Данное пособие содержит методические указания для выполнения лабораторных работ по физике студентами первого курса ОУ СПО

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

САМАРСКИЙ КОЛЛЕДЖ СТРОИТЕЛЬСТВА И ПРЕДПРИНИМАТЕЛЬСТВА (ФИЛИАЛ)

ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО БЮДЖЕТНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ

ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

« НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

«ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО ФИЗИКЕ»

САМАРА

2019

Одобрено

предметно-цикловой комиссией

«Естественно-научных дисциплин»

Протокол № __от «__» _______2018 г.

Председатель комиссии

_____________И.А. Антошкина

Рассмотрено

На заседании методического совета колледжа

Протокол № ___ от «__»______20__г.

Зам. директора по УП и НМР

_____________И.В. Скирденко

Согласовано

Зам. директора по учебно-

воспитательной работе

___________О.В. Панова

«__» _______2018 г.

Разработал: И.А. Антошкина, преподаватель высшей категории Самарского колледжа строительства и предпринимательства.

Пособие «Лабораторный практикум по физике» составлено в соответствии с Примерной программой по физике и требованиями «Федерального Государственного образовательного стандарта среднего профессионального образования» для студентов первого курса специальностей технического профиля образовательных учреждений среднего профессионального образования.

Пособие предназначено для самостоятельной работы студентов при проведении лабораторных работ, а так же для контроля уровня знаний и умений учащихся. Содержание работ ориентировано на развитие экспериментальных умений студентов и формирование навыков самостоятельной практической деятельности.

Введение

Лабораторные работы являются обязательной частью курса физики, изучаемого в учреждениях среднего профессионального образования. В ходе выполнения лабораторных работ у студентов формируются важнейшие инструментальные компетенции, необходимые для успешного усвоения основных специальных дисциплин. Качественное выполнение лабораторного практикума является предпосылкой для подготовки в будущем квалифицированных специалистов.

Цель данного учебного пособия – оказать помощь студентам учреждений среднего профессионального образования специальностей технического профиля в подготовке и выполнении лабораторных работ, включённых в примерную программу по физике на базе основного общего образования.

Пособие включает 13 фронтальных лабораторных работ. Описание каждой работы содержит:

· чётко сформулированную цель её выполнения;

· теоретическое введение;

· список необходимого оборудования;

· последовательность действий для достижения цели работы;

· контрольные вопросы

Сведения, необходимые для оценки погрешности выполненного измерения, содержится в приложении к пособию.

Все работы проводятся с использованием типового учебного оборудования.

В ходе работы необходимо:

· строго соблюдать правила по технике безопасности;

· все измерения проводить с максимальной тщательностью;

· для вычислений использовать калькулятор_.

После окончания работы каждый студент в специальной тетради оформляет отчёт по следующей схеме:

· дата, название и номер работы;

· перечень оборудования;

· схема или зарисовка установки;

· порядок выполнения работы;

· запись цены деления шкалы измерительного прибора;

· таблица результатов измерений и вычислений;

· расчетная формула, обработка результатов измерений;

· определение относительной погрешности измерений.

Небрежное оформление отчёта, исправление уже написанного недопустимы. В конце занятия преподаватель ставит оценку, которая складывается из результатов наблюдения за выполнением практической части работы и проверки отчёта.

При выполнении лабораторных работ студенты должны знать:

· цель, ход измерений и опытов;

· название, назначение и правила обращения с приборами;

· условные обозначения электрических приборов;

· способы измерения данных физических величин;

· правила техники безопасности;

· способы вычислений абсолютной и относительной погрешностей прямых и косвенных измерений.

При выполнении лабораторных работ студенты должны уметь:

· читать, чертить и собирать простые электрические схемы;

· самостоятельно собирать установки для выполнения наблюдений, измерений или опытов по их схемам или рисункам;

· самостоятельно выполнять опыты, прямые и косвенные измерения по письменной инструкции;

· пользоваться справочными таблицами физических величин;

· вычислять абсолютную и относительную погрешности прямых и косвенных измерений;

· самостоятельно анализировать полученные результаты и делать выводы;

· составлять отчёт о работе (с таблицами, графиками, чертежами и рисунками).

Все лабораторные работы должны быть выполнены в сроки, определяемые календарным планом преподавателя. Учащиеся, не получившие зачет за выполнение лабораторных работ, к экзамену не допускаются.

Инструкция по технике безопасности

· Студенты, не ознакомленные с правилами по технике безопасности, к выполнению лабораторных работ не допускаются.

· При выполнении лабораторных работ необходимо быть внимательным и дисциплинированным, знать соответствующий учебный материал.

· Перед замыканием собранной цепи нужно пригласить преподавателя для проверки правильности ее сборки.

· Не оставлять без внимания включенные в электрическую сеть приборы.

· Необходимо помнить, что касание проводов или деталей приборов, спиралей, находящихся под напряжением свыше 36 вольт, может быть опасным для жизни человека.

· В каждой электрической цепи должен быть ключ для замыкания цепи.

· Производите сборку электрических цепей, переключения в них только при отключенном источнике электропитания.

· Следите, чтобы изоляция проводов была исправна, а на концах

· проводов были наконечники.

· По окончании работы или очередного замера отключите источник электропитания, после чего разбирайте цепь.

· Все провода после работы аккуратно смотайте в кольцо.

· При работе с приборами берегите их, не роняйте, не разбирайте.

· При работе с ртутными термометрами помните, что ртуть - это

· сильнейший яд.

· При работе с электролитами не допускается его разливания и попадания на руки и одежду.

· Строго запрещается производить переключения на пульте

· управления и включение электрических установок на столе

· преподавателя

· Студенты, нарушившие правила по технике безопасности,

· отстраняются от выполнения лабораторных работ.

· При нанесении материального ущерба оборудованию кабинета физики, со студента взыскивается стоимость испорченных приборов, аппаратов, мебели.

· На своем рабочем месте каждый студент должен соблюдать

· чистоту и порядок.

