Рабочая тетрадь "Для лабораторных работ по физике"

Типовая инструкция по правилам безопасности труда для студентов

1. Будьте внимательны и дисциплинированы, точно выполняйте указания преподавателя.

2. Не приступайте к выполнению работы без разрешения преподавателя.

3. Размещайте приборы, материалы, оборудование на своем рабочем месте таким образом, чтобы исключить их падение или опрокидывание.

4. Перед выполнением работы внимательно изучите ее содержание и ход выполнения.

5. Для предотвращения падения стеклянные сосуды (пробирки, колбы) при проведении опытов осторожно закрепляйте в лапке штатива.

6. При проведении опытов не допускайте предельных нагрузок измерительных приборов. При работе с приборами из стекла соблюдайте особую осторожность. Не вынимайте термометры из пробирок с затвердевшим веществом.

7. Следите за исправностью всех креплений в приборах и приспособлениях. Не прикасайтесь и не наклоняйтесь (особенно с неубранными волосами) к вращающимся частям машин.

8. При сборке экспериментальных установок используйте провода (с наконечниками и предохранительными чехлами) с прочной изоляцией без видимых повреждений.

9. При сборке электрической цепи избегайте пересечения проводов. Запрещается пользоваться проводником с изношенной изоляцией и выключателем открытого типа (при напряжении выше 42 В).

10. Источник тока к электрической цепи подключайте в последнюю очередь. Собранную цепь включайте только после проверки и с разрешения преподавателя. Наличие напряжения в цепи можно проверять только с помощью приборов или указателей напряжения.

11. Не прикасайтесь к находящимся под напряжением элементам цепей, лишенным изоляции. Не производите пересоединения в цепях и смену предохранителей до отключения источника электропитания.

12. Следите за тем, чтобы во время работы случайно не коснуться вращающихся частей электрических машин. Не производите пересоединения в электрических цепях машин до полной остановки якоря или ротора машины. Полную информацию смотрите в файле. 

Погрешность измерения физической величины — это отклонение измеренного значения величины от ее истинного значения. Погрешности измерения обусловлены как ограниченной точностью измерительных приборов, так и влиянием случайных факторов — трения, вибрации здания или лабораторного стола, движения воздуха и т.д. Различают абсолютную и относительную погрешности. Абсолютная погрешность — это модуль отклонения измеренного значения физической величины от ее истинного значения. Абсолютную погрешность измерения величины А обозначают Δ А, а результат измерения записывают в виде А = А_ср ± Δ А. Такая запись означает, что истинное значение измеряемой физической величины с большой вероятностью находится в интервале от А_min = А_ср - Δ А до А_max = А_ср + Δ А.

Очевидно,

Относительная погрешность — это отношение абсолютной погрешности измерения величины к измеренному значению этой величины, выраженное в процентах. Относительная погрешность измерения

Относительная погрешность характеризует точность измерения лучше, чем абсолютная. Например, если длина карандаша и длина комнаты измерены с одной и той же абсолютной погрешностью ∆l = 1 см, то в первом случае измерение является не очень точным (относительная погрешность составляет несколько процентов), а во втором случае — довольно точным (относительная погрешность — десятые доли процента). В школьных лабораторных работах относительная погрешность составляет обычно от нескольких процентов до 20-30%.

Лабораторная работа №1

Измерение ускорения тела при равноускоренном движении.

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

• Изучение равноускоренного движения тела по наклонной плоскости.

• Определение ускорения шарика, движущегося по наклонному желобу.

2. ТЕОРИЯ Движение, при котором скорость тела изменяется за равные промежутки времени, называется равноускоренным. Основной характеристикой равноускоренного движения является ускорение: , которое показывает быстроту изменения скорости. Ускорение движения некоторых тел можно определить опытным путем, например, ускорение движущегося шарика по желобу. Для этого используется уравнение равноускоренного движения: . Если , то . При измерениях величин допускаются некоторые погрешности, поэтому нужно проводить несколько опытов и вычислений и найти среднее значение .

