МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

ВОЛГОГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ НАЧАЛЬНОГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ПРОФЕССИОНАЛЬНЫЙ ЛИЦЕЙ АЛЕКСАНДРА нрвского»

МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

для проведения лабораторных работ по учебной дисциплине «Физика»

Разработчик

атель высшей квалификационной категории Вегман НВ.

Краснослободск 20 4

Пояснительная записка

Лабораторный эксперимент является необходимой составной частью процесса изучения физики обучающимися в образовательных учреждениях.

В учебном процессе он выполняет три основных функции:

- является источником новых знаний, фундаментальным основанием теорий;  средством наглядности, «живым созерцанием», иллюстрацией изучаемых явлений;

- критерием истинности полученных знаний, средством раскрытия их практических применений.

Кроме того, лабораторный эксперимент является эффективным средством воспитания и развития обучающихся; развития у них физического мышления, познавательной самостоятельности, творческих способностей, интеллектуальных и практических умений.

Лабораторные работы соответствуют основным дидактическим принципам обучения: принципам сознательности, самостоятельности обучающихся, развивающего обучения, творческой активности, дифференцированного подхода к обучающимся, соответствия содержания возрастным особенностям обучающихся, прочности усвоения знаний и умений.

Как правило, лабораторные работы выполняются вслед за изучением соответствующего раздела в теоретическом курсе. Главная цель лабораторного практикума дать возможность обучающимся познакомиться с приборами, некоторыми физическими явлениями, овладеть различными методами измерений, научиться технике эксперимента, суметь сделать выводы относительно измеряемых величин или каких-либо функций от них. В процессе выполнения лабораторных работ обучающиеся убеждаются в объективности существования физических законов.

Самостоятельная работа с приборами способствует развитию логического мышления, приучает глубже проникать в суть явлений природы, отличать главное и существенное от второстепенного и случайного, развивает изобретательность и любознательность, расширяет кругозор, формирует мировоззрение.

В организационном плане лабораторные работы не сводятся только к снятию показаний с приборов. Результаты измерений должны быть обучающимися проанализированы и сравнены с известными теоретическими положениями. Обучающиеся должны сформулировать обобщающий вывод, который следует из проделанной ими работы, с указанием личного отношения к значимости знаний и умений, полученных в процессе выполнения работы.

              Методика выполнения лабораторных работ               описанных в

предлагаемом методическом пособии, строилась с учетом целей и задач, предъявляемых к физическому эксперименту, в соответствии с действующей программой дисциплины «Физика».

Методические указания к проведению лабораторных работ предназначены для помощи обучающимся при самостоятельной подготовке к лабораторной работе, в них указаны последовательность и методика выполнения заданий работы и требования к оформлению результатов эксперимента. Контрольные вопросы помогают определить насколько глубоко обучающиеся разобрались с теоретической и практической частями работы и закрепить полученные знания.

В методическом пособии изложены основные сведения о погрешностях и методах обработки результатов измерений физических величин, дано описание 14 лабораторных работ и порядка их выполнения, а также справочный материал, необходимый для обработки опытных данных.

Каждая работа содержит теоретическую часть, позволяющую получить ясное представление о существе изучаемых явлений и применяемых методах измерения физических величин.

В методическом пособии содержатся указания по выполнению следующих лабораторных работ:

, № 1. Определение ускорения силы тяжести при помощи маятника.

, № 2. Изучение движения тела по окружности под действием сил упругости и тяжести.

З. Изучение закона сохранения механической энергии.

4. Определение поверхностного натяжения жидкости.

5. Измерение модуля упругости резины.

, № 6. Определение удельного сопротивления проводника.

7. Определение заряда одновалентного иона.

, № 8. Наблюдение действия магнитного поля на ток.

9. Изучение явления электромагнитной индукции.

, № 10. Определение показания преломления стекла. , № 11. Определение длины световой волны с помощью дифракционной решетки.

, № 12. Наблюдение дифракции и интерференции света. , № 13. Наблюдение сплошного и линейчатого спектров.

, № 14. Изучение треков заряженных частиц.

Настоящее пособие предназначено для обучающихся по всем специальностям лицея, выполняющих лабораторные работы по физике.

В пособии учтены требования Государственного образовательного стандарта, предъявляемые к содержанию курса дисциплины «Физика».

З

СОДЕРЖАНИЕ

       Введение                                                                                            5

       Раздел 1. Справочный материал                                                    7

1 . Как определять погрешности измерений                                             7

2. О классе точности электроизмерительных приборов                           9

З. Как сравнивать результаты измерений                                                10

4.        Как оформлять отчет о проделанной работе 10

5.        Как записывать результат измерения 11

       Раздел 2. Методические указания к лабораторным работам      12

1 . Определение ускорения силы тяжести при помощи маятника 12

2. Изучение движения тела по окружности под действием сил       14

упругости и тяжести

З. Изучение закона сохранения механической энергии                     18

4.          Определение поверхностного натяжения жидкости 21

5.          Измерение модуля упругости резины 23

6.          Определение удельного сопротивления проводника     25

7.          Определение заряда одновалентного иона  28

8.          Наблюдение действия магнитного поля на ток         31

9.          Изучение явления электромагнитной индукции      33

10.     Определение показателя преломления стекла      35

11.     Определение длины световой волны с помощью дифракционной 38

решетки.

12.     Наблюдение дифракции и интерференции света  41

13.     Наблюдение сплошного и линейчатого спектров 44

14.     Изучение треков заряженных частиц      46

       Список литературы                                                                           49

Введение

Физика — это наука, изучающая общие свойства и законы движения вещества и поля.

Процесс познания в физике, как и в любой другой науке, начинается либо с наблюдения явлений в естественных условиях, либо со специально поставленных опытов экспериментов. На основе обобщения накопленных опытных фактов устанавливаются физические законы, то есть утверждения, выражающие объективные закономерности, существующие в природе. Законы устанавливают связь между физическими величинами. Однако эти величины необходимо предварительно измерить.

