Методические указания по проведению лабораторных работ по дисциплине «Физика» для студентов 1 курса специальностей СПО

ГАПОУ  «Брянский техникум энергомашиностроения и радиоэлектроники им. Героя Советского Союза М. А. Афанасьева» Методические указания по проведению лабораторных работ по дисциплине «Физика» Для студентов 1 курса специальностей СПО Брянск, 2017 Методические   указания   по   проведению   лабораторных   работ   по   дисциплине Физика   предназначены   для   студентов   для   подготовки   к   лабораторным   работам   с целью освоения практических умений и навыков. Лабораторные работы выполняются по   письменным   инструкциям,   которые   приводятся   в   данном   пособии.   Каждая инструкция   содержит   краткие   теоретические   сведения,   относящиеся   к   данной работе,   перечень   необходимого   оборудования,   порядок   выполнения   работы, контрольные вопросы. Разработчик:        преподаватель физики Лысенко О.А. Введение Методические   указания   по   проведению   лабораторных   работ разработаны согласно рабочим программам по учебной дисциплине Физика и требованиям   к   умениям   и   знаниям   Федерального   государственного образовательного стандарта среднего профессионального образования (далее – ФГОС СПО). Лабораторные   работы   направлены   на   освоение   следующих   умений   и знаний согласно ФГОС СПО. уметь:   экспериментально находить коэффициент трения и скольжения;  формулировать   понятия:   механическое   движение,   скорость   и ускорение, система отсчета;  изображать графически различные виды механических движений;  различать понятия веса и силы тяжести;   объяснять понятия невесомости;    объяснять   суть   реактивного   движения   и   различия   в   видах механической энергии;  формулировать понятия колебательного движения и его видов; понятие волны;  изображать   графически   гармоническое   колебательное   движение; применять   основные   положения   МКТ   для   объяснения   понятия внутренней     энергии,   а   также   изменения   внутренней   энергии   при изменении температуры тела;  решать   качественные   задачи   с   использованием   знаний   о   способах изменения внутренней энергии;  читать и строить графики зависимости между основными параметрам состояния   газа,   изменения   температуры   тел   при   нагревании   и охлаждении;  пользоваться   термометром,   калориметром,   таблицами   удельной теплоемкости   вещества,   экспериментально   определять   удельную теплоемкость воды;  применять   положение   электронной   теории   для   объяснения электризации тел при их соприкосновении, существование проводников и диэлектриков;  собирать   электрические   цепи   из   последовательно   и   параллельного соединения;  соединенных   конденсаторов,   изображать   их   с   помощью   условных обозначений и производить расчёт;  применять   положения   электронной   теории   для   объяснения электрического   тока   в   металлах,   причины   электрического сопротивления, нагревание проводника электрическим током; чертить схемы электрических цепей; собирать электрическую цепь по схеме;  измерять   силу   тока   в   электрической   цепи,   напряжение   на   концах проводника;   определять   сопротивление   проводника   с   помощью   амперметра   и вольтметра: пользоваться реостатом;  измерять ЭДС и внутреннее сопротивление источника;   производить расчеты электрических цепей с применением законов Ома и   Кирхгофа,   закономерностей   параллельного   и   последовательного соединения проводников;  определять силу тока и напряжение по графику   зависимости между этими величинами; строить графики зависимости силы   и   мощности тока от напряжения;  находить   по   таблицам   удельное   сопротивление   проводников, изготовленных веществ  проводить   электролиз   с   раствором   медного   купороса   и   определять экспериментально электрохимический эквивалент меди;  объяснять   на   основе   электронной   теории   механизм   проводимости электрического тока различными средами;  определять направление индукции и напряженности магнитного поля; направление действия сил Ампера и Лоренца;  экспериментально исследовать действия магнитного поля на проводник с током.  определять направление индукционного тока;  экспериментально исследовать действие магнитного поля на катушку с током.  объяснять   на   основе   основных   свойств   волн   особенности   и практическое применение шкалы электромагнитных волн;  определять   экспериментально:   показатель   преломления   среды;   силу света   источника   при   помощи   фотометра;   длину   световой   волны; наблюдать спектры;  вычислять красную границу фотоэффекта и энергию фотоэлектронов на основе уравнения Эйнштейна.  