3. ОБОРУДОВАНИЕ желоб;шарик;штатив с муфтами и лапкой;металлический цилиндр;

• линейка;секундомер.

4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

4.1 Собрать установку.

4.2 Пустить шарик с верхнего конца желоба, определить время движения шарика до столкновения с цилиндром, находящимся на другом конце желоба.

4.3 Измерить длину перемещения шарика.

4.4 Подставив значения и , определите ускорение , подставив в уравнение .

4.5 Не меняя угол наклона желоба повторить опыт еще 4 раза, определить для каждого опыта значение .

4.6 Определить среднее значение ускорения: .

4.7 Результаты измерений и вычислений записать в таблицу.

4.8 Оформить работу, сделать вывод, ответить на контрольные вопросы, решить задачу.

5. ТАБЛИЦА РЕЗУЛЬТАТОВ

6. РАСЧЕТЫ

В данном разделе необходимо записать расчеты для каждого опыта и записать значение

ВЫВОД_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

8. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

8.1 Что такое мгновенная скорость? Средняя скорость? Как определяются?

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

8.2 Написать уравнение равноускоренного движения и свободного падения тел.

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

8.3 Решить задачу:

Тело брошено вертикально вверх с начальной скоростью 30 м/с. Через сколько секунд оно будет на высоте 25 метров? (Смысл ответа пояснить).

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________-____________________________________________________________________________

ХОД РАБОТЫ:

1. Закрепите динамометр в штативе на достаточно больпюй 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.

Результаты измерений и вычислений запишите в таблицу.

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

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

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

Вывод : ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Контрольные вопросы

1. Виды деформации. Закон Гука._________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Что называется жесткостью пружины и от чего она зависит? _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. Опишите превращение энергии при колебаниях пружинного маятника. _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4. Какие силы действуют на груз в опыте? Запишите закон Ньютона для него. _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

цель работы. Учимся измерять и вычислять потенциальную энергию: для тела, поднятого над Землей, для упруго деформированной пружины, сравнить полученные значения

Оборудование: штатив с муфтой и лапкой, линейка, динамометр лабораторный с фиксатором, шарик на нити.

Груз весом Р привязывают на нити к крючку пружины динамометра и, подняв на высоту h₁ над поверхностью стола, отпускают.

Измеряют высоту груза h₂ в момент, когда скорость груза станет равной нулю (при максимальном удлинении пружины), а также удлинение х пружины в этот момент. Потенциальная энергия груза уменьшилась на
|ΔE_гр| = P(h₁ - h₂), а потенциальная энергия пружины увеличилась на , где k - коэффициент жесткости пружины, х — максимальное удлинение пружины, соответствующее наинизшему положению груза.

Поскольку часть механической энергии переходит во внутреннюю вследствие трения в динамометре и сопротивления воздуха, отношение
E_пр / |ΔE_гр| меньше единицы. В данной работе требуется определить, насколько это отношение близко к единице.

Модуль силы упругости и модуль удлинения связаны соотношением F = kx, поэтому , где F — сила упругости, соответствующая максимальному удлинению пружины. Таким образом, чтобы найти отношение E_пр / |ΔE_гр|, надо измерить Р, h₁, h₂, F и х.

Для измерения F, х и h₂ необходимо отметить состояние, соответствующее максимальному удлинению пружины. Для этого на стержень динамометра надевают кусочек картона (фиксатор), который может перемещаться вдоль стержня с небольшим трением. При движении груза вниз ограничительная скоба динамометра сдвинет фиксатор, и он переместится вверх по стержню динамометра. Затем, растянув динамометр рукой так, чтобы фиксатор оказался снова у ограничительной скобы, считывают значение F, а также измеряют х и h₂.

Ход работы.

1. Измеряем вес груза. P = F1 = mg

2. Линейкой измеряем расстояние l от крючка динамометра до центра тяжести груза.

3. Поднимите груз, и укрепите фиксатор около скобы. Поднимите груз до крючка динамометра и отпустите его.