Физическая величина это свойство материального объекта, качественно общее множеству объектов, но количественно индивидуальное для каждого из них. Под измерением физической величины понимают ее сравнение с однородной величиной, принятой за единицу измерения. Число, полученное в результате измерения, называют числовым значением физической величины.

Измерения подразделяют на прямые, косвенные, совокупные и совместные.

Прямые измерения проводят с помощью приборов, которые измеряют саму исследуемую величину. Так, массу тела можно измерить с помощью весов, длину — измерить линейкой, а время — секундомером.

При косвенных измерениях искомую величину определяют на основе результатов прямых измерений других величин, которые связаны с измеряемой величиной известной функциональной зависимостью. Примерами косвенных измерений являются определение плотности тел по их массе и объему, сопротивления резистора на основе прямых измерений силы тока через резистор и падения напряжения на нем.

Совокупными называют измерения нескольких однородных величин, значения которых определяют путем решения системы уравнений, получаемых при измерениях различных сочетаний этих величин. Например, измерение, при котором массы отдельных гирь набора находят по известной массе одной из них и результатам сравнения масс различных сочетаний гирь данного набора.

Учебная дисциплина «Физика» является общеобразовательной, устанавливающей базовые знания для обучающихся, необходимые для усвоения как смежных общеобразовательных, так и специальных дисциплин.

Лабораторный практикум по физике способствует более глубокому и детальному изучению дисциплины, готовит обучающихся к практической работе в их профессиональной деятельности.

Раздел 1. Справочный материал

Этот справочный материал запоминать не нужно, вы будете обращаться к нему при выполнении лабораторных работ:

1. Как определять погрешности измерений

Выполнение лабораторных работ связано с измерением различных физических величин и последующей обработкой их результатов.

Изиерение нахождение значения физической величины опытным путем с помощью средств измерений,

Пряное изнерение определение значений физической величины непосредственно средствами измерения.

Косвенное изнеренне — определение значения физической величины по формуле, связывающей ее с другими физическими величинами, определяемыми прямыми измерениями. Введём следующие обозначения.

       А, ве се        физические величины,

 — приближенное значение физической величины, т- е. значение, полученное путем прямых или косвенных измерений,

АА — абсолютная ПОГРёЧИНОСТЬ ихтеренпя физпческой величины, погрешность г.зпере,чг.я физической равная:

100% абсолютная  погрешность, определяемая конструкцией прибора (потешность средств измерения; см, пгблг 1), Таблица Абсолютные инструментальные погрешности средств измерений

ЛОА — абсолютная погрешность отсчёта (получающаяся от

недостаточно точного отсчета показаний средств измерения), она равна в большинстве случаев половине цены деления; при измерении времени цене деления секундомера или часов.

Максимальная абсолютная погрешность прямых измерений складывается из абсолютной инструментальной погрешности и абсолютной погрешности отсчета при отсутствии других погрешностей:

           ЛА = ЛИА +          .

Абсолютную погрешность измерения обычно округляют до одной значащей цифры (ЛА 0,17 0,2); численное значение результата измерений округляют так, чтобы его последняя цифра оказалась в том же разряде, что и цифра погрешности (А = 10,332 10,3).

Результаты повторных измерений физической величины А, проведенных при одних и тех же контролируемых условиях и при использовании достаточно чувствительных и точных (с малыми погрешностями) средств измерения, отличаются друг от друга.

В этом случае находят как среднее арифметическое значение всех измерений, а АА (ее в этом случае называют случайной погрешностью) определяют методами математической статистики,

В лабораторной практике НПО такие средства измерения практически не используются, Поэтому при выполнении лабораторных работ необходимо определять максимальные погрешности измерения физических величин, При этом для получения результата достаточно одного измерения,

Формулы для нахождения относительной погрешности

Относительная погрешность косвенных измерений определяется так, как показано в таблице 2.

Абсолютная погрешность косвенных измерений определяется по формуле АА Аир Е (е выражается десятичной дробью).

2. О классе точности электроизмерительных приборов

для определения абсолгогной инструментальной погрешности прибора надо знать его класс точности.

Класс точности измерительного прибора показывает, сколько оцентов составляет абсолютная инструментальная погрешность от всей шкалы прибора (А лих):

Упр — Атах • 1000/0

Класс точности указывают на шкале прибора или в его паспорте (знак % при этом не пишется), Существуют следующие классы точности электроизмерительных приборов: 0,1; 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2,5; 4,

Зная класс точности прибора (у,л,) и всю его шкалу (А„т), определяют абсолютную погрешность измерения физической величины А этим прибором:

Д А = УЛРАтах

                                                                           100

З. Как сравнивать результаты измерений

1, Записать результаты измерений в виде двойных неравенств:

А]щ, АА] Атир €: Атлр+ АА, ,

2, Сравнить подученные интервалы значений (рис,): если интервалы не перекрываются, то результаты неодинаковы, если перекрываются

ОДИН,чКОВЫ при данной относительной погрешности измерений.

4. Как оформлять отчёт о проделанной работе

1, Лабораторная работа ,

2. Наименование работы.

З. Цель работы.

4.   Чертеж (если требуется).

5.   Формулы искомых величин и их погрешностей.

6.   Таблица с результатами измерений и вычислений.

7.   Окончательный результат, вывод и пр. (согласно цели работы).

5. Как записывать результат измерения

                      пр                                              о .

Лабораторная рабопт 1

Тема работы: «Определение ускорения силы тяжести при помощи маятника».

Цель работы: научиться при помощи математического маятника определять величину ускорения свободного падения,

Путь исследования: экспериментальный.

Теория эксперимента: ускорение свободного падения • основная характеристика Земли как планеты. Величину ускорения можно измерить различными способами, Одним из них является способ, связанный с использованием модели математического маятника в качестве основного оборудования. Пёриод его колебаний определяется формулой: Т N где Т - период колебаний маятника, а - число колебаний за время Т, Эту величину можно определгтть экспериментально, при помощи обыкновенного секундомера. Тогда пользуясь формулой для нахождения этой величины, мы получим возможность определить и величину ускорения свободного падения,

отсюда                                или

Оборудование: 1) лента измерительная, 2) часы с секундной стрелкой, З) штатив с муфтами кольцом, 4) шарик, 5) нить с узелком и

КОЛЫШКОМ.

