насыщенный раствор сделать пересыщенным без
добавления растворенного вещества?

4. Зачем раствор фильтровался?

Лабораторная работа № 12

Изучение теплового расширения твердых тел

Цель работы: изучить тепловое расширение твердых тел.

Теоретические сведения

При нагревании или охлаждении изменяются размеры тел, т.е. происходит тепловое расширение. Причиной расширения твердых и жидких тел при нагревании является возрастание амплитуды тепловых колебаний атомов. При абсолютном нуле температуры атомы твердого тела располагаются в определенных положениях равновесия в пространстве. Потенциальную энергию атомов в этих положениях равновесия условно считают равной нулю. С ростом температуры атомы начинают колебаться около своих положений равновесия. При колебаниях атома происходит непрерывный переход его кинетической энергии в потенциальную и обратно.

К оличественно тепловое расширение характеризуется изобарным коэффициентом расширения

где V – объем твердого, жидкого или газообразного тела,

Т – его абсолютная температура.

При равномерно однородных расширении

где V₁ и V₂ – объемы тела при температурах Т₁ и Т₂ соответственно.

При нагревании или охлаждении изменяются все размеры тел. Однако в некоторых случаях важно знать величину расширения только в одном направлении, либо изменением поперечных размеров можно пренебречь, как например, при нагревании проволоки и стержней. В связи с этим говорят о линейном расширении(сжатии) твердых тел.

Длина тела при нагревании изменяется пропорционально изменению его температуры:

г де  длина тела при температуре Т - первоначальная длина тела

-t₁ – изменение температуры тела при нагревании - коэффициент линейного расширения.

О бычно зависимость длины от температуры нагревания записывают в виде:

И зменение длины тела при нагревании  - называется абсолютным удлинением. Абсолютное удлинение показывает на сколько изменилась длина тела при изменении температуры.

О тносительное удлинение  показывает какую часть от первоначальной длины составляет абсолютное удлинение

О тносительное удлинение обычно измеряют в процентах, тогда оно показывает сколько процентов составляет абсолютное удлинение от первоначальной длины

Для количественной оценки способности тела расширяться при нагревании вводят понятие коэффициента линейного расширения :

Коэффициентом линейного расширения какого-либо тела, называется относительное удлинение какого-либо размера тела, находящегося при 0⁰С, при изменение его температуры на 1⁰С (1К). Коэффициент показывает, на какую часть удлиняется каждая единица длины тела находящегося при 0⁰С, при изменении его температуры на 1⁰С. Коэффициент линейного расширения зависит от вещества и для большинства тел имеет порядок величины 10⁵-10⁶. Коэффициент линейного расширения в пределах температурного интервала от 0⁰С до 100⁰С слабо зависит от температуры. Поэтому в формуле (3) вместоl можно брать длину l при комнатной температуре тогда  .

При температурах ниже 0⁰С и выше 100⁰С начинает сильно зависеть от температуры. Значение для различных температур указывают в справочных таблицах. Для большинства вещества  меньше 0, но существуют исключения. Например, вода при нагревании от 0⁰С до 4⁰С при атмосферном давлении сжимается.

Зависимость от температуры наиболее заметна у газов. Для идеального газа коэффициент линейного расширения обратно пропорционален температуре. У жидкостей температурная зависимость проявляется слабее. У некоторых веществ в твердом состоянии коэффициент мал и практически постоянен в широком интервале температур. При стремлении температуры к нулю, стремится к нулю.

В общем случае анизотропных тел Различие или равенство линейных коэффициентов теплового расширения вдоль кристаллических осей х, у,z определяется симметрией кристалла. Например, для кристаллов кубической системы так же как и для изотропных тел  . Изотропными называются вещества, у которых свойства (в частности тепловые, одинаковы по всем направлениям). Для анизотропных веществ коэффициент объемного расширения β связан с коэффициентом линейного расширения α: . Для изотропных веществ:  .

Экспериментальное определение и осуществляется методами динамометрии. Тепловое расширение тел учитывается при конструировании всех установок, приборов и машин, работающих в переменных температурных условиях.