объяснять принцип действия квантового генератора;  определять знак заряда и направление движения элементарных частиц по их трекам на фотографиях.  определять продукты ядерных реакций на основе законов сохранения электрического заряда и массового числа; рассчитывать энергетический выход ядерной реакции.  рассчитывать энергетические термоядерные реакции. знать:  понятия: сила трения скольжения, коэффициент трения скольжения и его зависимость от различных факторов.   основные единицы СИ   виды механического движения в зависимости от формы траектории и скорости перемещения тела  понятие траектории, пути, перемещения;  различие   классического   и   релятивистского   законов   сложения скоростей; относительность понятий длины и промежутков времени.  основную задачу динамики;   понятие массы, силы, законы Ньютона;   основной закон динамики материальной точки;   закон всемирного тяготения;    понятие импульса тела, работы, мощности, механической энергии и ее видов;  закон сохранения импульса;  закон сохранения механической энергии;  превращение энергии при колебательном движении;  суть механического резонанса;  процесс распространения колебаний в упругой среде;  понятия:   тепловое   движение   частиц;   массы   и   размеры   молекул; идеальный   газ:   изотермический,   изохорный   и   изобарный   процессы; броуновское   движение;   температура   (мера   средней   кинетической энергии молекул); внутренняя энергия; работа как способ  изменения внутренней   энергии;   теплопередача;   количеств   теплоты;   удельная теплоемкость   вещества;   законы   и   формулы:   основное   уравнение молекулярно­кинетической   теории,   уравнение   Менделеева   ­ Клапейрона, связь между параметрами состояния газа в изопроцессах; формулы   для   вычисления   количества   теплоты,   выделяемой   или поглощаемой;   изменение   температуры   тела   и   для   определения внутренней энергии уравнение теплового баланса;  понятия:   необратимость   тепловых   процессов,   адиабатный   процесс; законы   и   формулы:   первый   и   второй   законы   термодинамики,   КПД тепловых двигателей;  практическое   применение:   тепловые   двигатели   и   их   применение   на транспорте, в энергетике и в сельском хозяйстве; методы профилактики и борьбы с загрязнением окружающей среды;  понятия:   электрический   заряд,   электрическое   поле;   напряженность, разность   потенциалов,   напряжение,   электроемкость,   диэлектрическая проницаемость;  законы:   Кулона,   сохранения   заряда,   принцип   суперпозиции; напряженности;  понятия: электрический ток в металлах; сила тока; плотность тока;   строение   силы   и   ЭДС;   электрическое   сопротивление   и   удельное электрическое сопротивление;  законы: Ома для участка цепи и для полной цепи, Кирхгофа, Джоуля­ Ленца;  формулы:   силы   и   плотности   тока;   сопротивления,   ЭДС,   работы   и мощности тока;   понятия:   электролиз,   термоэлектронная   эмиссия,   вакуум,   плазма, собственная и примесная проводимость полупроводников, р­n­переход в полупроводниках;  законы: Фарадея (электролиза);  практическое   применение:   электролиза   в   металлургии   и гальванотехнике;   электронно­лучевая   трубка;   полупроводниковые приборы (диод, транзистор);  понятия:   магнитное   поле,   магнитная   проницаемость,   магнитная индукция и  напряженность магнитного поля, магнитный поток;  законы: Ампера, правило «Буравчика»;  практическое   применение:   электроизмерительные   приборы магнитоэлектрической и электромагнитной систем;   понятия:   электромагнитная   индукция,   самоиндукция,   индуктивность, потокосцепление;  законы: электромагнитной индукции, правило Ленца;  понятия:   открыты   колебательный   контур;   электромагнитное   поле   и электромагнитная   волна;   принцип   радиосвязи,   радиолокация   и телевидение; шкала электромагнитных волн; энергия электромагнитной волны и плотность потока излучения;  формулы: связи длины волны с частотой и скоростью;  практическое   применение:   радиосвязь,   телевидение   и   радиолокация; примеры   практического   применения   электромагнитных   волн инфракрасного, ультрафиолетового и рентгеновского диапазона частот.  