4. Снимите груз и по положению фиксатора измерьте удлинение пружины Δl.

5. Растяните пружину до соприкосновения фиксатора со скобой и отсчитайте значение модуля силы упругости пружины F₂.

6. Найдите высоту падения груза. h = l +Δl

7. Вычислить потенциальную энергию системы в первом положении груза:

Ер1= F1· (l + Δl)

8. Вычислить потенциальную энергию деформированной пружины:

Ер2= k·Δl²/2 или Ep2= F₂·Δl/2

9. Результаты измерений и вычислений занесем в таблицу:

10. Вывод: ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Контрольные вопросы.

1. Какова зависимость деформации пружины от величины работы силы упругости?_________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Чем отличается работа силы упругости, совершенная при растяжении и при сжатии?________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. Как связана работа силы упругости с потенциальной энергией упруго деформированного тела?___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4. Почему мы говорим о потенциальной энергии поднятого тела, а не об энергии системы «тело – Земля»?________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

5. Зависит ли потенциальная энергия поднятого тела от выбора нулевого уровня?____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

6. Зависит ли изменение потенциальной энергии поднятого тела от выбора нулевого уровня?____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ХОД РАБОТЫ:

1. Соберите установку, изображенную на рисунке.

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

2. Погружая в воду трубку открытым концом вниз, измерьте h и l (повторите опыт не менее трех раз).

3. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу.

4. Запишите вывод: что вы измеряли и какой получен результат..

Вывод_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Контрольные вопросы

1. Почему во время опыта не следует держать трубку рукой?_______________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. От чего зависит постоянная С в законе Бойля-Мариотта?___________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. Имеет ли существенное значение для эксперимента площадь поперечного сечения трубки?______________________________________________________________________________________________________________________________________________

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА

С ПОМОЩЬЮ ГИГРОМЕТРА И ПСИХРОМЕТРА

Цель:

1. Ознакомиться с устройством и принципом действия конденсационного гигрометра.

2. Научиться измерять и вычислять влажность воздуха.

3. Научиться пользоваться психрометрическими таблицами

4. Оборудование:

1. Конденсационный гигрометр (рис.1), Термометр, Эфир, Психрометры (рис.2)

Теория

В атмосфере Земли всегда содержатся водяные пары. Их содержание в воздухе характеризуется абсолютной и относительной влажностью. Абсолютная влажность (ρ_а) определяется массой водяного пара, содержащегося в 1 м³ воздуха, т.е. плотностью водяного пара. Абсолютную влажность можно определить по температуре точки росы – температуре, при которой пар, находящийся в воздухе, становится насыщенным. Температуру точки росы определяют с помощью гигрометра, а затем по таблице "Давление насыщающих паров и их плотность при различных температурах" находят соответствующую температуре точки росы плотность. Найденная плотность и есть абсолютная влажность окружающего воздуха. Относительная влажность В показывает, сколько процентов составляет абсолютная влажность ρ_а от плотности ρ_н водяного пара, насыщающего воздух при данной температуре:

В = ρ_а • 100% / ρ_н (1)

Для определения относительной влажности используют гигрометр и психрометр. Гигрометры (от греч. hygros—влажный и metron—мера), приборы для определения влажности воздуха. Существует три основных типа гигрометра.: одни показывают абсолютную влажность, другие — относительную, третьи—точку росы. Гигрометры, определяющие влажность воздуха по точке росы, носят название конденсационных гигрометров. Из конденсационных гигрометров, наиболее простое устройство имеет зеркальный гигрометр Ламбрехта (см. рисунок 1). Он состоит из металлической камеры 1, передняя часть 2 которой гладко отполирована; внутри камеры налит серный эфир и вставлен термометр 6 для измерения температуры эфира. В камеру входят две трубки, по которым посредством каучукового баллона 5 продувают через эфир воздух; при этом эфир испаряется, и вследствие этого температура воздуха в камере постепенно понижается. При опускании температуры до точки росы зеркальная наружняя поверхность 2 гигрометра покрывается мельчайшими капельками воды (запотевает) – «выпадает роса».