Ход работы:

1. Установите на краю стола штатив с кольцом, зажатым у верхнего конца штатива,

2, Сквозь отверстие шарика щ-юдсньте нить и пг.юпустите шарик до узелка.

З, Полученный маятник подвесьте к кольцу 11-ПТИВа,

4.      Установите длину маятника на расстоянии 1        2 сантиметра от пола.

5.      Определите число полных колебаний маятника за 60, 90 120 секунд.

6.      Измерьте мерной лентой длину маятника.

Электрическая схема: нет.

Таблица результатов:

Анализ результатов:

Вывод:

Контрольные вопросы:

1.   Что такое ускорение свободного падения?

2.   От чего зависит ускорение свободного падения?

З. Период колебаний математического маятника (формула, определение).

4.   От чего зависит период колебаний математического маятника?

5.   В чем измеряется Т, Г, g?

Лабораторная рабопт 2

Тема работы: «Изучение движения тела по окружности под действием сил упругости и тяжести».

Цель работы: научиться определять центростремительное ускорение шарика при его равномерном движении по окружности,

Путь исследования: экспериментальный.

Теория эксперимента: эксперименты проводятся с коническим маятником, Небольшой шарик движется по окружности радиуса При этом нить АВ, к которой прикреплен шарик, описывает поверхность прямого кругового конуса

На шарик действуют две силы: сила тяжести ту и

Они создают центростремительное ускорение направленное по радиусу к центру окружности. Модуль ускорения можно определить кинематически. Он равен: п., =

Для определения ускорения надо измерить радиус окружности и период обращения шарика по окружности,

Центростремительное (нормальное) ускорение можно определить также, используя законы динамики,

Согласно второму закону Ньютона: гпа = mg +

Разложим силу F на СОСпВЛЯГОГЦИС ] и 2, направленные по радиусу к центру окружности и по вертикали вверх,

Тогда второй закон Ньютона запишется следующим образом:

Направление координатных осей выберем так, как показано на рисунке б,

В проекциях на ось 00' уравнение движения шарика примет вид

П mg Отсюда Ь mg составляющая уравновешивает силу тяжести mg, действующую на шарик,

Запишем второй закон Ньютона в проекциях на ось Отх:

Отсюда гг, - а,

Модуль составляющей Fl мпж•нсј определить различными способами, Вопервых, это можно сделать из подобия треугольником ОАВ и FBF,:

д— 21

Отсюда                      и

Во-вторых, модуль составляющей Fl можно непосредственно измерить динамометром. Для этого оттягиваем горизонтально расположенным динамометром шарик на расстояние, равное радиусу R окружности (рис.

в), и определяем показание динамометра, При этом сила упругости пружины уравновешивает составляющую Сопоставим все три выражения

477:R

дляи убедимся, что они близки между собой.

В этой работе с наибольшей тщательностью следует измерять время. Для этого полезно отсчитывать возможно большее число оборотов маятника, уменьшая тем самым относительную погрешность.

Взвешивать шарик с точностью, которую могут дать лабораторные весы, нет необходимости. Вполне достаточно взвешивать с точностью до 1 г. Высоту конуса и радиус окружности достаточно измерить с точностью до 1 см. При такой точности измерений относительные погрешности величин будут одного порядка.

Оборудование: 1) штатив с муфтой и лапкой, 2) лента измерительная,

З) циркуль, 4) динамометр лабораторный, 5) весы с разновесами, 6) шарик на нити, 7) кусочек пробки с отверстием, 8) лист бумаги, 9) линейка.

Ход работы:

1.                 Определите массу шарика на весах с точностью до 1 г.

2.                 Нить проденьте сквозь отверстие и зажмите пробку в лапке штатива (рис. в).

З.       Вычертите на листе бумаги окружность, радиус которой около 20 см.

Измерьте радиус с точностью до 1 см.

4.                 Штатив с маятником расположите так, чтобы продолжение шнура проходило через центр окружности.

5.                 Возьмите нить пальцами у точки подвеса, вращайте маятник так, чтобы шарик описывал окружность, равную начерченной на бумаге.

6.                 Отсчитайте время, за которое маятник совершает, к примеру, N = 50 оборотов.

7.                 Определите высоту конического маятника. Для этого измерьте расстояние по вертикали от центра шарика до точки подвеса.

8.                 Найдите модуль центростремительного ускорения по формулам:

16

47:R

9, Оггяните горизонтально расположенным динамометром шарик на расстояние, равное радиусу окружности, и измерьте модуль составляющей

Затем вычислите ускорение по формуле         =

10, Результаты измерений занесите в таблицу При сравнении полученных трех значений модуля центростремительного ускорения, убедитесь, что они примерно одинаковыг

Электрическая схема: нет.

Таблица результатов;

Анализ результатов:

Вывод:

Лабораторная рабопт З

Тема работы: «Изучение закона сохранения механической энергии».

Цель работы: научиться измерять потенциальную энергию поднятого над землей тела и упруго деформированной пружины, сравнить два значения потенциальной энергии системы,

Путь исследования: экспериментальный.

Теория эксперимента: закон сохранения энергии состоит в том, что в замкнутой системе, в которой действуют консервативные силы, механическая энергия сохраняется. Полная механическая энергия равна сумме кинетической и потенциальной энергий, Энергия не создаётся и не уничтожается, а только превращается из одной формы в другую: из кинетической в потенциальную или наоборот

Оборудование: 1) штатив с муфтой и лапкой, 2) динамометр лабораторный с фиксатором, З) лента измерительная, 4) груз на нити шиной около 25 см,

Ход работы:                                                                      

1, Привяжите груз к нити, другой конец нити привямтс к крючку динамометра и измерьте вес груза F] = mg (можно использовать массу груза, если она известна).

2, Измерьте расстояние I от крючка динамометра до центра тяжести груза.