Часто применяют следующие методы при измерении температурных коэффициентов и :

- метод непосредственного измерения длины твердого тела при повышении температуры. Этот метод позволяет определить коэффициент;

- интерференционный метод позволяет очень точно определить изменение длины тела при нагревании, а следовательно и коэффициент;

- метод динамометра, служит для определения коэффициента у тел неправильной формы;

- весовой метод в котором определяют плотность твердого тела при различных температурах с целью нахождения коэффициента.

Сделайте вывод о проделанной работе и ответьте на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы:

1. Что называется тепловым расширением тел и как оно объясняется?

2. Дайте определение абсолютного, относительного удлинения тел.

3. Дайте определение коэффициентов линейного и объемного расширения.

4. Как зависит размер стержня от температуры?

5. От чего зависит коэффициент линейного расширения α?

6. Как определить длину и объем нагретого тела?

7. Каким соотношением связаны между собой коэффициенты линейного и объемного расширения в изотропных и анизотропных веществах?

8. Какие существуют методы измерения температурных коэффициентов?

Лабораторная работа № 13

Изучение деформации растяжения

Цель работы: изучения теоретических основ теории деформации тел, измерение модуля Юнга при деформации изгиба балки.

Оборудование: штатив с муфтой и зажимом, динамометр с заклеенной шкалой, линейка с миллиметровыми делениями.

Описание лабораторной установки

У становка состоит из основания с двумя стойками, на верхних концах которых имеются кольцевые стальные опорные призмы. На ребрах этих призм помещается испытуемая балка. В её середине закреплено кольцо, к которому подвешиваются грузы, массой по 100 г. Добавляя количество подвешенных грузов, увеличивают изгибающую силу, действующую на балку. Стрела прогиба измеряется индикатором, часового типа, который укреплен на специальной стойке. Большая шкала индикатора поворачивается при повороте корпуса прибора, что дает возможность установить нуль большой шкалы против большой стрелки индикатора. Малая шкала и малая стрелка служит для определения числа оборотов, совершаемых большой стрелкой индикатора. Цена деления индикатора равна 0,01 мм/дел. Для измерения модуля Юнга необходимо прибор настроить, т.е. добиться такого, чтобы величина стрелы прогиба изменялась пропорционально изменению величины изгибающей силы. Например, если одна гиря отклонит стрелку индикатора, например, на 20 делений, то две такие гири должны отклонять стрелку индикатора примерно на 40 деления, три гири - на 60 делений. Если же прибор не настроен, то пропорциональность между величиной стрелы прогиба и величиной изгибающей силы нарушится, а поэтому модуль Юнга будет определен не точно. Для настройки необходимо при помощи зажимного винта закрепить индикатор на такой высоте, чтобы малая стрелка указывала деление «0» или около него. При дальнейшей настройке индикатора проверьте, какова зависимость величины стрелы прогиба от величины изгибающей силы. Для этого к кольцу балки необходимо цеплять последовательно грузы (один, два, три). Если между показаниями стрелки индикатора и весом гирь нет примерно линейной зависимости, то необходимо несколько поднять или опустить шпиндель индикатора. После этого снова проверьте зависимость между показаниями стрелки индикатора и весом грузов.

Ход работы:

1. Масштабной линейкой измерьте расстояние L между кольцевыми опорными призмами.

2. Штангенциркулем измерьте толщину и ширину балки. Результаты запишите в протокол.

3. Брус на опорах расположите так, чтобы кольцо для подвешиваемых грузов было посередине.

4. Настройте прибор. Нужно повернуть корпус шкалы индикатора так, чтобы ноль оказался против стрелки (или около того). Записать в таблицу начальные показания индикатора.

5. Нагрузите подвес одной гирей (вес её 0,1 кг). Показания стрелки индикатора записать в табл. 1 (нагрузка).

6. Проделать подобные измерения при 2-х, 3-х и т.д. гирях на подвесе, занося значения в ту же колонку.

