Методические указания по выполнению лабораторных работ по физике 1 курс спо. технические специальности

 

 

 

Терский филиал

федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования

«Кабардино - Балкарский государственный аграрный

университет имени В.М. Кокова»

 

 

 

 

 

 

 

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

для студентов

по выполнению лабораторных работ

по учебной дисциплине ОУД.09 «Физика»

 

по специальности

 

35.02.07. Механизация сельского хозяйства

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

с. Учебное

2020

Одобрено на заседании предметно-цикловой комиссией математических и естественнонаучных дисциплин Протокол № 13 от «11» июня 2020 г. Председатель ПЦК ________________Н.И. Дербенева

Утверждаю Зам директора по УПР __________А.В. Захарченко

 

 

 

 

Разработчик:  Карлова Г.И.

 

Содержание

 

1.                 Пояснительная записка                                                                        4      

2.                 Критерий оценки лабораторных работ                                               6      

3.                 Техника безопасности                                                                          7

4.                 Тематический план выполнения ЛР                                                   9         

5.                Содержание лабораторных работ                                                      10

6.                Список рекомендуемой литературы                                                  47

 

 

 

 

 

1.Пояснительная записка

Методические рекомендации по выполнению лабораторных работ учебной дисциплины 09 «Физика» раскрывают у студентов  формирование практических умений и объяснения уровня образованности  и уровня подготовки студентов по специальности 35.02.07. Механизация сельского хозяйства.

Лабораторные работы должны способствовать формированию у студентов необходимых для профессиональной деятельности навыков.

Место дисциплины в структуре основной профессиональной образовательной программы: дисциплина    входит    в    математический    и    общий естественнонаучный цикл.

Цели дисциплины – требования к результатам освоения дисциплины:

Освоение содержания учебной дисциплины «Физика» обеспечивает достижение студентами следующих результатов:

личностных:

- сформированность познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей учащихся;

- убежденность в возможности познания природы, в необходимости разумного использования достижений науки и технологий для дальнейшего развития человеческого общества, уважение к творцам науки и техники, отношение к физике как элементу общечеловеческой культуры;

- самостоятельность в приобретении новых знаний и практических умений;

- готовность к выбору жизненного пути в соответствии с собственными интересами и возможностями;

- мотивация к дальнейшей образовательной деятельности;

- формирование ценностных отношений друг к другу, учителю, авторам открытий и изобретений, результатам обучения.

метапредметных:

- овладение навыками самостоятельного приобретения новых знаний, организации учебной деятельности, постановки целей, планирования, самоконтроля и оценки результатов своей деятельности, умениями предвидеть возможные результаты своих действий;

- понимание различий между фактами и гипотезами, теоретическими моделями и реальными объектами, овладение умениями по выдвижению гипотез для объяснения известных фактов и экспериментальной проверке этих гипотез, использованию теоретических моделей для описания процессов или явлений;

- формирование умений воспринимать, перерабатывать и предъявлять информацию в словесной, образной, символической формах, анализировать и перерабатывать полученную информацию в соответствии с поставленными задачами, выделять основное содержание прочитанного текста, находить в нем ответы на поставленные вопросы и излагать его смысл;

- приобретение опыта самостоятельного поиска, анализа и отбора информации с использованием различных источников и новых информационных технологий;

- развитие монологической и диалогической речи, умения выражать свои мысли и способности выслушивать собеседника, понимать его точку зрения, признавать право другого человека на иное мнение;

- освоение приемов действий в нестандартных ситуациях, овладение эвристическими методами решения проблем;

- формирование умений работать в группе с выполнением различных социальных ролей, представлять и отстаивать свои взгляды и убеждения, вести дискуссию.

предметных:

- сформированность представлений о роли и месте физики в современной на­учной картине мира; понимание физической сущности наблюдаемых во Все­ленной явлений, роли физики в формировании кругозора и функциональной грамотности человека для решения практических задач;

- владение основополагающими физическими понятиями, закономерностями, законами и теориями; уверенное использование физической терминологии и символики;

- владение основными методами научного познания, используемыми в физике: наблюдением, описанием, измерением, экспериментом;

- умения обрабатывать результаты измерений, обнаруживать зависимость между физическими величинами, объяснять полученные результаты и де­лать выводы;

- сформированность умения решать физические задачи;

- сформированность умения применять полученные знания для объяснения условий протекания физических явлений в природе, профессиональной сфере и для принятия практических решений в повседневной жизни;

- сформированность собственной позиции по отношению к физической инфор­мации, получаемой из разных источников.

В целом лабораторная работа студентов направлена на более глубокое изучение студентами отдельных вопросов курса. Формирование неясных вопросов для их рассмотрения во время лекционных и практических занятий с помощью преподавателя.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.Критерии оценки результатов лабораторных занятий.

Критериями оценки результатов лабораторных занятий обучающихся являются:

-         уровень умения использовать теоретические знания при выполнении практических задач;

-         уровень сформированности общеучебных умений;

-         уровень умения активно использовать требующуюся информацию, изучать ее и применять на практике;

-         обоснованность и четкость выполнения заданий;

-         оформление материала в соответствии с требованиями стандарта предприятия;

-         уровень умения четко сформулировать проблему, предложив ее решение, критически оценить решение и его последствия;

-         уровень умения определить, проанализировать альтернативные возможности, варианты действий;

-         уровень умения сформулировать собственную позицию, оценку и аргументировать ее.

 

3.Инструктаж по технике безопасности

Общие требования безопасности

1.     Данная инструкция обязательна для выполнения всеми учащимися, допущенными по состоянию здоровья, к лабораторно занятиям по физике.

2. Опасность возникновения травм:

—  при работе со спиртовками;

—   при работе с горячими жидкостями;

—   при работе со стеклянной посудой;

—   при работе с электроприборами; 

3.     В кабинете физики должна быть аптечка, укомплектованная необходимыми медикаментами и перевязочными средствами для оказания первой помощи   пострадавшим.

4.     Учебные приборы должны иметь двойную или усиленную изоляцию (II класс), либо III класса (присоединяться непосредственно к источникам питания с напряжением не выше 42в).

5.     Запрещается использовать ртуть для проведения лабораторных работ и опытов

 

Требования безопасности перед началом занятий

1.     Не трогать приготовленные к работе материалы и оборудование.

2.     Внимательно выслушать инструктаж по ТБ при проведении работы.

3.     Получить учебное задание у преподавателя.

Требования безопасности во время занятий

1.   Выполнять все действия только по указанию преподавателя.

2.   Не зажигайте спиртовку одну от другой. Гасить её только колпачком.

2.     Выполнять только работу, определённую учебным заданием.

4.   Не делать резких движений, не трогать посторонних предметов.

5.      Соблюдать  порядок  и дисциплину.

6.  Пользуйтесь электроплиткой только с закрытой нагревательной спиралью.

7.     Перед выполнением каждого вида работы выслушайте инструктаж преподавателя.

8.     При нагревании жидкостей не направляйте отверстие пробирки на себя или  соседа.

9.     Пробирки закрепляйте надёжно в штативных держателях.

10. Нагрев жидкости доводите до 60-70 градусов.

11. Пробирки нужно брать легко, не сжимая их пальцами.

12. Не загружать измерительные приборы выше предельных обозначений шкалы.

13. Не прикасаться к вращающимся под электричеством машинам, к корпусам стационарного оборудования.

14. Не производить пересоединения в электромашинах во время их работы.

15. При работе с химреактивами руководствуйтесь инструкцией по ТБ для кабинета химии

Требования безопасности в аварийных ситуациях

1.  При плохом самочув­ствии  сообщить об этом преподавателю.

2.     Разбитое стекло убирать только щёткой и совком. 

3.  При получении травмы немедленно  сообщить о случившемся преподавателю.

4.  В  случае неисправности электроприбора, отключить от сети, сообщить преподавателю.

5.  Проверять напряжение только приборами, собранную цепь включать после проверки и с разрешения преподавателя.

6.  Пользоваться только исправными штепсельными соединениями, розетками и выключателями с не выступающими контактными поверхностями. 

7.  В случае пожара  по указанию преподавателя организованно выйти из кабинета.

Требования безопасности по окончании занятий

    1. Приведите в порядок своё рабочее место, проверьте его безопасность. 

2. Ничего не выносите из кабинета без указания преподавателя.

3. Вымойте лицо и руки с мылом.

4. Овсех недостатках, обнаруженных во время работы, сообщите преподавателю.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.Тематический план выполнения лабораторных работ.

