Методические указания по выполнению лабораторных работ по физике

Введение

Методические указания по проведению лабораторных работ разработаны согласно рабочим программам по учебной дисциплине ОДП.02 Физика и требованиям к умениям и знаниям государственного образовательного стандарта среднего профессионального образования (далее – ГОС СПО) по специальностям 15.02.01 Монтаж и техническая эксплуатация промышленного оборудования (по отраслям); 15.02.07 Автоматизация технологических процессов и производств (по отраслям); 13.02.02 Теплоснабжение и теплотехническое оборудование; 13.02.11 Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования по отраслям; 27.02.02 Автоматические системы управления; 22.02.05 Обработка металлов давлением

Лабораторные работы направлены на освоение следующих умений и знаний для студентов СПО.

уметь:

различать понятия веса и силы тяжести;

формулировать понятия колебательного движения и его видов; понятие волны;

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

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

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

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

собирать электрические цепи из последовательно и параллельного соединения;

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

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

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

измерять ЭДС и внутреннее сопротивление источника;

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

находить по таблицам удельное сопротивление проводников;

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

определять экспериментально длину световой волны; наблюдать спектры;

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

знать:

основные единицы СИ

понятие массы, силы, законы Ньютона;

превращение энергии при колебательном движении;

суть механического резонанса;

процесс распространения колебаний в упругой среде;

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

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

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

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

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

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

формулы: связи длины волны с частотой и скоростью;

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

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

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

Лабораторная работа рассчитана на 80 мин.

Теоретическая подготовка

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

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

Название работы.

Цель работы.

Оборудование.

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

Расчеты – окончательная запись результатов работы.

Вывод.

Ознакомление с приборами, сборка схем

Приступая к лабораторным работам, необходимо:

получить 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.

Критерии оценивания лабораторных работ

«Зачтено»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. При этом погрешность не должна превышать 10%. Отчет работы содержит правильные ответы на все контрольные вопросы.

«Не зачтено» ставится, если работа выполнена не полностью и объем выполненной части работы не позволяет сделать правильных выводов; если опыты, измерения, вычисления, наблюдения производились неправильно и погрешность составляет более 10%.

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. Отчет оформляется в журнале отчетов по лабораторным работам.

Внимательное изучение методических указаний поможет выполнить работу.

Небрежное оформление отчета, исправление уже написанного недопустимо.

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

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

Методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов

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

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

При обработке результатов измерений:

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

Б) результаты измерений лучше записывать в виде доверительного интервала.

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

название лабораторной работы и ее цель;

используемое оборудование;

порядок выполнения лабораторной работы;

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

Рекомендуем оформлять все отчеты в «Журнале отчетов по лабораторным работам».

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

Техника безопасности при выполнении лабораторных работ

Вход в лабораторию осуществляется только по разрешению преподавателя.

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

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

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

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

После окончания лабораторной работы рабочее место привести в порядок.

Будьте внимательны, дисциплинированы, осторожны, точно выполняйте указания 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.

Лабораторная работа №1

Тема:Определение ускорения свободного падения с помощью

математического маятника

Цель: Научиться определять ускорение свободного падения

с помощью математического маятника

О Б О Р У Д О В А Н И Е

1.Штатив.

2.Шар с нитью длиной не менее 1 м.

3.Пробка с прорезью в боковой поверхности.

4.Метровая линейка.

5.Штангенциркуль. 6.Секундомер.

Рис.1

Т Е О Р Е Т И Ч Е С К А Я Ч А С Т Ь

Математическим маятником называется материальная точка, подвешенная на невесомой и нерастяжимой нити. Моделью такого маятника может служить шарик, подвешенный на длинной нити.

На основании многочисленных опытов установлены законы колебания математического маятника:

1.Период колебаний не зависит от массы маятника и амплитуды его колебаний, если угол размаха не превышает 6^о.

2.Период колебаний математического маятника прямо пропорционален корню квадратному из длины нити и обратно пропорционален корню квадратному из ускорения свободного падения:

Т = 2 π

Из этой формулы можно найти ускорение свободного падения.

П О Р Я Д О К В Ы П О Л Н Е Н И Я Р А Б О Т Ы

1.Поместить штатив на край стола.

2.Стиснуть свободный конец нити шарики в проеме пробки и зажать пробку в держателе(рис.1).

3.Измеритьдиаметр шарика штангенциркулем, длину нити линейкой.

4.Отклонить шарик на небольшой угол и отпустить. По стрелке секундомера определить время t, за которое маятник сделает n полных колебаний, например 50.

5.Вычислить период полного колебания маятника:Т = t / n.

