Методические указания для выполнения лабораторных занятий

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО МОРСКОГО И РЕЧНОГО ТРАНСПОРТА ФГБОУ ВО «СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА» СТРУКТУРНОЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ СПО  НОВОСИБИРСКОЕ КОМАНДНОЕ РЕЧНОЕ УЧИЛИЩЕ ИМЕНИ  С.И. ДЕЖНЕВА Шифр дисциплины: ОУД.13 Методические указания для выполнения лабораторных занятий дисциплины: для специальности: Физика 26.02.03 «Судовождение» 26.02.05 «Эксплуатация судовых энергетических  установок» 26.02.06 «Эксплуатация судового  электрооборудования и средств автоматики» 26.02.01 «Эксплуатация внутренних водных путей» 1 2017 Методические указания разработаны на основе рабочей программы. Рабочая программа  учебной дисциплины разработана на основе Федерального государственного  образовательного стандарта среднего общего образования (далее – ФГОС) по  специальности (специальностям) среднего профессионального образования (далее ­ СПО)  «26.02.03 «Судовождение», 26.02.05 «Эксплуатация судового электрооборудования и  средств автоматики», 26.02.01 «Эксплуатация внутренних водных путей», 26.02.06  «Эксплуатация судовых энергетических установок». Организация­разработчик: ФГБОУ ВО «СГУВТ» структурное подразделение  Новосибирское командное речное училище имени С.И. Дежнева СПО Разработчики: Л..А Распопова., преподаватель Рекомендовано предметной цикловой комиссией  «Математических и естественнонаучных дисциплин» Протокол № от « » 20 Председатель Рассмотрено на учебно­методическом совете: Протокол № от /Н.Г. Алифиренко/ « » г. г. 20 г. Утверждаю « » 20 Заместитель начальника по учебной /Е.Г. Изотова/ работе Перечень лабораторных занятий 2 1.Исследование движения тела под действием постоянной силы. 2. Изучение особенностей силы трения (скольжения). 3.Изучение закона сохранения импульса 4.Изучение законов сохранения на примере удара шаров и баллистического  маятника. 5.Сохранение механической энергии при движении тела под действием силы  тяжести и упругости. Сравнение работы силы с изменением кинетической  энергии тела. 6.Измерение влажности воздуха. 7.Измерение поверхностного натяжения жидкости. 8.Наблюдение процесса кристаллизации. Изучение деформации растяжения.   Изучение теплового расширения твердых тел. Изучение особенностей теплового расширения воды. 9.Изучение закона Ома для участка цепи, последовательного и  параллельного соединения проводников. 10. Определение ЭДС и внутреннего сопротивления источника  напряжения.  Определение коэффициента полезного действия электрического чайника.  Определение температуры нити лампы накаливания. 11. Изучение закона Ома для полной цепи. Изучение явления  электромагнитной индукции. 12. Изучение зависимости периода колебаний нитяного (или пружинного)  маятника от длины нити (или массы груза). 13. Индуктивные и емкостное сопротивления в цепи переменного тока. 14. Изучение изображения предметов в тонкой линзе. Изучение интерференции и дифракции света.  Градуировка спектроскопа и определение длины волны. Общие положения 3 1.Лабораторные занятия по физике призваны привить курсантам  элементарные навыки проведения физического эксперимента, обработки  экспериментальных данных и их анализа. На основе анализа полученных  экспериментальных данных курсанты убеждаются в справедливости  физических законов, изучаемых в курсе физики. Методические указания по выполнению лабораторных занятий содержатся в  описаниях к каждому лабораторному занятию. Перечень лабораторных  занятий и методические указания по их выполнению прилагаются. 2. Техника безопасности при выполнении лабораторных занятий Тематика лабораторных занятий такова, что не предусматривает  использования приборов, работающих от сети. Поэтому опасность  поражения электрическим током при выполнении лабораторных занятий  исключена. В лабораторных занятиях не используются легко  воспламеняющиеся и взрывчатые вещества, что исключает пожароопасность.  Таким образом, требования по технике безопасности такие же, как и в  повседневной жизни (типа не кидать друг в друга гири и т.п.), поэтому  инструктаж по технике безопасности не предусмотрен. 3. Критерии оценки выполнения лабораторных занятий Курсант должен предоставить отчёт о выполнении лабораторного занятия,  сделать выводы по результатам выполненной работы; ответить на  контрольные вопросы; защитить выполненную работу, полученные результаты. При успешной защите курсанту проставляется «зачёт», в противном случае  отчёт возвращается курсанту на доработку. При выполнении всех лабораторных занятий , предусмотренных рабочей  программой, курсант получает «зачёт». 4 4. Литература При подготовке к выполнению и защите лабораторных занятий курсантам  рекомендуется пользоваться учебниками, принятыми в качестве основных  при изучении физики в НКРУ, а именно:  1. В.Ф.Дмитриева. Физика для профессий и специальностей технического  профиля : учебник для учреждений среднего профессионального  образования ­М.: Издательский центр «Академия», 2015г.­448с 2. Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Сотский. Физика 10 класс: учебник  для общеобразовательных учреждений с приложением на электронном  носителе: базовый и профильный уровни/ ­ М.: Просвещение, 2013г. – 366с. 3. Г.Я.Мякишев, Б.Б. Буховцев, В.М. Чаругин. Физика 11 класс: учебник для общеобразовательных учреждений с приложением на электронном носителе:  базовый и профильный уровни/. ­ М.: Просвещение, 2013г. – 399с. . 5 Исследование движения тела под действием постоянной силы Лабораторное  занятие №1  определить   ускорение   и   мгновенную   скорость   при Цель   работы: равноускоренном движении шарика по желобу. Оборудование:  желоб   металлический,   штатив   с   муфтой   и   лапкой,   шарик металлический, цилиндр металлический, лента измерительная, секундомер. Теория: Шарик скатывается по прямому наклоненному желобу равноускоренно. При  равноускоренном движении без начальной скорости пройденное расстояние  определяется по формуле. Ход выполнения работы:   1. Установите желоб в наклонном положении про помощи штатива. Для  торможения скатывающегося шарика используйте металлический цилиндр,  который кладут в желоб в том месте, где надо остановить шарик. 2. Измерьте время (t) движения шарика по желобу при помощи  секундомера и расстояние (S) пройденное шариком до его остановки,  при помощи сантиметровой ленты. 3. Вычислите ускорение (а) по формуле. 4. Вычислите расстояние, которое должен пройти шарик за 0,5с; 1с; 1,5с по формуле. 5. Полученные   вычислением   результаты   проверьте   на   опыте.   Для   этого положите   цилиндр   в   желоб   на   расстояниях,   найденных   по   формуле, определите   время   в   момент   удара   шарика   о   цилиндр   и   убедитесь   в совпадении времени. 6. Сделайте вывод, как зависит расстояние от времени. 6 7. По   формуле  v=at  определите   мгновенную   скорость  в  моменты  времени 0,5с; 1с; 1,5с и постройте график зависимости скорости движения шарика от времени. 8. Сделайте вывод о характере движения шарика.     Контрольные вопросы: 1.В каком случае ускорение точки считается постоянным 2.Куда направлено ускорение при равноускоренном движении точки? 3.В каких единицах измеряется ускорение?   Лабораторное  занятие №2 Изучение особенностей силы трения (скольжения) Цель: Актуализация и систематизация знаний учащихся о силах, способах их  измерений.    Привитие вкуса к исследовательской работе, Развитие познавательного интереса, Формирование исследовательских умений и вычисление физических  величин с помощью опытных данных. Воспитание сотрудничества при работе в парах, при выполнении   лабораторного эксперимента. Оборудование:  На   столах   учеников   комплект   для   лабораторной   работы: Динамометр, брусок, каток, доска, набор грузов по 1Н. Мотивация:  Сила   трения   играет   очень   большую   роль   в   жизни   каждого человека и во всех отраслях техники. С ней приходится бороться, а в каких­то случаях увеличивать. Поэтому о ней надо знать как можно больше. Лучший метод познания – исследование, эксперимент. Ход выполнения работы: Проверить наличие оборудования и листа для отчёта. Подписать лист отчёта. Инструктаж по технике безопасности. 