При этом часть корпуса гигрометра 3 (внешнее кольцо) имеет комнатную температуру и остается сухой (для сравнения). Чем меньше влажность, тем ниже точка росы. Давление насыщенных паров при точке росы, определяемое по таблице 8 в сборнике вопросов и задач по физике [4]). Относительная влажность может быть определена по формуле (1).

Для определения относительной влажности особенно часто пользуются гигрометр, носящии название психрометр. Рассмотрим устройства психрометра Августа (см. рис. 2).

Рис.2

Он состоит: сухого термометра-1, панели-2, влажного термометра-3, чехла -4, сосуда с водой-5.

Психрометр Августа имеет два термометра: "сухой" и "влажный". Они так называются потому, что конец одного из термометров находится в воздухе, а конец второго обвязан кусочком марли, погруженным в воду. Испарение воды с поверхности влажного термометра приводит к понижению его температуры. Второй же, сухой термометр, показывает обычную температуру воздуха. Определение влажности основано на сравнении показаний сухого t₁ и смоченного t₂ термометров. Так как с поверхности резервуара смоченного термометра происходит испарение воды, то его температура будет ниже, чем сухого. Причем разность между показаниями термометров будет тем больше, чем меньше влажность воздуха, так как при малой влажности испарение происходит более интенсивно и показания влажного термометра будут меньшими. Понижение температуры смоченного термометра продолжается до тех пор, пока не наступит равновесие, при котором на испарение будет уходить столько тепла, сколько будет приходить из окружающей среды.

Порядок выполнения работы

Опыт 1

Работа с гигрометром.

1. Измерить температуру окружающего воздуха t_комн

2. Наполнить камеру гигрометра летучей жидкостью (эфир 3-4 см³)

3. Установить термометр в камеру гигрометра (рис.1). При помощи груши продувать воздух через эфир и внимательно следить за полированной поверхностью стенки камеры 1, сравнивая ее с поверхностью кольца 2 (рис.1). Заметив появление росы (начало запотевания), записать температуру точки росы t_росы

4. Опыт повторить 1-2 раза.

5. Определить температуру точки росы как среднее арифметическое измеренных температур.

6. По таблице (см. таблицу 1) определить плотность пара соответственно при температуре точки росы и комнатной. ρ_н ^{–плотность пара при точке росы,} ρ_а ^{–плотность пара при комнатной температуре.}

7. Вычислить относительную влажность B₁ по формуле:

B₁ = ρ_н (t_росы) •* 100% / ρ_н (t_комн)

Опыт2

Работа с психрометром.

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

2. Определить температуру сухого термометра t_cyx

3. Определить температуру влажного термометра t_вл

4. Определить разность показаний термометров: Δt = t_сух –t_вл, °С.Пользуясь психрометрической таблицей (см. таблицу 2), определить относительную влажность В₂.

5. Результаты измерений и вычислений записать в отчет по лабораторной работе.

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Контрольные вопросы

1. Почему при продувании воздуха через эфир на полированной поверхности стенки камеры гигрометра появляется роса? В какой момент появляется роса?_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Температура в помещении понижается, а абсолютная влажность остается прежней. Как изменится разность показаний термометров психрометра?__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. Почему после жаркого дня роса бывает более обильна?_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4. При какой температуре выпадет роса, если абсолютная влажность воздуха 7,3*10^-3 кг/м³?________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

5. При понижении температуры от 27 до 10 градусов из каждого кубического метра воздуха выделилось 8 г воды. Какова была относительная влажность воздуха при 27 градусах?______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРОВОДНИКА

Цель работы: научиться на практике рассчитывать удельное сопротивление проводника.

Оборудование 1. Реостат. 2. Микрометр. З. Амперметр и вольтметр.4. Источник электрической энергии.5. Ключ. 6. Соединительные провода.

Теория Электрическое сопротивление проводников обусловлено тем, что свободные электроны при своем движении сталкиваются с положительно заряженными ионами кристаллической решетки металла.