 

№ ЛР	Содержание ЛР	Норма времени
ЛР№1	Исследование движения тела под действием постоянной силы.	2
ЛР№2	Исследование сохранение механической энергии при движении тела под действием сил тяжести и упругости.	2
ЛР№3	Изучение закона сохранения импульса.	2
ЛР№4	Сравнение работы силы с изменением кинетической энергии тела.	2
ЛР№5	Измерение влажности воздуха.	2
ЛР№6	Наблюдение особенностей теплового расширения воды.	2
ЛР№7	Измерение поверхностного натяжения жидкости.	2
ЛР№8	Наблюдение процесса кристаллизации.	2
ЛР№9	Изучение  теплового расширения твердых тел.	2
ЛР№10	Изучение закона Ома для участка цепи, последовательного и параллельного соединения проводников.	2
ЛР№11	Определение температуры нити лампы накаливания.	2
ЛР№12	Изучение закона Ома для полной цепи.	2
ЛР№13	Определение коэффициента полезного действия электрического чайника.	2
ЛР№14	Изучение явления электромагнитной индукции.	2
ЛР№15	Определение ЭДС и внутреннего сопротивления источника напряжения.	2
ЛР№16	Изучение зависимости периода колебаний нитяного маятника от длины нити.	2
ЛР№17	Изучение индуктивного и емкостного сопротивления в цепи переменного тока	2
ЛР№18	Изучение изображения предметов в тонкой линзе.	2
ЛР№19	Изучение интерференции и дифракции света.	2

 

 

5.Методика выполнения лабораторных работ

Лабораторная работа №1

Тема: Механика.

Наименование работы: Исследование движения тела под действием постоянной силы.

Цель занятия: Закрепить знания по теме «Кинематика», сформировать умения  и навыки нахождения физической величины, вывод физической величины  из формулы.

Оснащение рабочего места: методические указания по выполнению лабораторныхработ, тетради для лабораторных работ.

Теоретический материал.

Кинема́тика — раздел механики, изучающий математическое описание (средствами геометрии, алгебры, математического анализа…) движения идеализированных тел (материальная точка, абсолютно твердое тело, идеальная жидкость), без рассмотрения причин движения (массы, сил и т. д.). Исходные понятия кинематики — пространство и время. Например, если тело движется по окружности, то кинематика предсказывает необходимость существования центростремительного ускорения без уточнения того, какую природу имеет сила, его порождающая. Причинами возникновения механического движения занимается другой раздел механики — динамика.
Главной задачей кинематики является математическое (уравнениями, графиками, таблицами и т. п.) определение положения и характеристик движения точек или тел во времени. Любое движения рассматривается в определённой системе отсчёта. Также кинематика занимается изучением составных движений (движений в двух взаимно перемещающихся системах отсчёта).

УСКОРЕНИЕ. РАВНОУСКОРЕННОЕ ДВИЖЕНИЕ

Равноускоренным называется движение, при котором скорость тела за любые равные промежутки времени изменяется одинаково.

Ускорением тела называют отношение изменения скорости тела ко времени, за которое это изменение произошло.

Ускорение характеризует быстроту изменения скорости.

Ускорение - векторная величина. Оно показывает, как изменяется мгновенная скорость тела за единицу времени.

Зная начальную скорость тела и его ускорение, из формулы (1) можно найти скорость в любой момент времени:

Для этого уравнение нужно записать в проекциях на выбранную ось:

V_x=V_0x+ a_xt

Графиком скорости при равноускоренном движении является прямая

 

ПЕРЕМЕЩЕНИЕ И ПУТЬ ПРИ ПРЯМОЛИНЕЙНОМ РАВНОУСКОРЕННОМ ДВИЖЕНИИ

Предположим, что тело совершило перемещение за время t, двигаясь с ускорением . Если скорость изменяется от до и учитывая, что,

получим

Используя график скорости, можно определить пройденный телом за известное время путь - он численно равен площади заштрихованной поверхности.

СВОБОДНОЕ ПАДЕНИЕ ТЕЛ

Движение тел в безвоздушном пространстве под действием силы тяжести называют свободным падением.

Свободное падение - это равноускоренное движение. Ускорение свободного падения в данном месте Земли постоянно для всех тел и не зависит от массы падающего тела: g = 9,8 м/с ² .

Для решения различных задач из раздела "Кинематика" необходимы два уравнения:

Задача№1: Тело, двигаясь равноускоренно из состояния покоя, за пятую секунду прошло путь 18 м. Чему равно ускорение и какой путь прошло тело за 5 с?

За пятую секунду тело прошло путь s = s ₅ - s ₄ и s ₅ и s ₄ - расстояния, пройденные телом соответственно за 4 и 5 с.

Ответ: тело, двигаясь с ускорением 4 м/с ² , за 5 с прошло 50 м.



Задача№2: С подводной лодки, погружающейся равномерно, испускаются звуковые импульсы длительностью t₁ = 30,1 с. Длительность импульса, принятого на лодке после его отражения от дна, равна t₂ = 29,9 с. Определите скорость погружения лодки v. Скорость звука в воде с = 1500 м/с. 

Решение.

Звуковой импульс не является материальной частицей, однако уравнения движения звукового импульса такие же, как и у материальной точки, поэтому можно применять законы кинематики материальной точки. 

За время t₁ лодка переместится на расстояние vt₁, поэтому расстояние в воде между началом импульса и его концом равно

L = ct₁ – vt₁.

Такая длина сигнала сохранится и после отражения от дна. Прием импульса закончится в тот момент, когда лодка встретится с задним концом импульса. Поскольку скорость их сближения равна с + v, то продолжительность приема равна

t₂ = L/(c + v)

Решая эти уравнения совместно, получим

v = = 5 м/с. Ответ: 5 м/с

 

Выполните следующие задания

1.     Движение тел задано уравнениями: х₁=3t, x₂ =130-10t. Когда и где они встретятся?

2.     Координата тела меняется с течением времени согласно формуле х=10-4t. Чему равна координата тела через 5 с после начала движения?

3.     При равноускоренном прямолинейном движении скорость катера увеличилась за 10 с от 2 м/с до 8 м/с. Чему равен путь, пройденный катером за это время?

4.     Вертолёт и самолёт летят навстречу друг другу: первый – со скоростью v, второй – со скоростью 3v.Какова скорость вертолёта относительно самолёта?

5.     Может ли человек на эскалаторе находиться в покое относительно Земли если эскалатор поднимается со скоростью 1 м/с?

6.     Ускорение шайбы, соскальзывающей с гладкой наклонной плоскости, равно 1,2 м/с². На этом спуске её скорость увеличилась на 9м/с. Определите полное время спуска шайбы с наклонной плоскости.

7.     Камень брошен с некоторой высоты вертикально вниз с начальной скоростью 1м/с. Какова скорость камня через 0,6 с после бросания?

8.     Мотоциклист, двигаясь по хорошей дороге с постоянной скоростью 108 км/ч, проехал 4/7 всего пути. Оставшуюся часть пути по плохой дороге он проехал со скоростью 15 м/с. Какова средняя скорость мотоциклиста на всём пути?

9.     Автомобиль двигался по окружности. Половину длины окружности он проехал со скоростью 60 км/ч, а вторую – ехал со скоростью 40 км/ч. Чему равна средняя скорость автомобиля?

10. Шар, двигаясь из состояния покоя равноускоренно, за первую секунду прошёл путь 10см. Какой путь (в сантиметрах) он пройдёт за 3 сот начала движения?

11. С балкона дома на высоте 5 м вверх подбросили мяч со скоростью 4 м/с. Какой будет скорость мяча через 0,4 с?

12. Автомобиль, трогаясь с места, движется с ускорением 3м/с². Какова будет скорость автомобиля через 5 с?

13.  Колесо равномерно вращается с угловой скоростью 4π рад/с. За какое время сделает колесо 100 оборотов?

Ответить на вопросы.

1. Какой раздел физики называют механикой?

2. Основная задача механики.

3. При каких условиях тело может называться материальной точкой?

4. Как определяют положение точки в пространстве?

5. Что называется траекторией, и какие они бывают?

6. Что такое механическое движение?

 

Лабораторная работа №2

Тема: Механика

Наименование работы: Исследованиесохранение механической энергии при движении тела под действием сил тяжести и упругости.

Цель занятия: Закрепить знания по теме «Динамика», сформировать умения и навыки  нахождения физической величины, её вывод  из формулы.

Оснащение рабочего места: методические указания по выполнению лабораторныхработ, тетради для лабораторных работ.

Теоретический материал

Динамика исследует причины движения тел. Известно, что любое тело изменяет свою скорость в результате взаимодействия с другими телами. Сила есть характеристика взаимодействия. Обычно сила обозначается буквой F . Если на тело действует несколько сил, то они складываются как векторы. Сумма всех сил действующих на тело, называется равнодействующей R Масса есть характеристика инертности. Обычно масса обозначается буквой m. Масса — суть скаляр, сила — суть вектор. В основе динамики лежат три закона Ньютона. Первый закон Ньютона утверждает, что существуют такие системы отсчета, в которых, если на тело не действуют никакие внешние силы, оно движется равномерно и прямолинейно. Такие системы отсчета называют инерциальными. Второй закон Ньютона утверждает, что, если на тело массой m действует сила F, то ускорение телаа будет равно

Третий закон Ньютона утверждает, что, если на тело A со стороны тела B действует сила F_BA, то на тело B со стороны тела A действует сила F_ab , причем Виды сил:

1. Сила упругости. Эта сила возникает при деформации тела. Свойство силы упругости F таково, что при небольших деформациях Δх , F пропорционально Δx и направлена против деформации. Коэффициент пропорциональности к носит название коэффициента жесткости. Таким образом,  

2. Гравитационная сила. Известно, что все тела притягиваются друг к другу с силой F пропорциональной массе каждого тела m₁ и m₂ и обратно пропорциональной квадрату расстояния R между телами.