1. Разработка плана действий: (методом беседы) 1.Что значит исследовать силу трения ? 2.От чего зависит её величина ?  3.Что нужно сделать, чтобы её увеличить, уменьшить? 7 Ход   научного   исследования: исходные   факты   следствия   эксперимент  → →  вывод. →   гипотеза   → 2. По этому плану проводим исследование:  Исходные данные: (Повторение пройденного материала методом беседы) 1.Что мы знаем о силе трения? 2.Что такое сила трения? 3.Какие виды трения существуют? 4.Назвать причины трения. 5.Сравнить разного вида силы трения по величине. 6.Как измерить силу трения? 1.   Проведём   1­ый   эксперимент:   сравним   силы   трения   качения   и   трение скольжения. Результат запишем в отчёт пункт 1. 2. Проведём 2­ый эксперимент: определим, зависит ли величина силы трения от площади поверхности тел. Результат запишем в пункт 2отчёта. 3.   Внимательно   понаблюдаем   за   показаниями   динамометра   и   движением бруска. Обнаружим, что трение покоя больше, чем трение скольжения. Вывод запишем в пункт 3 отчёта. 4. Сравним силу трения с весом тела. Для этого определим, какой вес бруска нам доступен и запишем их в таблицу, потом измерим силы трения и запишем в пункт 4. 5. Вместо поверхности стола возьмём поверхность доски и заполним в пункт 5. 9. Вычислим отношение силы трения к весу и результаты запишем в таблицу. 6.   Сделаем   окончательный  вывод:   от   чего   зависит   сила   трения   и   от   чего зависит коэффициент трения: Сила трения зависит от веса тела и от состояния поверхности, а коэффициента трения – от состояния поверхности. Запись в тетради. Контрольные вопросы: 1.Что такое сила трения? 2.Какие виды трения существуют? 8 3.Назвать причины трения. 4.Сравнить разного вида силы трения по величине. 5.Как измерить силу трения? 9 Лабораторное  занятие №3 Изучение закона сохранения импульса.  Цель работы: изучить особенности реактивного движения, создать устройства для демонстрации реактивного движения. Ход выполнения работы: анализ литературы и конспекта 1. Изучить физические основы реактивного движения: • 2. Сконструировать модели реактивных двигателей. Модель 1. Воздушный шар. Воздух в шаре создает давление на оболочку по всем направлениям. Если отверстие в шарике не завязывать, то из него начнет выходить воздух, при этом сама оболочка будет двигаться в противоположном направлении. Это следует из закона сохранения импульса: импульс шара до взаимодействия равен нулю, после взаимодействия ­ геометрической сумме импульсов газов и   оболочки,   поэтому   они   должны   приобрести   равные   по   модулю противоположные   по   направлению   импульсы,   двигаться   в противоположные стороны. Модель 2. Крутящийся воздушный шар. Надуйте   детский   воздушный   шар,   и   прежде,   чем   перевязать   отверстие ниткой, вставим в него согнутую под прямым углом трубочку для сока. В тарелку, размером меньше диаметра шара, налейте воду и опустите шар так, что бы трубочка была сбоку. Воздух из шара будет выходить и шар начнет вращаться по воде под действием реактивной силы. Модель 3. «Сегнерово колесо». Можно сделать из большого пакета для молока или пластиковой бутылки. Внизу   у   противоположных   стенок   пакета   (бутылки)   надо   проделать отверстия   (в   бутылочку   надо   воткнуть   изогнутые   трубочки).   К   верхней части пакета (бутылки) привязать нить. Пакет (бутылку) заполним водой, при   вытекании   воды   из   отверстий   возникает   реактивная   сила,   которая вращает пакет (бутылку).   т.е.      3.Сделайте вывод о проделанной работе. Контрольные вопросы:             а)  Что называется импульсом тела? б) Сформулируйте закон сохранения импульса. в) Какое движение называется реактивным? г)  Какой закон лежит в основе реактивного движения? 10 д) Приведите примеры реактивного движения. Лабораторное  занятие №4 Изучение законов сохранения на примере удара шаров и баллистического маятника. Цель  работы:  экспериментальная   проверка   закона   сохранения   импульса   на примере соударения двух шаров. Приборы и принадлежности: установка с подвешенными шарами. Импульсом материальной точки (тела) или количеством движения называется векторная величина, равная произведению массы материальной точки на ее скорость  Описание  установки . Установка состоит из двух шаров 1 и 2 (рис.2.1),   подвешенных   на   практически нерастяжимых   нитях   длиной l.   Электро­ магнит 3 может удерживать правый шар в отклоненном   положении.   Отклонение шаров   от   положения   равновесия   отс­ читывается   по   круговой   шкале   4. Электронный блок 5 включает и выключает магнит   и   измеряет   время   взаимодействия шаров. Для   экспериментальной   проверки   закона сохранения   импульса   на   данной   установке необходимо   определить   скорости   шаров   в момент,   непосредственно   предшествующий удару, и скорости шаров после их соударения. На установке правый шар с массой m1отводят от положения равновесия на угол  90о  и отпускают. Скорость этого шара   перед   ударом   можно   определить   по   углу   его   отклонения   от   вертикали, исходя из закона сохранения энергии: Высоту можно выразить через угол  :  Для малых углов  , тогда  . 11 Подставляя   полученное   выражение   для   h   в   уравнение,   находим   скорость первого шара в момент, непосредственно предшествующий удару . По аналогичной формуле можно определить и скорости шаров после удара  и  . Для   этого   нужно   определить   углы,   на   которые   отклоняются   шары   после удара   и  . На   установке   можно   изучать   абсолютно   упругий   и   неупругий   удары.   В эксперименте скорости шаров после удара направлены вдоль той же прямой, что и скорость первого шара до удара ­ по горизонтали вдоль оси x. Закон сохранения импульса для абсолютно упругого и неупругого ударов можно записать в проекции на ось  x  в скалярной форме, учитывая, что до удара второй шар покоился, и  : , Выражая скорости шаров через углы отклонения по формуле и учитывая, что на   данной   установке ,   получаем   расчетные   формулы   для   проверки закона  сохранения  импульса  для  абсолютно упругого  и неупругого  ударов:  ­ углы отклонения правого и левого шара от вертикали после абсолютно упругого удара,   ­ угол отклонения шаров после абсолютно неупругого удара. ­ угол отклонения правого шара в начальный момент,  , где   и  Ход выполнения работы: 1. Нажмите клавишу «сеть».  2. Отожмите клавишу «пуск»  3. Прижмите правый шар к электромагниту.  4.Определите начальный угол отклонения правого шара  5.Нажмите   клавишу   «сброс»   (при   этом   на   цифровом   табло   высвечиваются нули).  6.Нажмите клавишу «пуск» и измерьте углы, на которые отклоняются шары от положения равновесия сразу после удара  . Измерения углов повторите не менее 3 раз.   и    Так как одному наблюдателю невозможно определить сразу два значения, то рекомендуется поступить так: сначала измерить угол отклонения одного шара  и , затем произвести повторный удар из того же начального положения  измерить угол отклонения второго шара  Экспериментальные данные для абсолютно упругого удара. Для проверки закона сохранения импульса для неупругого удара на один из шаров прикрепите кусочек пластилина (массой пластилина можно пренебречь и считать массу шара равной m). . 12 Измерить   углы  измерений занести в таблицу.  и  .   Повторить   измерения   не   менее   3   раз.   Данные Экспериментальные данные для абсолютно неупругого удара.  и   и  для абсолютно неупругого удара. 1.Найдите   средние   значения   углов удара,  2.Проверьте выполнение закона сохранения импульса.  3.Сделайте вывод о проделанной работе. ,   для   абсолютно   упругого Контрольные вопросы: 1.Что называется импульсом материальной точки (тела)?  2. Что называется импульсом системы тел? 3. Сформулируйте закон сохранения импульса. Какая система тел называется замкнутой? 4. Какой удар называется абсолютно упругим и какой абсолютно неупругим? 5. Сформулируйте законы сохранения импульса и механической энергии для абсолютно упругого удара. 