Т₁ = ---------------- = (с); Т₂ = ---------------- = (с)

6.Используя формулу периода колебаний математического маятника, вычислить ускорение свободного падения.

g = 4π²l / T²; g₁ = --------------- = (м/с²); g₂ = -------------- = (м/с²).

7.Опыт повторить 2-3 раза, меняя длину маятника (протягивая нить через пробку) и число полных его колебаний.

8.Определить среднее значение g_ср и найти относительную погрешность:

g₁ +g₂

g_ср= ------------; g_ср= --------------- = (м/с²).

2 2

9.Результаты измерений и вычислений записать в таблицу 1.

10.Сравнить результат опыта с табличным значением ускорения свободного падения для данной географической широты.

g _т = 9,8 (м/с²);  g_сер= | g_т- g_ср | ;  g_ср= | - | = (м/с²);

 g _сер

ε = ----------- * 100 %; ε = ----------- * 100 % = %

g _т

Таблица 1

К О Н Т Р О Л Ь Н Ы Е В О П Р О С Ы

1.Вместо шарика до нитки прикреплена воронка, наполненная песком. Изменится ли ускорение свободного падения, если в процессе колебаний из лейки будет высыпаться песок?

2.Можно ли пользоваться маятниковыми часам в условиях невесомости?

3.Наибольшая скорость шарика в момент, когда он проходит положение равновесия. Какими по модулю и направлению при этом будет ускорение шарика?

Лабораторная работа №2

Тема:Определение плотности вещества

Цель:Научиться определять плотность твердого тела правильной

геометрической формы

О Б О Р У Д О В А Н И Е

1. Весы и грузы.

2. Штангенциркуль.

3. Исследуемое тело.

Т Е О Р Е Т И Ч Е С К А Я Ч А С Т Ь

Плотность однородного вещества - это физическая величина, равная отношению массы этого вещества к его объему.

m

 = ---, [  ] = [ кг / м³ ] (1)

V

П О Р Я Д О К В Ы П О Л Н Е Н И Я Р А Б О Т Ы

Определить линейные размеры данного вам бруска, обозначив через а - высоту; b - ширину; с - длину. Полученные вами результаты выражены в мм, чтобы перевести в метры, необходимо каждый размер умножить на

10^-3.

а = _* 10^-3 (м);

b = _* 10^-3 (м); а

с = _* 10^-3 (м).с b

Определить объем бруска по формуле: V = a b c.

V = = (м³)

С помощью весов определить массу исследуемого тела. Выразить ее в [кг]

Определить плотность материала, из которого изготовлено исследуемое тело по формуле(1)

 = ------------------------ = (кг/м³)

Определить абсолютную и относительную погрешность опыта:

  = | _т -  |;  = | - | = (кг/м³).

 

 = ---- 100 %;  = --------------------- 100 % = %.

_т

Результаты измерений и вычислений занести в таблицу:

Сделать вывод.

К О Н Т Р О Л Ь Н Ы Е В О П Р О С Ы

Что такое плотность?

Плотность воды равна 1000 кг/м³.Что это означает?

3.Как можно определить объем тела неправильной геометрической формы?

Лабораторная работа №3

Тема:Проверка зависимости между объемом, давлением и температурой

для данной массы газа.

Цель:Подтвердить справедливость объединенного газового закона.

О Б О Р У Д О В А Н И Е

Г - образная трубка (рис.1).

Термометр.

Линейка. h

Ванночка с водой.

Нагреватель.

l

рис. 1

Т Е О Р Е Т И Ч Е С К А Я Ч А С Т Ь

p₁V₁ p₂V₂

Проверяется соотношение ------ = --------,

T₁ T₂

где V₁ = S₁ l ₁ и V₂ = S₂ l ₂

p₁ S l ₁ p₂ Sl₂p₁ l ₁ p₂ l₂

тогда --------- = -----------  --------- = --------- (1)

T₁ T₂ T₁ T₂

Согласно закону Бойля - Мариотта

p₁ h₂ p₁ h₁

----= ----- откуда p₂ = -------.

p₂ h₁ h₂

подставляем соотношение (1) получаем

p₁ l ₁ p₁ h₁ l₂ l₁ l₂

------- = --------  -------- = ---------

T₁ T₂ h₂ T₁ h₁ T₂ h₂

Значит, стоит убедиться в справедливости соотношения:

l₁ l₂ l₃

------- = --------- = --------

T₁ h₁ T₂ h₂ T₃ h₃

где l - длина горизонтальной части воздушного столбика трубки

h - высота вертикальной части воздушного столбика трубки (рис. 1)

П О Р Я Д О К В Ы П О Л Н Е Н И Я Р А Б О Т Ы

1. Измерить комнатную температуру T₁.