З,      Поднимите груз до высоты крючка динамометра и отпустите его, Поднимая груз, расслабьте пружину и укрепите фиксатор около ограничительной скобы,

4,      Снимите груз и по положению фиксатора измерьте линейкой максимальное удлинение М пружины,

5, Растяните рукой пружину до соприкосновения фиксатора с ограничительной скобой и отсчитайте по шкале максимальное значение модуля силы упругости пружины. Среднее значение силы упругости равно 2

6, Найдите высоту падения груза. Она равна h = + М

7. Вычислите потенциальную энергию системы в первом положении груза, е, перед началом падения, приняв за нулевой уровень значение потенциальной энергии груза в конечном его положении:

Е'р — mgh — FJ(l - М),

8, В конечном положении груза его потенциальная энергия гитвна нулю, Потенциальная энергия системы в этом состоянии определяется лишь энергией упруго деформированной пружины: =

Вычислите ее.

Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу

10. Сравните значения потенциальной энергии в первом и втором состояниях системы и сделайте вывод„

Анализ результатов: Вывод:

Контрольные вопросы:

1 . В каких случаях выполняется закон сохранения механической энергии?

2. Чем можно объяснить неточное выполнение исследуемых равенств?

рабопт 4

«Определение поверхностного натяжения жидкости».

цель работы: научиться при помощи приборов определять коэффициент поверхностного натяжения жидкости капельным способом,

Путь исследования: экспериментальный.

Теория эксперимента: любая поверхность обладает поверхностным натяжением. Величина силы поверхностного натяжения определяется формулой: ” 6 х Г, где б - коэффициент поверхностного натяжения, а Г длина свободной поверхности жидкости, Работа с этой формулой приводит к результатам: mg = 27 х г х б, отсюда 5=-2 где т- масса жидкости, радиус трубки. Если определить массу одной капли жидкости, то где - число капель жидкости,

Оборудование: Т) штатив с муфтой и лапкой, 2) штангенциркуль, 3) клин измерительный, 4) В"СЫ, 5) разновесы, 6) колба коническая, 7) стакан химический 50 мл, 8) воронка, 9) кран стеютянный с наконечником.

Ход работы:

1)                При помоши штангенциркуля и измерительного клина измерьте диаметр канала наконечника стеклянной трубки

2)                Взвесьте химический стаканчик для собирания капель с точностью до сотых долей грамма-

З) Закройте кран и налейте из колбы в воронку жидкость.

4)               Подставьте под трубку сгакан и, приоткрывая кран, добейтесь, чтобы капли падали достаточно медленно (30 — 40 капель в минуту),

5)               После этого под трубку подставьте сухой стаканчик и отсчитайте в него несколько десятков капель (50; 100; 150),

Схема опытной установки;             

Таблица результатов:

Анализ результатов:

Вывод:

Контрольные вопросы;

1 „ Почему поверхностное натяжение зависит от вида жидкости?

2, Почему и как зависит поверхностное натяжение от температуры?

З. В двух одинаковых пробирках находится одинаковое количество капель воды. В одной пробирке чистая вода, в другой с прибавкой мыла, Одинаковы ли объемы отмеренных капель? Ответ обоснуйте

4. Изменится ли результат вычисления поверхностного натяжения, если опыт проводить в другом месте ЗеМЛИ?

5, Изменится ли результат вычисления, если диаметр канала трубки будет меньше?

раб01* Л) 5

«Измерение модуля упругости резины».

Цель работы: научиться при помощи приборов определять величину модуля упругости резины-

Путь исследования: экспериментальный„

Теория эксперимента; модуль Юнга вычисляют по формуле из закона

Гука.              

где Е — модуль Юнга; — сила упругости; возникающая в растянутом шнуре и равная весу прикрепленных к шнуру грузов; S — площадь поперечного сечения деформированного шнура;

• расстояние между метками А и В на нерастянутом шнуре; Г расстояние между этими же метками на растянутом шнуре. Площадь сечения резинового шнура определяется в зависимости от геометрической фигуры сечения.

Оборудование: 1) штатив с муфтой и лапкой, 2) измерительная лента, З) резиновый шнур, 4) грузы.

Ход работы:

1. Соберите экспериментальную установку 2. Нанесите карандашом метки на резиновом шнуре, измерьте расстояние между метками А и В на нерастянутом шнуре.

З, Подвесьте грузы к ни-лтему концу шнура,                   6

предварительно определив их общий вес. Измерьте расстояние между рисками на шнуре в растянутом состоянии.

4. Вычислите модуль Юнга резины, пользуясь формулой:

Электрическая схема: нет.

Таблица результатов:

Анализ результатов:

Вывод:

Контрольные вопросы:

1.  Какую физическую величину называют модулем Юнга?

2.  Функцией каких величин является коэффициент упругости стержня при растяжении и сжатии?

рабопт 6

«Определение удельного сопротивления проводника». Цепь работы: определить удельное сопротивление проводника, используя измерительные приборы-

Путь исследования: экспериментальный,

Теория эксперимента: Основная электрическая характеристика проводника сопротивление, Ог этой величины зависит сила тока в проводнике при заданном напряжении, Сопротивление проводника, представляет собой как бы меру противодействия проводника установлению в нем электрического тока. С помощью закона Ома можно

определить сопротивление проводника

Для этого нужно измерить напряжение и силу тока,

Сопротивление зависит от материала проводника и его геометрических размеров, Сопротивление проводника длиной [ с постоянной площадью поперечного сечения S равно:

где р — величина, зависящая от рода вещества и его состояния (от температуры в первую очередь), Величину р называют удельным сопротивлением проводника. Удельное сопротивление численно равно сопротињлениго проводника, имеющего форму куба с ребром 1 м, если ток направлен вдоль нормали к двум противоположным граням куба,

Единицу сопротивления проводника устанавливают на основе закона Ома и называют ее Ом: проводник имеет сопротивление 1 Ом, если при рквности потенциалов 1 В сила тока в нём 1 А. Единицей удельного сопротивления является 1 Ом х м. Удельное сопротивление металлов мало,

Оборудование: 1) амперметр, 2) вольтметр, 3) исследуемый проводник, 4) микрометр или штангенциркуль, 5) источник тока, 6) соединительные провода.