6.   Сформулируйте   законы   сохранения   импульса   и   энергии   для   абсолютно неупругого удара. Лабораторное  занятие №5  Сохранение механической энергии при движении тела под действием силы тяжести и упругости. Сравнение работы силы с изменением 1.Сохранение механической энергии при движении тела под действием кинетической энергии тела.  сил тяжести и упругости Цель работы: научиться измерять потенциальную  энергию поднятого над  землей тела и деформированной пружины; сравнить два значения  потенциальной энергии системы. Оборудование: штатив с муфтой и лапкой, динамометр лабораторный,  линейка, груз массой m на нити длиной  l, набор картонок, толщиной порядка  2мм, краска и кисточка. Теория: Эксперимент проводится с грузом, прикрепленным  к одному концу нити  длиной l. Другой конец нити привязан к крючку динамометра. Если поднять  13 груз, то пружина динамометра становится не деформированной и стрелка  динамометра показывать ноль, при этой потенциальная энергия груза  обусловлена только силой тяжести. Груз опускают и он падает вниз растягивая пружину. Если за нулевой уровень отчета потенциальной энергии  взаимодействия тела с Землей взять нижнюю точку, которую он достигает при  падении, то очевидно, что потенциальная энергия тела в поле силы тяжести  переходит  в потенциальную энергию деформации пружины динамометра: mg(l+∆l)=k∆l 2 Где  ∆l−¿  максимальное удлинение пружины, K ­ ее жесткость. Трудность эксперимента состоит в точном определении максимальной  деформации пружины, т.к. тело движется быстро. 2   Ход выполнения работы:  Для выполнения работы собирают установку, показанную на рисунке. Динамометр укрепляется в лапке штатива. Порядок выполнения работы. 1.  Привяжите груз к нити, другой конец нити привяжите к крючку  динамометра и измерьте вес груза FT=mg (в данном случае вес груза  равен его силе тяжести).  2.  Измерьте длину l нити, на которой привязан груз. 3.  На нижний конец груза нанесите немного краски. 4.  Поднимите груз до точки закрепления нити. 5.  Отпустите груз и убедитесь по отсутствию краски на столе, что груз не  касается его при падении. 6.  Повторяйте опыт, каждый раз подкладывая картонки до тех пор, пока на верхней картонке не появятся следы краски. 14 7.  Взявшись за груз рукой, растяните пружину до его соприкосновения с  верхней картонкой и измерьте динамометром максимальную силу  упругости Fупр и линейкой максимальное растяжение пружины  ∆l   отсчитывая его от нулевого деления динамометра. 8.  Вычислите высоту, с которой падает груз: h = l + ∆l  (это высота, на  которую на которую смещается центр тяжести груза).  9.  Вычислите потенциальную энергию поднятого груза    .                                                                         п=¿'mg(l+∆l). E¿ 10.Вычислите энергию деформированной пружины    } =k {{∆l} ^ {2}} over {2}  , где  k= Fупр ∆l   Подставив выражение для k в формулу для энергии  } = {F} rsub {упр} {∆l} over {2}   } Eп ¿  получим ¿ Eп ¿ Eп 11.Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу. Fr=mg     l     F ∆l h=l+∆l Eп '=mg(l+∆l) } = {F} rsub {упр} ¿ EП 12.Сравните значения энергии  E_П^' и E_П^". Подумайте почему значения  этих энергий совпадают не совсем точно. 13.Сделайте вывод о проделанной работе. Контрольные вопросы: 1. От чего зависит механическая энергия системы? 2. Что называется полной механической энергии системы 3. Может ли сохраняться механическая энергия системы, на которую  действуют внешние силы? 4.Чему равна потенциальная энергия упругодеформированного тела? 2.Сравнение работы силы с изменением кинетической энергии тела.  Цель работы: экспериментальная проверка теоремы о кинетической энергии. Оборудование: 1) штативы для фронтальных работ — 2 шт.; 2) динамометр учебный; 3) шар; 4) нитки; 15 5) линейка измерительная 30 см с миллиметровыми делениями; 6) весы учебные со штативом; 7) гири Г4­210. Теория: Теорема о кинетической энергии утверждает, что работа силы, приложенной к  телу, равна изменению кинетической энергии тела: Для экспериментальной проверки этого утверждения можно воспользоваться установкой, изображенной на рисунке 1. В   лапке   штатива   закрепляют горизонтально динамометр. К его крючку привязывают шар на нити длиной 60 —80   см.   Па   другом   штативе   на   такой   же   высоте,   как   и  динамометр, закрепляют   лапку.   Установив   шар   на   краю   лапки,   штатив   вместе   с   шаром отодвигают   от   первого   штатива   на   такое   расстояние,   чтобы   на   шар действовала сила упругости Fynp со стороны пружины динамометра. Затем шар отпускают. Под действием силы упругости шар приобретает скорость  , его кинетическая энергия изменяется от 0 до  . . Для определения модуля скорости v шара, приобретенной под действием силы упругости   Fупр,   можно   измерить   дальность   полета   s   шара   при   свободном падении с высоты Н: ,  . 16 Отсюда модуль скорости v равен:  , а изменение кинетической энергии  равно . Сила упругости во время действия на шар по закону Гука изменяется линейно  от   до Fynp2=0, среднее значение силы упругости равно . Измерив деформацию пружины динамометра x, можно вычислить работу силы упругости: . Задача настоящей работы состоит в проверке равенства , т.е.  . Ход выполнения работы: 1. Укрепите на штативах динамометр и лапку для шара на одинаковой высоте Н = 40 см  от поверхности  стола.  Зацепите за  крючок  динамометра  нить с привязанным шаром. 2. Удерживая шар на лапке, отодвигайте штатив до тех пор, пока показание динамометра станет равным 2 Н. Отпустите шар с лапки и заметьте место его падения на столе. Опыт повторите 2—3 раза и определите среднее значение дальности полета S шара. 3. Измерьте массу шара с помощью весов и вычислите изменение кинетической энергии шара под действием силы упругости: 4.  Измерьте   деформацию   пружины   динамометра х при   силе   упругости   2   Н. Вычислите работу А силы упругости: 17 5.   Оцените   границы   погрешности   определения   значении   изменения кинетической энергии   и работы А силы упругости. Динамометр   имеет   погрешность  =   0,05H,   погрешность =0,02   кг,  =0,02 . Относительная погрешность изменения кинетической энергии Абсолютная погрешность изменения кинетической энергии 6.Сравните   полученные   значения   работы   А   силы   упругости   и   изменения кинетической энергии  Ек шара.  7. Сделайте вывод. Контрольные вопросы: 1. От чего зависит механическая энергия системы? 2. Что называется полной механической энергии системы 3. Может ли сохраняться механическая энергия системы, на которую  действуют внешние силы? Лабораторное  занятие №6 Измерение влажности воздуха Цель   работы:  опытным   путем   измерить   относительную   и   абсолютную влажность воздуха с помощью психрометра.  Оборудование: психрометр, психометрическая таблица. Теория: В   работе   измеряют   относительную   и   абсолютную   влажность   воздуха   с помощью   психрометра.   Психрометр   Августа   состоит   из   двух   термометров, конец   одного   из   них   обернут   полоской   влажной   ткани.   Сухой   термометр показывает температуру воздуха  tcyx. За счет испарения воды с ткани второй термометр   охлаждается.   При   этом,   чем   меньше   водяных   паров   в   воздухе (низкая влажность), тем интенсивнее испарение, а значит, ниже температура 18 влажного термометра  t°M. Используя психрометрическую таблицу можно по значениям температур t°cyx и fBJ1определить относительную влажность ср. По   таблице, насыщенного водяного пара при температуре t°cyx (определяется по таблице). Из формулы находим абсолютную влажность р. Ход выполнения работы:   где  р­   давление   водяного   пара   в   воздухе;   рн­   давление 1. Смочить полоску ткани термометра водой и выждать установления  температуры 15­20 минут. 2. Снять показания термометров t°Cyx и tвл. 3. Вычислить разность показаний термометров    Δt° =t°Cyx­t0 4. Используя психрометрическую таблицу, определить относительную  BJI. влажность ф. 5. Используя таблицу зависимости давления насыщенного пара от  температуры, определить рн. 6. Используя формулу, рассчитать абсолютную влажность p: tсух, С˚ tвл, С˚ Измеренные  величины Рассчитанные  величины Δt,С˚ , %φ p, Па p, Па 7. Сделайте вывод. Контрольные вопросы: сухого термометра? 