2. Линейкой определить длину l и высоту h воздушного столбика трубки.

3. Опустить горизонтальную часть трубки в горячую воду. Определить температуру горячей воды - T₂, длину l₂ и высоту h₂ воздушного столбика трубки.

4. Выждав какое-то время, определить новые значения T₃.

5. Найти числовые значения l / Th и сравнить их:

l₁ 1

---- = --------------------- = (--- )

T₁h₁ K

l₂ 1

---- = --------------------- = (--- )

T₂h₂ K

l₃ 1

---- = --------------------- = (--- )

T₃h₃ K

6.Результаты занести в таблицу:

Сделать вывод.

К О Н Т Р О Л Ь Н Ы Е В О П Р О С Ы

Что характерно для объединенного газового закона?

Что характерно для закона Бойля - Мариотта?

Назвать единицы измерения объема, давления, температуры и массы в системе СИ?

Лабораторная работа №4

Тема:Определение удельной теплоемкости вещества

Цель:Научиться определять удельную теплоемкость вещества

О Б О Р У Д О В А Н И Е

1. Весы и грузик.

2. Термометр.

3. Калориметр.

4. Исследуемое тело.

5. Нагреватель.

6. Вода.

Т Е О Р Е Т И Ч Е С К А Я Ч А С Т Ь

При теплообмене Q _отд. =  Q _получ.

Если опустить в калориметр с холодной водой горячее тело, то

Q _отд. = Q_т - теплота отданная телом

Q _отд. = с_т m_т ( Т₂ -  ), где m_т - масса тела;

                           с_т - удельная теплоемкость этого вещества;

                           Т₂ - температура горячего тела;

                            - конечная температура смеси.

Q_получ. = Q_в +Q_к

Q_в - теплота принята холодной водой;

Q_к-теплота принята калориметром.

Q _получ. = с_в m_в ( - T₁ ) + c_к m_к ( - T₁)

Т₁ - температура холодной воды в калориметре

Q_получ. = (с_в m_в +c_к m_к) ( - T₁ )

т.к. Q _отд. =  Q _получ. =

c_т m_т ( Т₂ -  ) = ( с_в m_в +c_к m_к) ( - T₁ ) =

( c_в m_в +c_к m_к) ( - T₁ )

c_т = ---------------------------------- (1)

m_т ( Т₂ - )

П О Р Я Д О К В Ы П О Л Н Е Н И Я Р А Б О Т Ы

1. Определить массу исследуемого тела (m_т).

2. Определить массу внутреннего сосуда калориметра (m_к).

3. Налить во внутренний сосуд калориметра холодную воду и определить ее массу (m_в).

4. Поместить внутренний сосуд калориметра во внешний и измерить температуру воды и калориметра (T₁).

5. Нагреть исследуемое тело до температуры кипения воды (Т₂) и быстро перенести его в калориметр.

6. Через некоторое время термометром измерить окончательную температуру смеси ().

7. Составить уравнение теплового баланса и написать рабочую формулу (1) для определения удельной теплоемкости исследуемого тела (смотри теоретическую часть).

c_т = ----------------------------------------------------------------- = (Дж / кг *К)

8. Найти абсолютную и относительную погрешность, сравнивая полученный результат с табличным. С_табл =

С

С = |С - С_табл.|;  = -------- 100 %;  = --------- 100 % = %;

С_табл.

 С = | - | = (Дж / кг* К)

Результаты измерений и вычислений занести в таблицу.

10. Сделать вывод.

К О Н Т Р О Л Ь Н Ы Е В О П Р О С Ы

Что называется удельной теплоемкостью вещества?

Почему при выполнении лабораторной работы используется калориметр, а не обычный сосуд?

3. В чем смысл уравнения теплового баланса?

Лабораторная работа №5

Тема:Определение поверхностного натяжения жидкости

Цель:Научиться определять поверхностное натяжение жидкости

методом капель

О Б О Р У Д О В А Н И Е

1. Капельница. 4. Жидкость.

2. Весы и грузик. 5. Штангенциркуль.

3. Колба для жидкости.

Т Е О Р Е Т И Ч Е С К А Я Ч А С Т Ь

Поверхностное натяжение жидкости выражается формулой:

F_н

 = ---- ( Н / м)

l

где F_н -сила поверхностного натяжения жидкости;

l - длина границы свободного падения.

Капля отрывается, если F_н = mg, где m - масса 1 капли, g = 9,81 м/с²

Длина окружности капельницы l =  d,

где d - диаметр капельницы, тогда

mg

 = ---- (1)

 d

П О Р Я Д О К В Ы П О Л Н Е Н И Я Р А Б О Т Ы

Уравновесить на весах колбу и накапать в нее 20 - 50 капель жидкости.