G = 6,672⋅10^-11 Нм²/кг².

где R₀ — радиус Земли, M — масса Земли. Ускорение свободного падения g не зависит от массы притягиваемого тела, поэтому все тела падают с одинаковым ускорением. На поверхности Земли, где Н равно нулю, g≈9,8 м/с².

3. Вес тела. Весом тела P называют силу, которая давит на опору или растягивает подвес. Эта сила вообще приложена не к телу, а к опоре или подвесу; на тело же действует нормальная реакция опоры или сила натяжения нити. Вес тела может быть равен силе тяжести, а может быть и не равен. Например, если тело лежит на горизонтальной плоскости, то вес тела равен силе тяжести, а если на наклонной, то нет.

4. Сила трения. Силой трения F_TP называют силу, которая препятствует движению, т.е. направлена против скорости, и  равна

Задача: На тело массой 2160 кг, лежащее на горизонтальной дороге, действует сила, под действием которой тело за 30 секунд пройдет расстояние 500 метров. Найти величину этой силы.

Дано: m=2160кг t=30c S=500м F-?

Решение: F=ma ;

Ответ: 2400 Н

Выполните следующие задания

 

1.     После удара теннисной ракеткой мячик массой 5 г получил ускорение 12 м/с².Какова сила удара?

2.     Брусок массой 5 кг равномерно скользит по поверхности стола под действием силы 15 Н. Определите коэффициент трения между бруском и столом.

3.     Две силы по 200 Н каждая направлены под углом 120⁰  друг к другу. Найдите равнодействующую силу.

4.     С каким ускорением будет двигаться тело массой 1 кг под действием двух взаимно перпендикулярных сил 3Н и 4 Н?

5.     С каким ускорением будет двигаться тело массой 20 кг, на которое действуют три равные силы по 40 Н каждая, лежащие в одной плоскости и направлены под углом 120⁰  друг  к другу?

6.     Под действием некоторой силы первое тело приобретает ускорение а. Под действием вдвое большей силы второе тело приобретает ускорение в 2 раза меньше, чем первое. Как относится масса первого тела к массе второго?

7.     Если пружина изменила свою длину на 6 см под действием груза массой 4 кг,  то как бы она растянулась под действием груза массой 6 кг?

8.     Сила 10 Н сообщает телу ускорение  0,4 м/с².  Какая  сила  сообщит  этому  же  телу  ускорение  2 м/с²?

9.     Мальчик массой 50 кг, скатившись на санках с горы, проехал по горизонтальной дороге до остановки 20 м за 10 с. Найдите силу трения.

10. Чему равен модуль равнодействующей сил, приложенных к телу массой 2 кг, если зависимость его координат от времени имеет вид x(t)=4t² +5t-2  и  y(t)=3t² +4t+14?

Ответить на вопросы.

  1.Что такое перемещение?

  2. В чем отличие понятия пройденного пути от перемещения?

  3. Что изучает динамика и ее основная задача?

 

 

 

Лабораторная работа №3

Тема: Механика

Наименование работы: Изучение закона сохранения импульса

Цель занятия: Закрепить знания по теме «Динамика», сформировать умения и навыки нахождения физической величины, её вывод из формулы.

Оснащение рабочего места: динамометр, штатив с муфтой и лапкой, набор грузиков, измерительная линейка

Теоретический материал

Сила, возникающая в результате деформации тела и направленная в сторону, противоположную перемещению частиц тела при деформации, называется силой упругости.

Деформацию растяжения или сжатия характеризует абсолютное удлинение:   где х₀ — первоначальная длина образца, х — его дли­на в деформированном состоянии. Относительным удлинением тела называют отношение .

Сила упругости, действующая на тело со стороны опоры или подвеса, называется силой  реакции опоры (подвеса) или силой натяжения подвеса.

Закон Гука:Сила упругости, возникающая в телепри его деформации растяжения или сжатия, пропорциональна абсолютному удлинению тела и направлена противоположно направлению перемещения частиц тела относительно других частиц при деформации:

. Здесь х – удлинение тела (пружины) (м). Удлинение положительно при растяжении тела и отрицательно при сжатии.

Коэффициент пропорциональности k называет­ся жесткостью тела, он зависит от материала, из которого тело изготовлено, а также от его геоме­трических размеров и формы. Жесткость выражается в ньютонах на метр (Н/м).

Сила упругости зависит только от изменения расстояний между взаимодействующими частями данного упругого тела. Работа силы упругости не зависит от формы траек­тории и при перемещении по замкнутой траектории равна нулю. Поэтому силы упругости является потенциальными силами.

Выполнить работу

1.     Прикрепляя грузик (сначала 1,потом 2,3 грузика) к динамометру, определить силу упругости.

2.     Измерить в каждом случае длину растяжения пружины.

3.     Заполнить таблицу:

№ п/п	Сила упругости, Н	Смещение пружины, м	Коэффициент упругости пружины, Н/м
1
2
3

 

Вычислить коэффициент упругости пружины,  используя формулы силы упругости.

Вывод работы:

Отчёт о работе:

1.Провести расчёты по плану проведённой работы и сделать вывод.

Ответить на вопросы.

1.     Понятие деформации.

2.     От чего зависит деформация?

3.     Виды деформации.

4.     Направление силы упругости.

5.     От чего зависит коэффициент упругости пружины?

6.     Привести примеры использования деформации  в вашей производственной деятельности на практике.

 

Лабораторная работа №4

Тема: Механика

Наименование работы: Сравнение работы силы с изменением кинетической энергии тела.

Цель занятия: Измерить практическим путём коэффициент трения скольжения с помощью динамометра, грузиков и деревянного бруска

Оснащение рабочего места: Динамометр, деревянный  брусок, набор грузиков

Ход работы

Теоретический материал.

 Сила, возникающая на границе соприкосновения тел при отсутствии относительного движения тел, называется силой трения покоя.
Сила трения покоя F_тр равна по модулю внешней силе F, направленной по касательной к поверхности соприкосновения тел, и противоположна ей по направлению:

Во время равномерного движения на брусок действует сила, равная по модулю силе упругости, но направленная в противоположную сторону. Эта сила называется силой трения скольжения F_тр.
Вектор силы трения скольжения F_тр всегда направлен противоположно вектору скорости движения тела относительно соприкасающегося с ним тела. Поэтому действие силы трения скольжения всегда приводит к уменьшению модуля относительной скорости тел.
Силы трения возникают благодаря существованию сил взаимодействия между молекулами и атомами соприкасающихся тел. Последние обусловлены взаимодействием электрических зарядов, которыми обладают частицы, входящие в состав атомов.
Взаимодействие тела и опоры вызывает деформацию и тела, и опоры. Силу упругости N, возникающую в результате деформации опоры и действующую на тело, называют силой реакции опоры.

По третьему закону Ньютона сила давления и сила реакции опоры равны по модулю и противоположны по направлению.

F_трmax = μ · N

Греческой буквой μ (мю) обозначен коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом трения.
Модуль силы трения скольжения F_тр, как и модуль максимальной силы трения покоя, пропорционален модулю силы реакции опоры:

F_тр = μ · N

Теоретический материал.

1.     Измерить вес груза с помощью динамометра (с одним грузиком, с 2, 3)

2.     Прикрепить к динамометру брусок и на брусок положить грузик (сначала 1, затем 2.3).

3.     Привести динамометр с бруском в равномерное движение, при этом измерить силу трения ( в каждом случае).

4.     Заполнить таблицу:

№ п/п	Вес груза, Н	Сила трения, Н	Коэффициент трения
1
2
3

Вычислить коэффициент трения, используя формулы силы трения.

Вывод работы:

Отчёт о работе:

1.Провести расчёты по плану проведённой работы и сделать вывод.

 Ответить на вопросы.

1.От чего зависит сила трения?

2.Какие виды трения вы знаете?

3.Привести примеры вредного трения.

4.Привести примеры полезного трения.

5.Привести примеры использования трения в вашей производственной деятельности на практике.

 

Лабораторная работа №5

Тема: Основы молекулярной физики. Термодинамика.

Наименование работы: Измерение влажности воздуха.

Цель занятия: Закрепить знания по теме «Основы молекулярной физики», сформировать умения и навыки нахождения физической величины, её вывода  из формулы.

Оснащение рабочего места:методические указания по выполнению лабораторныхработ, тетради для лабораторных работ.

Теоретический материал.

В основе молекулярно-кинетической теории лежат три основных положения:

1.     Все вещества – жидкие, твердые и газообразные – образованы из мельчайших частиц – молекул

2.     Атомы и молекулы находятся в непрерывном хаотическом движении.