1. Почему показания влажного термометра психрометра меньше показаний 2. Сухой и влажный термометр показывают одну и ту же температуру. Чему равна относительная влажность воздуха? 3. Почему после жаркого дня роса бывает более обильной? 4. Почему   при   продувании   воздуха   через   эфир   на   полированной поверхности   камеры   гигрометра   появляется   роса?   В   какой   момент появляется роса? 5. Почему показания влажного термометра психрометра меньше показаний сухого термометра'? При каком условии разность показаний термометра наибольшая? 6.   Сухой   и   влажный   термометры   психрометра   показывают   одну   и   ту   же температуру? Какова относительная влажность воздуха? 7. Почему после жаркого дня роса бывает наиболее обильной? 19 Лабораторное занятие №7 Изменение поверхностного натяжения жидкости  Цель: Опытным путем определить коэффициент поверхностного  натяжения воды. Оборудование: весы и разновесы, стаканчик для сбора воды, пипетка,  линейка. Ход выполнения работы:  Коэффициент поверхностного натяжения   σ  может быть определен по  формуле: Fпов. L  (1) σ= Где  Fпов  – сила поверхности натяжения, l­ длинна границы контакта  твердого тела и жидкости. В работе используется явление отрыва  водяной капли от шейки пипетки. Отрыв происходит в момент, когда  сила тяжести и сила поверхностного натяжения, действующие на каплю,  равны по модулю. Границей контакта в данном случае является  окружность – отверстие пипетки. Поэтому формула (1) запишется так:       σ= mk∙g πd (2)  Где mk – масса капли; d – диаметр шейки пипетки.                                                                                                 20 Nπd  (3) m N . Тогда формула (2) принимает вид   Массу капли можно найти путём взвешивания N капель. Их общая  масса составит m, значит, mk =                 σ= mg Внутренний диаметр d шейки пипетки можно найти так. Остроконечный  бумажный клин вставить в отверстие пипетки на глубину x и измерить  линейкой длины x, x1, d1, показанные на рисунке. Диаметр d можно  рассчитать из условия подобия треугольников:                                                     Ход выполнения работы:  1. Записать в таблицу коэффициент поверхностного натяжения воды σ табл ,ускорение свободного падения g.  2. Уравновесить на весах стаканчик.  3. Расположив пипетку вертикально в стаканчик N = 80…120 капель. 4. Доложить на чашку весов гири, уравновешивающие массу воды m в стаканчике. 5. Вставить в пипетку бумажный клин до упора. Замерить длины x,  x1, d1. 6. Рассчитать диаметр шейки пипетки d:                                              d= xd1 x1         7.Рассчитать по формуле (3) коэффициент поверхностного  натяжения воды  σ :          8.Расчёт погрешности измерений          а) Рассчитать абсолютную погрешность                                  ∆σ  = ( σ−σтабл¿          б). Рассчитать относительную погрешность определения  σ 21 εσ  =  ∆σ σтабл   σтабл , H/м                           g, м/с2           N    м, кг       х, м          x1, м          d1, м                  d, м       σ , H/м        εσ * 100. % Постоянные величины Измеренные  величины Рассчитанные величины 8.Сделайте вывод.                                                        Контрольные вопросы: 1.Изменится ли результат ваших вычислений, если опыт произвести в  другом месте земного шара? 2. Изменится ли результат ваших вычислений, если уменьшить диаметр  пипетки? 3. Почему в работе рекомендуется брать по возможности наибольшее  число капель? Лабораторное занятие №8 Наблюдение процесса кристаллизации. Изучение деформации растяжения.  Изучение теплового расширения твердых тел. Изучение особенностей теплового расширения воды. 1. Наблюдения процесса кристаллизации. Цель:  Получение   монокристалла   вещества   методом   кристаллизации   из насыщенного раствора. Ход выполнения работы:  22 : Для выращивания кристаллов подойдет любая хорошо растворимая в воде соль (медный или железный купорос, квасцы и т.д.) Подойдет и поваренная соль ­ хлорид натрия. Приготовьте   горячий   насыщенный   раствор   соли.  Для   этого   заполните стеклянную   пол­литровую   банку   наполовину   горячей   водой.   Порциями добавляйте   соль   и   перемешивайте.   Когда   соль   перестанет   растворяться, оставьте раствор 1­2 мин, чтобы не растворившиеся кристаллы успели осесть. Отфильтруйте раствор через воронку с ватой в чистый термос или другую банку,   помещенную   в   картонную   коробку   подходящего   размера.   Между стенками   коробки   и   банкой   проложите   теплоизоляционный   материал   вату, тряпки,   пенопластовую   крошку.   Закройте   термос   или   банку   крышкой   и оставьте раствор медленно остывать 2­ 3 ч. После   того   как   раствор   немного   остынет,   внесите   в   него   затравку ­кристаллик   соли,   подвешенный   на   нитке.   Прикройте   сосуд   крышкой   и оставьте   на   продолжительное   время.   Чтобы   вырос   крупный   кристалл, потребуется несколько дней или даже недель. Обычно на нитке вырастают несколько кристаллов. Нужно периодически удалять лишние, чтобы рос один большой кристалл. Сделайте вывод. Контрольные вопросы: 1. Изучите полученный кристалл. Сколько дней вы его выращивали? 2. Какова его форма? 3. Какого цвета кристалл; прозрачен он ли нет? 4. Запишите размеры кристалла (высоту, длину, ширину) и его массу. 5. Зарисуйте или сфотографируйте полученный кристалл. 6.Все ли кристаллические тела анизотропны? 2. Изучение деформации растяжения.  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 молекулярно­кинетической теории. 23 Оборудование: 1. Стержень алюминиевый. 2. Деревянный брусок. 3. Булавка  с большой головкой и насаженной бумажной стрелкой. 4. Штатив с лапкой и  муфтой. 5. Спиртовка со спиртом.6. монетка, дощечка с 2­мя гвоздями. 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 расширения и 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.е   = 3β α. Ход выполнения работы: 1. Для наблюдения расширения твердых тел, закрепить один конец стержня в лапку штатива, а другой конец плотно прижать сверху к булавке,  положенной на деревянный брусок (см. рисунок). 2. Зажечь спиртовку, поднести к стержню и наблюдать за поведением  стрелки. Что наблюдали? 3. Убрать спиртовку, снова наблюдать за поведением стрелки. Что  наблюдали? 4. Провести наблюдение с холодной и нагретой монеткой. Осторожно!   5. Сделайте вывод 24 Расчётные задания: 1. Длина медной проволоки при нагревании от 00 до 1000 увеличилась на  0,17м. Определите температурные коэффициенты линейного и  объёмного расширения меди, если первоначальная длина проволоки  100м. 2. Стальной стержень при температуре 00 имеет длину 0,2 м. При какой  температуре его длина будет 0, 213м? Контрольные вопросы: 1.Что происходит с телами при охлаждении и расширении? 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 при пайке применяют легкоплавкие металлы (олово, свинец) и их  сплавы? 5.Почему стаканы из толстого стекла лопаются чаще, чем тонкостенные, при  наливании в них крутого кипятка? 3.Изучение особенностей теплового расширения воды Цель: изучить на практике особенности теплового расширения воды; Оборудование: 1 Штатив с лапкой и муфтой. 5. Спиртовка со спиртом. 6.  Пробирка с пробкой и стеклянной трубкой. 7. Стакан с водой. 8. Спички,  термометр, стакан с холодной водой, чайник с горячей водой (один на всех). Теория: Жидкости расширяются значительно сильнее твердых тел. Они также  расширяются во всех направлениях. Вследствие большой подвижности  25 молекул жидкость принимает форму сосуда, в котором она находится, причем следует учитывать и тепловое расширение сосуда. Расширение жидкости в  трубках также представляет собой объемное расширение. Следовательно,  верны формулы объемного расширения.  