Определить массу всех капель и вычислить массу одной капли (m):

m = m_n / n.

m₁ = ---------------- = (кг); m₂ = ---------------- = (кг);

20 50

Найти с помощью штангенциркуля диаметр нижнего отверстия капельницы (d).

Определить поверхностное натяжение жидкости по формуле (1):

₁ = ----------- = (Н/м); ₂ = ------------------ = (Н/м);

Повторить опыт измерив число капель, и найти среднее значение поверхностного натяжения.

₁ + ₂ +

_ср = --------; _ср = --------------------- = (Н/м);

2 2

Найти абсолютную и относительную погрешности, сравнивая полученный результат с табличным значением поверхностного натяжения (_таб ).

 

 = | _ср - _таб | _таб = 0,072 Н/м  = ----- 100 %

_таб

 = | - | = (Н/м);

 = ------------------ 100 % = %.

Результаты измерений и вычислений занести в таблицу:

Сделать вывод.

К О Н Т Р О Л Ь Н Ы Е В О П Р О С Ы

Почему в невесомости капли воды принимают форму шара?

От чего зависит величина поверхностного натяжения жидкости?

Как изменится поверхностное натяжение при снижении температуры жидкости? При критической температуре? (Объяснить)

Лабораторная работа №6

Тема:Определение относительной влажности воздуха с помощью

гигрометра и психрометра

Цель:Научиться определять относительную влажность воздуха

  с помощью гигрометра и психрометра

О Б О Р У Д О В А Н И Е

1. Гигрометр (рис.1). 2. Термометр. 3. Серный эфир. 4. Психрометр(рис.2).

Т Е О Р Е Т И Ч Е С К А Я Ч А С Т Ь

В атмосфере Земли всегда содержится влага. Содержание водяного пара в воздухе характеризуется абсолютной и относительной влажностью.

Абсолютная влажность_аопределяется массой водяного пара, содержащегося в 1 м³ воздуха, иначе говоря, плотности водяного пара.

Абсолютную влажность воздуха определяют по точке росы. С помощью гигрометра определяют температуру, при которой пар, имеющийся в воздухе, становится насыщенным, а затем, пользуясь таблицей «Давление насыщенного пара и его плотность при различных температурах», определяют абсолютную влажность.

Относительная влажность В показывает, сколько процентов составляет абсолютная влажность плотности водяного пара _н,насыщенного воздуха при данной температуре: В = _а 100 % / _н.

П О Р Я Д О К В Ы П О Л Н Е Н И Я Р А Б О Т Ы

Р а б о т а с г и г р о м е т р о м.

1. Измерить температуру окружающего воздуха.

2. Наполнить камеру гигрометра летучей жидкостью (серным эфиром).

3. Установить термометр в камеру гигрометра, к одной из трубок камеры присоединить резиновую грушу.

4. Продуть воздух через эфир, надавливая грушу. В то время внимательно следить за полированной поверхностью стенки камеры 1, сравнивая ее с поверхностью кольца 2. Отметить момент появления налета росы и записать показания термометра.

5. Отметить температуру, когда роса на диске исчезнет, ​​рассчитать точку росы по формуле (1) и занести в табл.1.

t_п + t_{з +}

t_р = -------- (1) t_р = ------------ = (^оС)

2 2

6.По таблице давлений или плотности пара, насыщают, определить плотность пара соответственно при комнатной температуре и точке росы.

7. Вычислить относительную влажность В.

8. Результаты измерений, вычислений и табличные данные записать в таблицу 1.

Таблица 1

рис. 1 рис. 2

Р а б о т а с п с и х р о м е т р о м.

1. Проверить наличие воды в стакане психрометра и при необходимости долить ее.

2. Определить температуру сухого термометра.

3. Определить температуру смоченного термометра.

4. Результаты измерений записать в таблицу 2.

5. Пользуясь Психрометрической таблицей, определить относительную влажность.

6. Результаты вычислений относительной влажности сравнить и сделать вывод.

Таблица 2

К О Н Т Р О Л Ь Н Ы Е В О П Р О С Ы

Почему при продувке воздуха через эфир на полированной поверхности стенки камеры гигрометра появляется роса? Момент появляется роса?

Почему показания влажного термометра психрометра меньше показаний сухого термометра? При каком условии разница показаний термометров наибольшая?

Сухой и влажный термометры показывают одинаковую температуру. Какая относительная влажность воздуха?

Лабораторная работа №7

Тема:Определение удельного сопротивления проводника

Цель: Научиться определять удельное сопротивление проводника

О Б О Р У Д О В А Н И Е

1.Реостат. 2. Масштабная линейка. 3.Штангенциркуль. 4. Амперметр. 5. Вольтметр. 6. Источник электрической энергии. 7. Ключ. 8. Соединительные провода.