Затем балку нужно постепенно разгружать, снимая с нее по одному грузу. Показания стрелки индикатора занести в табл. 1

Масса груза, m (кг)	Показания индикатора при нагрузке	Показания индикатора при разгрузке	Стрела прогиба X	Модуль Юнга, (Н/мм2)
0	П0 =	k0 =	X0=
0,1	П1 =	k1 =	X1=
0,2	П2 =	k2 =	X2=
0,3	Пз =	Kз =	X3=
0,4	П4 =	k4 = п4	X4=

7. Сделайте вывод о проделанной работе и ответьте на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы:

1. Что называется деформацией? Какие виды деформации существуют?

2. По какому признаку тела делятся на упругие и неупругие? Каковы особенности действия сил, возникающих внутри тел при упругих и пластических деформациях?

3. Какие основные виды деформации можно выделить, и что они собой представляют?

4. Каким условиям удовлетворяют упругие деформации?

5. Что называется усилием и напряжением?

6. Что такое абсолютная и относительная деформация?

7. Сформулируйте закон Гука для деформации одностороннего растяжения или сжатия.

8. Каков физический смысл модуля Юнга и в каких единицах он измеряется в СИ?

9. Что такое коэффициент Пуассона?

10. Что такое пределы пропорциональности, текучести и прочности?

11. Опишите деформацию сдвига. Какими параметрами она характеризуется?

12. Запишите закон Гука для деформации сдвига.

13. Какая связь существует между модулем Юнга и модулем упругости при сдвиге?

14. Что такое изгиб, каким параметром он характеризуется, через какие элементарные деформации он выражается?

15. Запишите формулу связывающую модуль Юнга со стрелой прогиба.

РАЗДЕЛ 3. ЭЛЕКТРОДИНАМИКА Лабораторная работа № 14 Изучение закона Ома для полной цепи

Цель работы: измерить ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока

Оборудование: источник питания; проволочный резистор сопротивлением 2 Ом; амперметр; ключ; вольтметр; соединительные провода.

Порядок выполнения работы

1. Соберите электрическую цепь

2. Измерьте вольтметром ЭДС источника тока при разомкнутом ключе К:

3. Запишите класс точности вольтметра к_v и предел измерения его шкалы U_max.

4. Найдите абсолютную погрешность измерения ЭДС источника тока:

5. Запишите окончательный результат измерения ЭДС источника тока.

6. Отключите вольтметр. Замкните ключ К. Измерьте амперметром силу тока I в цепи.

7. Запишите класс точности амперметра к_а и предел измерения I_max его шкалы.

8. Рассчитайте внутреннее сопротивление r источника тока по формуле (3).

9. Найдите абсолютную погрешность измерения силы тока : ΔI =I_max·к_а/100

1 0. Оцените абсолютную погрешность ΔR, учитывая , что сопротивление R резистора известно с относительной погрешностью ε = 3%, т. е.

ΔR=Rε,

1 1. Найдите абсолютную погрешность Δr измерения внутреннего сопротивления источника тока:

12. Запишите окончательный результат измерения внутреннего сопротивления источника тока. r = r_расч± Δr

13 Заполните таблицу

	кv	Umax.		I	ка	Imax	ΔI	ΔR	Δr

Сделайте вывод о проделанной работе и ответьте на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы:

1. К источнику ЭДС подключен резистор переменного сопротивления. Как изменится сила тока в цепи, если сопротивление будет плавно увеличиваться?

2. К источнику ЭДС 5В и внутренним сопротивлением 0,1 Ом подключен резистор сопротивлением 2,4 Ом. Чему равна сила тока в цепи и напряжение на резисторе?

3. Как изменятся сила тока и напряжение на резисторе, обсуждаемом в задаче 2, если сопротивление резистора уменьшить?

Лабораторная работа №15

Определение температуры нити лампы накаливания

Цель работы: овладеть одним из косвенных методов определения температуры нити лампы накаливания.

Оборудование: источник постоянного напряжения; амперметр; вольтметр; реостат; соединительные провода.