Масса одной молекулы m0 выражается формулой

Количеством вещества v называется отношение числа молекул N к числу Авогадро N_A :

Концентрацией молекул n называется отношение числа молекул N в объеме V к этому объему V:

Давление p можно выразить следующей формулой

Это уравнение носит название основного уравнения молекулярно кинетической теории (МКТ) газов. Это уравнение можно переписать в виде

Средняя кинетическая энергиягде k—постоянная Больцмана.

уравнение Менделеева-Клапейрона

где — универсальная газовая постоянная.

Задача:

Какой объем занимают 100 моль ртути?

 

Дано: μ = 0,2кг/моль, ρ = 13600 кг/м³, v = 100 моль. Найти: V

Решение.

Ответ: V ≈ 0,0015 м³.

Выполните следующие задания

1.     Определите массу молекулы воды.

2.     В баллоне находится 600 г водорода. Какое количество вещества это составляет?

3.     Средняя кинетическая энергия молекул идеального газа увеличилась в 4 раза. Как при этом изменилось давление газа на стенки сосуда?

4.     Как отличаются при одинаковой температуре среднеквадратичная скорость молекул кислорода и среднеквадратичная скорость молекул водорода?

5.     Сравните массы аргона и азота, находящиеся в сосудах, если сосуды содержат равные количества веществ.

6.     В сосуде А находится 14 г молекулярного азота, в сосуде В – 4 г гелия. В каком сосуде находится большее количество вещества?

7.     Внутренняя энергия одноатомного идеального газа в закрытом сосуде увеличилась в 4 раза. Как меняется при этом температура газа?

Ответить на вопросы.

1Что такое молекула?

2. Что называется относительной атомной массой, количеством вещества, молем, молярной массой?

3. Каков физический смысл постоянной Авогадро?

4. Как найти молярную массу вещества, имея таблицу Менделеева? В чем она измеряется?

5. Чем обусловлено броуновское движение?

6. Что такое диффузия?

 

Лабораторная работа №6

Тема: Основы молекулярной физики. Термодинамика

Наименование работы: Наблюдение особенностей теплового расширения воды.

Цель занятия: Закрепить знания по теме «Основы термодинамики», сформировать умения и навыки нахождения физической величины, её вывода  из формулы.

Оснащение рабочего места:методические указания по выполнению лабораторныхработ, тетради для лабораторных работ.

Теоретический материал.

Внутренняя энергия идеального одноатомного газа прямо пропорциональна его абсолютной температуре. Работа внешней силы, изменяющей объём газа на V, равна A=-pV. Работа самого газа А¹=-А= pV, где p -  давление газа. Первый закон термодинамики: изменение внутренней энергии системы при переходе её из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданного системе:U=A+Q/

Внутренняя энергия системы тел изменяется при совершении работы и при передаче количества теплоты. В каждом состоянии система обладает определённой внутренней энергией.

Виды изопроцессов: 1. Изотермический - внутренняя энергия не меняется;               2. Изохорный – объём газа не меняется и поэтому работа газа равна нулю; 3.изобарный-передаваемое газу количество теплоты идёт на изменение его внутренней энергии и на совершение работы при постоянном давлении;                  4. Адиабатный – при адиабатном процессе количество теплоты равно нулю.

Задача:

При увеличении давления в 1,5 раза объем газа уменьшился на 30 мл. Найти первоначальный объем.

Дано:

Найти: V .

Решение.

Ответ: V = 90 мл.

Выполните следующие задания

1.Какова внутренняя энергия 10 моль одноатомного газа при температуре 27⁰С?

2. На сколько изменится внутренняя энергия гелия массой 200 г при увеличении температуры на 20⁰С?

3. Сравнить внутренние энергии аргона и гелия при одинаковой температуре. Массы газов одинаковы.

4. Как изменяется внутренняя энергия одноатомного газа при изобарном нагревании? при изохорном охлаждении? при изотермическом сжатии?

5. Какова внутренняя энергия гелия, заполняющего аэростат объёмом 60 м³  при давлении 100 кПа?

6. При уменьшении объёма одноатомного газа в 3,6 раза его давление увеличилось на 20%. Во сколько раз изменилась внутренняя энергия?

7. Какую работу совершил воздух массой 200 г при его изобарном нагревании на 20К? Какое количество теплоты ему при этом сообщили?

8. Для изобарного нагревания газа, количество вещества которого 800 моль. На 500К ему сообщили количество теплоты 9.4МДж. Определить работу газа и приращение его внутренней энергии.

9. Объём кислорода массой 160 г, температура которого 27⁰С, при изобарном нагревании увеличился вдвое. Найти работу газа при расширении. Количество теплоты, которое пошло на нагревание кислорода, изменение внутренней энергии.

Ответить на вопросы.

1.Как объяснить строение и свойства газообразных, жидких и твердых тел?

2. Что называется внутренней энергией? Чему равна внутренняя энергия одноатомного газа?

3. Какие вы знаете способы изменения внутренней энергии?

4. Как найти  количество теплоты, поглощаемое  при нагревании тела, сгорании топлива, плавлении, парообразовании?

5. Как найти количество теплоты,  выделяемое при охлаждении, отвердевании, конденсации?

 

Лабораторная работа №7

Тема: Основы молекулярной физики. Термодинамика

Наименование работы: Измерение поверхностного натяжения жидкости.

Цель занятия: Закрепить знания по теме «Основы термодинамики», сформировать умения и навыки нахождения физической величины, её вывода  из формулы.

Оснащение рабочего места:методические указания по выполнению лабораторныхработ, тетради для лабораторных работ.

Теоретический материал

 Молекулы поверхностного слоя жидкости обладают избытком потенциальной энергии по сравнению с энергией молекул, находящихся внутри жидкости

   Как и любая механическая система, поверхностный слой жидкости стремится уменьшить потенциальную энергию и сокращается. При этом совершается работа А:

   где σ - коэффициент поверхностного натяжения. Единицы измерения Дж/м² или Н/м

или  

   где F – сила поверхностного натяжения, l – длина границы поверхностного слоя жидкости.

   Поверхностное натяжение можно определять различными методами. В лабораторной работе используется метод отрыва капель.

   Опыт осуществляют со шприцом, в котором находится исследуемая жидкость. Нажимают на поршень шприца так, чтобы из отверстия узкого конца шприца медленно падали капли. Перед моментом отрыва капли сила тяжести F_тяж=m_капли·g равна силе поверхностного натяжения F, граница свободной поверхности – окружность капли

l=π·d_капли

   Следовательно:

   Опыт показывает, что d_капли =0,9d, где d – диаметр канала узкого конца шприца.

   Массу капли можно найти, посчитав количество капель n и зная массу всех капель m.

   Масса капель m будет равна массе жидкости в шприце. Зная объем жидкости в шприце V и плотность жидкости ρ можно найти массу m=ρ·V

Ход работы.

   1. Подготовьте оборудование:
   Начертите таблицу:

№ опыта	Масса капель m, кг	Число капель n	Диаметр канала шприца d, м	Поверхност-ное натяжение σ, Н/м	Среднее значение поверхностного натяжения σср, Н/м	Табличное значение поверхност-ного натяжения σтаб, Н/м	Относительная погрешность δ %
1	1*10-3		2,5*10-3			0,072
2	2*10-3		2,5*10-3
3	3*10-3		2,5*10-3

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

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

5.     Вычислите поверхностное натяжение по формуле 

Результат запишите в таблицу.

6.     Повторите опыт с 2 мл и 3 мл воды.

Вариант выполнения лабораторной работы.

Результаты измерений:

Количество капель в 1 мл - 21

Количество капель в 2 мл - 40

Количество капель в 3 мл - 59

7.     Найдите среднее значение поверхностного натяжения 

Результат запишите в таблицу.

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

9.     Определите относительную погрешность методом оценки результатов измерений.

   Результат запишите в таблицу.

10. Сделайте вывод.

Ответить на вопросы.

1.     Почему поверхностное натяжение зависит от рода жидкости?

2.     Почему и как зависит поверхностное натяжение от температуры?

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

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

5.     Почему следует добиваться медленного падения капель?

 

Лабораторная работа №8

Тема: Основы молекулярной физики. Термодинамика.

Наименование работы: Наблюдение процесса кристаллизации.

Цель работы: научиться создавать кристаллы, пронаблюдать за ростом кристалла.

Оснащение рабочего места:методические указания по выполнению лабораторныхработ, тетради для лабораторных работ.

Теоретический материал.

         Существуют два простых способа выращивания кристаллов из раствора: охлаждение насыщенного раствора соли и его выпаривание. Первым этапом при любом из двух способов является приготовление насыщенного раствора. В условиях школьного физического кабинета проще всего выращивать кристаллы алюмокалиевых квасцов. В домашних условиях можно выращивать кристалл медного купороса или обычной поваренной соли.

Растворимость любых веществ зависит от температуры. Обычно с повышением температуры растворимость увеличивается, а с понижением температуры уменьшается.

         При охлаждении горячего (примерно 40°С) насыщенного раствора до 20°С в нем окажется избыточное количества соли на 100 г воды. При отсутствии центров кристаллизации это вещество может оставаться в растворе, т.е. раствор будет пересыщенным.