Если V1­объем жидкости при температуре t1­ м3 V2­объем жидкости при температуре t2­ м3 ΔV­изменение объема жидкости­м3 Β расширения),­1/К ­коэффициент объемного расширения (объемный коэффициент теплового  ΔV= V1  β  Δt; V 2= V1(1+   Δt)β Коэффициент объемного расширения  β  равен отношению относительного  объемного расширения ΔV/V1 к разности температур Δt:   =β   Ход выполнения работы: 1. Для наблюдения расширения жидкости пробирку, наполненную водой и  плотно закрытую пробкой с трубкой, зажать в лапке штатива и подставить под  нее спиртовку (или опустить в горячую воду). Осторожно! 5. Зажечь спиртовку, наблюдать за изменением уровня воды в трубке. Что  наблюдали? Почему уровень сначала опустился? 6. Убрать спиртовку, наблюдать за изменением уровня воды в трубке. Что  наблюдали? 7. В одинаковые колбы нальем: в одну — воду, а в другую — такой же объем  спирта. Колбы закроем пробками с трубками. Начальные уровни воды и спирта в трубках отметим резиновыми кольцами. Поставим колбы в емкость с горячей водой. Уровень воды в трубках станет выше. Вода и спирт при нагревании  расширяются. Но уровень в трубке колбы со спиртом выше. Значит, спирт  расширяется больше. 26 Вывод: Следовательно, тепловое расширение разных жидкостей, как и  твердых веществ, неодинаково. 9. Решите задачи: А) Какой объём имеет нефть при 00С, если при температуре 200С её объём  равен 65м3? Б) Масса 1л спирта при 00С равна 0,8кг. Определите плотность спирта при  температуре 150С. Контрольные вопросы:  1. Что называют тепловым расширением тел? 2. Приведите примеры теплового расширения жидкостей, газов. 3. Что такое коэффициент объёмного расширения? Сделайте дома сами Используя пластиковую бутылку и тонкую трубку для сока, проведите дома  опыт по тепловому расширению воздуха и воды. Результаты опыта опишите в  тетради. На этот раз наполни бутылку водой до самого верха, до краев  горлышка. Трубку выдвини  повыше и заткни бутылку пробкой. Вытесненный  пробкой излишек воды поднимется по трубке. Пусть он там установится на  высоте 1—2 см над пробкой. Если будет больше, отлей. Хорошо  было бы и  здесь подкрасить воду. Теперь воду в бутылке надо нагреть. Это называется  «нагревать на водяной бане». Прямо ставить бутылку на огонь нельзя: она  лопнет. Следи внимательно за уровнем воды в трубке! уровень немного  опустился… Уровень воды в трубке снова пополз вверх и поднимается все  дальше и дальше, Он теперь выше,  чем был с самого начала. Значит, вода при  нагревании все­таки расширяется. Ну, а почему же сначала уровень шел вниз?  Не догадываешься? Да потому, что первой нагрелась бутылка и тоже  расширилась. А потом уже тепло дошло до воды. Лабораторное  занятие №9 27 Изучение закона Ома для участка цепи, последовательного и параллельного соединения проводников. 1. Изучение закона Ома для участка цепи Цель: установить связь между силой тока, напряжением и сопротивлением на участке цепи. Оборудование:  источник  питания,  вольтметр,  амперметр,  резисторы, ключ, соединительные провода. Теория: Между   тремя   электрическими   величинами   ­   силой   тока,   напряжением, сопротивлением,   существует   простое,   но   очень   важное   соотношение, называемое «Законом Ома для участка цепи». Его открыл в 1827г немецкий учёный Георг Ом. Закон Ома один из основных законов электродинамики. Его знание необходимо для понимания разнообразных процессов, протекающих в электрических цепях. Вопросы для самоконтроля 1)Дайте краткую характеристику физическим величинам:  силе тока, напряжению, сопротивлению. 2) Вспомните:  а) Как измерить силу тока на участке цепи? б)Как измерить напряжение на участке цепи? в)Как включают в цепь амперметр и вольтметр? Ход выполнения работы: 1)Соберите электрическую цепь по схеме (рисунок 1), используя резистор R  сопротивлением 6 Ом        2) Включите цепь, снимите показания измерительных приборов и занесите в  таблицу. №опыта   Сопротивление R, Ом Напряжение U,B Сила тока I,A U/R B/Ом,A 1 28 2 3)Соберите цепь по схеме (рисунок 2), используя 2 резистора по 6 Ом.  Снимите показания приборов и занесите в таблицу. 4).Для каждого случая вычислите отношение напряжения к сопротивлению  участка  цепи U/R. 5)Для каждого опыта сравните вычисленное отношение и измеренную силу  тока I. 6)Сделайте вывод, запишите его словесно и математически                                   Контрольные вопросы: 1. Зависит ли сопротивление проводника от силы тока и напряжения? 2. Сформулируйте закон Ома для участка цепи. 3. Что такое удельное сопротивление проводника? 4. Вольтамперная характеристика проводника. Что это такое? 2. Изучение последовательного и параллельного соединения проводников Цель  работы:   проверить   справедливость   законов   последовательного   и параллельного соединения проводников.  Оборудование: резистор R1 – это проволочная спираль. R2 – это лампочка. Ход выполнения работы: Задание 1. Изучение последовательного соединения. 1. Соберите цепь по рисунку ниже. Вольтметр присоедините к точкам N и К цепи. Он в этом случае покажет напряжение на резисторе и лампочке вместе (Uобщ). Фото собранной цепи показано на фотографии ниже. Замкните цепь и запишите в таблицу показания силы тока I и Uобщ. Цепь разомкните и покажите её преподавателю. 29 2. Подключите вольтметр к точкам N и S цепи и измерьте напряжение U1 на резисторе R1. 3. Подключите вольтметр к точкам S и К цепи и измерьте напряжение U2 на лампочке. 4.   По   формулам  R1=U1/I,    R2=U2/I,  Rобщ=Uобщ/I  подсчитайте   сопротивления резистора, лампочки, участка, включающего резистор и лампочку. Результаты округляйте до десятых. 5. Измеренные и подсчитанные значения занесите в таблицу. 6. Сделайте устно вывод, подтверждаются ли опытом формулы:  Uобщ= U1+U2 ;  Rобщ= R1+R2 I,  А U1,  В U2,  В Uобщ,  В R1,  Ом R2,  Ом Rобщ, Ом U1+U2, В R1+R2 Ом Задание 2. Изучение параллельного соединения. 1.   Соберите   цепь   по   рисунку   ниже.   Фото   собранной   цепи   показано   на фотографии ниже. Сопротивление реостата сделайте максимальным. Замкните цепь и запишите в таблицу показания силы тока  Iобщ  и  U. Цепь разомкните и покажите её преподавателю . 2. Отсоедините вольтметр, а амперметр присоедините в ветвь с резистором. Сопротивление реостата пусть остаётся максимальным. Запишите в таблицу значение силы тока I1, протекающей через резистор R1. Схема цепи смотрите на рисунке 2. 30 3. Амперметр присоедините в ветвь с лампочкой. Запишите в таблицу значение силы   тока  I2,   протекающей   через   лампочку.   Схема   цепи   смотрите   на фотографии 2. 4.   По   формулам  R1=U/I1,    R2=U/I2,  Rобщ=U/Iобщ  подсчитайте   сопротивления резистора, лампочки, участка, включающего резистор и лампочку. Результаты округляйте до десятых. 5. Измеренные и подсчитанные значения занесите в таблицу. 6. Сделайте вывод, подтверждаются ли опытом формулы?                                           Iобщ= I1+ I2 ;         Rобщ=   RR 2 1  RR 2 1 R2, Ом   U, В   I1, А   I2, А   Iобщ, А   R1, Ом   Rобщ, Ом   I1+I2, А   RR 2 1  RR 2 1 Контрольные вопросы: 1.При   последовательном   соединении   проводников общее значение  силы тока... А. Равно сумме   сил токов на отдельных проводниках. Б. Имеет одно и тоже значение. В. Равно сумме обратных величин сил токов на отдельных проводниках. Г. Среди ответов нет верного. 2. При параллельном соединении проводников общее напряжение на  участке цепи... А. Больше, чем напряжение на отдельных проводниках. Б. Одинаково на всех проводниках. В. Равно сумме напряжений на отдельных проводниках. 31 Г. Среди ответов нет верного. 3. Чему равно общее сопротивление трех резисторов, соединенных  последовательно, если их сопротивления равны R 1 = 24 Ом,  R 2 = 3 Ом,  R 3 = 4 Ом? А. 31 Ом.     В. 2 Ом.     Б. 1\31  Ом.    Г. 4 Ом.       4. Каково общее сопротивление двух параллельно соединенных  резисторов, если их сопротивления равны    R1 = 8 Ом,   R 2 = 2 Ом? А. 8 Ом.                        В.  1/3 Ом.                         Б. 10 Ом.                      Г. 1,6 Ом.   5. Поставить соответствие между физическими величинами и единицами  измерений физических величин: а)напряжение ;                   1.Ом; б)сопротивление;               2.Джоуль; в)сила тока.                        3.Вольт;                                             4.