· Студенты в верхней одежде к выполнению лабораторных работ не допускаются.

Лабораторная работа № 1
«ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ТВЁРДОГО ТЕЛА ПРАВИЛЬНОЙ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ»

Цель работы – научиться определять плотность твердого тела.

Теория. Плотность однородного вещества - физическая величина, равная отношению массы этого вещества m к его объему V:

= m / V

Оборудование. Пластинка и цилиндр из разных металлов, весы учебные с разновесом, штангенциркуль.

Порядок выполнения работы.

1. Штангенциркулем измерить линейные размеры пластинки и вычислить ее объем V:

V = a b c, где a, b, c, - длина, ширина, высота пластинки.

2. С помощью весов определить массу пластинки.

3. Вычислить плотность вещества пластинки: = m / V

4. Определить относительную погрешность измерения - .

5. Штангенциркулем измерить диаметр основания цилиндра - d, его высоту - h и определить объем V:

6. С помощью весов измерить массу цилиндра и определить плотность его вещества.

7. Определить относительную погрешность измерений - , сравнивая измеренную плотность с табличным значением плотности.

8. Результаты измерений занести в таблицу.

Исследуемое

тело

Длина - а (м)

Ширина - b, (м)

Высота - h,(м)

Диаметр

d,(м)

ОбъемV,(м)

Масса

m, (кг)

Плотность измерен-я

,( кг/м)

Относительная

ошибка-,%

Контрольные вопросы.

1. Что показывает плотность? В каких единицах измеряется плотность?

2. Как изменится плотность металлического цилиндра при его нагревании?

3. Вычислите объем бетонной плиты массой 3т, если плотность бетона 2400 кг/м.

Лабораторная работа № 2
«ИЗУЧЕНИЕ ХАРАКТЕРА ЗАВИСИМОСТИ СИЛЫ УПРУГОСТИ ОТ УДЛИНЕНИЯ ПРУЖИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФЕЦИЕНТА ЖЁСТКОСТИ ПРУЖИНЫ»

Цель работы: изучить характер зависимости силы упругости от удлинения пружины и определить жесткость пружины графическим способом.

Теория: под действием внешних сил твёрдые тела деформируются . Деформации, которые исчезают после прекращения действия внешних сил, называются упругими.

Закон Гука устанавливает связь между упругими деформациями и внутренними силами: , где - абсолютное удлинение тела при деформации растяжения, Е – модуль упругости (Юнга), = - механическое напряжение.

k – жёсткость пружины, измеряется в Н/м.

Порядок выполнения работы:

1. Определить длину подвешенной за один конец недеформированной пружины - l

2. Поочерёдно подвешивая три различных по массе груза к пружине, измерить её длину – l и абсолютное удлинение пружины - .

3. Результаты измерений занести в таблицу.

№ опыта	l (м)	l (м)	(м)	Вес груза F = mg (Н)	Жёсткость пружины k (H/м)

4. Используя данные трёх опытов, построить график F( и определить характер зависимости F(.

5. Взять в средней части графика точку и по соответствующим ей значениям F и , определить жёсткость пружины k = .

6. С помощью графика определить массу груза, подвешенного к пружине, который вызывает её удлинение на 2 см.

Контрольные вопросы:

1. Что называют пределом упругости твёрдого тела?

2. Почему модуль Юнга имеет столь большую величину?

3. От чего зависит жёсткость пружины?

Лабораторная работа № 3
«ВЫЯСНЕНИЕ УСЛОВИЯ РАВНОВЕСИЯ ТЕЛА С ЗАКРЕПЛЕННОЙ ОСЬЮ ВРАЩЕНИЯ»

Цель: экспериментальная проверка правила моментов

Теория: равновесие – сохранение телом состояния с v = const. Сила, приложенная к твёрдому телу, которое может вращаться вокруг некоторой точки, создаёт момент силы. Действие момента силы аналогично действию пары сил. (Рис. 1)

Рис. 1.

Моментом силы F относительно оси вращения называется величина, численно равная произведению модуля силы на плечо этой силы: М = F , где - плечо силы F, т.е. кратчайшее расстояние от линии действия силы до оси вращения. ( Рис. 2)

Измеряется момент силы в ньютон на метр: = Н м.

Условие равновесия тела с закреплённой осью вращения: тело, способное вращаться вокруг закреплённой оси, находиться в равновесии, если алгебраическая сумма моментов всех действующих сил относительно оси вращения равна нулю.

Рис. 2

Это условие называется правилом моментов. Принято считать, что сила поворачивающая тело по часовой стрелке, имеет положительный момент, а сила, поворачивающая тело против часовой стрелки отрицательный момент. Момент силы является мерой вращательного движения тела, т.е., если момент силы равен нулю, тело находится в покое, а если не равен нулю, то тело вращается.

Оборудование: равноплечный рычаг, штатив, набор грузов с m = 100г.

Порядок выполнения работы:

1. Уравновесить рычаг, передвигая гайки на его концах.

2. На левое плечо рычага повесить грузы с произвольным общим весом. Уравновесить рычаг, поместив на правое плечо грузы такого же веса. Найти моменты сил F и F, определить их алгебраическую сумму. Зарисовать опыт.

3. Уравновесить рычаг, помещая на правое и левое плечи грузы с разным весом. Найти моменты сил F и F, определить их алгебраическую сумму. Зарисовать опыт.

4. Уравновесить рычаг тремя силами. Найти моменты сил F, F ,F и определить их алгебраическую сумму. Зарисовать опыт.

Контрольные вопросы

1. Что называется моментом силы?

2. Когда тело, имеющее ось вращения, находится в равновесии?

3. Какие виды равновесия тел существуют и где они применяются в строительстве?

Лабораторная работа № 4
«ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА С ПОМОЩЬЮ ПСИХРОМЕТРА»

Цель работы – научиться определять относительную влажность воздуха.