Порядок выполнения работы

1. Соберите электрическую цепь, состоящую из источника напряжения, лампы накаливания, амперметра, вольтметра (для измерения силы тока и напряжения на лампе) и соединительных проводов.

2. Найдите "холодное" сопротивление лампы R₀, подав на её зажимы минимально возможное напряжение и поделив его на силу тока в цепи.

3 . Найдите сопротивление лампы в режиме горения:

4. Рассчитайте температуру нити накала по формуле.

5. Заполните таблицу:

Напряжение в холодном состоянии U0, В	Сила тока в холодном состоянии I0, А	Сопротивление нити накала в холодном состоянии R0, Ом	Напряжение в нагретом состоянии U, В	Сила тока в нагретом состоянии I, А	Сопротивление нити накала в нагретом состоянии R, Ом	Термический коэффициент сопротивления , 0С-1.	Температура накала нити t, 0С

Сделайте вывод о проделанной работе и ответьте на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы:

1. Формула зависимости сопротивления металлического проводника от температуры имеет вид: R(t) = R₀(1+αΔt), где R₀ - сопротивление проводника при t=0⁰С. Что позволяет использовать в работе в качестве R₀ сопротивление нити при комнатной температуре?

2. Какими двумя способами можно оценить сопротивление нити лампы в режиме горения?

3. От каких еще величин (кроме температуры) зависит сопротивление металлического проводника? Каков характер этой зависимости?

Лабораторная работа № 16

Изучение закона Ома для участка цепи, последовательного и параллельного соединения проводников

Опыт 1. Определите сопротивление проводника с помощью амперметра и вольтметра.

Цель работы: определить сопротивление проводника на основе закона Ома.

О борудование: батарея (аккумулятор), резисторы, амперметр, вольтметр, реостат, ключ, соединительные провода.

Порядок выполнения работы:

1.Соберите цепь, соединив последовательно батарею, амперметр,

исследуемый проводник (резистор), ключ.

2.Измерьте силу тока в цепи.

3.Присоедините вольтметр к концам исследуемого проводника и измерьте напряжение на

резисторе.

4.Измените с помощью реостата сопротивление цепи и снова измерьте силу тока и напряжение.

5. Результаты измерений занесите в таблицу.

№ опыта	I, А	U, В	R, Ом	Rср, Ом

6.Вычислите, используя закон Ома, сопротивление проводника по данным каждого отдельного измерения. Найдите среднее значение сопротивления проводника.

Опыт 2. Изучите последовательное соединение проводников.

Цель работы: выяснить законы последовательного соединения проводников.

О борудование: батарея (аккумулятор), 2 резистора, амперметр, вольтметр, реостат, ключ, соединительные провода.

Порядок выполнения работы:

1.Соберите цепь, состоящую из источника тока, реостата,

двух резисторов, амперметра, ключа, соединив все последовательно.

2.Измерьте с помощью вольтметра напряжение U на всем участке

цепи, состоящем из двух проводников, на отдельных проводниках

U₁, U₂ и силу тока в цепи I.

3.Вычислите по результатам измерений сопротивление всего участка  и отдельных проводников и  .

4.Занесите результаты измерений и вычислений в таблицу.

U, В	I, А	R, Ом	U1, В	R1, Ом	U2, В	R2, Ом

5.Сравните сопротивление всего участка цепи R с суммой сопротивлений двух проводников R₁+ R₂. Сделайте вывод.

6.Сравните напряжение на участке двух проводников U с суммой напряжений U₁+ U₂ на концах отдельных проводников. Сделайте вывод.

Опыт 3. Изучите параллельное соединение проводников.

Цель работы: выяснить законы параллельного соединения проводников.

Оборудование: батарея (аккумулятор), 2 резистора, амперметр, вольтметр, реостат, ключ, соединительные провода.

Порядок выполнения работы:

1. Соберите цепь по схеме, изображенной на рис.

2.Измерьте напряжение U на концах проводников,

соединенных параллельно.