Кулон;                                              5.Ампер. Лабораторное  занятие №10.  Определение ЭДС и внутреннего сопротивления источника напряжения. Определение коэффициента полезного действия электрического чайника. Определение температуры нити лампы накаливания.   1. Определение ЭДС и внутреннего сопротивления источника ε Цель:  1) Опытным путём определить Э.Д.С. источника тока ( ), его  внутреннее сопротивление (r).  Теория: Для поддержания тока в проводнике необходимо, чтобы  напряжение на его концах было неизменным. Для этого используется  источник тока. Разность потенциалов (напряжение) на его полюсах  образуется вследствие разделения зарядов на положительные и  отрицательные. Работу по разделению зарядов выполняют сторонние  силы (не электрического происхождения). Величина, измеряемая  работой, совершенной сторонними силами при перемещении единичного  электрического заряда внутри источника тока, называется  электродвижущей силой источника тока (ЭДС) и выражается в вольтах.  32 Энергия, запасенная в источнике тока, расходуется на работу по  перемещению заряда в цепи с внешним сопротивлениями. Оборудование:  1. Источник электрической энергии.  2. Реостат. 3. Амперметр. 4. Вольтметр.  5. Ключ. 6. Соединительные провода    Ход выполнения работы:                                                                                                       1.Составить электрическую цепь по схеме.                                                  2. Снять показания амперметра и вольтметра, занести их в таблицу.      3. Изменяя сопротивление цепи при помощи реостата.     Получить новые показания амперметра и вольтметра.                                 Результаты измерений занести в таблицу. 4. Вычислить ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока.                ε 1= U1+I1r;  Номер  опыта №1 Сила тока Направление на внешней  части цепи  U,B ЭДС  ε,B Внутреннее  сопротивление r, Ом                     5.Сделайте вывод  Контрольные вопросы: 1. Определите сопротивление внешней части цепи, пользуясь  результатами произведённых измерений. 2. Если в изображенной на рисунке цепи одна из лампочек перегорит, то  показания амперметра:           1. Увеличится          2.Уменьшится          3.Не изменится                2. Определение коэффициента полезного действия электрического чайника Цель: определить коэффициента полезного действия электрического чайника. Приборы и материалы:  1)   электрический   чайник   2)   источник   электрического   тока   (розетка квартирной электропроводки), 3) водопроводная вода, 4) термометр, 5) часы с 33 секундной   стрелкой   (секундомер),   6)   таблица   (справочник   по   физике),   7) калькулятор.  Ход выполнения работы:  Электрический чайник отключен от электрической сети. Берем в руки пустой чайник, переворачиваем его, изучаем паспорт чайника, записываем значение мощности нагревательного элемента  1) Открываем крышку чайника, наливаем в него воду из крана объемом 1 литр (1 килограмм).  2) Термометр помещаем в чайник с водой.  3) Измеряем температуру воды в чайнике. 4) Вынимаем термометр из воды.  5) Плотно закрываем крышку чайника.  6) Ставим чайник на платформу.  7) Включаем чайник и засекаем время по часам. Вода в чайнике нагревается. Следим за показаниями часов. 8) Отмечаем момент автоматического отключения чайника (момент закипания воды).   9) Вычисляем промежуток времени, в течение которого нагревалась вода от начальной температуры до кипения.  10) Осторожно снимаем с платформы чайник с горячей водой. Выливаем воду из чайника в раковину. Рассчитываем работу электрического тока по формуле А = Р t, где А – работа электрического тока. Р – электрическая мощность нагревательного   прибора,   t   –   промежуток   времени,   в   течение   которого нагревается вода. Вычисляем количество теплоты по формуле Q = cm (t2°­t1°), где   с   –   удельная   теплоёмкость   воды,   m   –   масса   воды,   t2°   =   100   °C   – температура   кипения   воды,   t1°   –   начальная   температура   воды   (измеряется термометром).   Рассчитываем   коэффициент   полезного   действия нагревательного элемента электрического чайника по формуле.  Контрольные вопросы: 1.По каким формулам определяют работу тока? 2.Кем и когда был открыт закон Джоуля – Ленца? 3.Как формулируется и записывается закон Джоуля – Ленца? 4.В каких единицах измеряется работа тока? 5.Где используется тепловое действие электрического тока? 11.Сделайте вывод 34 3. Определение температуры нити лампы накаливания Цель   работы:   определить   температуру   нити   лампы   накаливания   по вольтамперной характеристике. Оборудование: лампа 6,3 В, амперметр, вольтметр (учебные), реостат (100 Ом),ключ, провода, монтажная панель. Теория: Температуру   нити   лампы   накаливания   можно   узнать,   пользуясь зависимостью   сопротивления   от   температуры:  Rt  =  R0(1+t).   Для   этого, измерив   предварительно   сопротивление   нити   лампы   в   холодном   состоянии тестером,   снять   вольтамперную   характеристику   лампы.   По   найденным значениям   силы   тока   и   напряжения   найти   сопротивление   нити   и   её температуру. Однако необходимо учесть, что сопротивление металлов зависит от   температуры   не   совсем   линейно.   Особенно   это   становится   заметно   при больших   перепадах   температуры   (как   в   данном   случае).   Поэтому,   при измерении сопротивления в холодном состоянии выбирается 1 = 5*10 ­ 3 К­1, а в горячем 2 = 5,8*10 – 3  К­1.  Ход выполнения работы: 1. Измерьте сопротивление нити лампы в холодном состоянии с помощью тестера.   Это   даст   возможность   вычислить   сопротивление   нити   при   нуле градусов воспользуйтесь   коэффициента 1.    Для   вычисления значением   термического А   Цельсия. V 2. Соберите цепь согласно схеме. 3.   Снимите   ВАХ,   перемещая   движок реостата   (минимум   10   замеров).   Результаты занесите в таблицу. 4. Вычислите сопротивление и температуру для каждого замера, используя значением термического коэффициента 2 и вычисленным R0.  5. Постройте ВАХ и зависимость R = f (t). 6. Сделайте выводы. Контрольные вопросы 1. Чем объясняется зависимость электрического сопротивления металлов от температуры? 2. Какова физическая суть электрического сопротивления? 3. Какова роль источника тока в электрической цепи? 4. Каков физический смысл ЭДС?  35 5.   Соединить   на   короткое   время   вольтметр   с   источником   электрической энергии,   соблюдая   полярность.   Сравнить   его   показания   с   вычисленным   по результатам опыта. 6. От чего зависит напряжение на зажимах источника тока? 7. Сформулируйте закон Джоуля­Ленца. Лабораторное  занятие №11  Изучение закона Ома для полной цепи. Изучение явления электромагнитной индукции. 1. Изучение закона Ома для полной цепи Цель урока: знать закон Ома для полной цепи, уметь измерять ЭДС, знать, что такое внутреннее сопротивление; Оборудование:  источник   тока,   амперметр,   вольтметр,   ключ,   реостат, соединительные провода, калькулятор. Ход выполнения работы: А) Измерить ЭДС (показания вольтметра при разомкнутой цепи)­ ε Б) Вычислить внутреннее сопротивление  ε=IR+Ir    ε =U+Ir     r = (ε ­U)/I А                  U(В)                       I (А)                 r (Ом) U1=                       I1=                            r = Увеличиваем реостатом силу тока и измеряем напряжение. U2 =                           I2=        36 Сделайте выводы. (с увеличением силы тока напряжение на клеммах источника тока  уменьшается, вольтметр показывает максимальное значение равное ЭДС  при  разомкнутой цепи.) Контрольные вопросы: 1. Какова физическая суть электрического сопротивления? 2. Какова роль источника тока в электрической цепи? 3. Каков физический смысл ЭДС?  4.   Соединить   на   короткое   время   вольтметр   с   источником   электрической энергии,   соблюдая   полярность.   Сравнить   его   показания   с   вычисленным   по результатам опыта. 