Теория. В атмосфере Земли всегда содержится водяные пары. Их содержание в воздухе характеризуется абсолютной и относительной влажностью.

Абсолютная влажность - определяется массой водяного пара, содержащегося в 1 м воздуха, т. е. плотностью водяного пара. Абсолютную влажность воздуха можно определить по температуре точки росы – температуре, при которой пар становится насыщенным.

Относительная влажность воздуха - r показывает, сколько процентов составляет абсолютная влажность воздуха от плотности насыщенного пара при данной температуре.

Оборудование: психрометр, сосуд с водой, барометр.

Порядок выполнения работы.

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

2.Определить температуру сухого термометра - t

3.Определить температуру «влажного» термометра - t

4.Пользуясь психрометрической таблицей, определить относительную влажность воздуха.

5. Результаты измерений занести в таблицу.

Показания термометра

Разность показаний

термометров - (t- t)

Относительная влажность воздуха

r, %

сухого

t, С

влажного

t, С

6. По данным опыта определить абсолютную влажность воздуха в кабинете физики на дату проведения занятия.

Контрольные вопросы.

1. Почему показания влажного термометра психрометра меньше показаний сухого термометра.

2. Какова относительная влажность воздуха, если показания сухого и влажного термометров будут одинаковы?

3. Задача. При 15 С относительная влажность воздуха – 55%. Выпадет ли роса, если воздух охладится до 10 С

Лабораторная работа №5

«Определение удельного сопротивления проводника».

Цель: научиться опытным и расчетным путем определять удельное сопротивление проводника.

Оборудование: источник тока, амперметр, вольтметр, реостат, ключ, соединительные провода, линейка, штангенциркуль.

Вспомните основные правила техники безопасности и обратите особое внимание, что необходимо:

1. Приступать к выполнению задания можно только после разрешения преподавателя.

2. Собранная электрическая цепь должна быть проверена преподавателем и замыкается по его разрешению.

3. После окончания работы следует привести в порядок рабочее место, сдать все приборы и принадлежности.

Порядок выполнения работы

1. Составить электрическую цепь согласно схеме.

2. Поставить ползунок реостата примерно в среднее положение.

Замкнуть электрическую цепь, снять показания амперметра и вольтметра.

U =

3. Рассчитать сопротивление проводника по формуле:

4. Штангенциркулем измерить диаметр реостата.

D =

5. Подсчитать число витков проволоки, введенных в электрическую цепь.

6. Определить длину провода, по которому течет ток по формуле:

ℓ=π·D·n = π=3,14

7. Измерить линейкой длину части реостата, введенной в электрическую цепь.

8. Найти диаметр проволоки по формуле:

9. Определить площадь поперечного сечения проволоки по формуле:

10. Рассчитать удельное сопротивление проводника по формуле:

11. Ползунок реостата передвинуть в другое положение.

Опыт повторить, начиная с шага № 2.

I =

U =

12. Рассчитать удельное сопротивление по формуле: =

13. По результатам двух опытов найдите среднее значение удельного сопротивления проводника. =

14. Рассчитать относительную погрешность по формуле: 100%

Контрольные вопросы

1. От чего зависит сопротивление металлического проводника?

2. Как сопротивление металла зависит от температуры?

3. Определите сопротивление алюминиевого провода длиной 100м и площадью поперечного сечения 2,8 .

Лабораторная работа № 6
«ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ И ВНУТРЕННЕГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ИСТОЧНИКА ТОКА»

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

Теория. Для получения электрического тока в проводнике необходимо создать и поддерживать на его концах разность потенциалов (напряжение). Для этого используют источник тока. Разность потенциалов на его полюсах образуется вследствие разделения зарядов. Работу по разделению зарядов выполняют сторонние (не электрического происхождения) силы.

При разомкнутой цепи энергия, затраченная в процессе работы сторонних сил, превращается в энергию источника тока. При замыкании цепи запасённая в источнике тока энергия расходуется на работу по перемещению зарядов во внешней и внутренней частях цепи с сопротивлениями соответственно R и r.

Величина, численно равная работе, которую совершают сторонние силы при перемещении единичного заряда внутри источника тока, называется электродвижущей силой источника тока: =I R +I r , измеряется в вольтах.

Оборудование: источник электрической энергии, амперметр, вольтметр, реостат, ключ, соединительные провода.

Порядок выполнения работы.

1. Определить цену деления измерительных приборов.

2. Собрать цепь по схеме.

3. Замкнуть ключ и, пользуясь реостатом, установить силу тока, соответствующую нескольким делениям шкалы амперметра. Снять показания амперметра и вольтметра.

4. Опыт повторить 3 раза, изменяя сопротивление цепи при помощи реостата.

5. Результаты измерений подставить в уравнение =I R +I r , и решая системы уравнений:

=U +I r =U +I r =U +I r

=U +I r =U +I r =U +I r определить r, а затем.

6. Оценить относительную погрешность и r методом среднего арифметического: =; ; ;

7. Заполнить таблицу.

№ опыта	(В)	(В)	=- (В)	δ (%) ()	U (В)	r (Oм)	r (Ом)	=r-r	δ (%) (r)

Контрольные вопросы.

1. Укажите условия существования электрического тока в цепи.

2. Снимите показания вольтметра при разомкнутой внешней цепи и сравните с .

3. Какова роль источника электрической энергии в электрической цепи.

4. От чего зависит напряжение на зажимах источника электрической энергии?

Лабораторная работа №7
«ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО СОЕДИНЕНИЯ РЕЗИСТОРОВ»

Цель работы: научиться собирать простейшие электрические цепи и экспериментально проверить закономерности последовательного соединения резисторов.

Теория.

Последовательное соединение цепи

R R

1. Во всех участках последовательной цепи сила тока имеет одинаковое значение: I= I=I =const.

2. Общее сопротивление участка цепи равно сумме сопротивлений каждого резистора: R= R + R

3. Общее напряжение на участке равно сумме напряжений на каждом резисторе: U= U + U

Оборудование: источник электрический энергии, два амперметра, два вольтметра, четыре разных резистора, ключ, проводники.