3.Измерьте, включая амперметр поочередно в основную

цепь и в ветви, силу тока в основной цепи I и в ветвях I₁, I₂.

Результаты измерений запишите в таблицу.

U,В	I,А	I1,А	I2,А	R,Ом	R1,Ом	R2,Ом

4.С помощью полученных данных вычислите сопротивление всего участка  и отдельных ветвей R₁= , R₂= .

5.Сравните сумму сил токов I_{1 +} I₂ в отдельных проводниках с силой тока I в основной цепи. Сделайте вывод.

6.Проверьте, подтверждается ли опытным путем формула.

Контрольные вопросы:

1.Кисточнику напряжения подключены последовательно два резистора сопротивлениями 4 и 6 Ом соответственно. Чему будет равно общее сопротивление участка цепи? Во сколько раз будут различаться сила тока и напряжение на каждом из резисторов?

2. К источнику напряжения подключены параллельно два резистора сопротивлениями 2 и 3 Ом соответственно. Во сколько раз будут отличаться сила тока и напряжение на каждом из резисторов? Чему будет равно общее сопротивление участка цепи?

3.Резистор сопротивлением 10 Ом подключен к источнику напряжения. Во сколько раз изменится общее сопротивление, если параллельно подключить еще четыре резистора сопротивлением 10 Ом каждый?

Лабораторная работа № 17

Определение коэффициента полезного действия электрочайника

Цель работы: научиться находить коэффициент полезного действия электрического устройства по результатам эксперимента.

Оборудование: электрический чайник; термометр; часы (секундомер); мензурка.

Порядок выполнения работы:

1. Налейте в чайник некоторый объем воды, например 0,5 л, воспользовавшись для этого мензуркой.

2. Измерьте термометром начальную температуру воды t₁ .

3. Включите чайник и нагрейте в нем воду в течение некоторого времени Δt (около 2-3 мин). Измерьте конечную температуру воды t₂.

4. Повторите эту процедуру еще раз.

5. Заполните таблицу и найдите коэффициент полезного действия η.

№	Объем воды в чайнике, м3.	Плотность воды ρ, кг/м3	Масса воды m, кг	Начальная температура воды t1, 0С	Конечная температура воды t2, 0С.	Время нагрева Δt, с	КПД η

6. Сделайте вывод о проделанной работе и ответьте на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы:

1. Как вы думаете, увеличится или уменьшится КПД, определенный описанным способом для электрической плитки, на которой нагревается стакан с водой? Что еще необходимо учесть для данного опыта в формуле для нахождения КПД, аналогичной (1)?

2. Как изменится КПД, определенный описанным в работе методом, если увеличить мощность нагревательного прибора?

3. Изменится ли КПД, определенный указанным в работе методом, если увеличить массу нагреваемой воды?

Лабораторная работа № 18

Определение ЭДС и внутреннего сопротивления источника напряжения

Цель работы: научиться вычислять электродвижущую силу и внутреннее сопротивление источника напряжения посредством измерения силы тока и напряжения при различных положениях движка реостата.

Оборудование: источник постоянного напряжения; амперметр; вольтметр; реостат; соединительные провода

Ход работы:

1. Собрали электрическую цепь, схема которой показана на рис.

Снимем необходимые показания приборов и запишем в таблицу.

I_1’ , U₁ – из первого опыта

I₂ , U₂- из второго опыта

I1’ A	U1, B	I2, A	U2, B	r, Ом	расч	изм

2. Рассчитаем по выведенным формулам : и r:

3. Измерим ЭДС источника с помочью вольтметра (опыт 3 ): _изм = .

Таким образом, измеренная ЭДС и рассчитанная в предыдущем задании ЭДС совпадают по значению с точностью до погрешности

4. Сделайте вывод о проделанной работе и ответьте на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы:

1. Дайте определение ЭДС источника. Запишите формулу, ему соответствующую. В каких единицах измеряется ЭДС?