5. От чего зависит напряжение на зажимах источника тока? 2. Изучение явления электромагнитной индукции. Цель работы: изучить явление электромагнитной индукции Оборудование: миллиамперметр, катушка­моток, магнит дугообразный,  источник питания, катушка с железным сердечником, реостат, ключ, провода  соединительные. Указания к работе:  1. Подключите катушку­моток к зажимам миллиамперметра   2. Наблюдая за показаниями миллиамперметра, подводите один из полюсов магнита   к катушке, потом на несколько секунд остановите магнит, а затем вновь приближайте его к катушке, вдвигая в нее (рис.1). Запишите, возникал ли в   катушке   индукционный   ток   во   время   движения   магнита   относительно катушки; во время его остановки.   3. Запишите, менялся ли магнитный поток Ф, пронизывающий катушку, во время движения магнита; во время его остановки.  4. На основании ваших ответов на предыдущий вопрос сделайте и запишите о том, при каком условии в катушке возникал индукционный ток.   5.   Почему   при   приближении   магнита   к   катушке   магнитный   поток, пронизывающий эту катушку, менялся? (Для ответа на этот вопрос вспомните, во­первых,   от   каких   величин   зависит   магнитный   поток   Ф   и,   во­вторых, 37 одинаков   ли   модуль   вектора   индукции   B   магнитного   поля   постоянного магнита вблизи этого магнита и вдали от него.)  6. О направлении тока в катушке можно судить по тому,  в какую сторону от нулевого   деления   отклоняется   стрелка   миллиамперметра.   Проверьте, одинаковым или различным будет направление индукционного тока в катушке при приближении к ней и удалении от нее одного и того же полюса магнита.  7. Повторите тот же опыт, но при большей скорости движения магнита, чем в первом случае. При большей или меньшей скорости движения магнита относительно катушки магнитный поток Ф, пронизывающий эту катушку, менялся быстрее? При быстром или медленном изменение магнитного потока сквозь катушку в ней возникал больший по модулю ток? На основании вашего ответа на последний вопрос сделайте и запишите вывод о том, как зависит модуль силы индукционного тока, возникающего в катушке, от скорости изменения магнитного потока Ф, пронизывающего эту катушку. 8Соберите установку для опыта по рисунку 2. Рис.2 9. Проверьте, возникает ли в катушке­мотке 1 индукционный ток в следующих случаях: а) при замыкании и размыкании цепи, в которую включена катушка 2; б) при протекании через катушку 2 постоянного тока; в) при увеличении и уменьшении силы тока, протекающего через катушку 2, путём перемещения в соответствующую сторону движка реостата 10. В каких из перечисленных в пункте 9 случаев меняется магнитный поток, пронизывающий катушку 1? Почему он меняется? 11.Сделайте выводы.  Контрольные вопросы: 1. Дать определение явления электромагнитной индукции? 2. Как читается правило Ленца? Как пользоваться правилом Ленца? 3. В чем отличие силы Ампера от силы Лоренца? 4. Сформулируйте правило буравчика для витка с током. 5. Совершает или не совершает силы Лоренца работу при движении заряда в магнитном поле? 38 Лабораторное  занятие №12 Изучение зависимости периода колебаний нитяного (или пружинного) маятника от длины нити (или массы груза) Цель работы: выяснить, как зависит период свободных колебаний нитяного  маятника от длины нити.  Оборудование: штатив, груз, нить, часы с секундной стрелкой, линейка. Ход выполнения работы: 1.Установить штатив с держателем на край стола. Укрепить с помощью муфты лапку и подвести к ней груз на нити. 1. Измерить линейкой длину нити маятника (l), 2. Отклонить груз в сторону на 10 см. и отпустить. 3. Посчитать число полных колебаний (N) за время (t). 4. Вычислить период колебаний по формуле: T = t / N 5. Опыт повторить несколько раз меняя длину нити маятника. 6. Результаты измерений занести в таблицу l,м t, с              N Т,с № опыта 1 2 3 8.Сделать вывод Контрольные вопросы 1.   Изменится   ли   период   колебания   маятника   при   перенесении   с   Земли   на Луну? 2. Можно ли при определении периода ограничиться двумя, тремя, десятью колебаниями? В каком случае период будет определяться более точно? 3. Где применяется маятник? Лабораторное  занятие №13  Индуктивные и емкостное сопротивления цепи переменного тока        39 1. Индуктивные сопротивления цепи переменного тока                   Цель: научиться вычислять индуктивность катушки по её сопротивлению переменному току и сделать вывод на основе экспериментальных  данных. Оборудование: катушка индуктивности, миллиамперметр переменного  тока, вольтметр переменного тока, звуковой генератора, соединительные провода. Краткая теория: Катушка, включенная в цепь переменного тока, кроме  активного сопротивления R, создаёт дополнительное индуктивное  сопротивление XL Числовое значение индуктивного сопротивления пропорционально  частоте колебаний v и индуктивности L:                                                          XL= 2 vLπ Если пренебречь активным сопротивлением катушки, её индуктивное  сопротивление можно определить по закону Ома для участка цепи:                             XL=                          I – сила переменного тока в катушке;                         U – напряжение на катушке      Ход выполнения  работы: U I 1. Соберите электрическую цепь по схеме. Катушку возьмите с  сердечником внутри.                              2. Измерьте силу тока в катушке и напряжение на ней при частоте  1000Гц. 3. По формуле XL =  U I  вычислите индуктивное сопротивление  катушки и вычислите значение индуктивности катушки L,  используя формулу:                                                                             XL=2πvL     4.Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу v, Гц Среда в  катушке U,B I,103 A L, Гн Вывод 40 1000 со стержнем без стержня 4. Повторите опыт, выполняя указанные в пунктах 2 и 3 действия,  используя катушку без стержня. 5. Проанализируйте полученные результаты и сделайте вывод о том,  как индуктивность катушки зависит от наличия в ней сердечника.  Ответьте почему? 6. Контрольные вопросы: 1. Что называется индуктивностью проводника? 2. Что называют самоиндукцией? 3. Что принимают за единицу индуктивности в СИ? 4. Чему равна ЭДС самоиндукции?  2.Ёмкостное сопротивления цепи переменного тока                   Цель: опытным путём установить зависимость силы тока от  электроемкости конденсатора Оборудование: источник переменного напряжения, конденсаторы  различной емкости, амперметр для переменного тока, реостат,  соединительные провода Теория: Конденсатор оказывает переменному току сопротивление которое  называется ёмкостным и определяется формулой:              Xc= Где Xc – ёмкостное сопротивление;         v  ­ частота тока 2πvc 1 С – емкость конденсатора; u Xc Сила тока в цепи определяется по формуле:         I= Ход выполнения работы: 1.Соберите электрическую цепь по схеме. 41 1).Определите цену деления шкалы амперметра. 2).Включайте в электрическую цепь конденсаторы различных емкостей, и каждый раз снимайте показания амперметра 3).Результаты измерений занесите в таблицу. С, мкФ I, A 2.Сделайте вывод о том, как зависит сила тока от электроемкости  конденсатора, при неизменной частоте переменного тока.        Контрольные вопросы: 1. Конденсатор в переводе – сгуститель. По какой причине прибору дано  такое странное название? 2. В чем сущность указанного метода определения емкости  конденсатора? 3. Прочесть так: емкость конденсатора прямо пропорциональна его  заряду и обратно пропорциональна напряжению между его обкладками? 4. Почему емкость конденсатора постоянна? 5. От чего и как зависит емкость простейшего конденсатора? Запишите  формулу этой емкости. Лабораторное  занятие №14 Изучение изображения предметов в тонкой линзе. Изучение интерференции и дифракции света.  Градуировка спектроскопа и определение длины волны. 42 1. Изучение изображения предметов в тонкой линзе.  Цель работы: научиться получать различные изображения при помощи  собирающей линзы. Теория. Вы знаете, что пучок параллельных лучей света после преломления их  линзой собирается в ее фокусе. Ход выполнения  работы:  Воспользуйтесь этим фактом для приблизительного определения  фокусного расстояния линзы, используя в качестве источника  параллельных лучей света удаленное окно.  