Порядок выполнения работы:

1. Изучение закономерностей последовательного соединения резисторов.

1. Собрать цепь по схеме.

2. Записать показания приборов

3.Определить сопротивления каждого резистора и общее сопротивление участка.

R= R+R

4. Измерить вольтметром напряжение U, U, U и сравнить с U= U + U

5. Включив амперметр в другие участки последовательной цепи, убедиться, что

I= I=I =const.

6. Определить R= и сравнить с R= R+R

7. Повторить п. 1.1-1.6 для других резисторов.

8. Заполнить таблицу.

U1(B)	U2 (B)	Uоб.(B)	I (A)	R1(Oм)	R2(Oм)	R об(Ом)

Сделать вывод о справедливости проверенных экспериментально закономерностей последовательной цепи.

Контрольные вопросы:

1. Используя данные опытов, доказать справедливость следующего соотношения:

2. Дать определение электрического тока в металле.

3. От чего зависит сопротивление металлов?

Лабораторная работа №8
«ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ПАРАЛЛЕЛЬНОГО СОЕДИНЕНИЯ РЕЗИСТОРОВ»

Цель работы: научиться собирать простейшие электрические цепи и экспериментально проверить закономерности параллельного соединения резисторов.

Теория.

Параллельное соединение цепи

1. Напряжения между концами каждого резистора параллельного участка цепи равны: U =U=U

2. Сила тока в неразветвлённой цепи равна сумме силы токов каждой ветви параллельного участка цепи: I = I + I

3. Общее сопротивление параллельного участка цепи можно определить из соотношения:

Порядок выполнения работы:

1. Собрать цепь по схеме:

2. Записать показания приборов, сделать необходимые расчеты и заполнить таблицу.

U (B)	I1(A)	I (А)	I(А)	R(Ом)	R(Ом)	R(Ом)

I= I+ I

3. Поместив один из амперметров в неразвётвлённый участок цепи, сравнить показания амперметра с вычисленным по формуле: I= I+ I

4. Сравнить R= c общим сопротивлением, вычисленным по формуле

5. Повторить п. 1-4 с другими резисторами.

6. Сделать выводы о справедливости закономерностей параллельного соединения резисторов.

Контрольные вопросы:

1. Используя данные опытов, доказать справедливость следующего соотношения:

для параллельного соединения резисторов -

2. Решить задачу

Лабораторная работа № 9
«ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСКОРЕНИЯ СИЛЫ ТЯЖЕСТИ С ПОМОЩЬЮ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МАЯТНИКА»

Цель: определить ускорение свободного падения в данной местности.

Теория:

математический маятник - это материальная точка, подвешенная на невесомой и нерастяжимой нити.

При малых амплитудах колебания математического маятника - гармонические. Период колебаний математического маятника:

Т = 2 π или Т = (1)

ℓ-длина нити, t - время колебаний, а N - число колебаний маятника за это время. Определив период колебания маятника и длину нити, можно найти ускорение свободного падения - g

g = (2)

Оборудование: маятник, рулетка, секундомер.

Порядок выполнения работы:

1. Измерить длину маятника (ℓ)

2. Отклонив маятник на угол 10° и заметив время, отпускаем его.

3. По секундомеру определить время (t) 50 полных колебаний (N)

4. Вычислить период полного колебания по формуле (1)

5. Вычислить ускорение силы тяжести по формуле (2)

6. Изменить длину маятника и вычислить следующее значение ускорения силы тяжести (g)

7. Опыт повторить ещё четыре раза.

8. Вычислить среднее значение ускорения силы тяжести по формул

g_{с р}=

9. Результаты всех измерений записать в таблицу:

№ опыта

(м)

(колеб)

(c)

м/с

м/с²

g_таб

м/с

9,81

10. Вычислить относительную погрешность

Контрольные вопросы:

1. Что показывает ускорение силы тяжести?

2. Почему в работе маятник отклоняют на малый угол

Лабораторная работа № 10
«ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ СТЕКЛА»

Цель работы: изучение явления преломления света на границе раздела двух сред и определение относительного показателя преломления стекла.

Теория.

Оборудование: пластинка стеклянная (призма), лист картона, 4 булавки, линейка, транспортир, угольник, карандаш., таблица значений синусов.

Порядок выполнения работы

1. На середину листа бумаги с подложенным под ним картоном положить стеклянную пластинку и очертить её контур карандашом.

2. За пластинкой вертикально вколоть 2 булавки (А и В см. рис.).

3. Расположить глаз на уровне стола и следя за булавками сквозь толщу стекла, вколоть 3-ю и 4-ю булавки за призму так, чтобы основание всех четырёх булавок казались расположенными на одной прямой.

4. Снять пластинку с бумаги и вынуть булавки, отмечая буквами А, В, С и D места проколов. (См. рис.)

5. Через точки А и В провести прямую до пересечения с её с верхним контуром пластинки. Точку пересечения обозначить К.

6. Через точки С и D повести прямую до пересечения с пластинкой и обозначить её буквой К.

7. Провести прямую через точки К и К. Продолжить эту прямую после пластинки и поставить точку Е.

8. Через точку К провести перпендикуляр к грани пластинки и на нём из точки К отложить равные отрезки КМ=КР=4 см.

9. Из точек М и Р отложить перпендикуляры на КВ и КЕ, измерить длины отрезков: MN и PQ.

10. Определить показатель преломления стекла: n =, т.к. , а sin (KM = PK), тогда n =

11. п. 1-10 повторить дважды.

12. Найти n= и оценить погрешность измерения, сравнивая n с n=1,5

13. Измерить транспортиром угол падения и преломления, найти значения синусов этих углов, определить показатель преломления стекла и сравнить его с n.

Контрольные вопросы

1. В чём сущность явления преломления света и какова причина этого явления?

2. В каком случае преломление луча не происходит?