Одной из важнейших характеристик проводника является также его удельное электрическое сопротивление ρ, которое показывает каким сопротивлением облада­ет проводник длиной 1м и площадью поперечного сечения 1м²

Для однородного цилиндрического проводника с сопротивлением R, длиною 1, площадью поперечного сечения S

ρ =RS/ l (1)

где ρ - удельное сопротивление проводника, выражается в Ом ∙ м.

В электротехнике чаще применяется единица измерения удельного сопротивления проводника 1 Ом∙мм²/м. Это Сопротивление проводника длиной 1м и площадью поперечного сечения 1 мм².

Удельное сопротивление различных материалов, главным образом металлов и их сплавов, определяют лабораторным путем.

Порядок выполнения работы

1. Микрометром измерить диаметр проволоки d реохорда и рассчитать площадь поперечного сечения по формуле:

S=π d² / 4 (2)

1. Со6рать электрическую цепь по схеме рис. l

Рис 1.

3. После проверки цепи преподавателем, замкнуть ключ, измерить силу тока в цепи и напряжение на концах реохорда (сопротивления).

4. Используя закон Ома для участка цепи рассчитать сопротивление R проволоки реохорда:

R=U / I (3)

5. Измерить длину проволоки l .

6. Вычислить удельное сопротивление проводника ρ по формуле (1).

7.Сравнить полученный результат с табличным значением ρ_табл и вычислить относительную погрешность.ρ_табл (константана) =4 ,7 10^-7 Ом∙м .

8.Написать вывод и ответить на контрольные вопросы.

Вывод______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Контрольные вопросы

1. Зависит ли удельное сопротивление от температуры?

2. Удельное сопротивление фехраля 1.1 *10^-6 Ом*м. Что это значит? Где можно использовать такой материал?

3. Чем обусловлено сопротивление проводников?

4. Как изменится напряжение на участке цепи, если медную проволоку на этом уча­стке заменить никелевой такой же длины и площади поперечного сечения?

5. Как изменится напряжение на участке цепи, если проволоку на этом участке за­менить проволокой из такого же материала, такой же длины, но с площадью попе­речного сечения в три раза меньшей?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭДС И ВНУТРЕННЕГО СОПРОТИВЛЕНИЯ

ИСТОЧНИКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ.

Цель работы: научиться определять ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока.

Оборудование Источник постоянного напряжения , Реостат, Амперметр, Вольтметр, Ключ.

Теория Для поддержания тока в проводнике необходимо, чтобы разность потенциа­лов (напряжение) на его концах была неизменной. Для этого используется источник тока. Разность потенциалов на его полюсах образуется вследствие разделения заря­дов на положительные и отрицательные внутри источника тока. Работу по разделе­нию зарядов выполняют сторонние силы(силы не электрического происхожде­ния: сила Лоренца, силы химической природы). Величина, измеряемая работой, совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положитель­ного заряда внутри источника тока, называется электродвижущей силой источника тока(ЭДС)

Е=А/q (1)

Единица измерения ЭДС вольт (В). 1В - это ЭДС такого источников в котором для перемещения(разделения)заряда 1Кл сторонние силы совершают работу 1Дж. Когда цепь замкнута, то разделенные в источнике тока заряды образуют электриче­ское поле которое перемещает заряды во внешней цепи. Внутри источника тока за­ряды движутся навстречу электрическому полю под действием сторонних сил. Та­ким образом, энергия, запасенная в источнике тока, расходуется на работу по перемещению заряда во внешней и внутренней цепях с сопротивлениями R и г.

Е=ІR+Іг =U_вн+Іг (2)

Из последнего выражения следует, что если сила тока в цепи равна нулю (цепь разомкнута), то Е= U _вн.., т.е. ЭДС источника равна напряжению на полюсах разомкнутого источника тока. Зная ЭДС источника тока, напряжение на внешнем участке при замкнутой цепи и ЭДС источника, можно найти внутреннее сопротив­ление источника тока

г= (Е-U _вн.)/І (3)

Порядок выполнения работы 1. Собрать электрическую цепь

1. Измерить напряжение на полюсах источника тока при разомкнутом ключе К. Это напряжение равно ЭДС источника тока Е.