Пример выполнения работы: Вывод: 1. Когда источник света находится между линзой и ее фокусом его  изображение увеличенное, мнимое и прямое находится с той же стороны  линзы что и источник света; по мере удаления источника света на этом  отрезке от линзы, увеличивается его изображение. 2. Когда источник света находится в фокусе линзы, его изображение  отсутствует. 3. Когда источник света находится между фокусом и двойным фокусом  линзы, его изображение становится действительным и перевернутым  (увеличенным) изображением. Оно уменьшается по мере приближения  источника света к двойному фокусу линзы. 4. Изображение источника света, находящегося в двойном фокусе линзы, становится изображением, равным по размеру источнику света, и  находится в двойном фокусе линзы по другую сторону линзы. 5. При увеличении расстояния от источника света до линзы (d > 2F)  43 изображение источника света уменьшается, оставаясь действительным и  перевернутым, и приближаясь к фокусу линзы. уточненный способ определения фокусного расстояния линзы.  Это всего лишь                       Контрольные вопросы:   1.Какие законы лежат в основе геометрической оптики? 2. В однородной прозрачной среде свет распространяется …. (прямолинейно ). 3. Скорость света в вакууме….(3∙10 8м/с). 4. При переходе из вакуума в среду скорость света…(уменьшается в n  раз). 5. На границе раздела двух сред свет частично….(отражается и  преломляется). 6. При переходе света из оптически более плотной среды в менее  плотную среду наблюдается явление …(полного отражения). 7. Луч света падает на поверхность зеркала под углом 30° к горизонту,  то угол отражения равен…….(60°). 8. Линия, вдоль которой распространяется энергия световой волны  называется…..(световой луч). 9. Человек стоял перед плоским зеркалом, затем отошел от него на  расстояние 1м. При этом расстояние между человеком и его  изображением увеличилось на ……( на 2м). 10. Запишите закон преломления света….. 2.Изучение интерференции и дифракции света.  Цель работы: наблюдение интерференции и дифракции света. Приборы и материалы: пластины стеклянные­2шт., лампа с прямой нитью  накала, штангенциркуль. Ход выполнения  работы: Наблюдение интерференции 1. Стеклянные пластины тщательно протереть, сложить вместе и сжать  пальцами. 2. Рассмотреть пластины в отраженном свете на темном фоне (располагать  их надо так, чтобы на поверхности стекла не образовывались слишком  яркие блики от окон или от белых стен). 3. В отдельных местах соприкосновения пластин наблюдать яркие  радужные кольцеобразные или неправильной формы полосы. 44 4. Заметить изменения формы и расположения полученных  интерференционных полос с изменением нажима. 5. Попытаться увидеть интерференционную картину в проходящем свете.  Наблюдение дифракции  1. Установить между губками штангенциркуля щель шириной 0.5 мм. 2. Приставить щель вплотную к глазу, расположив её вертикально. 3. Смотря сквозь щель на вертикально расположенную светящуюся нить  лампы, наблюдать по обе стороны нити радужные полосы  (дифракционные спектры) 4. Изменяя ширину щели от 0.5 до 0.8 мм, заметить, как это влияет на  дифракционные спектры. Сделайте вывод Контрольные вопросы: 1. Какое физическое явление называют дифракцией? Каким волновым  процессам оно свойственно. 2. Кто разработал теорию дифракции? 3. Почему нулевой максимум дифракционного спектра белого света – белая  полоса, а максимум высших порядков набор цветных полос? 4. Какое физическое явление называют интерференция? Каким волновым  процессам оно свойственно. 3.Градуировка спектроскопа и определение длины волны. Цель: проградуировать спектроскоп и определить длины волн спектральных  линий. Оборудование: спектроскоп двухтрубный с микрометрическим винтом;  трубки спектральные; прибор для зажигания спектральных трубок «Спектр­1». Ход выполнения работы. Задание 1.  Получение градуировочной кривой спектроскопа. 1. Ознакомьтесь с устройством спектроскопа.  2. Прибор «Спектр­1» с находящейся внутри него газоразрядной трубкой  подключите к источнику питания с напряжением 6 В и включите источник в  сеть.  3. Расположите щель коллиматора вплотную к газоразрядной трубке.  Настройте окуляр на резкость и, вращая микрометрический винт, постарайтесь постепенно увидеть все области спектра. 45 4. С помощью винта переместите зрительную трубу вправо так, чтобы в поле  зрения появилась крайняя красная линия. Совместите изображение нити с этой линией и запишите показание микрометра в таблицу Задание 2. Измерение длин волн, соответствующих спектральным линиям  разреженных газов.  1. Замените газоразрядную трубку и настройте спектроскоп для наблюдения  нового спектра.  2. Подготовьте новую таблицу и занесите в нее показания микрометрического  винта, соответствующие цветам спектральных линий.  3. По полученной Вами градуировочной кривой определите длины волн  наблюдаемых линий. С помощью таблиц, данных в приложении к работе,  найдите химический элемент, которому принадлежат эти линии.  4. Рассчитайте погрешность полученных значений длин волн. 5.Вывод. Контрольные вопросы 1. Что такое спектр излучения? Какие виды спектров излучения Вы знаете? 2.  2.Что такое спектр поглощения? Как можно получить спектр поглощения?  3. Что такое спектральный анализ? Где применяют спектральный анализ? 4. Что представляют собой приборы для изучения спектров? В чем отличие  спектрометра (или спектрографа) от спектроскопа? спектроскопа? 5. В чем состоит различие между спектрами, полученными с помощью призмы  и с помощью дифракционной решетки?  Форма контроля выполнения лабораторных занятий: 1.Систематическая проверка тетрадей. 2..Проверка отчёта о выполнении лабораторного занятия. 3. Проверка вывода по результатам выполненной работы.  4. Проверка ответов на контрольные вопросы. 3. Критерии оценки выполнения лабораторных занятий 46 Курсант должен предоставить отчёт о выполнении лабораторного занятия,  сделать выводы по результатам выполненной работы; ответить на контрольные вопросы; защитить выполненную работу, полученные результаты. При успешной защите курсанту проставляется «зачёт», в противном случае  отчёт возвращается курсанту на доработку. При выполнении всех лабораторных занятий , предусмотренных рабочей  программой, курсант получает «зачёт». Критерии оценки Процент результативности  (правильных ответов) 90 ÷ 100 80 ÷ 89 70 ÷ 79 менее 70 Качественная оценка уровня подготовки  балл (отметка) 5 4 3 2 вербальный аналог отлично хорошо удовлетворительно не удовлетворительно Показатели оценки знаний и умений «5» ­ изложение полученных знаний в устной, письменной или графической  форме полное, в соответствии с требованиями учебной программы; выделение  существенных признаков изученного с помощью операций анализа и синтеза;  выявление существенных признаков причинно следственных связей,  формулировка выводов и обобщений; самостоятельное применение знаний в  практической деятельности, выполнение заданий как воспроизводящего, так и  творческого характера; «4» ­ изложение полученных знаний в устной, письменной или графической  форме полное, в соответствии с требованиями учебной программы;  допускаются отдельные незначительные ошибки; при выделении существенных признаков изученного также допускаются отдельные незначительные ошибки;  в практической, самостоятельной деятельности возможна небольшая помощь  преподавателя; «3» ­ изложение полученных знаний неполное, однако это не препятствует  освоению последующего программного материала; допускаются отдельные  существенные ошибки, исправляемые с помощью преподавателя; имеются  затруднения при выделении существенных признаков изученного и  47 формулировке выводов. Недостаточная самостоятельность в практической  деятельности и выполнении заданий воспроизводящего характера; «2» ­ изложение учебного материала неполное, бессистемное; имеются  существенные ошибки, которые учащийся не в состоянии исправить даже с  помощью преподавателя; неумение производить простейшие операции синтеза  и анализа, делать обобщения и выводы; «1» ­ полное незнание и непонимание учебного материала или отказ отвечать.   48 49