3. В чём разница между относительным и абсолютным показателями преломления света?

Лабораторная работа 11
«ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФОКУСНОГО РАССТОЯНИЯ СОБИРАЮЩЕЙ ЛИНЗЫ»

Цель работы: научиться определять фокус, фокусное расстояние и оптическую силу собирающей линзы.

Оборудование: собирающая линза на подставке, экран, свеча, линейка, карандаш

Теория: линза – прозрачное тело, ограниченное одной или двумя сферическими поверхностями. Линзы бывают: собирающая и рассеивающая.

собирающая рассеивающая

Фокус – точка на главной оптической оси линзы, в которой собираются лучи или их мнимое продолжение после линзы.

Формула тонкой линзы:

D = D – Оптическая сила линзы, величина обратная фокусному расстоянию линзы; характеризует преломляющую способность линзы; у собирающей линзы оптическая сила – положительная, а у рассеивающей – отрицательная. Оптическую силу системы линз находят сложением оптических сил каждой линзы.

[D] = 1 дптр. ( диоптрия)

Порядок выполнения работы:

1. Перед свечей на расстоянии 20-30см. поставить линзу, а за ней экран. Передвигая экран, добиться получения на нем резкого изображения свечи.

2. Измерить расстояние от свечи до линзы (d) и от линзы до экрана (f).

3. По формуле F = f d / (f + d) вычислить фокусное расстояние линзы (F).

4. Опыт повторить 3 раза при различных значениях (f) и (d).

5. По данным всех опытов найти среднее значение фокусного расстояния (Fср.).

6. Определить оптическую силу линзы.

7. Начертить ход лучей в установке для одного из случаев.

8. Данные измерения записать в таблицу.

№ опыта	d(м) Расстояние от предмета до линзы	f(м) Расстояние от линзы до изображения	F(м) Фокусное расстояние	F(м) Среднее фокусное расстояние	Оптическая сила линзы D (дптр.)
1
2
3

Контрольные вопросы:

1. Что такое линза?

2. Классификация линз.

3. Что называется фокусом линзы, фокусным расстоянием?

4. Что называется оптической силой линзы?

5. Вычислить в одном из опытов линейное увеличение линзы.

Лабораторная работа №12
«ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ СВЕТОВОЙ ВОЛНЫ»

Цель: определение длины световой волны с помощью дифракционной решетки.

Теория: параллельный пучок света, проходя через дифракционную решетку, вследствие дифракции, за решеткой распространяется по всевозможным направлениям и интерферирует. На экране, уставленном на пути интерферирующего света, можно наблюдать интерференционную картину.

Максимумы света наблюдаются в точках экрана, для которых выполняется условие:

∆ = k λ , (1)

где ∆- разность хода волн; λ- длина световой волны; k – 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: kλ=d sin φ (рисунок). Здесь d – период дифракционной решетки;

Дифракционная решетка Экран

φ – угол, под которым видим световой максимум (угол дифракции). Так как углы дифракции, как правило, малы, то для них можно принять sin φ= tg φ, а

tg φ = а/b. Поэтому: kλ=d a/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 .

Оборудование: прибор для определения длины световой волны, дифракционная решётка ( d = 1/100 мм ), лампа с прямой нитью накала в патроне со шнуром и вилкой (общая для всех студентов).

Порядок выполнения работы:

1. Установить на демонстрационном столе лампу и включить ее.

2. Установить дифракционную решетку в рамку на продольной линейке прибора.

3. Экран со школой установить на конце продольной линейки.

4. Проверить расположение частей установки.

5. Смотря на лампу через дифракционную решетку, расположить прибор так, чтобы в прорезь экрана была видна нить лампы. Возможный перекос прибора устранить осторожным вращением прибора в шарнире.

6. Перемещением экрана со шкалой по продольной линейке, добиться наиболее четкого изображения на экране спектров I –го порядка.

7. Отсчитать по шкале смещение от щели до середины красной части спектра a_кр.

8. Отсчитать по шкале смещение от щели до начала фиолетовой части спектра a_ф.

9. Измерить расстояние от решетки до экрана. (400 мм )

10. Из формулы kλ=d sin φ (принимаем tg≈a/; k=1) получается значение длин волн:

λ _{кр =}λ_ф=

11. Повторить наблюдения и измерения для = 500 мм .

12. Найти среднее арифметическое значение длин световых волн по двум опытам.

13. Результаты всех измерений и вычислений занести в таблицу.

№ опыта	Постоян ная решетки d , мм	Расстоя ние от экрана до решетки ,мм	Красная часть спектра			Фиолетовая часть спектра
№ опыта	Постоян ная решетки d , мм	Расстоя ние от экрана до решетки ,мм	Смещен. а_{кр, мм}	Длина волны λ _{кр, мм}	Погреш ность δ, %	Смещен. а _{ф , мм}	Длина волны λ _{ф , мм}	Погреш ность δ , %
	0,01

14. Определить относительную погрешность измерения, сравнивая результат измерения с табличным значением: ( )

Контрольные вопросы:

1. Почему нулевой максимум дифракционного спектра белого света – белая полоса, а максимум высших порядков – набор цветных полос?

2. Почему максимумы располагаются как слева, так и справа от нулевого максимума?

3. Какой вид имеет интерференционная картина в случае монохроматического света?

Лабораторная работа №13
«НАБЛЮДЕНИЕ СПЕКТРОВ ИСПУСКАНИЯ И ПОГЛОЩЕНИЯ»

Цель работы: изучение с помощью спектроскопа спектров испускания и поглощения газов и паров некоторых веществ.

Теория: если излучение источника света направить на стеклянную призму и на пути прошедших через призму лучей поставить экран, то на экране можно наблюдать набор цветных полос – спектр.

Причина наблюдаемого явления состоит в том, что излучения различных частот имеют одинаковую скорость c в вакууме, а в другой среде (например, в стекле) их скорость неодинакова и зависит от частоты колебаний. Так как коэффициент преломления n ( n = c/v) зависит от скорость распространения световых волн, то лучи разных частот преломляются по – разному.