         С появлением центров кристаллизации избыток вещества выделяется из раствора, при каждой данной температуре в растворе остается то количество вещества, которое соответствует коэффициенту растворимости при этой температуре. Избыток вещества из раствора выпадает в виде кристаллов; количество кристаллов тем больше, чем больше центров кристаллизации в растворе. Центрами кристаллизации могут служить загрязнения на стенках посуды с раствором, пылинки, мелкие кристаллики соли. Если предоставить выпавшим кристалликами возможность подрасти в течение суток, то среди них найдутся чистые и совершенные по форме экземпляры. Они могут служить затравками для выращивания крупных кристаллов.

         Чтобы вырастить крупный кристалл, в тщательно отфильтрованный насыщенный раствор нужно внести кристаллик - затравку, заранее прикрепленный на волосе или тонкой леске, предварительно обработанной спиртом.

         Можно вырастить кристалл без затравки. Для этого волос или леску обрабатывают спиртом и опускают в раствор так, чтобы конец висел свободно. На конце волоса или лески может начаться рост кристалла.

         Если для выращивания приготовлен крупный затравочный кристалл, то его лучше вносить в слегка подогретый раствор. Раствор, который был насыщенным при комнатной температуре, при температуре на 3-5°С выше комнатной будет ненасыщенным. Кристалл-затравка начнет растворяться в нем и потеряет при этом верхние, поврежденные и загрязненные слои. Это приведет к увеличению прозрачности будущего кристалла. Когда температура понизится до комнатной, раствор вновь станет насыщенным, и растворение кристалла прекратится. Если стакан с раствором прикрыть так, чтобы вода из раствора могла испаряться, то вскоре раствор станет пересыщенным и начнется рост кристалла. Во время роста кристалла стакан с раствором лучше всего держать в теплом сухом месте, где температура в течение суток остается постоянной. На выращивание крупного кристалла в зависимости от условий эксперимента может потребоваться от нескольких дней до нескольких недель.

Инструкция по выполнению лабораторной работы

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

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

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

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

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

Ответить на вопросы.

1.    Что называется кристаллом?

2.    Какими свойствами обладают кристаллы?

3.    Что может служить центром кристаллизации?

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

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

6.    Зачем раствор фильтровался?

 

Лабораторная работа №9

Тема: Основы молекулярной физики. Термодинамика

Наименование работы: Изучение  теплового расширения твердых тел.

Цель работы: пронаблюдать  на практике тепловое расширение твёрдых тел, научиться производить расчеты линейных и объемных изменений твердых тел при изменении их температуры; учиться применять полученные теоретические знания к решению практических задач и объяснять механизм теплового расширения тел на основе молекулярно-кинетической теории.

Оснащение рабочего места:методические указания по выполнению лабораторныхработ, тетради для лабораторных работ.

Теория.

Тепловым расширением называется увеличение линейных размеров тела и его объема, происходящие при повышении температуры.

Расширение твердого тела вдоль одного его измерения называется линейным.

Величина, показывающая, на какую долю начальной длины, взятой при 0⁰С, увеличивается длина тела от нагревания его на 1⁰С, называется коэффициентом линейного расширенияи обозначается через α.    α =

Увеличение объема тел при нагревании называется объемным расширением.

Объемное расширение характеризуется коэффициентом объемного расширения и обозначается через β.          β =

Коэффициент объемного расширения твердого тела равен утроенному коэффициенту линейного расширения, т.еβ = 3α.

Описание установки

Испытываемый образец нагревается в стакане с водой, находящейся на электрической плитке. Измерение длины нагретого образца по сравнению с его первоначальной длиной (при комнатной температуре) измеряется штангенциркулем и вводится в известную формулу для определения линейного расширения.

Видео эксперимента: http://www.youtube.com/watch?v=6uDL-KX7Tqw.

Инструкция по выполнению лабораторной работы

1.    Измерить комнатную температуру.

2.    Измерить длину стержня l₁  при комнатной температуре.

3.    Поместить стержень в стакан с кипящей водой и греть 10 минут.

4.    Измерить длину стержня с помощью штангенциркуля.

5.    По формуле: =вычислить коэффициент линейного расширения, при вычислении выделить множитель 10^-6.

6.    Сравнить полученный результат с табличным значением (см. таблицу) и вычислить относительную погрешность по формуле:    .

7.          Результат записать в таблицу:   

№	Материал cтержня	Начальная длина стержня	Температура стержня		Разность темпера- тур	Удлине-ние стержня	Коэффи- циент линейного расшире- ния	Табличное значение коэффи-циента	Относительная погрешность
			началь- ная	конеч- ная
		l1,мм	t1,0С	t2,0С	∆t,0С	∆ l,мм	α, 10 –6º С-1	αm, 10 -60С-1	ε,%
1	Алюми-ний
2	Сталь

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

Таблица. Температурный коэффициент линейного расширения металлов и сплавов

Металл, сплав	α, 10-60С-1	Металл, сплав	α, 10-60С-1
Алюминий Бронза Вольфрам Дуралюмин Золото Железо Инвар* Иридий Константан Латунь Манганин Медь Нейзильбер Никель	24 13-21 4,5 23 14 12 1,5 6,5 12-15 17-19 18 17 18 14	Нихром Олово Платина Платинит** Платина-иридий*** Свинец Серебро Сталь углеродистая Цинк Чугун Цемент Стекло Кварц (плавленый)	14 26 9,1 8-10 8,8 29 20 10-17 32 9-11 14 9 0,04

Ответить на  вопросы.

1.    Объясните причину теплового расширения  твёрдых тел с точки зрения молекулярно-кинетической теории.

2.    Почему тела расширяются? Что изменяется у тела в процессе расширения?

3.    Когда балалайку вынесли из теплого помещения на мороз, ее стальные струны стали более натянуты. Какой вывод можно сделать о различии в тепловом расширении стали и дерева?

4.    Почему стаканы из толстого стекла лопаются чаще, чем тонкостенные, при наливании в них крутого кипятка?

5.    Приведите 3 – 4 примера учёта теплового расширения тел в технике.

6.    Почему при нагревании жидкости в сосуде (например, ртути в термометре) её уровень повышается (ведь одновременно увеличивается и внутренний объём сосуда)?

 

Лабораторная работа №10

Тема:Электродинамика.

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

Цель работы:Закрепить знания по теме «Законы Ома», сформировать умения и навыки нахождения физической величины, её выражение из формулы.

Оснащение рабочего места:методические указания по выполнению лабораторныхработ, тетради для лабораторных работ.

Выполните следующие задания

         Задача1.Проводники сопротивлением 20 Ом и 30 Ом соединены последовательно. Напряжение на концах первого проводника равно 12 В. Определите напряжение, сопротивление и силу тока в цепи на втором проводнике, а также полное напряжение.

Задача2.Два проводника соединены параллельно. Сила тока в первом проводнике равна 0,5 А, во втором — 1 А. Сопротивление первого проводника составляет 18 Ом. Определите сопротивление второго проводника и силу тока на всем участке цепи.

Задача 3 .  Утюг включенный в сеть напряжением 220 В, потребляет ток 1,2 А. Определите сопротивление утюга.

      Задача 4.  К участку цепи с напряжением 12 В через резистор сопротивлением 2 Ом подключены десять одинаковых лампочек сопротивлением 10 Ом. Найти напряжение на каждой лампочке.

      Задача 5.        Определите плотность тока, протекающего по константановому проводнику длиной 5 м, при напряжении 12 В.

Задача 6.    Медный провод длиной  5 км имеет сопротивление 12 Ом. Определите массу меди, необходимой для его изготовления.

Задача 7.    Какова напряжённость поля в алюминиевом проводнике сечение 1,4 мм2  при силе тока 1 А?

Ответить на вопросы.

1. Схематически изобразите последовательное соединение проводников

2. Схематически изобразите параллельное соединение проводников

3. Приведите основные формулы и соотношения для последовательного соединения проводников.

4. Приведите основные формулы и соотношения для параллельного соединения проводников.

 

 

 

 

Лабораторная работа№11

Тема:Электродинамика.

Наименование работы: Определение температуры нити лампы накаливания.

Цель работы: исследовать зависимость электрического сопротивления металлов от температуры. Измерьте электрическое сопротивление нити лампы накаливания при комнатной температуре и при свечении нити лампы. Определите температуру светящейся нити.

Оснащение рабочего места:методические указания по выполнению лабораторныхработ, тетради для лабораторных работ.

, лампа накаливания (6,3 В), вольтметр (до 15 В), авометр АВО-63, источник электропитания ИЭПП-2, соединительные провода.

Теория.

Зависимость электрического сопротивления R, металлов от температуры выражается формулой R=R₀(l+at), где R — электрическое сопротивление металлического образца при температуре t; R₀ — электрическое сопротивление его при 0°С; a — температурный коэффициент электрического сопротивления для данного вещества. Если известны значения электрического сопротивления образца R₀ при 0°С и R, в нагретом состоянии, а также температурный коэффициент электрического сопротивления а, то температуру t можно вычислить по формуле t=(R/R₀-1)/a

Ход работы

1. Измерьте электрическое сопротивление нити лампы накаливания при комнатной температуре с помощью омметра. Считайте полученное значение примерно равным электрическому сопротивлению R₀ нити лампы при 0°С.