Ход работы;

1 , Соберите электрическую цепь по схеме,

2, Используя измерительные приборы, определите диаметр проводника,

З, Снимите показания амперметра и вольтметра, 4, Запишите показания приборов в таблицу,

5.     Определите удельное сопротивление проводника,

6.     Сделайте вывод

Электрическая схема:

Таблица результатов:

Анализ результатов: Вывод:

Контрольные вопросы:

1. Как классифицируют проводниковые материалы?

2, Какой физический смысл удельного сопротивления? Удельной проводимости?

З. Как зависит сопротивление проводника от его линейных размеров?

4.   Как зависит удельное сопротивление металлов от примесей?

5.   Где применяются материалы высокой проводимости?

6.   Для чего используют сплавы высокого сопротивления?

7.   Какие металлы и сплавы нашли применение в энергетике?

Лабораторная работа .N2 7

Тема работы: «Определение заряда одновалентного иона».

Цель работы: научиться при помощи предлагаемого оборудования измерять электрический заряд.

Путь исследования: экспериментальный.

Теория эксперимента: заряд электрона может быть определен по

формуле, полученной из закона Фарадея для электролиза:

где т масса выделившегося на электроде вещества, М молярная масса вещества, п валентность этого вещества, постоянная Авогадро, I сила тока, прошедшего через раствор электролита, At время прохождения тока. Масса выделившейся на катоде меди определяется путем взвешивания катода до и после проведения опыта

Оборудование: 1) весы с разновесами, 2) установка по электризации,

З) раствор медного купороса, 4) амперметр.

Ход работы:

1.                 Взвесьте катод, предварительно сделав на его верхней части риску, чтобы в дальнейшем не перепутать с анодом.

2.                 Укрепите электроды в держателе и, не вставляя электроды в банку с раствором, соберите электрическую цепь. Проверьте надежность электрических контактов, правильность подключения электродов к источнику тока, правильность подключения амперметра.

З. Опустите электроды в банку с раствором, замкните ключ, установите с помощью реостата силу тока в цепи не более 1 А. Процесс электролиза проводите в течение 20 минут, поддерживая с помощью реостата силу тока в цепи неизменной.

4.      По окончании опыта разомкните ключ, выньте и обсушите над электроплиткой медный катод и взвесьте его.

5.      Определите массу выделившейся меди.

6.      Определите заряд электрона, используя ранее выведенную формулу.

Электрическая схема: выполните самостоятельно.

Таблица измерений:

Анализ результатов:

Вывод:

Контрольные вопросы:

1.                Почему молекулы соли, кислоты и щелочи в воде распадаются на ионы?

2.                Почему с повышением температуры сопротивление электролита уменьшается?

З. Будет ли происходить электролитическая диссоциация в условиях космического полета?

4.                При каких условиях концентрация электролита в процессе электролиза остается постоянной? Меняется?

5.                Как следует поступить, если по ошибке при выполнении опыта взвешенная пластинка была соединена с положительным полюсом источника тока?

6.                Как поступают, когда необходимо к угольному электроду припаять провод?

работа .N2 8

«Наблюдение действия магнитного поля на ток».

 научиться при помощи приборов наблюдать действие магнитного поля на ток всеми предлагаемыми способами, уметь объяснять результаты наблюдения при помощи полученных знаний.

Путь исследования: экспериментальный.

Теория эксперимента:                   так как по проводнику проходит

электрический ток, то он окружен магнитным полем (магнитное поле порождается электрическим током). Дугообразный магнит также окружен магнитным полем. При их сближении магнитные поля начинают взаимодействовать. Как у проводника с током, так и у постоянного магнита имеются два полюса: северный и южный, поэтому в зависимости от их взаимного расположения вид взаимодействия меняется.

Оборудование: 1) проволочный моток, 2) штатив, З) источник постоянного тока, 4) реостат, 5) ключ, 6) соединительные провода,

7) дугообразный магнит.

Ход работы:

1.                  Подвесьте проволочный моток к штативу, подсоедините его к источнику тока последовательно с реостатом и ключом.

2.                  Поднесите к висящему мотку дугообразный магнит и, замыкая ключ, пронаблюдайте движение мотка.

З. Выберите несколько характерных вариантов относительного расположения мотка и магнита и зарисуйте их, указав направление магнитного поля, направление тока и предполагаемое движение мотка относительно магнита.

4. Проверьте на опыте правильность предположений о характере и направлении движения мотка.

Электрическая схема: выполните самостоятельно.

Таблица результатов: нет

Анализ результатов:

Вывод:

Контрольные вопросы:

1.                Шнур настольной лампы, питаемой постоянным током, поднесли к магнитной стрелке. Изменится ли положение стрелки?

2.                Если нет перемещения тела, то нет и механической работы. Куда «исчезла» энергия, переданная электромагниту, пока он «удерживал» груз?

раб01* 9

«Изучение явления электромагнитной индукции».

научиться при помощи приборов наблюдать явление электромагнитной индукции всеми предлагаемыми способами, уметь объяснять полученные результаты при ПоМОЩИ полученных знаний,

Путь исследования: экспериментальный.

Теория эксперимента: явление электромагнитной индукции заключается в ВОЗНИКНОВеНИИ электрического тока в проводящем контуре, который либо покоится в переменном во времени магнитном поле, либо движется в постоянном магнитном поле таким образом, что число линий магнитной индукции, пронизывающих контур меняется,

Оборудование: Т) миллиамперметр лабораторный, 2) батарея аккумуляторов, З) выключатель кнопо чный, 4) катушки с сердечниками

2 шт. 5) магнит дугообразный, 6) провода соединительные-

Ход работы:

1)               Зажимы гальванометра присоедините к зажимам катушки, Сердечник приставьте к одному из полюсов дугообразного магнита и вдвигайте внутрь катушки, Зафиксируйте отюонение стрелки гальванометра-

2)               Определите направление индукционного тока, зная, что стрелка гальванометра всегда отклоняется вправо, когда левый зажим гальванометра присоединен к минусу источника тока, а правый зажим — к плюсу.