Т Е О Р Е Т И Ч Е С К А Я Ч А С Т Ь

Основной электрической характеристикой проводника является сопротивление. Для металлического проводника сопротивление R прямо пропорционально его длине l и обратно пропорционален площади поперечного сечения S: R = ρ l / S, где ρ - удельное сопротивление (выражается в Ом ^. м); он выражает зависимость сопротивления от материала проводника, показывает какое сопротивление имеет проводник длиной 1 м и площадью сечения 1 м²:

ρ = R S / l (1)

Можно использовать обмотку реостата на 6 В (рис. 1).

П О Р Я Д О К В Ы П О Л Н Е Н И Я Р А Б О Т Ы

Для измерения длины провода необходимо измерить диаметр D керамического цилиндра реостата и подсчитать число витков на нем n. Длина провода определяется по формуле:

l = π D n.l = 3,14 _* = (м);

Для определения площади S поперечного сечения проволоки необходимо знать ее диаметр. Для этого следует измерить штангенциркулем длину обмотки реостата L (рис. 1); зная число витков n, определить диаметр проволоки d (d = L / n) и площадь поперечного сечения S:

(S = π d²/4 ). 3,14 _*

d = ------------ = (м);S = ------------------------ = (м²)

4

Результаты измерений и вычислений записать в табл. 1.

Составить цепь по схеме, изображенной на рис. 2.

После проверки преподавателем цепь замкнуть, измерить силу тока в реостате и напряжение в нем (когда реостат полностью введен в цепь). Пользуясь формулой закона Ома, определить R: R = U / I.

R = --------------------------= (Ом);

По формуле (1)определитьρ:

ρ = -------------------------= (Ом _* м)

7. Так как провод реостата изготовлен из нихрома, сравнить результат опыта с табличным значением удельного сопротивления нихрома и определить относительную погрешность по формуле:

ρ= | ρ - ρ _табл |  ρ= | - |=

 ρ

ε = ----------------- ^. 100%; ε = ---------------- ^. 100% = %.

ρ _табл

8. Сделать вывод.

Рисунок 1 – РеостатРисунок 2 - Схема

подключения электроизмерительных

приборов к реостату

Таблица 1

К О Н Т Р О Л Ь Н Ы Е В О П Р О С Ы

Объяснить на основании электронной теории зависимость сопротивления проводника от его длины, площади поперечного сечения и материала.

Определить сопротивление и длину медного провода массой 89 кг и сечением 0,1 мм².

Лабораторная работа №8

Тема:Определение температурного коэффициента сопротивления меди

Цель: Научиться определять температурный коэффициент меди

О Б О Р У Д О В А Н И Е

1. Прибор для определения температурного коэффициента сопротивления меди.

2. Омметр.

3. Термометр.

4. Соединительные провода.

5. Сосуды с водой и снегом, что тает, (или толченым льдом).

6. Электроплита.

7. Ключ.

Т Е О Р Е Т И Ч Е С К А Я Ч А С Т Ь

Сопротивление любых материалов зависит от температуры. В химически чистых металлов с повышением температуры на 1^оС оно растет примерно на 0,004 (1/273) сопротивления при 0°С и выражается линейной зависимостью R_t = R_o (1 + α t), R_о - сопротивление металла при 0^оС; α - температурный коэффициент сопротивления, показывает, на какую часть нормального сопротивления проводника при 0°С (273К) изменяется сопротивление при нагревании на 1^оС или 1К:

 R  R

α = --------, или α = ---------,

R_o t R_ot

R_т - R_o

где  R = | R_т - R_o |. Отсюда α = ---------, (1),

R_o t

α = -------------- = (1/^оС)

Влияние температуры на сопротивление металла объясняется тем, что при упорядоченном движении свободные электроны (электрическом токе) оказывают противодействие (сопротивление) атомам кристаллической решетки, интенсивность теплового движения которых изменяется с изменением температуры. Для всех металлов температурный коэффициент сопротивления положительный.

Сопротивление жидких проводников (электролитов), угля и чистых полупроводников зависит от температуры так, что их температурный коэффициент выражается отрицательным числом.

Температурный коэффициент сопротивления можно определить опытным путем. Прибор для определения температурного коэффициента сопротивления (рис. 1) имеет медную катушку 1. Она плотно намотана на каркасе 3, соединенная с клеммами 2 и помещена в стеклянную пробирку 4.

Вместе с пробиркой катушка может быть помещена в среду с разной температурой (снег или вода).

В пробирку свободно входит термометр; это позволяет определить температуру медного провода.