2. Подключите лампу к выводам источника электропитания. Измерьте силу тока в цепи при напряжении 6,3 В на концах нити лампы. Вычислите электрическое сопротивление R, нити лампы в нагретом состоянии:      R=U/I

3. По найденным значениям электрического сопротивления нити лампы R и R₀ и известному значению температурного коэффициента электрического сопротивления вольфрама a=4,8×10^-3 К^-1 вычислите температуру t нити лампы. Оцените границы погрешностей измерений.

Результаты измерений и вычислений занесите в отчетную таблицу.

 

R0, Ом	U, B	I, A	R, Ом	t, °C	e	∆t, °C

 

Выполните следующие задания

Задача 1. В лампе накаливания используется вольфрамовая нить, радиус которой составляет 0,01 мм. Если длина нити равна 15 см, а напряжение на лампочке равно 4 В, то какой ток через неё проходит?

Задача 2. Три резистора с одинаковым сопротивлением включены в цепь последовательно. Как изменится сила тока, если при неизменном напряжении эти же резисторы подключить параллельно?

Задача 3. На рисунке указан участок цепи, где , а . Напряжение между точками А и В равно 120 В. Известно, что ток в первом резисторе равен 4 А. Найдите сопротивление резистора , токи в резисторах  и , а также напряжение на каждом из резисторов.

Задача 4. Два проводника из одинакового материала с одинаковым поперечным сечением включены последовательно. Длина первого проводника равна 50 см, а длина второго проводника — 150 см. К системе из этих двух проводников приложено напряжение 200 В. Найдите напряжение на каждом из проводников.

Задача 5.    Кабель состоит из двух стальных жил площадью поперечного сечения 0,6 мм2  каждая и четырёх медных жил площадью поперечного сечения 0,85 мм2  каждая. Каково падение напряжения на каждом километре кабеля при силе тока 0,1 А?

Задача 6.    Какие сопротивления можно получить, имея три резистора по 6 кОм?

Ответить на вопросы.

1. Почему электрическое сопротивление металлов зависит от температуры?

2. Каковы основные источники погрешностей измерений в данном эксперименте?

3. Каким способом можно повысить точность измерений в данном эксперименте?

4. Почему в данной работе электрическое сопротивление нити лампы при комнатной температуре можно считать приблизительно равным ее электрическому сопротивлению при 0°С?

 

Лабораторная работа №12

Тема:Электродинамика.

Наименование работы.Изучение закона Ома для полной цепи.

Цель работы:Закрепить знания по теме «Законы Ома», сформировать умения и навыки нахождения физической величины, её выражение из формулы.

Оснащение рабочего места:методические указания по выполнению лабораторныхработ, тетради для лабораторных работ.

Теория.

Используя закон Ома для полной цепи, получим:

,

Отсюда

Посколькуи , то

илиОтсюда следует, что внутреннее сопротивление источника тока ,            а ЭДС  будет

Выполните следующие задания

2.    

Ответить на вопросы.

 1. Каковы действия тока, основное действие тока

2.Сформулируйте закон Ома для участка цепи.

3.Как зависит сопротивление проводника от его длины, площади поперечного сечения проводника и материала?

 

Лабораторная работа №13

Тема:Электродинамика.

Наименование работы: Определение коэффициента полезного действия электрического чайника.

Цель занятия: экспериментальная работа по определению  КПД электроприборов на примере электрочайника, формирование умения устанавливать связь между элементами содержания ранее изученного материала и нового. 

Оснащение рабочего места:методические указания по выполнению лабораторныхработ, тетради для лабораторных работ.Электрический чайник, термометр, часы с секундной стрелкой.

Выполнить задания.

1. Рассмотрите электрочайник. По паспортным данным определите электрическую мощность электроприбора P.

2. Налейте в чайник воду объѐмом V, равным 1 л (1 кг)

3. Измерьте с помощью термометра начальную температуру воды t₁.

4. Включите чайник в электрическую сеть и нагревайте воду до кипения.

5. Определите по таблице температуру кипения воды t₂.

6. Заметьте по часам промежуток времени, в течение которого нагревалась вода Δŧ

Все измерения выполняйте в СИ.

7. Используя данные измерений, вычислите:

а) совершѐнную электрическим током работу, зная мощность чайника P и время нагревания воды Δt, по формуле A _{эл.тока} = P∙Δt

б) количество теплоты, полученное водой и равное полезной работе,  Q _нагр. = cm(t₂ - t₁)

8. Рассчитайте коэффициент полезного действия электрочайника по формуле

η =  =

9. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу

P, Вт	V, м 3	t1, 0С	Δt, с	t 2, 0С	Aэл.тока,Дж	Qнагр., Дж	ŋ,%

Ответить на вопросы.

1.     Как рассчитать количество теплоты, выделяющегося в проводнике при протекании по нему тока, зная сопротивление этого проводника?

2.      Почему спираль электрочайника изготавливают из проводника большой площади сечения?

3.     Приведите примеры других электроприборов, в которых нагревательным элементом является спираль. Чем эти приборы отличаются друг от друга?

 

Лабораторная работа №14

Тема:Электродинамика.

Наименование работы.Изучение явления электромагнитной индукции.

Цель работы: закрепить знания  по теме « Явление электромагнитной индукции».

Оснащение рабочего места:методические указания по выполнению лабораторныхработ, тетради для лабораторных работ.

Выполните следующие задания

1. Проводник, свитый в 5 витков, находится в магнитном поле. Магнитный  поток через поверхность витка изменяется по закону Ф(t)=50−3t (Вб). Определить направление и силу индукционного тока в проводнике, если его сопротивление равно 5 Ом.

2. По катушке индуктивностью L=8 мкГн течет ток I=6 А. Определить среднее значение ЭДС самоиндукции, возникающей в контуре, если сила тока изменяется практически до нуля за время ∆t=5 мс.

3. Магнитный поток через контур проводника сопротивлением 0,04 Ом за 3 секунды изменился на 0,013 Вб. Найдите силу тока в проводнике, если изменение потока происходило равномерно.

4. Прямой проводящий стержень длиной 40 см находится в однородном магнитном поле с индукцией 0,1 Тл. Концы стержня замкнуты гибким проводом, находящимся вне поля. Сопротивление всей цепи 0,5 Ом. Какая мощность потребуется для равномерного перемещения стержня перпендикулярно линиям магнитной индукции со скоростью 10 м/с?

5. В проволочное кольцо, присоединенное к баллистическому гальванометру, вставили прямой магнит. При этом по цепи прошел заряд q=50мкКл. Определить изменение магнитного потока через кольцо, если сопротивление цепи гальванометра R=10 Oм.

Ответить на вопросы.

1. Что такое электромагнитная индукция?

 2. Что такое магнитный поток?

3. Сформулируйте закон Фарадея

4. Что означает знак «-» в формуле для закона электромагнитной индукции.

5. Как закон Фарадея применяется на практике?

 

Лабораторная работа №15

Тема:Электродинамика.

Наименование работы: Определение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока.

Цель работы: экспериментально определить основные характеристики источника постоянного тока: ЭДС и внутреннего сопротивления r.

Оснащение рабочего места:методические указания по выполнению лабораторныхработ, тетради для лабораторных работ, исследуемый источник постоянного тока, амперметр, вольтметр, реостат, ключ замыкания цепи, соединительные провода.

Теория.

Используя закон Ома для полной цепи, получим:

,

Отсюда

Посколькуи , то

или

Отсюда следует, что внутреннее сопротивление источника тока

,

а ЭДС можно найти используя одну из формул:или .

ХОД РАБОТЫ

1.Соберите электрическую цепь по схеме:

3.     Установите ползунок реостата приблизительно в среднее положение, измерьте силу тока и напряжение .

4.    Передвиньте ползунок реостата, измерьте силу тока и напряжение .

5.     Вычислите внутреннее сопротивление r и ЭДС источника тока.

6.     Результаты измерений и вычислений запишите в таблицу:

, А	, А	, В	, B	r, Ом

 

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

8.     Для вычисления погрешности воспользуйтесь методом оценки погрешности косвенных измерений и найдите границы и , в которых находится истинное значение внутреннего сопротивления.

 

9.     Запишите найденные значения величин в приведенную ниже таблицу.

10. Найдите среднее значение  и абсолютную погрешность измерения по формулам

11. Определите относительную погрешность измерения

12. Результаты вычислений запишите в таблицу:

 

13.  Запишите результаты в виде , подставив в эту формулу численные значения найденных величин.

Ответить на вопросы.

1.Что понимают под электрическим током?

2. Какие условия необходимы для возникновения и поддержания тока в цепи?

3.Что называют силой тока?

4.От чего зависит скорость направленного движения (скорость дрейфа) электронов в проводнике?

5. Каковы действия тока, основное действие тока

6.Сформулируйте закон Ома для участка цепи.