З) По направлению индукционного тока определите направление силовых линий магнитного поля.

4)               Убедитесь, что это поле противоположно нарастающему в катушке полю магнита, что подтвер,ыается правилом Ленца.

5)               Тушку, соединенную с гюьванометром, положите набок рядом с такой же катушкой так, чтобы их оси совпали,

6)               Вставьте в обе катушки железные сердечники, и соедините вторую катушку последовательно с аккумуляторной батареей и выключателем. 7) Замыкая и размыкая ток в первичной цепи, получите индукционный ток во вторичной ЦСПИ„

8) Определите направление индукционного тока и тока от аккумулятора; проверьте правило Лёнца для случаев получения индукционного тока при замыкании и размыкании первичной цепи,

Электрическая схема: выполните самостоятельно.

Таблица результатов: отсутствует,

Анализ результатов: Вывод:

Контрольные вопросы:

1.   В чем заключается тление электромагнитной индукции?

2.   Какой ток называют индукционным?

З, Сформулируйте закон электрмагнитной индукции, Какой формулой он описывается?

4. Как формулируется правило Ленца?

5, Какова связь правила Ленца с законом сохранения энергии?

6, В катушку из медного щ-ювода сначала быстро, затем медленно вдвигают магнит. Одинаковый ли электрический заряд при лом переносится через сечение провода катушки?

7. Возникнет ли индукционный ток в резиновом кольце при введении в него магнита?

работа 10

«Определение показателя преломления стекла», используя имеющиеся оборудование и знания ранее изученного материала, определить значение показателя преломления стекла.

Путь исследования: экспериментальныйг

Теория эксперимента: при прохождении через прозрачную среду луч света отклоняется от прямолинейного распространения тем больше, чем больше показатель преломления данной среды- Определить величину этой характеристики вещества можно при помощи закона преломления:

, где - угол падения, 13 - угол преломления света.

Оборудование: 1) линейка измерительная, 2) угольник, З) пластинка стеклянная, 4) лист картона, 5) бумага писчая, 6) булавки с крупной головкой — 4 шт

Ход работы:

1.                  Положите на середину листа бумаги стеклянную призму и за ней вертикально вколите булавку

2.                  Расположите глаз на уровне стола и следя за булавкой сквозь толщу стекла, поверните пластинку так, чтобы основания всех четырёх булавок должны казаться наблюдателю расположенными на одной прямой.

З, Выньте булавки, отметьте кружками места проколов,

очертите хорошо очиненным карандашом контуры пластинки,

4, Снимите пластинку, приступите к обработке результатов опыта.

5.     Через точки А и В, затем С и О проведите прямые линии до их пересечения с соответствующими основаниями трапеции, изображающими собой преломляющие грани пластинки. Точки, пересечения К и К, соедините прямой и продолжите ее пунктиром до края листа, Через точку К, проведите пунктиром прямую, перпендикулярную к грани пластинки,

6.     При помощи транспортира определите величину угла МКВ ф) и утла

Ek[D

7.     Используя закон преломления, найдите коэффициент преломления стекла.

Электрическая схема: нет.

Таблица результатов:

Анализ результатов:

Вывод:

Контрольные вопросы:

1.   В чем состоит физический смысл показателя преломления?

2.   Какая среда называется оптически более плотной, чем данная?

З. В каких случаях угол падения равен углу преломления?

4. Найдите угол падения луча на поверхность воды, если известно, что он больше угла преломления на десять градусов?

Лабораторная работа 11

Тема работы: «Определение длины световой волны при помощи дифракционной решетки».

Цель работы: научиться при помощи предлагаемого оборудования измерять длину световой волны,

Путь исследования: экспериментальный.

Теория эксперимента: для определения длины световой    волны        используется дифракционная решетка с периодом 1/100 мм. Эта решетка является основной деталью используемой     установки. Экран этой установки может перемешаться вдоль линейки, что позволяет изменять расстояние между ним и дифракционной решеткой, На экране и линейке имеются миллиметровые шкалы- Вся установка крепится на штативе. Если смотреть сквозь решетку и прорезь на источник света (лампу накаливания или свечу), то на черном фоне экрана МОЖНО наблюдать по обе стороны от щели дифракционные спектры 1 -го, 2-го и т, д, порядков, Длина волны определяется по формуле:        

где — период решетки, К — порядок спектра, — угол, под когорым наблюдается максимум света соответствующего цвета,

Поскольку углы, под которыми наблюдаются максимумы 1- го и 2-го порядков, не превышают 5 ⁰ , можно вместо синусов углов использовать их тангенсы, Из рисунка видно, что

Расстояние а отсчитывают по линейке от решетки до экрана, расстояние

3$

Ь       по шкале экрана от щели до выбранной линии спектра. Окончательная формула примет вид:        

В этой работе погрешность измерений длин волн не оценивается из-за некоторой неопределенности выбора середины части спектра данного цвета,

Оборудование: 1) установка для определения ДЛинЫ световой волны,

2) дифракционная решетка.

Ход работы;

1, Соберите измерительную установку, установите экран на расстоянии 50 см ог решетки.

2. Глядя сквозь дифракционную решетку и щель в экране на источник света, и перемещая решётку в держателе, установите её так, чтобы дифракционные спектры располагались параллельно шкале экрана.

З. Вычислите длину волны красного и фиолетового цветов в спектре 1гп порядка справа и слева от щели в экране, определите среднее значение результатов измерения для каждого цвета отдельно,

4. Сравните полученные результаты с длинами волн красного и фиолетового цвета справочникаг

Электрическая схема: нет

ТАблица результатов:

Анализ результатов:

Вывод:

Контрольные вопросы:

1.   Что такое монохроматический свет? Что такое спектр сложного света?

2.   Принцип Гюйгенса-френеля.

З. Как образуются дифракционные спектры?

4. Вывод формулы дифракционной решетки.

Лабораторная работа .N2 12

Тема работы: «Наблюдение дифракции и интерференции света».