понятия:   свет,   основные     понятия   фотометрии;   дифракция, интерференция, дисперсия и поляризация света;  законы:   отражение   и   преломление,   полного   внутреннего   отражения света;   принцип   постоянства   скорости   света   в  вакууме;   практическое применение: полное отражение, спектральный анализ;  понятия:   фотон,   фотоэффект,   корпускулярно­волновой   дуализм, люминесценция;  законы: фотоэффекта;  практическое     применение:   устройство   и   принцип   действия фотоэлемента; примеры технического использования фотоэлементов;  понятия: ядерная модель атома, атомное ядро;  понятия:   радиоактивность,   изотоп,   ядерные   реакции,   энергия   связи, радиоактивный распад, цепная реакция деления, элементарная частица, атомное ядро, ядерные силы;  законы: радиоактивного распада;  практическое   применение:   устройство   и   принцип   действия   ядерного реактора;  основные   этапы   развития   перспективы   получения   энергии   помощью термоядерных реакций; Методические   указания   по   выполнению   лабораторной   работы   содержат теоретические   основы,   которыми   студенты   должны   владеть   перед проведением   лабораторной   работы;   описание   приборов   и   материалов; рекомендации по проведению самостоятельных исследований. Теоретическая подготовка Теоретическая   подготовка   необходима   для   проведения   физического эксперимента,   должна   проводиться   обучающимися   в   порядке самостоятельной   работы.   Ее   следует   начинать   внимательным   разбором руководства к данной лабораторной работе. Особое   внимание   в   ходе   теоретической   подготовки   должно   быть обращено на понимание физической сущности процесса. Для самоконтроля в каждой  работе   приведены  контрольные   вопросы,  на  которые   обучающийся обязан   дать   четкие,   правильные   ответы.   Теоретическая   подготовка завершается предварительным составлением отчета со следующим порядком записей: 1. Название работы. 2. Цель работы. 3. Оборудование. 4. Ход работы (включает рисунки, схемы, таблицы, основные формулы для   определения   величин,   а   так   же   расчетные   формулы   для определения погрешностей измеряемых величин). 5. Расчеты – окончательная запись результатов работы. 6. Вывод. Ознакомление с приборами, сборка схем Приступая к лабораторным работам, необходимо: 1. получить   у   преподавателя   приборы,   требуемые   для   выполнения работы; 2. разобраться   в   назначении   приборов   и   принадлежностей   в соответствии с их техническими данными; 3. пользуясь схемой или рисунками, имеющимися в пособии, разместить приборы   так,   чтобы   удобно   было   производить   отсчеты,   а   затем собрать установку; 4. сборку электрических схем следует производить после тщательного изучения правил выполнения лабораторных работ по электричеству. Проведение опыта и измерений При   выполнении   лабораторных   работ   измерение   физических   величин заранее   предусмотренной необходимо   проводить   в   строгой,   последовательности. Особо   следует   обратить   внимание   на   точность   и   своевременность отсчетов при измерении нужных физических величин. Например,     точность измерения   времени   с  помощью   секундомера   зависит   не   только   от   четкого определения   положения   стрелки,   но   и   в   значительной   степени   –   от своевременности  включения и выключения часового механизма. Критерии оценок лабораторных работ Оценка «5» (отлично) ставится, если обучающийся выполняет работу в полном объеме с соблюдением необходимой последовательности проведения опытов и измерений; самостоятельно и рационально монтирует необходимое оборудование; все опыты проводит в условиях и режимах, обеспечивающих получение правильных результатов и выводов; соблюдает требования правил безопасного труда; в отчете правильно и аккуратно выполняет все записи, таблицы,   рисунки,   чертежи,   графики,   вычисления;   правильно   выполняет анализ погрешностей. Оценка «4» (хорошо) ставится, если выполнены требования к оценке 5, но   было   допущено   два­три   недочета,   не   более   одной   негрубой   ошибки   и одного недочета. Оценка «3» (удовлетворительно)  ставится, если работа выполнена не полностью,   но   объем   выполненной   части   таков,   что   позволяет   получить правильные результаты и выводы; если в ходе проведения опыта и измерений были допущены ошибки. Оценка «2» (неудовлетворительно) ставится, если работа выполнена не полностью   и   объем   выполненной   части   работы   не   позволяет   сделать правильных   выводов;   если   опыты,   измерения,   вычисления,   наблюдения производились неправильно. Лабораторные   работы   выполняются   по   письменным   инструкциям, которые приводятся в данном пособии. Каждая инструкция содержит краткие теоретические   сведения,   относящиеся   к   данной   работе,   перечень необходимого   оборудования,   порядок   выполнения   работы,   контрольные вопросы. Внимательное   изучение   методических   указаний   поможет   выполнить работу. Небрежное оформление отчета, исправление уже написанного недопустимо. В конце занятия преподаватель ставит зачет, который складывается из результатов   наблюдения   за   выполнением   практической   части   работы, проверки   отчета,   беседы   в   ходе   работы   или   после   нее.   