2. Замкнуть ключ К и измерить напряжение С и силу тока I в цепи при трех раз­личных сопротивлениях реостата.

3. Результаты занести в таблицу

5. Найти среднее значение г_ср =(r ₁+ r ₂+ r ₃)/3

6.Найти абсолютные погрешности измерения каждого сопротивления г.

7.Найти относительную погрешность для каждого измерения.

8. Сделать вывод о проделанной работе.

Вывод__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Контрольные вопросы

1. Что такое ЭДС источника тока?

2. ЭДС источника тока 1В.Что это означает?

3. Какие силы совершают работу по перемещению зарядов во внутренней цепи? Назовите эти силы.

4. Для перемещения заряда 5 Кл внутри источника тока совершается работа 10 Дж.
   Чему равна ЭДС источника?.

1. Два источника тока соединяются последовательно. Для перемещения заряда 2Кл
   
   

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N 8

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ МОЩНОСТИ, ПОТРЕБЛЯЕМОЙ

ЛАМПОЙ НАКАЛИВАНИЯ, ОТ НАПРЯЖЕНИЯ НА ЕЁ ЗАЖИМАХ

Цель работы: экспериментально исследовать зависимость мощности, потребляемой лампой накаливания от напряжения на зажимах.

Оборудование Источник постоянного напряжения, Реостат ползунковый., Амперметр., Вольтметр. Ключ. Соединительные провода. Электрическая лампочка.

Теория При замыкании электрической цепи ( см. рис.1) на ее участке с сопротивлением R, током І, напряжение на концах U производится работа А (Дж)

А=ІІt=І²Rt=U² t/R (1)

Величина, равная отношению работы тока ко времени, за которое она совершается называется мощностью Р (Вт)

P=А/t (2)

Следовательно,

Р=ІU= І²R=U² /R (3)

Анализ выражения (1) убеждает нас о том, что Р – функция двух переменных.

Зависимость Р от U можно исследовать экспериментально.

Порядок выполнения работы

1. Определите цену деления шкалы измерительных приборов.

2. Составить электрическую цепь по схеме, изображенной на рис.1, соблюдая полярность приборов постоянного тока.

3. После проверки преподавателем ключ замкнуть. С помощью реостата установить наименьшее значение напряжения. Снять показания измерительных приборов.

4. Постепенно выводя реостат, снять 6 показания амперметра и вольтметра.

5. Результаты измерений и вычислений записать в таблицу 1.

Таблица 1.

1. Построить график зависимости мощности лампы от напряжения.

2. вывод.________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Контрольные вопросы

1. В каких единицах выражается мощность тока?

2. По какой формуле находят работу тока?

3. Две ламы, рассчитанные на одинаковое напряжение, но потребляющие различные мощности, включены в сеть последовательно. Какая из них будет гореть ярче?

4. Лампочка мощностью 2 ВТ имеет сопротивление 4 Ом. Какое сопротивление имеет лампочка мощностью 1 Вт. Обе лампочки рассчитаны на одинаковое напряжение.

5. Спираль подсоединена к сети, вследствие чего она раскалена. Как изменится накал спирали, если на часть ее попадает вода?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №9

ИЗМЕРЕНИЕ УСКОРЕНИЯ СВОБОДНОГО ПАДЕНИЯ

С ПОМОЩЬЮ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МАЯТНИКА

Цель: вычислить ускорение свободного падения при помощи математического маятника.

Оборудование:часы с секундной стрелкой; измерительная лента ,шарик с отверстием, нить, штатив с муфтой и кольцом.