Цель работы: научиться при помощи приборов наблюдать явления интерференции и дифракции света предлагаемыми способами, уметь объяснять полученные результаты при помощи полученных знаний.

Путь исследования: экспериментальный.

Теория эксперимента:

1.   Наблюдение дифракции света.

Граммофонная пластинка благодаря звуковым бороздкам, нанесенным на ее поверхность, может служить хорошей дифракционной решеткой, действующей в отраженном свете.

Обычные лабораторные дифракционные решетки имеют приблизительно от 50 до 500 штрихов на 1 мм. Граммофонные пластинки - обыкновенная и долгоиграющая имеют соответственно 4 и 8 штрихов на 1 мм. Естественно, что такая грубая решетка не дает возможности наблюдать дифракцию обычным способом. Однако увеличение угла падения лучей на пластинку равнозначно уменьшению расстояния между штрихами. При наблюдении пластинки в отраженном свете, падающем, под большим углом, в ней видны дифракционные спектры, тем более отчетливые и яркие, чем чаще нанесены на пластинки бороздки и чем больше угол падения лучей, нескольких порядков, расположенные по обе стороны от средней светлой линии. При небольших поворотах пластинки спектры раздвигаются или сближаются, расширяются или суживаются. Долгоиграющая пластинка дает меньше спектров, чем обыкновенная, но зато спектры в ней видны более широкие.

2.   Наблюдение интерференции света.

Поверхности пластинок не могут быть совершенно ровными; поэтому соприкасаются они только в нескольких местах. Вокруг этих мест образуются тончайшие воздушные клинья различной формы, дающие картину интерференции, Если рассмалривать пластинки в отраженном свете на темном фоне и поворачивать их так, чтобы на поверхности стекла образовывались не слишком яркие блики от окон или от белых стен; то в некоторых местах наблюдаются яркие радуямые кольцеобразные или замкнутые неправильной формы полосы-

Оборудование: 1) два отрезка граммофонных пластинок 78 отмин и 33 об!мин, 2) пластинки стеклянные —2 шт.

Ход работы:

Наблюдение дифракции света.

1. Возьмите отрезок пластинки в правую руку

2. Приставьте справа к глазу так, чтобы бороздки расположились вертикально, т, е, параллельно нити лампы, а свет от лампы падал на поверхность пластинки под очень большим углом.

Наблюдение интерференции света.

1 „ Стеклянные пластинки размером 4,5 см Х 9 см протрите чистым плагкпм, сложите вместе и сожмите пальцами,

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

З. Изменяйте нажим, обратите внимание на изменение формы и расположения полученных интерференционных полос в проходящем свете,

Анализ результатов: (зарисуйте в тетради оба наблюдаемых явления),

Вывод:

Контрольные вопросы:

1.   Когда наблюдается интерференция и дифракция?

2.   Какие условия необходимы для получения интерференции света.

З. От чего зависит результат интерференции?

4.   Как изменится картина дифракционного спектра при удалении экрана от решетки.

5.   В чем состоит явление дифракции?

Лабораторная работа .N2 13

Тема работы: «Наблюдение сплошного и линейчатого спектров».

Цель работы: научиться при помощи предлагаемого оборудования наблюдать сплошной и линейчатый спектр, анализировать полученные наблюдения и делать соответствующие выводы.

Путь исследования: экспериментальный.

Теория эксперимента: непрерывные (или сплошные) спектры, как показывает опыт, дают тела, находящиеся в твердом или жидком состоянии, а также сильно сжатые газы. Линейчатые спектры дают все вещества в газообразном атомарном (но не молекулярном) состоянии.

Изолированные атомы излучают строго определенные длины волн. Наличие линейчатого спектра означает, что вещество излучает свет только вполне определенных длин волн (точнее, в определенных очень узких спектральных интервалах).

Оборудование: 1) проекционный аппарат, 2) спектральные трубки с водородом, неоном или гелием, З) высоковольтный индуктор, 4) штатив, 5) источник питания, 6) соединительные провода (эти приборы общие для всех), 7) стеклянная пластина со скошенными гранями выдается каждому.

Ход работы:

1.                 Расположите пластину горизонтально перед глазом. Сквозь грани, составляющие угол 45 ⁰ , наблюдайте светлую вертикальную полоску на экране — изображение раздвижной щели проекционного аппарата.

2.                 Выделите основные цвета полученного сплошного спектра и запишите их в наблюдаемой последовательности.

З. Повторите опыт, рассматривая полоску через грани, образующие угол 60 ⁰ . Запишите различия в виде спектров.

4. Наблюдайте линейчатые спектры водорода, гелия или неона, рассматривая светящиеся спектральные трубки сквозь грани стеклянной пластины. Запишите наиболее яркие линии спектров.

Электрическая схема: нет.

Таблица результатов: нет.

Анализ результатов:

Вывод:

Контрольные вопросы:

1.   Что является причиной электролюминесценции, катодолюминесценции?

2.   Что является основным элементом спектрального аппарата?

З. Зависят ли длины волн линейчатого спектра от способа возбуждения атомов?

4. Какие операции нужно проделать с крупицей вещества, чтобы узнать ее химический состав при помощи спектрального анализа?

Лабораторная работа 14

Тема работы: «Изучение треков заряженных частиц».

Цель работы:       научиться  при   помощи      предлагаемого оборудования и ранее изученного теоретического материала научиться определять основные характеристики заряженных частиц,

Путь исследования: экспериментальный,

Теория эксперимента: работа проводится с готовой фотографией треков двух заряженных частиц. Трен:  протону, трек П частице, которую надо идентифицироватьИндукция магнитного поля равна 1, 6 Тл, линии индукции магнитного поля перпендикулярны плоскости фотографии. Начальные скорости обеих частиц одинаковы перпендикулярны краю фотографии Идентификация неизвестной частицы осуществляется путем сравнения ее удельного заряда с удельным зарядом протона. Это можно сделать, измерив и сравнив радиусы треков частиц на начальных участках треков. Действительно, для заряженной частицы, движущейся перпендикулярно вектору индукции магнитного поля, можно записать = — или

Из этой формулы видно, что отношение удельных зарядов частиц равно обратному отношению радиусов их траекторий.