П О Р Я Д О К В Ы П О Л Н Е Н И Я Р А Б О Т Ы

1. Определить цену деления омметра.

Измерить сопротивление проволоки при комнатной температуре.

3. Опустить устройство в сосуд со снегом, тающим, ввести в прибор термометр. Когда наступит тепловое равновесие между катушкой и снегом, измерить омметром сопротивление проволоки (рис. 2).

4. Определить значение температурного коэффициента меди по формуле (1).

5. Найти абсолютную и относительную погрешность опыта.

 α

 α = | α - α_т |; ε = ------ 100 %; ε = ---------- 100 % = %;

α_т

 α = | - | = ^оС^-1;

6. Результаты измерений и вычислений записать в табл. 1.

рис. 1 рис. 2

Таблица 1

7.Сделать вывод:

К О Н Т Р О Л Ь Н Ы Е В О П Р О С Ы

Как объяснить увеличение сопротивления металлов при нагревании?

Каким сопротивлением обладает 0,5 кг медного провода диаметром 0,3 мм?

Добавить практическое применение зависимости сопротивления проводника от температуры?

Лабораторная работа №9

Тема:Проверка законов последовательного и параллельного

соединение проводников

Цель: Проверить законы последовательного и параллельного

соединение проводников

О Б О Р У Д О В А Н И Е

1.Источники электрической энергии. 2.Резисторы. 3. Амперметр постоянного тока. 4.Вольтметр постоянного тока. 5.Реостат ползунковый. 6. Ключ.

7. Соединительные провода.

Т Е О Р Е Т И Ч Е С К А Я Ч А С Т Ь

Потребители электрической энергии - электрические лампочки, электронагревательные приборы, провода и т.п. - имеют определенное сопротивление, так как их часто называют «проводниками» или резисторами. Обычно электрическая цепь состоит из нескольких резисторов, соединенных последовательно, или параллельно, смешанно. Для простоты расчета электрических цепей все резисторы заменяют одним, при включении которого режим на цепь не нарушился если бы и сила тока и напряжение остались прежними. Сопротивление этого резистора называют эквивалентным общем сопротивления нескольких резисторов, образующих цепь.

П О Р Я Д О К В Ы П О Л Н Е Н И Я Р А Б О Т Ы

Последовательное соединение проводников

Составить электрическую цепь по схеме см. (рис.1).

После проверки преподавателем цепь замкнуть и измерить напряжение на отдельных резисторах. Для этого прикоснуться наконечниками проводов, идущих от вольтметра, к клеммам резистора.

Измерить напряжение на концах всей группы резисторов (участок АВ).

Проверить соотношение U_АВ = U₁ + U₂ с сделать вывод.

U_АВ = + = (В)

5. Измерить силу тока в каждом резисторе и на участке АВ.

По формуле R = U / I вычислить сопротивление на каждом резисторе.

U₁U₂

R₁ = ---- = ------- = (Ом); R₂ = ---- = ------- = (Ом).

I₁ I₂

7. Вычислить эквивалентное сопротивлениеR_экв. = U_АВ / I. Проверить справедливость формулы: R_экв. = R₁ + R₂ и сделать вывод.

R_экв. = --------- = (Ом); R_экв. = + = (Ом).

8. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 1.

Последовательное соединение проводников

Таблица 1

А

R₁

R₂

Параллельное соединение проводников

Составить электрическую цепь по схеме см. (рис. 2).

После проверки преподавателем цепь замкнуть, с помощью реостата установить силу тока в цепи 1,5 - 2 А.

Переключить амперметр с магистрали в ту или иную стороны и измерить силу тока в каждом резисторе. Проверить соотношение I_общ. = I₁ + I₂ и сделать вывод.

I_общ = + = (А);

Измерить напряжение на участке АВи определить сопротивление:

R_экв. = U_АВ / I_общ.,

R₁ = U₁/ I₁ R₂ = U₂ / I_2.

R_экв. = ------ = (Ом); R₁ = ------ = (Ом); R₂ = -------= (Ом);

Проверить справедливость формулы 1/ R_экв. = 1 / R₁ + 1 / R₂ и сделать вывод.

1 1 1 1 1

----- = ------ + ------- = ------- ( --- ); R_экв = (Ом).

R_экв Ом

6. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 2.

Параллельное соединение проводников

Таблица 2

A

R₁

рис.2

R₂

К О Н Т Р О Л Ь Н Ы Е В О П Р О С Ы

Проводник разрезали на три равные части и полученные проводники скрутили вместе. Определить сопротивление полученного участка.

2. Как нужно соединить четыре проводника сопротивлением по 4 Ом каждый, чтобы эквивалентное сопротивление оставалось таким же, как и в одном проводнике?