Наблюдать спектры можно с помощью спектроскопа прямого зрения. Прибор состоит из труб 1, сложной призмы 2, собирающей линзы 3, закрепленной винтом 4, постоянной щели 5, окуляра 6.

Оборудование:

спектроскоп, спиртовка, асбест,

раствор поваренной соли, светофильтр,

газоразрядные трубки, штатив,

преобразователь напряжения

высоковольтный, источник питания

соединительные провода.

Порядок выполнения работы:

Наблюдение спектра испускания:

a) сплошной спектр.

1. Зажечь спиртовку, поставить ее на подставку.

2. Расположить спиртовку так, чтобы ее пламя находилось против щели коллиматора.

3. Проверить параллельная ли щель коллиматора преломляющему ребру призмы спектроскопа.

4. Рассмотреть полученный сплошной спектр, найти в ней основные спектральные цвета.

5. Сравнить полученный спектр со спектром дневного света и изображением сплошного спектра в таблице.

б ) линейчатый спектр.

1. Зажечь спиртовку, поставить ее на подставку.

2. Расположить спиртовку так, чтобы ее пламя приходилось против щели коллиматора.

3. Внести в пламя спиртовки на проволочке кусочек асбеста, смоченный раствором поваренной соли.

4. Проверить параллельность щели коллиматора преломляющемуся ребру призмы. Проверить точность установки зрительной и коллиматорной труб (спектральные линии должны быть четкими).

5. Рассмотреть полученный линейчатый спектр и обратить внимание на характерные для данного вещества спектральной линии .

6. Сравнить полученный линейный спектр с изображением его в таблице. Зарисовать (схематически) спектр в тетрадь.

7. Рассмотреть спектр водорода, гелия, неона, используя светящиеся спектральные трубки данных газов. Зарисовать наблюдаемые спектры испускания.

Наблюдение спектра поглощения.

1. Зажечь спиртовку, поставить ее на подставку.

2. Поместить спиртовку так, чтобы ее пламя приходилось против щели коллиматора.

3. Поместить между щелью и спиртовкой светофильтр.

4. Рассмотреть полученный спектр поглощения цветного стекла, обращая внимание на характерные линии и полосы.

5. По проделанной работе сделать вывод.

Контрольные вопросы

1. Какова причина разложения белого света призмой?

2. Как объяснять происхождение линейчатых спектров?

3. В чем различие дифракционного и дисперсионного спектров?

Лабораторная работа №14
«ИЗУЧЕНИЕ ТРЕКОВ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ ПО ГОТОВЫМ ФОТОГРАФИЯМ»

Цель: по трекам заряженных частиц определить вид частиц.

Теория: В результате нецентрального (косого) соударение двух элементарных частиц каждая разлетается по траектории, выходящей из одной точки, поэтому образуется «вилка».

На рисунке показана импульсная диаграмма такого взаимодействия движущейся частицы (масса ее М, скорость движения до и после взаимодействия и ₁) и неподвижной (масса её m, скорость движения после взаимодействия u).

θ- угол рассеяния; φ-угол отдачи; М и М₁- векторы импульсов налетающей частицы до и после взаимодействия; mu- вектор импульса неподвижной частицы после взаимодействия .

Энергия частицы до взаимодействия Mυ²/2 после взаимодействия Mυ₁^/2 и mu²/2, поэтому в соответствии с законом сохранения энергии запишем уравнение:

Из ∆АОС, согласно теореме синусов, запишем

(1)
.

Следовательно,

(2) u= Mυ sin θ/m sin(π-(θ+φ));

Уравнения (2) подставим в уравнение (1), получим

После сокращения обеих частей последнего уравнения на Mυ²/2 имеет

или

(3) sin²(θ+φ)-sin²φ=sin²θ

Преобразуем левую часть уравнение (3), зная, что sin²α+sin²β=sin(α+β) sin(α-β); sin²(θ+φ)- sin²φ=sin(θ+2φ) sinθ.

Следовательно, (4) sin²(θ+φ)-sin²φ=sin(θ+2φ)sinθ.

Учитывая выражение (4), уравнение (3) запишем так:

sin(θ+2φ) sinθ=M sin²θ/m или M/m=sin(θ+2φ)/sinθ (5).

Исследуя треки заряженных частиц по готовым фотографиям и используя формулу
(5), можно решить ряд интересных задач.

Оборудование: фотографии косых столкновений частиц, транспортир, линейка, тонко отточенный карандаш.

На фотографии треков частиц в толстослойной эмульсии (рис.1) след c-трек рассеянной частицы. Зная, что d-трек протона, определить неизвестную частицу.

Рис.1

Ход работы:

1. Используя рис.1, начертите в тетради трек налетающей частицы и продолжите его.

2. Начертите прямолинейные участки треков взаимодействующих частиц, сохранив углы рассеяния θ и отдачи φ. Отметить эти углы

3. Записать массу mизвестной частицы в а.е.м. и, используя формулу (5), вычислить массу M рассеянной частицы.

4. Зная M, используя таблицу «Периодическая система элементов», определить, ядром какого атома является рассеянная частица. Назовите эту частицу.

5. Результаты измерений, вычислений записать в таблицу.

№ задачи	Угол рассеяния θ,⁰	Угол отдачи φ,⁰	Масса рассеянной частицы M, (а.е.м.)	Масса неподвижной до взаимодействия частицы m, (а.е.м.)	Вид частицы газа
1.				1, 007276
2.				1,007276

Рис. 2

6. Исследовать повторить (п. 1-6) для решения задачи II. По фотографии треков частиц(рис.2) указать ядру какого атома принадлежит след a,если след b-трек рассеянного протона.

7. Исследование повторить (п. 1-6) для решения задачи III. Сталкиваясь в камере Вильсона с атомом какого газа, α-частица отклонилась на142⁰. Определить, с атомом какого газа столкнулась α-частица.