Все   лабораторные работы   должны   быть   выполнены   и   защищены   в   сроки,   определяемые программой   или   календарным   планом   преподавателя.   Студенты,   не получившие зачет, к экзамену не допускаются. Лабораторные работы и практические занятия (ЛПР) ­ основные виды учебных   занятий,   направленные   на   экспериментальное   подтверждение   и теоретических   положений   и   формирование   учебных   и   профессиональных практических умений. Методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов 1. К выполнению лабораторных работ необходимо приготовиться до начала занятия   в   лаборатории.   Кроме   описания   работы   в   данном   учебном пособии, используйте рекомендованную литературу и конспект лекций. К выполнению работы допускаются только подготовленные студенты. 2. При   проведении   эксперимента   результаты   измерений   и   расчетов записывайте четко и кратко в заранее подготовленные таблицы. 3. При обработке результатов измерений: А)   помните,   что   точность   расчетов   не   может   превышать   точности прямых измерений; Б)   результаты   измерений   лучше   записывать   в   виде   доверительного интервала. 4. Отчеты   по   лабораторным   работам   оформляются   согласно   требованиям ЕСКД и должны включать в себя следующие пункты:  название лабораторной работы и ее цель;  используемое оборудование;  порядок выполнения лабораторной работы;  далее пишется «Ход работы» и выполняются этапы лабораторной работы,   согласно   выше   приведенному   порядку   записываются требуемые   теоретические   положения,   результаты   измерений, обработка результатов измерений, заполнение требуемых таблиц и графиков, по завершении работы делается вывод. 5. При подготовке к сдаче лабораторной работы, необходимо ответить на предложенные контрольные вопросы. 6. Если отчет по работе не сдан во время (до выполнения следующей работы) по неуважительной причине, оценка за лабораторную работу снижается. Техника   безопасности   при   выполнении   лабораторных работ   Вход в лабораторию осуществляется только по разрешению преподавателя.  На   первом   занятии   преподаватель   проводит   инструктаж   по   технике безопасности и напоминает студентам о бережном отношении к лаборатории и   о   материальной   ответственности   каждого   из   них   за   сохранность оборудования и обстановки лаборатории.  При   обнаружении   повреждений   оборудования   персональную ответственность несут студенты, выполнявшие лабораторную работу на этом оборудовании.   Виновники   обязаны   возместить   материальный   ущерб колледжу.  При   ознакомлении   с   рабочим   местом   проверить   наличие   комплектности оборудования и соединительных проводов (в случае отсутствия, какого либо элемента, необходимо немедленно сообщить об этом преподавателю).  Если   во   время   проведения   опыта   замечены   какие­либо   неисправности оборудования, необходимо немедленно сообщить об этом преподавателю.  После окончания лабораторной работы рабочее место привести в порядок.  Будьте   внимательны,  дисциплинированы,   осторожны,   точно   выполняйте указания учителя.  Не оставляйте рабочего места без разрешения учителя.  Располагайте   приборы,   материалы,   оборудование   на   рабочем   месте   в порядке, указанном учителем.  Не держите на рабочем месте предметы, не требующиеся при выполнении задания.  Перед тем как приступать к работе, уясните ход ее выполнения.  Постоянно   следите   за   исправностью   всех   креплений   в   приборах, предназначенных для вращения.  При   выполнении   опыта   колебаний   груза   на   стальном   полотне   или подвешенного на нити груза, следует надежно укрепить груз, чтобы он не сорвался.  При изучении свободного падения тел на пол следует положить мешочек с песком. Лабораторная работа №1 Измерение коэффициента трения скольжения. Цель   работы:  измерить   коэффициент   трения   скольжения   деревянного бруска по деревянной линейке двумя различными способами. Оборудование,   средства   измерения:  1)   деревянный   брусок,   2)   набор грузов, 3) динамометр, 4) деревянная линейка, 5) измерительная лента. Теоретическое обоснование 1.Принципиальная   схема   первого   способа   измерения   коэффициента трения скольжения приведена на рисунке 1. Деревянный брусок, на котором сверху помещаются грузы, присоединён к динамометру. При   приложении   к   динамометру   внешней   силы   брусок   может перемещаться   по   горизонтально   расположенной   деревянной   линейке. При﬩равномерном   движении   бруска   его   ускорение   равно   нулю.   