Теория: Как известно, гравитационное поле Земли в любой точке ее поверхности характеризуется ускорением свободного падения g. Ускорение свободного падения можно определить экспериментально с помощью математического маятника. Математическим маятником называют материальную точку массой m, подвешенную на невесомой, нерастяжимой нити и совершающей гармонические колебания в вертикальной плоскости. Период колебаний математического маятника выражается следующей формулой:

(1),

где –длина подвеса, g-ускорение свободного падения, T – период малых колебаний маятника. Из формулы (1) можно вычислить ускорение свободного падения:

(2)

Из формулы (2) видно, что для определения ускорения свободного падения необходимо знать длину подвеса и период малых колебаний маятника. Длина может быть измерена непосредственно с помощью линейки (мерной ленты).

Порядок выполнения работы

1. Установите на краю стола штатив. У верхнего конца укрепите при помощи муфты кольцо и подвесьте к нему шарик на нити. Шарик должен висеть на расстоянии 3–5 см от пола.

2. Отклоните маятник от положения равновесия на 5–8 см и отпустите его.

3. Измерьте длину подвеса мерной лентой.

4. Измерьте время Δt 40 полных колебаний (N).

5. Повторите измерения Δt (не изменяя условий опыта) и найдите среднее значение Δt _ср

6. Вычислите среднее значение периода колебаний Т_ср по среднему значению Δt _ср.

7. Вычислите значение g_ср по формуле:

8. Полученные результаты занесите в таблицу:

9. Сравните полученное среднее значение для g _ср со значением g =9.8м/с² и рассчитайте относительную погрешность измерения по формуле:

ε_g

Контрольные вопросы

1. Что называется математическим маятником?.

2. Что называется механическим колебанием?.

3. Чтобы помочь шоферу вытащить автомобиль, застрявший в грязи, несколько человек

раскачивают автомобиль, причем толчки, как правило, производятся по команде. Важно ли, через какие промежутки времени подавать команду?.

1. Математический маятник за 10 с совершил 20 полных колебаний. Найти период колебаний.

2. Во сколько раз изменится частота колебаний математического маятника при увеличении длины нити в 3 раза?.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №10

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ СТЕКЛА

Цель работы: научиться на практике рассчитывать показатель преломления стекла.

Оборудование Стеклянная пластинка с двумя параллельными гранями. Транспортир.

Линейка. Два цветных карандаша. Таблица синусов.

Теория Изменение скорости и направления распространения света на границе разде­ла двух прозрачных сред различной оптической плотности называют преломлением света. При этом свет меняет свое направление. Преломление света подчиняется следующим законам'. Отношение синуса угла падения α к синусу угла преломления β есть величина посто­янная для двух данных сред и называется относительным показателем преломления второй среды относительно первой:

n = sin α / sin β (1)

Луч падающий и луч преломленный, а также перпендикуляр, проведенный через точку падения луча к границе двух сред, лежат в одной плоскости.

Порядок выполнения работы

1. На листе тетради провести две параллельные линии разного цвета на расстоянии 0,5-1,5 см друг от друга.

2. Положить на эти линии плоскопараллельную пластинку так, чтобы линии входили в одну из параллельных граней.

3. Поворачивать пластинку так, чтобы начало одной цветной линии совпало с про­должением линии другого цвета.

4. Обвести параллельные грани пластинки, это и будет граница раздела двух сред (см. рисунок1).

1. Снять пластинку с листа бумаги, прочертить ход преломленного луча в пластинке.

2. Провести перпендикуляр к границе раздела двух сред «воздух-стекло» через точку падения светового луча (к одной из параллельных граней).

3. Отметить и измерить транспортиром угол падения светового луча.

4. Отметить и измерить транспортиром угол преломления светового луча.

5. По формуле (1) вычислить показатель преломления стекла.

1. Всего проделать 3 таких опыта, меняя расстояния между двумя разноцветными линиями.

2. Рассчитать абсолютную погрешность вычислений для каждого опыта

Δn= | n _табл-n| , где для стекла n _табл ⁼ 1,5

12. Рассчитать относительную погрешность вычислений для каждого опыта.

δn= Δn ^.100% /nтабл

13. Результаты измерений и вычислений записать в отчет по лабораторной работе.

Контрольные вопросы

1. Чем отличается относительный показатель преломления от абсолютного показа­
   теля?