Контрольные вопросы.

1. Напишите формулу кинетической энергии частиц; сформулируйте закон сохранения энергии для взаимодействующих частиц.

2. Что вам известно о протоне, α-частице?

3. Дайте определение атомной единицы массы. Укажите её соотношение с килограммом.

Приложение №1
Сведения о приближенных вычислениях

При работе с приближёнными числами необходимо соблюдать следующие правила:

1. При сложении и вычитании приближенных чисел в конечном результате следует сохранять столько десятичных знаков, сколько их имеет число с наименьшим числом десятичных знаков.

2. В результате, полученном после умножения и деления, следует сохранять столько значащих цифр, сколько их имеет наименьшее точное данное.

3. При возведении приближенного числа в степень следует сохранять в результате столько значащих цифр, сколько их имеет возводимое в степень число.

4. При извлечении квадратного и кубического корней из приближенного числа следует сохранять в результате столько значащих цифр, сколько их имеет подкоренное выражение.

5. При выполнении промежуточных результатов необходимо брать одной цифрой больше, чем рекомендуют предыдущие правила.

Приложение №2
Оценка погрешности измерений

Выполнение лабораторных работ связано с измерениями физических величин. Измерения не дают возможности получить абсолютно точные результаты. Погрешности, возникающие при измерениях, объясняются несовершенством методов измерения, измерительных приборов, условиями опытов. Для исключения случайных ошибок и повышения степени точности необходимо производить всегда несколько измерений (минимум три), а затем найти среднее арифметическое. Например, определяя длину какого-либо тела, необходимо измерить её по краям и в средней части. Результаты трёх измерений сложить и разделить на три.

Разность между истинным и измеренным значениями искомой величины называется абсолютной погрешностью :

Качество измерений характеризуется относительной погрешностью , равной отношению абсолютной погрешности к действительному значению измеренной величины.

Если истинное значение искомой величины неизвестно, то для определения погрешностей можно воспользоваться методом среднего арифметического:

1. Производят измерение искомой величины Х несколько раз и среднее арифметическое результатов этих измерений принимают за истинное значение измеряемой величины:

2. Находят абсолютные погрешности каждого измерения:

; ; . Определяют среднее арифметическое этих погрешностей:

и принимают его за абсолютную погрешность измерения.

3. Находят относительную погрешность :

При косвенных измерениях искомой величины погрешности можно определить методом оценки результатов измерения. В этом случае погрешности вычисляют по формулам теории приближенных вычислений, приведённых в таблице.

Таблица «Формулы для расчёта погрешности косвенных измерений»

№

п/п

Математическая

операция

Погрешности

абсолютная

относительная

Х = А В

Х =

Х = А

Х =

2А

Истинное значение измеряемой величины:

Х=Х + ; (Х - )
Приложение №3
Таблица Д.И. Менделеева

Приложение №4
Психрометрическая таблица

Приложение №5
Давление насыщающих водяных паров и их плотность при различных температурах

Приложение № 6
Таблица значений синусов углов от 0 - 180

Sin(1°)	0.0175
Sin(2°)	0.0349
Sin(3°)	0.0523
Sin(4°)	0.0698
Sin(5°)	0.0872
Sin(6°)	0.1045
Sin(7°)	0.1219
Sin(8°)	0.1392
Sin(9°)	0.1564
Sin(10°)	0.1736
Sin(11°)	0.1908
Sin(12°)	0.2079
Sin(13°)	0.225
Sin(14°)	0.2419
Sin(15°)	0.2588
Sin(16°)	0.2756
Sin(17°)	0.2924
Sin(18°)	0.309
Sin(19°)	0.3256
Sin(20°)	0.342
Sin(21°)	0.3584
Sin(22°)	0.3746
Sin(23°)	0.3907
Sin(24°)	0.4067
Sin(25°)	0.4226
Sin(26°)	0.4384
Sin(27°)	0.454
Sin(28°)	0.4695
Sin(29°)	0.4848
Sin(30°)	0.5
Sin(31°)	0.515
Sin(32°)	0.5299
Sin(33°)	0.5446
Sin(34°)	0.5592
Sin(35°)	0.5736
Sin(36°)	0.5878
Sin(37°)	0.6018
Sin(38°)	0.6157
Sin(39°)	0.6293
Sin(40°)	0.6428
Sin(41°)	0.6561
Sin(42°)	0.6691
Sin(43°)	0.682
Sin(44°)	0.6947
Sin(45°)	0.7071

Sin(46°)	0.7193
Sin(47°)	0.7314
Sin(48°)	0.7431
Sin(49°)	0.7547
Sin(50°)	0.766
Sin(51°)	0.7771
Sin(52°)	0.788
Sin(53°)	0.7986
Sin(54°)	0.809
Sin(55°)	0.8192
Sin(56°)	0.829
Sin(57°)	0.8387
Sin(58°)	0.848
Sin(59°)	0.8572
Sin(60°)	0.866
Sin(61°)	0.8746
Sin(62°)	0.8829
Sin(63°)	0.891
Sin(64°)	0.8988
Sin(65°)	0.9063
Sin(66°)	0.9135
Sin(67°)	0.9205
Sin(68°)	0.9272
Sin(69°)	0.9336
Sin(70°)	0.9397
Sin(71°)	0.9455
Sin(72°)	0.9511
Sin(73°)	0.9563
Sin(74°)	0.9613
Sin(75°)	0.9659
Sin(76°)	0.9703
Sin(77°)	0.9744
Sin(78°)	0.9781
Sin(79°)	0.9816
Sin(80°)	0.9848
Sin(81°)	0.9877
Sin(82°)	0.9903
Sin(83°)	0.9925
Sin(84°)	0.9945
Sin(85°)	0.9962
Sin(86°)	0.9976
Sin(87°)	0.9986
Sin(88°)	0.9994
Sin(89°)	0.9998
Sin(90°)	1