Согласно второму закону Ньютона геометрическая сумма сил, действующих на брусок в  этом   случае   также   равно   нулю.  Это   означает,   что   сила   трения скольжения   уравновешивает   силу   растяжения   пружины динамометра и может быть измеренная динамометром. Коэффициент   трения   скольжения   определяется   как коэффициент пропорциональности между силой трения F﬩ бруска с грузами на опору  (или весом тела): . Сила   нормального   давления  F﬩ в   данном   случае   равна   весу   бруска вместе с грузом и определяется взвешиванием (рис. 2). Тогда по результатам измерений Fтр и F﬩ можно вычислить коэффициент трения скольжения: Согласно формуле (1) графиком зависимости Fтр от силы нормального  давления тела F﬩ является прямая линия ( рис.3). Как видно из графика,   ( где  ­ угол наклона прямой к оси абсцисс). 2.Второй способ измерения коэффициента трения скольжения не требует непосредственного измерения сил и соответственно использования  динамометра. В этом случае один из концов линейки с помещённым на ней  бруском и грузом постепенно приподнимают до тех пор, пока при небольшом  толчке брусок не начнёт равномерно скользить вниз по линейке (рис. 4). В  этот момент линейка образует угол   с горизонталью, а сумма проекций сил  на оси X и Y, действующих на тело, будет равна нулю: (X) mgsin  ­ Fтр =0, (Y) mgсоs  ­ N =0/ Учитывая, что Fтр =  F﬩, а F﬩= N по третьему закону Ньютона, можно  представить систему уравнений (3) в виде mg sin =  N, mgcos   = N. Беря отношение правых и левых частей системы (4), получаем:  = tg  . Как видно из рисунка 4, tg , а =  . Следовательно,  =  . Порядок выполнения работы 1.Спомощью динамометра определите вес деревянного бруска  ,бруска вместе с одним грузом  тремя грузами . Результаты занесите в таблицу 1 ( в графу F﬩). , бруска с двумя грузами , бруска с  F F ﬩ тр 2.Динамометром равномерно тяните брусок по линейке, измеряя силу  тяги Fт (Fт = Fтр). Опыт повторите, нагрузив брусок одним, потом двумя и  тремя грузами. Результаты измерений Fтр запишите в таблицу 1. 3.Постройте график зависимости Fтр (F﬩) ( рис.5), используя данные таблицы 1. Через начало отсчёта проведите прямую линию так, чтобы число точек над прямой равнялось числу точек под прямой. 4.Найдите коэффициент трения скольжения   по формуле (5) как тангенс угла наклона прямой линии к оси абсцисс. Для этого выберите произвольную точку с координатами ( F﬩,Fтр) на  прямой и найдите    как отношение  = 5.Через начало отсчёта проведите прямую линию под минимальным  углом   к горизонтали через экспериментальную точку. Рассчитайте  минимальное значение коэффициента трения скольжения. 6.Оцените абсолютную погрешность измерения коэффициента трения  скольжения. 7.Запишите окончательный результат в виде 8. Измерьте длину линейки.  . 9.Отсоедините динамометр от бруска. На один из концов линейки  поместите брусок с одним грузом и медленно приподнимайте его( см. рис. 4).  Измерьте высоту подъёма h конца линейки, когда при небольшом толчке  брусок начинает ск4ользить вниз равномерно. . 10.Вычислите коэффициент трения скольжения по формуле (6). 11.Рассчитайте относительную погрешность косвенного измерения  коэффициента трения скольжения по формуле 12.Вычислите абсолютную погрешность измерения  . 13.Запишите окончательный результат в виде Сравните величины коэффициента трения скольжения, измеренные  двумя различными способами. Вывод: Дополнительное задание. Доказать, что сила трения скольжения не зависит от площади трущихся  поверхностей. 1.Деревянный брусок равномерно тяните динамометром по  горизонтальной линейке, измеряя силу тяги. 2.Опыт повторите при перестановке бруска на другие грани с различной  площадью поверхности. Контрольные вопросы для самопроверки 1) Каков физический смысл массы тела? Каким свойством оно обладает? 2) Каков физический смысл силы? По какому признаку можно судить о том, что к телу приложена сила? 3) Сформулируйте три закона динамики и объясните их физический смысл. 4) Если   электровоз   резко   двигается   с   места,   то   может   произойти   разрыв сцепления вагонов. Почему? 5) На полке вагона поезда лежат книга и мяч. Почему, когда поезд тронулся с   места,   мяч   скатился,   а   книга   осталась   в   покое?  