Восемь резисторов соединили по два последовательно в четыре параллельные ветви. Нарисовать схему соединения.

Лабораторная работа №10

Тема:Определениеэ.д.с. и внутреннего сопротивления источника электрической энергии

Цель: Познакомиться с одним из методов определения э.д.с. и внутреннего сопротивления источника

О Б О Р У Д О В А Н И Е

1.Источники тока. 2.Реостат. 3.Вольтметр. 4.Амперметр. 5.Ключ. 6.Соединительные провода.

Т Е О Р Е Т И Ч Е С К А Я Ч А С Т Ь

Отношение работы сторонних сил по перемещению заряда к самому заряду называется электродвижущей силой источника. Е = А_ст / q. Э.д.с. источника равна сумме напряжений на внешнем и внутреннем участках цепи.

Е = U_зов. + U_внутр.

Э.д.с. источника измеряется вольтметром, подключенным к клеммам источника без внешней цепи. Внутреннее сопротивление источника мы определим по формуле закона Ома для внешней цепи.

E E - IR E E

I = -------; I R + I r = E; r = ------- = --- - R; r = --- - R

R + r I I I

Внешнее сопротивление цепи мы определим по закону Ома для участка цепи

U U E U E - U

I = ---; R = ----; r = --- - ---; r = -------(1)

R I I I I

П О Р Я Д О К В Ы П О Л Н Е Н И Я Р А Б О Т Ы

1. Рассмотрим шкалу амперметра и вольтметра. Определить цену одного деления.

2. Собрать электрическую цепь по схеме. Движок реостата поставить в среднее положение.

А

V

Замкнуть цепь. Записать величину тока I₁ и напряжения U₁ в таблицу 1. После чего разомкнуть цепь.

Передвинуть движок реостата. Записать как изменились сили тока I₂ и напряжение U_2.

Вывести рабочую формулу внутреннего сопротивления и Э.Д.С. источника тока.

E = U₁ + I₁ r U₁ + I₁ r = U₂ + I₂ r

E = U₂+ I₂ rr (I₁ - I₂ ) = U₂ - U₁

U₂ - U₁ I₁ U₁ - U₁ I₂ + I₁U₂ - I₁ U₁

r = --------- E = -----------------------------------

I₁ - I₂I₁ - I₂

Подставим в формулу Е значение

U₁ + I₁ (U₂- U₁) I₁ U₂ - I₂ U₁

E = -----------------------; E = ------------------- (2) Е = ----- = (В)

I₁ - I₂ I₁ - I₂

Вычислим значение r по формуле (1) , а Е по формуле (2).

E - U₁

r₁ = ----------- = ------------------------ = (Ом);

I₁

E - U₂

r₂ = ----------- = ------------------------ = (Ом);

I₂

Определить среднее значение r_ср = ( r₁ + r₂) / 2 .

r_ср = --------------------------- = (Ом);

2

Разомкнув цепь измерить напряжение U на зажимах источника тока при разомкнутой внешней цепи. Сравнить величину U и Е и сделать вывод.

Вычислить абсолютную и относительную погрешности.

 r₁ = | r₁ - r_ср |  r₁ +  r₂ r _ср

 r₂ = | r₂ - r_ср |  r _ср= --------------  = ------------ 100 %

2 r_ср

 r₁ = | - | = (Ом); +

 r_ср= ----------- = (Ом);

 r₂ = | - | = (Ом); 2

 = -------------------- 100 % = %.

Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 1.

Таблица 1

Сделать вывод.

К О Н Т Р О Л Ь Н Ы Е В О П Р О С Ы

Укажите условие существования электрического тока в проводнике?

Какова роль источника электроэнергии в электрической цепи?

В каком случае вольтметр, подключенный к полюсам источника, показывает э.д.с., а в каком случае напряжение на концах внешнего участка цепи?

Лабораторная работа №11

Тема:Определение длины световой волны с помощью

дифракционной решетки

Цель: Научиться определять длину световой волны с помощью дифракционной решетки

О Б О Р У Д О В А Н И Е

1.Прибор для определения длины световой волны. 2.Подставка для прибора. 3.Дифракционная решетка. 4.Лампа с прямой нитью накала в патроне со шнуром и вилкой (общая для всех студентов).

Т Е О Р Е Т И Ч Е С К А Я Ч А С Т Ь

Параллельный пучок света, проходя через дифракционную решетку, вследствие дифракции за решеткой распространяется по различным направлениям и интерферирует. На экране, установленном на пути интерферирующего света, можно наблюдать интерференционную картину. Максимумы света наблюдаются в точках экрана, для которых выполняется условие

= n  (1)

 - разность хода волн, - длина световой волны, n - номер максимума. Центральный максимум называют нулевым; для него = 0. Слева и справа от него располагаются максимумы высших порядков.