2. На чем основано явление рефракции в атмосфере⁷

3. Почему, сидя у костра, мы видим предметы по другую сторону костра колеблю­
   щимися?

4. Показатель преломления алмаза 2,4. Чему равна скорость света в алмазе?

5. Почему изменяется направление луча света при его переходе из одной прозрачной
   среды в другую?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 11

ИЗУЧЕНИЕ ТРЕКОВ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ ПО ГОТОВЫМ

ФОТОГРАФИЯМ

Цель работы

1. Ознакомиться с одним из методов изучения заряженных частиц. 2.Закрепить и углубить знания по теме « Элементарные частицы».

Оборудование 1.Фотографии или рисунки косых столкновений частиц. 2.Транспортир.

3.Линейка. 4.Тонко заточенный карандаш.

Теория В результате нецентрального (косого) соударения двух элементарных частиц каждая разделяется по траектории, выходящей из одной точки, поэтому образуется "вилка".

На рис. 1 показана импульсная диаграмма такого взаимодействия движущейся час­тицы и неподвижной. Здесь

М - масса движущейся частицы;

v , v₁ - скорость движущейся частицы до и после взаимодействия;

m- масса неподвижной частицы;

u - скорость движения неподвижной частицы после взаимодействия;

φ - угол отдачи;

М v и М v₁ - векторы импульсов налетающей частицы до и после взаимо­действия;

mu - вектор импульса неподвижной частицы после взаимодействия; Используя закон сохранения энергии и теорему синусов можно вывести соотношение:

M / m = sin (θ + 2 φ) / sin θ (1)

позволяющее решить ряд задач по трекам частиц на готовых фотографиях.

Порядок выполнения работы

1.Используя рисунок (фотографию), скопировать его на прозрачную бумагу, при­крепить в тетрадь скопированный трек налетающей частицы и продолжить его тон­кими линиями.

1. Начертить прямолинейные участки треков взаимодействующих частиц, сохранив углы рассеяния θ и отдачи φ. Отметить эти углы и измерить транспортиром.

2. Записать массу m или М известной частицы в а.е.м. и, используя формулу (1), вычислить массу неизвестной частицы .

3. Зная массу и используя таблицу " Периодическая система элементов ", определить ядром какого атома является неизвестная частица. Назвать эту частицу.

4. Результаты измерений записать в таблицу 1. ^

Таблица 1

Контрольные вопросы

1. Что вам известно о протоне?

2. Дайте определение атомной единицы массы. Укажите ее соотношение с

кило­граммом.

1. Как узнать ядро какого атома приобретает большую кинетическую энергию после столкновения?

2. По какому принципу частицы делят на адроны и лептоны?

3. Какими частицами обмениваются нуклоны в ядре при взаимодействиях?

На фотографии (рис.1) запечатлены треки частиц, полученных при распаде атомных ядер (так называемые “звёзды” распада), в камере Вильсона. Распады ядер вызваны действием нейтронов с энергией 90 МэВ, двигавшихся в направлении, указанном стрелкой. На снимке видны три “звезды” распада и полный пробег одного протона с начальной кинетической энергией 1,8 МэВ. Камера помещена в однородное магнитное поле с индукцией 1,3 Тл, направленное перпендикулярно фотографии.

Вариант 1.

Рассмотрите трек и определите направление движения протона.

Вычислите по известной энергии протона радиус окружности на начальном этапе его движения.

Измерьте одним из способов радиус окружности на начальном этапе движения протона. Сделайте вывод о правомерности его использования.

Почему кривизна трека протона меняется к концу движения? Подтвердите предположение расчётом.

В звезде распада а произошла реакция: ? + n 3n + 2H + 2He. Допишите реакцию и определите, какие следы, исходящие из звезды, принадлежат протонам и какие ? – частицам.

Рис. 1

Вывод по проделанной работе: Проведя  идентификацию  заряженной  частицы  методом сравнения ее трека с треком протона, мы определили, что данная частица является … (полученный результат).

28