В   какую   сторону покатился мяч? Отчет   по   выполнению   работы   оформляется   согласно методическим указаниям приведенным выше. Лабораторная работа №2 Изучение закона сохранения механической энергии Оборудование: штатив с муфтой и штативной лапой; динамометр; два груза; направляющая рейка. Цель работы: состоит в сравнении изменений потенциальной энергии груза, прикреплённого к пружине, и энергии пружины, растянутой под действием груза. Изменение   потенциальной   энергии   груза   по   отношению,   к   какой   либо поверхности   определяется   изменением   его   высоты   относительно   этой поверхности: Изменение   энергии   пружины,   если   в   исходном   состоянии   она   не   была деформирована, определяется её величиной в растянутом положении: Если пружина удлиняется под действием падающего груза, то на основании закона сохранения энергии должно выполняться равенство: En1=En2 Выполнение работы: 1. В   штативной   лапе   закрепите   динамометр   за   кольцо,   которое непосредственно крепиться к корпусу динамометра, а саму штативную лапу   в  муфте.  Таким  образом,  избегают   касания   грузами   основания штатива. 2. Установите   направляющую   рейку   так,   чтобы   её   шкала располагалась как можно ближе к указателю динамометра. 3. Подготовьте таблицу для записи результатов измерений и вычислений. № опыта 4. Определите   положение   указателя   нерастянутой   пружины динамометра на шкале – xl. 5. Подвесьте   к   динамометру   два   груза   и,   приподнимая   их рукой, верните пружину в нерастянутое состояние. Отпустите грузы   и   заметьте   по   шкале   положение   указателя, соответствующее максимальному удлинению пружины – х2. 6. Вычислите удлинение пружины:  7. Повторите опыт 5 – 6  раз  и вычислите  среднее  значение . .   Использование   при   дальнейших   расчётах удлинения среднего значения удлинения позволит уменьшить влияние на результат   случайных   погрешностей,   допущенных   при   проведении отдельных   измерений   положения   указателя.   Изменение   длины   пружины соответствует изменению высоты грузов, поэтому  хср =  h. 8. Определите   общую   массу   грузов   (масса   груза   указана   на   его поверхности) и, пользуясь формулой, вычислите изменение потенциальной энергии грузов  Ег. 9. Вычислите по формуле изменение энергии пружины. При этом  учитывают, что жёсткость пружины динамометра k = 40 Н/м. 10. Сравните изменение энергии грузов и пружины и сделайте вывод о  сохранении полной механической энергии системы грузы – пружина. Контрольные вопросы: 1. Что называется потенциальной энергией системы. 2. Может ли потенциальная энергия быть отрицательной? 3. Потенциальная   энергия   тела   массой  m,   поднятого   на   высоту  h относительно Земли, определяется по Формуле:  4. В чем состоит закон сохранения полной механической энергии? Отчет   по   выполнению   работы   оформляется   согласно методическим указаниям приведенным выше. Лабораторная работа №3 Изучение равновесия тел под действием нескольких сил Оборудование:  штатив   с   муфтой;   рычаг;   набор   грузов;   динамометр; линейка Цель работы: состоит в проверки утверждения о том, что тело, имеющее закрепленную   ось   вращения,   находится   в   равновесии,   если сумма моментов сил, стремящихся вращать тело по часовой стрелке,  равна  сумме  моментов  сил,  стремящихся  вращать его против часовой стрелки. Моментом силы называют произведение ее модуля на плече силы. Выполнение работы: 1.  Подготовьте таблицу для записи результатов измерений и вычислений: №опыта Против часовой стрелки По часовой стрелке P, H l1, м М1 = P*l1 F,H L2,м М2 = F*l2 1 2. Закрепите   муфту   на   стержне   штатива.   Вставьте   ось   в   центральное отверстие рычага и заверните её в торцевую часть муфты. Рычаг должен располагаться   на   высоте   около   40   см   от   поверхности   стола   (это необходимо   для   того,   чтобы   динамометр   не   упирался   в   стол).   При необходимости уравновесьте рычаг ползунками.  3. Подвесьте к динамометру два груза, определите их суммарный вес  P занесите результат в таблицу.  4. Подвесьте эти грузы на расстоянии 20 см слева от оси рычага. 5. Прикрепите динамометр на расстояние 10 см справа от оси, как  показано на рисунке, и, потянув за него вниз, верните рычаг в исходное  положение. 6. По показанию динамометра определите величину силы F, которую  необходимо было приложить к рычагу, чтобы вернуть его в равновесие. 7. Измерьте линейкой плечи сил, приложенных к рычагу со стороны грузов и динамометра l1 и l2. 8. Повторите опыт 3 – 4 раза, меняя всякий раз количество грузов, места  их подвеса и место прикрепления динамометра. В конце каждого опыта, когда рычаг будет уравновешен, заносите данные о силах и их плечах в  таблицу. 9. Вычислите величины моментов М1 и М2 10.Сравните величины моментов сил, приложенных к рычагу против и по  часовой стрелки в каждом опыте, и сделайте вывод о справедливости  утверждения, которое необходимо было проверить в работе. Контрольные вопросы: 1. Что такое плечо силы? 2. Что называется моментом силы? 3. Сформулируйте «золотое правило» механики. 