7.Как зависит сопротивление проводника от его длины, площади поперечного сечения проводника и материала?

8.Что называют удельным сопротивлением?

9.Как зависит удельное сопротивление от температуры?

10.В чем состоит явление сверхпроводимости?

 

Лабораторная работа №16

Тема: Колебания и волны

Наименование работы: Изучение зависимости периода колебаний нитяного  маятника от длины нити.

Цель занятия: отработать навыки применения физических формул, уметь установить связь между ними; способствовать развитию физической речи, оперативной памяти, произвольного внимания, наглядно-действенного мышления; воспитывать культуру поведения при фронтальной работе, коллективной работе.

Оснащение рабочего места: методические указания по выполнению лабораторныхработ, тетради для лабораторных работ.

Выполнить задания.

Установите штатив на краю стола и закрепите у верхнего конца штатива с помощью муфты кольцо. Подвесьте к нему шарик на нити.

Задание 1. Изучение зависимости периода колебаний нитяного маятника от длины нити

1. Установите длину нити l около 20 - 30 см.

2. Отклоните шарик на небольшой угол от положения равновесия и отпустите.

3. Измерьте время t, за которое маятник сделает n = 30 полных колебаний.

4. Вычислите период и частоту колебаний по формулам.

T=t/n,      ν=1/T

5. Результаты измерений занесите в первую строку таблицы.

6.Повторите опыт, уменьшив длину нити в 4 раза.

7. Заполните вторую строку в таблице.

8. Повторите опыт, увеличив длину нити до 30 см.

9. Заполните третью строку в таблице 1.

Сравните полученные результаты и напишите свой вывод заданию 1.

Задание 2. Измерение ускорения свободного падения с помощью маятника

1.Подберите длину нити так, чтобы шарик висел на расстоянии нескольких сантиметров от пола.

2. Измерьте расстояние l от точки подвеса до центра шарика.

3. Отклоните шарик от положения равновесия на 5—10 см и отпустите его.

4. Измерьте время t, в течение которого маятник совершает N полных колебаний (удобно взять N = 40).

5. Вычислите значение g_эксп=(4π^2 lN^2)/t^2 .

6. Повторите опыт, уменьшив длину нити в два раза.

7. Результат измерений и вычислений запишите в таблицу 2.

8. Вычислите g_ср, усреднив результаты двух опытов.

9. Сравните полученное значение g_ср со значением g = 9,8 м/с2.

Напишите свой вывод по заданию 2.

Ответить на вопросы.

1. Что такое механические колебания?

2. Приведите примеры механических колебаний.

3. Что такое амплитуда, период и частота колебаний?

4. Каково соотношение между частотой и периодом колебаний?

5. Какие колебания называют свободными?

6. Какова должна быть длина (в сантиметрах) маятника, если период его колебаний равен 0,5 с?

 

Лабораторная работа.№17

Тема: Колебания и волны.

Наименование работы: Изучение индуктивного и емкостного сопротивления в цепи переменного тока.

Цель занятия: отработать навыки применения физических формул, уметь установить связь между ними; способствовать развитию физической речи, оперативной памяти, произвольного внимания, наглядно-действенного мышления; воспитывать культуру поведения при фронтальной работе, коллективной работе.

Оснащение рабочего места:методические указания по выполнению лабораторныхработ, тетради для лабораторных работ.

Теория.

В цепи переменного тока кроме резисторов могут использоваться катушки индуктивности и конденсаторы. Для постоянного тока катушка индуктивности имеет только активное сопротивление, которое обычно невелико (если катушка не содержит большое количество витков). Конденсатор же в цепи постоянного тока представляет "разрыв" (очень большое активное сопротивление). Для переменного тока эти элементы обладают специфическим реактивным сопротивлением, которое зависит как от номиналов деталей, так и от частоты переменного тока, протекающего через катушку и конденсатор.

1. Катушка в цепи переменного тока.

Рассмотрим, что происходит в цепи, содержащей резистор и катушку индуктивности. Колебания силы тока, протекающего через катушку:

вызывают падение напряжения на концах катушки в соответствии с законом самоиндукции и правилом Ленца:

т.е. колебания напряжения опережают по фазе колебания силы тока на  /2. Произведение  LI_m является амплитудой колебания напряжения:

Произведение циклической частоты на индуктивность называют индуктивным сопротивлением катушки:

(1)

поэтому связь между амплитудами напряжения и тока на катушке совпадает по форме с законом Ома для участка цепи постоянного тока:

(2)

Как видно из выражения (1), индуктивное сопротивление не является постоянной величиной для данной катушки, а пропорционально частоте переменного тока через катушку. Поэтому амплитуда колебаний силы тока I_m в проводнике с индуктивностью L при постоянной амплитуде U_L напряжения убывает обратно пропорционально частоте переменного тока:

.

2. Конденсатор в цепи переменного тока.

При изменении напряжения на обкладках конденсатора по гармоническому закону:

заряд q на его обкладках изменяется также по гармоническому закону:

.

Электрический ток в цепи возникает в результате изменения заряда конденсатора, поэтому колебания силы тока в цепи будут происходить по закону:

Видно, что колебания напряжения на конденсаторе отстают по фазе от колебаний силы тока на  /2. Произведение  CU_m является амплитудой колебаний силы тока:

Аналогично тому, как было сделано с индуктивностью, введем понятие емкостного сопротивления конденсатора:

(3)

Для конденсатора получаем соотношение, аналогичное закону Ома:

(4)

Формулы (2) и (4) справедливы и для эффективных значений тока и напряжения.

Решить задание  по вариантам.

I вариант

1.     Катушка с ничтожно малым активным сопротивлением включена в цепь переменного тока стандартной частоты. Сила тока в цепи 2 А. Определить напряжение на катушке, если её индуктивность 0,2Гн.

2.     Как изменится емкостное сопротивление воздушного конденсатора, если пространство между пластинами заполнить диэлектриком ε=2?

II вариант

1.     Катушка с ничтожно малым активным сопротивлением включена в цепь переменного тока стандартной частоты. Напряжение на катушке 120В. Определить силу тока в катушке, если её индуктивность 0,3Гн.

2.     Как изменится емкостное сопротивление воздушного конденсатора, если расстояние между пластинами увеличить в 2 раза?

Ответить на вопросы.

1. Почему емкостное сопротивление уменьшается с увеличением частоты переменного ток а, индуктивное сопротивление – увеличивается?

2. Каковы разницы фаз между током и напряжением для катушки и конденсатора?

3. В каких единицах измеряются емкостное и индуктивное сопротивления?

4. Как записывается аналог закона Ома для максимальных (эффективных) значений тока и напряжения для реактивных элементов – конденсатора и катушки индуктивности?

 

 

Лабораторная работа. №18

Тема: Оптика.

Наименование работы: Изучение изображения предметов в тонкой линзе.

Цель работы:изучить изображение предметов в тонкой линзе,измеритьоптическую силу и фокусное расстояние собирающей линзы.

Оснащение рабочего места: источник питания, лампа, ключ, обирающая линза, методические указания по выполнению лабораторных работ, тетради для лабораторных работ.

Теория.

              Формула тонкой линзы:  , где

d-расстояние от линзы до объекта, f – расстояние от линзы до изображения, F – фокусное расстояние линзы, D – оптическая сила линзы.

Для того чтобы убедиться в пригодности формулы тонкой линзы, для вашего случая необходимо измерить с помощью этой формулы оптическую силу этой линзы D при различных значениях d и f, найти абсолютные погрешности измерения D и убедиться, что в пределах точности наших измерений оптическую силу линзы можно считать величиной постоянной.

 

Это можно сделать, измерив расстояния d от предмета до линзы и расстояния f от линзы до реального изображения на экране. Реальное перевернутое изображение на экране для собирающей линзы получается, если предмет расположить от линзы на расстоянии, больше фокусного.

Простейший способ измерения оптической силы и фокусного расстояния собирающей линзы основан на использовании формулы.

Г= Оптическая сила системы линз (D) равна сумме оптической силы каждой линзы (D1, D2, D3,…), входящей в систему

СИ:дптр. В интерференционной картине:

1) усиление света происходит в случае, когда величина отставания (Δd) преломленной

волны от отраженной волны составляет целое число (k) длин волн (λ): (k=0, 1,2, …);2)ослабление света наблюдается в случае,когда величина отставания(Δd)преломленной волны от отраженной волны составляет половину длины волны (λ/2) или

нечетное число (k) полуволн: (k=0, 1, 2, …)

 

СИ: м При прохождении монохроматического света с длиной волны λ через дифракционную решетку с периодом решетки d максимальное усиление волн в

 

направлении, определяемом углом φ, происходит при условии: (k=0, 1, 2,…)

Решить задание.

1.     Угол падения луча света на поверхность подсолнечного масла 60⁰ , а угол преломления 36⁰ . Найти показатель преломления масла.

2.     На какой угол отклонится луч света от первоначального направления, упав под углом 45⁰ на поверхность стекла? На поверхность алмаза?