2. Запишите закон Ома для полной цепи. Объясните смысл входящих в него величин

3. К источнику ЭДС подключен реостат. Флажок реостата передвигается так, что сопротивление уменьшается. Что произойдет при этом с показаниями включенного в цепь амперметра и показаниями вольтметра, измеряющего напряжение на клеммах источника? Изменяется ли ЭДС источника и его внутреннее сопротивление?

Лабораторная работа № 19

Наблюдение действия магнитного поля на ток

Цель: убедиться в том, что однородное магнит­ное поле оказывает на проводник с током ориентирующее действие.

Оборудование: штатив с муфтой и лапкой, источник тока, проволочный моток, дугообразный магнит, ключ, соединительные провода.

Х од работы:

1. Соберите установку, показанную на рисунке.

2. Сделайте опыты и опишите свои наблюдения с пояснительными рисунками:

а) Поднеся к проволочному мотку магнит южным полюсом, замкните цепь. Опишите характер магнитного взаимодействия мотка и магнита.

б ) Поднесите к мотку магнит другим полюсом. Как изменился характер взаимодействия мотка и магнита? Сделайте чертеж и пояснения о характере взаимодействия.

в )Повторите опыт 1, изменив направление тока в проводнике (поменяйте местами провода на клеммах источника тока). Сделайте чертёж и пояснения о характере взаимодействия.

г) Расположите проволочный моток между полюсами магнита так, как это показано на рисунке. Замкнув цепь, опишите наблюдаемое явление.

1. Сделайте вывод о проделанной работе.

Вывод: в результате проделанной работы я научился (научилась)_________, я узнал (а) _________________. У меня вызвало затруднения (если возникли вопросы).

1. Дайте ответ на вопрос: назовите учёного и дату, когда впервые было обнаружено действие магнитного поля на проводник с током.

Лабораторная работа № 20

Изучение явления электромагнитной индукции

Цель: убедиться в выполнении закона электромагнитной индукции и правила Ленца.

Оборудование: миллиамперметр, источник тока, две катушки с сердечниками, ключ, соединительные провода, магнитная стрелка, цветные карандаши.

Х од работы:

1. Соберите электрическую цепь, соединив клеммы миллиамперметра и катушки.

2. Подготовьте в тетради таблицу для записи результатов наблюдений:

№ опыта	Схема опыта	Вывод из опыта
1
2
3
4

3. Сделайте опыты и запишите свои наблюдения в таблицу:

Опыт №1

1. Вводите магнит северным полюсом внутрь катушки, наблюдая одновременно за стрелкой миллиамперметра. Изменяйте скорость магнита. Что наблюдаете при этом?

2. Зарисуйте схему этого опыта в таблицу, указав направление тока в цепи (с помощью правила Ленца).

Опыт №2

1. Повторите опыт №1, выдвигая магнит северным полюсом из катушки.

2. Зарисуйте схему этого опыта в таблицу, указав направление тока в цепи (с помощью правила Ленца).

Опыт №3

1. Вводите магнит южным полюсом внутрь катушки, наблюдая одновременно за стрелкой миллиамперметра. Изменяйте скорость магнита. Что наблюдаете при этом?

2. Зарисуйте схему этого опыта в таблицу, указав направление тока в цепи (с помощью правила Ленца).

Опыт №4

а) Повторите опыт №3, выдвигая магнит южным полюсом из катушки.

б) Зарисуйте схему этого опыта в таблицу, указав направление тока в цепи (с помощью правила Ленца).

4. Сделайте вывод о проделанной работе.

5. Дайте ответ на вопрос: в катушку вдвигают магнит один раз быстро, другой раз медленно. Одинаковый ли заряд переносится при этом по катушке?

РАЗДЕЛ 4. ОПТИКА

Лабораторная работа № 21

Определение показателя преломления стекла

Цель работы: вычислить показатель преломления стекла.

Оборудование: стеклянная пластинка с двумя плоскопараллельными гранями, 4 булавки, линейка, карандаш, транспортир, таблица Брадиса.