Радиус кривизны трека частицы определяют следующим образом. Накладывают на фотографию лист прозрачной бумаги и переводят на неё трек (это нужно делать осторожно, чтобы не повредил фотографию). Вычерчивают, как показано на рисунке, аве хорды и восставляют к этим хордам в их серединах перпендикуляры, На пересечении перпендикуляров лежит центр окружности; ее радиус измеряют линейкой,

Оборудование: 1) фотографии треков заряженных частиц, 2) треугольник, З)карандаш, 4) прозрачная бумага, 5) линейка.

Ход работы:

1.      Перенесите на кальку треки частиц с фотографии.

2.      Измерьте радиусы кривизны треков частиц,

скопированных на кальку; на их начальных участках,

З. Сравните удельные заряды неизвестной частицы и протона.

Идентифицируйте частицу по результатам измерений.

4 Определите конечные скорости частиц, импульс и энергию ДВИЖтНИЯ,

Электрическая схема: нет.

Таблица результатов:

Анализ результатов: Вывод:

Контрольные вопросы:

1, Как направлен вектор магнитной индукции относительно плоскости фотографии треков частиц?

2. Почему радиусы кривизны на разных участках трека одной и той же частицы различны?

З. Каков принцип действия приборов для регистрации элементарных частиц?

Список литературы:

1, Абдрахманова А.Х., Нефедьев ЕС, Лабораторный практикум по дисциплине ”Физика” с компьютерными моделями.- М): Книжный дом Университет (КДУ), -20 2, - 128 с.

2, Ахлюстин В-А, Методические указания студентам — заочникам, П А, Ахлюстин, ВК, Герасимов, Пейсахов и др.; под ред. ВепБескачко, - Челябинск: ЮУрГУ, - 2008, — 115 с.

З, Ахлюстин, Методические указания студентам — заочникам по физике Ахлюстин, в к, Герасимов, ОБ, Пейсахов; под ред.

Бескачко. — Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, - 2008 — 73 с.

4.                 Барсуков О А., Основы физики атомного ядра- Ядерные технологии

ФИЗМАТЛИТ, с,

5.                 Волькенштейн В. С Сборник задач по общему курсу физики. • Книжный мир, Профессия, • 2008, - 328 с.

6,      Гринкруг М, С, Вакулнл- А, А, Лабораторный практикум по физике -М: лань, -          - 464 с

7. Гринкруг М. С., Вакулюк А. А- ЛАбораторный практикум по физике; лань, 2012, -480 с,

8, Губанов н в, Физика. 1 1 класс, Лабораторные работы, Контрольные задания. М., Просвещение, — 2009

9, Игошин Ф. Ф, , Самарский Ю- А- Ципенкјк Ю, М, Лабораторный практикум по общей физике- Квантовая физика — М.: Физматкнига, - 2012, — 464 с.

10.               Кабардин О. Ф., Орлов В А. Физика- Учебное пособие для учащихся. М, , Просвещение, - 2010.

11.               Камалеева АР. Компьютерная поддерма в проведении физического практикума в средней школе Новые технологии в оброовании. — 2009,

-С I47-149„

12.               Камалеева А.Р., Сарро В.М. Технология формирования у обучаемых самообразовательных измерительных и экспериментальных умений и навыков // Вестник Челябинского педагогического государственного университета, — 2010, — № 2. — С. 122-130.

13.               Ландсберг Г. Элементарный учебник физики. Колебания и волны.

Оптика. Атомная и ядерная физика. Т.5. — М.: ФИЗМАТЛИТ, - 2012, — 664

С.

14.               Механика и молекулярная физика: учебное пособие к выполнению лабораторных работ / ВК. Герасимов, А.Е. Гришкевич, СИ. Морозов и др.; под ред. В.П. Бескачко. — Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, - 2008, — 95 с.

15.               Механика и молекулярная физика. Руководство к решению задач:

учебное пособие для студентов / ВК. Герасимов, Т.О. Миронова, 10 Ю.Б. Пейсахов, Т.П. Привалова. — Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2014, - 83 с.

16.               Общая физика: руководство по лабораторному практикуму: Учеб.

пособие / Под ред. И.Б. Крынецкого и БА. Струкова. - М.: ИНФРА-М 2012, - 599 с.

17.               Паршаков А. Н. Введение в квантовую физику. - М.: Лань, - 2010 352 с.

18.               Пронин В. П. Практикум по физике. — М.: Лань, - 2009, — 256 с.

19.               Степанов СВ.; Физика: 10 — 1 1 классы. Лабораторный эксперимент.

Книга для учащихся; Просвещение, - 2008.

20.               Трофимова Т.И. Курс физики. — М., «Академия», - 2010, - 560 с.

21.               Трофимова Т.И. «Физика в таблицах и формулах». — Москва, — 2012.

22.               Учебник. / Пурышева Н. С., Важеевская Н.Е., Чаругин В.М. 2-е изд., стереотип. - М.: Дрофа, - 2007.

23.               Учебно-методическое пособие. / В. А. Федорук, В. В. Горлач, А. С. Рубан, вл. Егоров, НА. Иванов, в с. Блинов, ПЕ. Дерябин, мв.

Пластинина. — Омск: СибАДИ, - 2010, — 72 с.

24.               Физический практикум: метод. указ. к выполнению лабораторных работ по физике (раздел «Оптика») /О.В. Рвачева, АЛЛ. Чмутин; ВолГМУ, Мед.-биол. фак. , Каф. физики. — Волгоград: Изд-во ВолГУ, - 2007, - 60 с.

25.               Хорошавин С. А. Демонстрационный эксперимент по физике.

Оптика. Атомная физика. — М.: Просвещение, - 2010, — 80 с.

26.               Шилов В.Ф.; Лабораторные работы в школе и дома; Механика; Просвещение, - 2007.

27.               Шилов В. Ф.; Лабораторные работы в школе и дома; Молекулярная физика. Термодинамика; Просвещение; 2007.

28.      http://5fan.ru/wievjob.php?id=45019