4. Дайте   определение   устойчивому   равновесию;   неустойчивому равновесию; безразличному равновесию. Отчет   по   выполнению   работы   оформляется   согласно методическим указаниям приведенным выше. Лабораторная работа №4 Исследование зависимости периода колебаний маятника от длины подвеса и измерение ускорения падения с помощью маятника Оборудование:      штатив со штативной лапой и муфтой нить с петлями на концах груз с крючком линейка электронный секундомер Цель   работы:  состоит   в   экспериментальной   проверке   формулы, связывающей   период   колебаний   маятника   с   длиной   его   подвеса   и   в определении ускорения свободного падения на основе зависимости периода колебаний маятника на подвесе от длины подвеса Теория Тело,   подвешенное   на   нити,   может   совершать   колебания,   период которых определяется формулой:  T  2π l/g (1) где l – длина подвеса, а g – ускорение свободного падения. Нужно   помнить,   что   зависимость   периода   колебаний   от   длины, выраженная   формулой   (1),   справедлива   лишь   для   таких   маятников,   у которых длина подвеса значительно (не менее чем в десять раз) превосходит размер   подвешенных   грузов   (длиной   нити   следует   считать   расстояние   от точки подвеса до центра тяжести груза). Из этой формулы следует, например, что период колебаний изменится вдвое при изменении длины подвеса в четыре раза. Это   следствие   и   проверяют   в   работе.   Поочередно   испытывают   два маятника, длины подвесов которых отличаются в четыре раза. Каждый из маятников приводят в движение и измеряют время, за которое он совершит определенное   количество   колебаний.   Чтобы   уменьшить   влияние   побочных факторов,   опыт   с   каждым   маятником   проводят   несколько   раз   и   находят среднее значение времени, затраченное маятником на совершение заданного числа   колебаний.   Затем   вычисляют   периоды   маятников   и   находят   их отношение. Если груз, подвешенный на нити, колеблется, а его размеры значительно меньше,   чем   длина   нити,   то   период   колебаний   может   быть   определен   из формулы: Т 2 gl / (1), где  l  –   длина   нити   (точнее   расстояние   от   точки   подвеса   до   центра тяжести груза), g – ускорение свободного падения. Зная период колебаний и длину   нити,   на   основании   этой   формулы   можно   определить   ускорение свободного падения:  (2)  4 l g 2 / T 2 Длину нити измеряют линейкой, а период – по времени  t, за которое маятник совершит определенное количество колебаний N: T=t/N. Причём угол отклонения нити от вертикали при колебаниях груза не должен   быть   слишком   велик   (до   5­7   градусов),   иначе   формула   для определения ускорения свободного падения перестаёт быть верной.  Ход работы: Задание 1 1. Подготовьте   таблицу   для   записи   результатов   измерений   и вычислений: l, м № N t, с tср, Т, с опыта 1 2 l1= l2= с 2.   Закрепите   штативную   лапу   в   муфте   у   верхнего   края   стержня штатива.   Штатив   разместите   на   столе   так,   чтобы   конец   перекладины выступал за край поверхности стола. Подвесьте к штативной лапе с помощью нити один груз из набора. Расстояние от точки повеса до центра груза должно быть 25­30 см. 3. Подготовьте электронный секундомер к работе в ручном режиме. 4. Отклоните груз на 5­6 см от положения равновесия и замерьте время, за     которое   груз   совершит   30   полных   колебаний   (при   отклонении   груза следите, чтобы угол отклонения не был велик).  5. Повторите измерение 3­4 раза и определите среднее время tср1. 6. Вычислите период колебаний груза с длиной подвеса 25­30 см:  Т1= tср1/N 7. Увеличьте длину подвеса в четыре раза. 8. Повторите серию опытов с маятником новой длины и измерьте его период колебаний Т2= tср2/N 9.   Сравните   периоды   колебаний   двух   маятников,   длины   которых отличались в четыре раза, и сделайте вывод относительно справедливости формулы (1).Укажите возможные причины расхождения результатов. Задание 2 10. Закрепите   штативную   лапу   у   верхнего   края   стержня   штатива. Штатив разместите на столе так, чтобы конец перекладины выступал за край поверхности   стола.   Подвесьте   к   перекладине   один   груз   из   набора.   Груз должен висеть в 3­4 см от пола. 11. Для   записи   результатов   измерений   и   вычислений   подготовьте таблицу: № опыта l, м N t, tср, с Т, с g, м/с2 с 12. Измерьте лентой длину маятника  l  (длину нити нужно выбирать максимально   возможной,   для   уменьшения   угла   отклонения   нити   от вертикали). 13. Подготовьте измеритель времени к работе в режиме секундомера. 14. Отклоните маятник на 5­10 см и отпустите его (убедитесь, что при этом максимальный угол отклонения груза от вертикали не превышает указанной величины). 