Х од работы:

1. Сделайте опыт:

1. Стеклянную пластинку плашмя положите на лист бумаги, обведите ее контур.

2. С одной стороны стекла наколите две булавки так, чтобы прямая, проведенная через них, не была перпендикулярна одной из параллельных граней пластинки.

3. С

   рис. 2

   другой стороны пластинки вколите еще две булавки так, чтобы смотря вдоль всех булавок через стекло, видеть их расположенными на одной прямой.

4. Снимите стекло и булавки, отметьте, места наколов точками - 1,2,3,4 и проведите через них линии до пересечения с границами стекла. Проведите через точки 2 и 3 перпендикуляры к преломляющим поверхностям.

2. Сделайте необходимые измерения:

1. Измерьте с помощью транспортира угол падения и угол преломления

2. Определите синусы измеренных углов.

3. Сделайте расчёты: вычислите показатель преломления n стекла по формуле: n =

4. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу:

№ опыта		sin		sin	n
1

5. Сделайте вывод о проделанной работе.

Вывод: в результате проделанной работы я научился (научилась)_________, я узнал (а) _________________. У меня вызвало затруднения (если возникли вопросы).

1. Дайте ответ на вопрос: что происходит при переходе луча в оптически менее плотную среду с углом преломления?

Лабораторная работа № 22

Наблюдение преломления света

Цель работы: наблюдение преломления света на границе раздела сред воздух — стекло, а также измерение показателя преломления стекла.

Оборудование: источник электропитания, лампа, ключ, соединительные провода, экран со щелью, плоскопараллельная стеклянная пластина в форме трапеции, лист бумаги, линейка и карандаш.

Ход работы:

1. Установите источник света на столе. В окно прибора вставьте рамку со щелью так, чтобы щель располагалась вертикально.

2 . Соберите электрическую цепь, присоединив лампочку к источнику постоянного тока через выключатель. Замкните цепь и получите яркую, тонкую полосу света на бумаге — световой луч.

3. Наблюдайте явление преломления света при различных углах паления, а затем зафиксируйте ход лучей.

4. Выполните построения в соответствии с рисунком и измерьте длины отрезков АЕ и DC Результаты измерений занесите в таблицу.

5. По формуле рассчитайте значение показателя преломления стекла и занесите его в таблицу.

6. Проделайте данный эксперимент еще не менее двух раз, меняя угол падения луча на пластинку, не забывая заносить все полученные данные в таблицу.

№ опыта	Измерено		Вычислено
	АЕ, мм	DС, мм	n	∆ АЕ, мм	∆ DС, мм	Εn, %	∆n

7 . После проделанной работы рассчитайте абсолютные погрешности измерения отрезков.

8. Далее вычислите относительную и абсолютную погрешности измерения показателя преломления стекла.

9 . Сравните результаты, полученные по формулам, и сделайте вывод о зависимости или независимости показателя преломления от угла падения светового луча.

Контрольные вопросы:

1. От чего зависит показатель преломления вещества?

2. В чем заключается явление полного отражения света на границе раздела двух сред?

3. Запишите формулу для вычисления скорости света в веществе с показателем преломления n.

Лабораторная работа № 23

Наблюдение интерференции и дифракции света

Цель работы: научиться наблюдать явления интерференции и дифракции на практике.

Оборудование: две стеклянные пластины, лоскуты капроновые, дифракционная решётка, лазерный диск, источник света.

Ход работы:

1. Проведите опыты по наблюдению интерференции света, опишите и зарисуйте ваши наблюдения.

1. С теклянные пластины тщательно протереть, сложив вместе и сжать пальцами.

2. Рассмотреть пластины в отраженном свете на темном фоне (располагать их надо так, чтобы на поверхности стекла образовывались слишком яркие блики от окон или от белых стен).

3. ( 1б) В отдельных местах соприкосновения пластин наблюдать яркие радужные кольцеобразные или неправильной формы полосы.

4. Заметить изменения формы и расположения полученных интерференционных полос с изменением нажима.

5. Попытаться увидеть интерференционную картину в проходящем свете.