 

3.     Свеча находится на расстоянии 12,5 см от собирающей линзы, оптическая сила которой равна 10 дптр. На каком расстоянии от линзы получится изображение и каким оно будет?

4.     Выразить линейное увеличение Г в зависимости от фокусного расстояния линзы F и расстояния предмета от линзы d.

 

5.     Определить оптическую силу рассеивающей линзы, если известно, что предмет, помещённый перед ней на расстоянии 40 см, даёт мнимое изображение, уменьшенное в 4 раза.

6.     Расстояние от предмета до экрана 90 см. Где надо поместить между ними линзу с фокусным расстоянием 20 см, чтобы получить на экране отчётливое изображение предмета?

7.     Дифракционная решётка содержит 120 штрихов на 1 мм. Найти длину волны монохроматического света, падающего на решётку, если угол между двумя спектрами первого прядка равен 8⁰ .

8.     Определить угол отклонения лучей зелёного света (длина волны 0,55 мкм) в спектре первого порядка, полученном с помощью дифракционной решётки, период который равен 0,02 мм.

9.     Сколько времени идёт свет от Солнца до Земли?

10. Вода освещена красным светом, для которого длина волны в воздухе 0,7 мкм. Какой будет длина волны в воде?

Ответить на вопросы.

1.     Законы преломления света.

2.     Закон прямолинейного распространения света.

3.     Единица измерения показателя преломления света

 

 

Лабораторная работа №19

Тема:Оптика

Наименование работы: Изучение интерференции и дифракции света

Цель работы: экспериментально изучить явление интерференции и дифракции. Оснащение рабочего места: электрическая лампа с прямой нитью накала, две стеклянные пластинки, стеклянная трубка, стакан с раствором мыла, кольцо проволочное с ручкой диаметром 30 мм., компакт-диск, штангенциркуль, капроновая ткань. Теория.   Интерференция – явление характерное для волн любой природы: механических, электромагнитных.      Интерференция волн – сложение в пространстве двух (или нескольких) волн, при котором в разных его точках получается усиление или ослабление результирующей волны.    Обычно интерференция наблюдается при наложении волн, испущенных одним и тем же источником света, пришедших в данную точку разными путями. От двух независимых источников невозможно получить интерференционную картину, т.к. молекулы или атомы излучают свет отдельными цугами волн, независимо друг от друга. Атомы испускают обрывки световых волн (цуги), в которых фазы колебаний случайные. Цуги имеют длину около 1метра. Цуги волн разных атомов налагаются друг на друга. Амплитуда результирующих колебаний хаотически меняется со временем так быстро, что глаз не успевает эту смену картин почувствовать. Поэтому человек видит пространство равномерно освещенным. Для образования устойчивой интерференционной картины необходимы когерентные (согласованные) источники волн.    Когерентными называются волны, имеющие одинаковую частоту и постоянную разность фаз.    Амплитуда результирующего смещения в точке С зависит от разности хода волн на расстоянии d2 – d1.      Интерференционная картина – регулярное чередование областей повышенной и пониженной интенсивности света.    Интерференция света – пространственное перераспределение энергии светового излучения при наложении двух или нескольких световых волн.    Вследствие дифракции свет отклоняется от прямолинейного распространения (например, близи краев препятствий).    Дифракция – явление отклонения волны от прямолинейного распространения при прохождении через малые отверстия и огибании волной малых препятствий.    Условие проявления дифракции: d < λ, где d – размер препятствия, λ - длина волны. Размеры препятствий (отверстий) должны быть меньше или соизмеримы с длиной волны.    Существование этого явления (дифракции) ограничивает область применения законов геометрической оптики и является причиной предела разрешающей способности оптических приборов.    Дифракционная решетка – оптический прибор, представляющий собой периодическую структуру из большого числа регулярно расположенных элементов, на которых происходит дифракция света. Штрихи с определенным и постоянным для данной дифракционной решетки профилем повторяются через одинаковый промежуток d (период решетки). Способность дифракционной решетки раскладывать падающий на нее пучек света по длинам волн является ее основным свойством. Различают отражательные и прозрачные дифракционные решетки. В современных приборах применяют в основном отражательные дифракционные решетки..    В явлениях интерференции и дифракции света соблюдается закон сохранения энергии. В области интерференции световая энергия только перераспределяется, не превращаясь в другие виды энергии. Возрастание энергии в некоторых точках интерференционной картины относительно суммарной световой энергии компенсируется уменьшением её в других точках (суммарная световая энергия – это световая энергия двух световых пучков от независимых источников). Светлые полоски соответствуют максимумам энергии, темные – минимумам. Ход работы: Опыт 1. Опустите проволочное кольцо в мыльный раствор.  На проволочном кольце получается мыльная плёнка. Расположите её вертикально. Наблюдаем светлые и тёмные горизонтальные полосы, изменяющиеся по ширине по мере изменения толщины плёнки    Объяснение. Появление светлых и темных полос объясняется интерференцией световых волн, отраженных от поверхности пленки.треугольник d = 2h. Разность хода световых волн равна удвоенной толщине плёнки. При вертикальном расположении пленка имеет клинообразную форму. Разность хода световых волн в верхней её части будет меньше, чем в нижней. В тех местах пленки, где разность хода равна четному числу полуволн, наблюдаются светлые полосы. А при нечетном числе полуволн – темные полосы. Горизонтальное расположение полос объясняется горизонтальным расположением линий равной толщины пленки.    Освещаем мыльную пленку белым светом (от лампы). Наблюдаем окрашенность светлых полос в спектральные цвета: вверху – синий, внизу – красный.      Объяснение. Такое окрашивание объясняется зависимостью положения светлых полос о длины волн падающего цвета.      Наблюдаем также, что полосы, расширяясь и сохраняя свою форму,  перемещаются вниз.    Объяснение. Это объясняется уменьшением толщины пленки, так как мыльный раствор стекает вниз под действием силы тяжести.    Опыт 2. С помощью стеклянной трубки выдуйте мыльный пузырь и внимательно рассмотрите его. При освещении его белым светом наблюдайте образование цветных интерференционных колец, окрашенных в спектральные цвета. Верхний край каждого светлого кольца имеет синий цвет, нижний – красный. По мере уменьшения толщины пленки кольца, также расширяясь, медленно перемещаются вниз. Их кольцеобразную форму объясняют кольцеобразной формой линий равной толщины. Ответьте на вопросы: 1.     Почему мыльные пузыри имеют радужную окраску? 2.     Какую форму имеют радужные полосы? 3.     Почему окраска пузыря все время  меняется?    Опыт 3. Рассмотрите внимательно под разными углами поверхность компакт-диска (на которую производится запись).  Объяснение: Яркость дифракционных спектров зависит от частоты нанесенных на диск бороздок и от величины угла падения лучей. Почти параллельные лучи, падающие от нити лампы, отражаются от соседних выпуклостей между бороздками в точках А и В. Лучи, отраженные под углом равным углу падения, образуют изображение нити лампы в виде белой линии. Лучи, отраженные под иными углами имеют некоторую разность хода, вследствие чего происходит сложение волн. Что вы наблюдаете? Объясните наблюдаемые явления. Опишите интерференционную картину.    Поверхность компакт-диска представляет собой спиральную дорожку с шагом соизмеримым с длиной волны видимого света. На мелкоструктурной поверхности проявляются дифракционные и интерференционные явления. Блики компакт- дисков имеют радужную окраску.    Опыт 4. Посмотрите сквозь капроновую ткань на нить горящей лампы. Поворачивая ткань вокруг оси, добейтесь четкой дифракционной картины в виде двух скрещенных под прямым углом дифракционных полос.    Объяснение: В центре креста виден дифракционный максимум белого цвета. При k=0 разность хода волн равна нулю, поэтому центральный максимум получается белого цвета. Крест получается потому, что нити ткани представляют собой две сложенные вместе дифракционные решетки со взаимно перпендикулярными щелями. Появление спектральных цветов объясняется тем, что белый свет состоит из волн различной длины. Дифракционный максимум света для различных волн получается в различных местах.      Зарисуйте наблюдаемый дифракционный крест. Объясните наблюдаемые явления.    Запишите вывод. Укажите, в каких из проделанных вами опытов наблюдалось явление интерференции, а в каких дифракции.

4.Учебно-методическое и информационное обеспечение обучения

 

Основные источники:

1. А.В. Фирсов. Физика для профессий и специальностей технического и естественно –научного профилей. Учебник. М: «Академия»,2019г.

2. В.Ф. Дмитриев. Физика для профессий и специальностей технического и естественно –научного профилей. Сборник задач. М: «Академия»,2017г.

 

Дополнительные источники:

3. В.Н. Родионов. Физика. Учебное пособие. М: «Юрайт»,2017г

 

Интернет- ресурсы

ЭБС BOOK.ru - договор № 18495581 от 20.03.2019 г

www. fcior. edu. ru (Информационные, тренировочные и контрольные материалы).

www. school-collection.edu.ru (Единая коллекции цифровых образовательных ресурсов).

https//fiz.1september.ru (учебно-методическая газета «Физика»).

 

Скачано с www.znanio.ru