Условие возникновения максимума (1) можно записать иначе:

n = d sin  (рис.1). Здесь d - период дифракционной решетки;  - угол, под которым виден световой максимум (угол дифракции). Потому что углы дифракции, как правило, малы, то для них можно принять sin  = tg , а tg  = a / b (рис.1). Поэтому n  = d a / b, откуда

 = d a / n b (2)

В данной работе формулу (2) используют для вычисления длины световой волны.

Анализ формулы (1) показывает, что положение световых максимумов зависит от длины волны монохроматического света: чем больше длина волны, тем дальше максимум от нулевого.

Белый свет по составу - сложный. Нулевой максимум для него - белая полоса, а максимумы высших порядков представляют собой набор семи цветных полос, совокупность которых называют спектром соответственно I, II, ..... порядка (рис.2).

Получить дифракционный спектр можно, используя прибор для определения длины световой волны (рис.3). Прибор состоит из бруска 1 со шкалою. Внизу бруска укрепленный стержень 2. Его вставляют в отверстие подставки от подъемного столика. Брусок закрепляют под разными углами с помощью винта 3. Вдоль бруска в боковых пазах его может перемещаться ползунок 4 с экраном 5 К концу бруска прикреплена рамка 6, в которую вставляют дифракционные решетки.

рис. 1 рис. 2

ПО Р Я Д О К В Ы П О Л Н Е Н И Я Р А Б О Т Ы

1. Собрать установку, изображенную нарис.3.

2. Установить на демонстрационном столе лампу и включить ее.

3. Глядя через дифракционную решетку, направить прибор на лампу так, чтобы через окно экрана прибора была видна нить лампы.

4. Экран прибора установить на возможно большем расстоянии от дифракционной решетки и получить на нем четкое изображение спектров I и II порядков.

5. Измерить по шкале бруска расстояние b от экрана прибора к дифракционной решетки.

6. Определить расстояние от нулевого деления шкалы экрана до середины фиолетовой полосы как слева (а_л), так и справа (а_п) для спектров I порядка (рис.4) и вычислить среднее значение а_ср.

а_л + а_п +

а_ср1 = ------------ = ----------------- = (мм);

2 2

7. Опыт повторить со спектрами II порядка.

а_л + а_п +

а_ср2 = ------------ = ----------------- = (мм);

2 2

8. Также измерение выволнить и для красных полос дифракционного спектра.

а_л + а_п +

а_ср1 = ------------ = ----------------- = (мм);

2 2

а_л + а_п +

а_ср2 = ------------ = ----------------- = (мм);

2 2

9. Определить длину волны фиолетовых лучей для спектров I и II порядков и длину волны красных лучей тех же спектров по формуле(2):

Фиолетовые лучи:

d a_ср1

_ф1 = --------- = ------------------- = (мм);

1 b

d a_ср2

_ф2 = --------- = ------------------- = (мм);

2 b

_ф1 + _ф2

_ф = --------------- = ----------------------- = (мм);

2

Красные лучи:

d a_ср1

_к1 = --------- = ------------------- = (мм);

1 b

d a_ср2

_к2 = --------- = ------------------- = (мм);

2 b

_к1 + _к2

_к = --------------- = ----------------------- = (мм);

2

10. Определить абсолютную и относительную погрешности:

  _ф = | _ф -  _тф | = | - | = (мм);

  _к = | _к - _тк | = | - | = (мм);

  _ф

ε_ф = ------- _* 100% = ---------------------------- _* 100% = %;

_тф

  _к

ε_к = ------- _* 100% = ---------------------------- _* 100% = %;

_тк

11. Результаты измерений и вычислений записать в табл. 1

12.Сделать взвод

к ф ф к Экран

Дифракционная решетка

Рис. 3 Рис. 4

Таблица 1

К О Н Т Р О Л Ь Н Ы Е В О П Р О С Ы

Какой вид имеет интерференционная картина в случае монохроматического света?

В каких точках экрана получается световой минимум?

Какое значение имеет ширина и число щелей дифракционной решетки?

Литература

1. Лабораторные работы по физике с вопросами и заданиями. Тарасов О.М.- 2011.

2.ГДЗ по физике 10 класс. Мякишев Г.Я.. Лабораторные работы - решебник, ответы онлайн.

3. Кикин Д.Г., Самойленко П.И. Физика (с основами астрономии) – М.: Высшая школа, 1995.

4.Омельченко В.П., Антоненко Г.В. Физика.- Р., 2005.

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/273075-metodicheskie-ukazanija-po-vypolneniju-labora