2. Проведите опыты по наблюдению дифракции света.

1. Капроновая ткань.

1. Посмотрите через капроновый лоскут на нить горящей лампы.Опишите наблюдаемую картину («Дифракционный крест»).

2. Сделайте рисунок в тетради.

1. Дифракционная решетка.

1. Посмотрите через решетку на источник света (в проходящем или отраженном свете). Опишите наблюдаемую картину.

2. Сделайте рисунок в тетради.

№3. Лазерный диск.

1. Посмотрите на диск в отражённом свете. Опишите наблюдаемую картину.

2. Сделайте рисунок в тетради.

3. Сделайте вывод о проделанной работе.

Вывод: в результате проделанной работы я научился (научилась)_________, я узнал (а) _________________. У меня вызвало затруднения (если возникли вопросы).

4. Дайте ответ на вопрос: почему в местах соприкосновения пластин наблюдаются яркие радужные кольцеобразные или неправильной формы полосы?

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Алгоритм оформления отчета по лабораторной работе

1. Дата, название и номер работы;

2. Цель работы;

3. Перечень оборудования;

4. Схема или зарисовка оборудования;

5. Порядок выполнения работы;

6. Запись цены деления шкалы измерительного прибора;

7. Необходимые расчеты;

8. Вывод о проделанной работе.

9. Письменный ответ на контрольные вопросы.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

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 обучающимся 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 обучающиеся, 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 преподавателя.

- Не оставляйте рабочего места без разрешения преподавателя.

- Располагайте приборы, материалы, оборудование на рабочем месте в порядке, указанном преподавателем.

- 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.

Ознакомление с приборами, сборка схем

Приступая к лабораторным работам, необходимо:

- получить у преподавателя приборы, требуемые для выполнения работы;

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

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

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

Проведение опыта и измерений

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

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

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

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.

ПРИЛОЖЕНИЕ 4 «Определение цены деления прибора»

Точность измерения характеризуется ценой деления шкалы прибора.

Цена деления — это значение наименьшего деления шкалы прибора.

Д елением шкалы называется промежуток между двумя соседними штрихами.

ПРИЛОЖЕНИЕ 5 Психрометр

Психрометр состоит из двух термометров: сухого и увлажненного.

Р езервуар одного из них остается сухим, и термометр показывает температуру воздуха. Резервуар другого термометра окружен полоской ткани, конец которой опущен в воду. Вода испаряется, и благодаря этому термометр охлаждается.

Чем больше относительная влажность воздуха, тем менее интенсивно идет испарение и тем меньше разность показаний термометра, окруженного полоской влажной ткани, и сухого термометра.

При относительной влажности, равной 100%, вода вообще не будет испаряться и показания обоих термометров будут одинаковы. При разности температур термометров с помощью специальных таблиц, называемых психрометрических, можно определить относительную влажность воздуха.

Психрометрами обычно пользуются в тех случаях, когда требуется достаточно точное и быстрое определение влажности воздуха.

Для жилых помещений нормальной влажностью считается относительная влажность, равная 40 - 60 %.

ПРИЛОЖЕНИЕ 6

Психрометрическая таблица

Литература

1. Мякишев, Г. Я. Физика. 10 класс : учебник для общеобразоват. учреждений с прил. на электрон. носителе: базовый уровень / Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н. Н. Сотский ; под ред. В. И. Николаева, Н. А. Парфентьевой. – 21-е изд. – М. : Просвещение, 2012. - 366 с. : ил. – (Классический курс).

2. Мякишев, Г. Я. Физика. 11 класс : учебник для общеобразоват. учреждений с прил. на электрон. носителе: базовый и профил. уровни / Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, В. М. Чаругин; под ред. В. И. Николаева, Н. А. Парфентьевой. – 23-е изд. – М. : Просвещение, 2014. - 400 с. : [4] л. ил. – (Классический курс).

Интернет-ресурсы:

1. http://ps.1september.ru/article.php?

2. http://www.physics.ru/

3. http://www.physicon.ru/