15. Замерьте время t, за которое он совершит 40 полных колебаний. 16. Повторите опыт 5­7 раз, после чего вычислите среднее время, за которое маятник сделает 40 колебаний tср. 17. Вычислите период колебаний Т= tср/N 18. Вычислите по формуле (2) ускорение свободного радения. 19. Определите   относительную   ошибку   полученного   результата  : ,   где  gизм  –   величина   ускорения   свободного   падения, g изм /%100 g  g   определенная по результатам проделанной работы,  g  – значение, взятое из справочника. 1. Изменится ли период колебания маятника при перенесении с Земли на  Контрольные вопросы: Луну? 2. Можно ли при определении периода ограничиться двумя, тремя, десятью колебаниями? В каком случае период будет определяться более точно? 3. Где применяется маятник? 4. Применяется ли маятник в вашей профессии? Если да, то приведите  примеры. Отчет   по   выполнению   работы   оформляется   согласно методическим указаниям приведенным выше. Лабораторная работа №5 Определение массы воздуха в помещении Цель работы: определить массу, число молекул воздуха и их  концентрацию в классной комнате.  Приборы и принадлежности:  • Барометр;  • Термометр;  • мерная лента или план класса. Масса воздуха в помещении может быть определена с помощью  Теория: уравнения Менделеева­Клапейрона:  Откуда получим:    где р ­ давление воздуха в Па, измеренное барометром;  ­ объем комнаты в м3,  а, b, с ­ длина, высота, ширина комнаты в м;  М =29 10­3 кг/моль ­ средняя молярная масса воздуха;  R = $,31 Дж/(моль К) ­ универсальная газовая постоянная;  Т = t + 273 ­ абсолютная температура воздуха, t ­ температура по шкале  Цельсия, измеренная термометром. Ход работы: 1. Используя теорию составить таблицу для записи результатов  измерений и вычислений. 2. При помощи барометра определить давление воздуха в помещении. 3. Определить температуру воздуха в помещении при помощи  термометра. 4. Определить объем помещения: измерить его длину, ширину и  высоту.  5. Определить массу воздуха, используя формулу, полученную из  уравнения Менделеева­Клапейрона.  6. Определить число молекул воздуха в комнате и их концентрацию.  7. Определить массу воздуха, число молекул ­и их концентрацию при  нормальных условиях: ро= 760 мм. рт. ст., t0= 0°С или Т = 273К.  8. Сравнить полученные результаты и сделать вывод.  9. По окончании работы тетради и методические указания сдать  преподавателю.  Контрольные вопросы: 1. Что такое давление газа? Чем оно обусловлено? 2. Какими приборами измеряют давление газа? 3. Что называется изопроцессом? 4. Какой   физический   смысл   имеют   молярная   газовая   постоянная   и постоянная Больцмана? 5. Выведите уравнение Клапейрона­Менделеева из основного уравнения молекулярно­кинетической теории. Отчет   по   выполнению   работы   оформляется   согласно методическим указаниям приведенным выше. Лабораторная работа № 6 Измерение влажности воздуха Цель работы: научиться определять влажность воздуха. Принадлежности: 1) 2) демонстрационный термометр (термометр, марля, сосуд с водой); штатив демонстрационный; 3) психрометрическая таблица. Теория. В атмосфере Земли всегда содержаться водяные пары. Их содержание в  воздухе характеризуются абсолютной и относительной влажностью.  Абсолютная влажность определяется плотностью водяного пара pa,  находящегося в атмосфере, или его парциальным давлением pa. Парциальным  давлением pп называется давлением, которое производил бы водяной пар, если бы все другие газы в воздухе отсутствовали. Относительной влажностью  называется отношение парциального  давления pп водяного пара, содержащегося в воздухе, к давлению  насыщенного пара pн.п., при данной температуре. Относительная влажность  воздуха  показывает, сколько процентов составляет парциальное давление от давления насыщенного пара при данной температуре и определяется по  формулам:           Парциальное давление Pп можно рассчитать по уравнению Менделеева­ Клайперона или по точке росы. Точка росы – температура, при которой  водяной пар, находящейся в воздухе становиться насыщенным. Относительную влажность воздуха можно определить с помощью  специальных приборов. Ход работы: Задание  1:  Записать  в  тетрадь   название   работы,   цель   работы   и принадлежности. Задание 2: Письменно ответить на вопросы (текст вопросов не  переписывать). 1.  Почему испаряясь, жидкость, понижает свою температуру? 2.   При каких условиях термометры психрометра будут показывать одинаковую температуру? 3.  Как повысить влажность воздуха в комнате? 4. 5.  Как объяснить образование росы и тумана?   Как   с   помощью   психрометра   определить   относительную влажность воздуха? Задание 3: Начертить таблицу для записи результатов измерений и  вычислений: Таблица