Sin(91°)	0.9998
Sin(92°)	0.9994
Sin(93°)	0.9986
Sin(94°)	0.9976
Sin(95°)	0.9962
Sin(96°)	0.9945
Sin(97°)	0.9925
Sin(98°)	0.9903
Sin(99°)	0.9877
Sin(100°)	0.9848
Sin(101°)	0.9816
Sin(102°)	0.9781
Sin(103°)	0.9744
Sin(104°)	0.9703
Sin(105°)	0.9659
Sin(106°)	0.9613
Sin(107°)	0.9563
Sin(108°)	0.9511
Sin(109°)	0.9455
Sin(110°)	0.9397
Sin(111°)	0.9336
Sin(112°)	0.9272
Sin(113°)	0.9205
Sin(114°)	0.9135
Sin(115°)	0.9063
Sin(116°)	0.8988
Sin(117°)	0.891
Sin(118°)	0.8829
Sin(119°)	0.8746
Sin(120°)	0.866
Sin(121°)	0.8572
Sin(122°)	0.848
Sin(123°)	0.8387
Sin(124°)	0.829
Sin(125°)	0.8192
Sin(126°)	0.809
Sin(127°)	0.7986
Sin(128°)	0.788
Sin(129°)	0.7771
Sin(130°)	0.766
Sin(131°)	0.7547
Sin(132°)	0.7431
Sin(133°)	0.7314
Sin(134°)	0.7193
Sin(135°)	0.7071

Sin(136°)	0.6947
Sin(137°)	0.682
Sin(138°)	0.6691
Sin(139°)	0.6561
Sin(140°)	0.6428
Sin(141°)	0.6293
Sin(142°)	0.6157
Sin(143°)	0.6018
Sin(144°)	0.5878
Sin(145°)	0.5736
Sin(146°)	0.5592
Sin(147°)	0.5446
Sin(148°)	0.5299
Sin(149°)	0.515
Sin(150°)	0.5
Sin(151°)	0.4848
Sin(152°)	0.4695
Sin(153°)	0.454
Sin(154°)	0.4384
Sin(155°)	0.4226
Sin(156°)	0.4067
Sin(157°)	0.3907
Sin(158°)	0.3746
Sin(159°)	0.3584
Sin(160°)	0.342
Sin(161°)	0.3256
Sin(162°)	0.309
Sin(163°)	0.2924
Sin(164°)	0.2756
Sin(165°)	0.2588
Sin(166°)	0.2419
Sin(167°)	0.225
Sin(168°)	0.2079
Sin(169°)	0.1908
Sin(170°)	0.1736
Sin(171°)	0.1564
Sin(172°)	0.1392
Sin(173°)	0.1219
Sin(174°)	0.1045
Sin(175°)	0.0872
Sin(176°)	0.0698
Sin(177°)	0.0523
Sin(178°)	0.0349
Sin(179°)	0.0175
Sin(180°)	0

Приложение №7
Множители и приставки СИ для образования десятичных кратных и дольных единиц

Список используемой литературы

1. Дмитриева В.Ф. Физика: учебник для студентов образовательных учреждений среднего профессионального образования - М.: 2017

2. «Школа будущего» Набор инструкций для проведения лабораторных работ по физике. А.В. Смирнов, С.В. Степанов. – М.: Федеративный комитет, 2005.

3. «Лабораторный практикум по физике» Степанов С.В., Смирнов С.А. – М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2003.

4. «Руководство по проведению лабораторных работ по физике для средних специальных учебных заведений» - М.: Высшая школа, 1988.

Оглавление

Введение……………………………………………………………………………………….. 3

Инструкция по технике безопасности………………………………………………………. 5

Лабораторная работа №1 «Определение плотности твердого тела правильной геометрической формы»……………………………………………………………………… 6

Лабораторная работа №2 «Изучение характера зависимости силы упругости от удлинения пружины»……………………………………………………………………….………………7

Лабораторная работа №3 «Выяснение условия равновесия тела с закреплённой осью вращения»……………………………………………………………………………………….8

Лабораторная работа №4 «Определения влажности воздуха с помощью психрометра»…9

Лабораторная работа №5 «Определение удельного сопротивления металлического проводника »…………………………………………………………………………………..10

Лабораторная работа №6 «Определение электродвижущей силы и внутреннего сопротивления источника тока»……………………………………………………………..12

Лабораторная работа №7 «Изучения закономерностей последовательного соединения резисторов»……………………………………………………………………………….. ….14

Лабораторная работа 8 «Изучения закономерностей параллельного соединения

резисторов»……………………………………………………………………………………16

Лабораторная работа №9 «Определение ускорения свободного падения с помощью маятника»………………………………………………………………………………………18

Лабораторная работа №10 «Определение относительного показателя преломления стекла»………………………………………………………………………………………….19

Лабораторная работа №11 «Определение фокусного расстояния собирающей линзы»………………………………………………………………………………………….21

Лабораторная работа №12 «Определение длины световой волны»……………………….23

Лабораторная работа №13 « Наблюдение спектров испускания и поглощения»………...25

Лабораторная работа №14 «Изучение треков заряженных частиц по готовым фотографиям»………………………………………………………………………………....27

Приложение № 1 «Сведения о приближённых вычислениях»……………………………30

Приложение № 2 «Оценка погрешности измерения»……………………………………...31

Приложение №3 «Периодическая таблица элементов»……………………………………33

Приложение № 4 «Психрометрическая таблица»…………………………………….........35

Приложение № 5 «Давление насыщающих водяных паров и их плотность при различных температурах»…………………………………………………………………………………36

Приложение №6 «Таблица значений синусов » ……………………………………….......37

Приложение №7«Множители и приставки СИ для образования десятичных кратных и дольных единиц»……………………………………………………………………………..39

Список используемой литературы…………………………………………………………..40

Скачано с www.znanio.ru

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

Одобрено предметно-цикловой комиссией «Естественно-научных дисциплин»