Методические рекомендации
по выполнению лабораторных работ по физике
Автор: Лукинова Л.П.
Преподаватель
ОГАПОУ «Белгородский строительный колледж»
Пояснительная записка.
Выполнение студентами лабораторных работ направлено на
– обобщение, систематизацию, углубление, закрепление полученных теоретических знаний по конкретным темам дисциплин математического и общего естественно-научного, общепрофессионального и специального циклов;
– формирование умений применять полученные знания на практике, реализацию единства интеллектуальной и практической деятельности;
– развитие интеллектуальных умений у будущих специалистов: аналитических, проектировочных, конструктивных и др.;
– выработку при решении поставленных задач таких профессиональных качеств, как самостоятельность, ответственность, точность, творческая инициатива
Физика – наука опытная: главная роль в установлении физических закономерностей принадлежит эксперименту. Эксперимент – система логически связанных целенаправленных действий. В физике в основе опытов лежат методы измерений величин и поэтому центральным является понятие методики проведения измерений.
При измерениях физических величин выполняются три последовательные операции: 1) создание экспериментальных условий, 2) наблюдение, 3) отсчет.
Создание экспериментальных условий, при которых проводятся измерения (постоянная величина напряжения или давления, значительный перепад температур, малые крутильные колебания и т.д.), осуществляется с помощью приборов, специализированных установок, электрических схем и т.п.
Отсчет следует за наблюдением и производится, как правило, по шкале с некоторым масштабом. В результате появляются “первичные экспериментальные данные”. Обработка результатов эксперимента и позволяет определить измеряемую величину.
Оформление лабораторной работы
Отчет студента по лабораторной работе составляется по следующей схеме:
1. Тема работы
2. Цель работы.
3. Оборудование.
4. Теоретическое введение.
5. Методика проведения эксперимента.
6. Экспериментальная часть.
7. Обработка результатов измерения.
8. Выводы.
Оценка за лабораторную работу
Оценка «5» ставится в том случае, если учащийся:
а) выполнил работу в полном объеме с соблюдением необходимой последовательности проведения опытов и измерений;
б) самостоятельно и рационально выбрал и подготовил для опыта необходимое оборудование, все опыты провел в условиях и режимах, обеспечивающих получение результатов и выводов с наибольшей точностью;
в) в представленном отчете правильно и аккуратно выполнил все записи, таблицы, рисунки, чертежи, графики, вычисления и сделал выводы;
г) правильно выполнил анализ погрешностей (VIII—X классы);
д) соблюдал требования безопасности труда.
Оценка «4» ставится в том случае, если выполнены требования к оценке «5», но:
а) опыт проводился в условиях, не обеспечивающих достаточной точности измерении,
б) или было допущено два-три недочета, или не более одной негрубой ошибки и одного недочета.
Оценка «3» ставится, если работа выполнена не полностью, но объем выполненной части таков, что позволяет получить правильные результаты и выводы, или если в ходе проведения опыта и измерений были допущены следующие ошибки:
а) опыт проводился в нерациональных условиях, что привело к получению результатов с большей погрешностью,
б), или в отчете были допущены в общей сложности не более двух ошибок (в записях единиц, измерениях, в вычислениях, графиках, таблицах, схемах, анализе погрешностей и т. д.), не принципиального для данной работы характера, но повлиявших на результат выполнения,
в) или не выполнен совсем или выполнен неверно анализ погрешностей
г) или работа выполнена не полностью, однако объем выполненной части таков, что позволяет получить правильные результаты и выводы по основным, принципиально важным задачам работы.
Оценка «2» ставится в том случае, если:
а) работа выполнена не полностью, и объем выполненной части работы не позволяет сделать правильных выводов,
б) или опыты, измерения, вычисления, наблюдения производились неправильно,
в) или в ходе работы и в отчете обнаружились в совокупности все недостатки, отмеченные в требованиях к, оценке «3». В этом случае работу нужно переделать
Результаты:
- владение основополагающими физическими понятиями, закономерностями, законами и теориями; уверенное использование физической терминологии и символики;
− владение основными методами научного познания, используемыми в физике: наблюдением, описанием, измерением, экспериментом;
− умения обрабатывать результаты измерений, обнаруживать зависимость
между физическими величинами, объяснять полученные результаты и де-
лать выводы;
− сформированность умения применять полученные знания для объяснения
условий протекания физических явлений в природе, профессиональной сфере
и для принятия практических решений в повседневной жизни;
− сформированность собственной позиции по отношению к физической информации, получаемой из разных источнико
Структура и содержания методических рекомендаций по выполнению
лабораторных работ (ЛР)
Лабораторная работа Объем часов
Наименование Л Р в соответствии с
рабочей программой учебной дисциплины
Оборудование
Цель
ТЕМА 2.2: Динамика
1
Лабораторная работа №1
1
«Изучение движения тела по окружности под действием сил упругости»
Штатив, линейка, динамометр, шарик на нити, кусочек пробки, лист бамаги.
Определение центростремительного ускорения шарика при его равномерном движении по окружности.
ТЕМА 2.4: Законы сохранения в механике
1
Лабораторная работа №2
1
«Изучение закона сохранения механической энергии»
Штатив, линейка, грузик, набор картонок, толщиной порядка 2 мм, краска и кисточка
Научиться измерять потенциальную энергию поднятого над землёй тела и деформированной пружины; сравнить два значения потенциальной энергии системы.
ТЕМА 3.1:Основы молекулярно - кинетической теории.
1
Лабораторная работа №3
1
«Проверка закона Бойля-Мариотта»
Стеклянный сосуд ёмкостью 25 мл, шприц с оцифрованной шкалой на 10 мл, медицинский манометр с пределом измерения до 300 мм Ртутного столба, два зажима.
Экспериментальным путём проверить выполняемость закона Бойля-Мариотта.
ТЕМА 3.2: Жидкости и твердые тела
1
Лабораторная работа №4
1
Лабораторная работа №4 «Измерение относительной влажности воздуха»
термометр, марлевый бинт, вода, психометрическая таблица, психрометр
Научиться определять относительную влажность воздуха, развить практические навыки при работе с физическим оборудованием.
ТЕМА 4.2: Законы постоянного тока
2
Лабораторная работа №5
1
«Последовательное соединение проводников»
Источник тока, два проволочных резистора, амперметр, вольтметр, ключ, соединительные провода
Убедится в том,
что для последовательного соединения проводников
U = U1 + U2 I = I1 = I2 R = R1 + R2
Для параллельного соединения проводников
U = U1 = U2 I = I1 + I2
Лабораторная работа №6
1
«Измерение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока»
Источник тока, реостат (два или три проволочных резистора), амперметр, вольтметр, ключ, соединительные провода
Измерить ЭДС источника тока и используя закон Ома определить его внутреннее сопротивление.
Тема 4.4: Магнитное поле
1
Лабораторная работа №7
1
«Наблюдение действия магнитного поля на электрический ток»
Проволочный моток, штатив, источник тока, реостат, ключ, соединительные провода, дугообразный магнит
Экспериментальным путем проверить справедливость правила левой руки.
Тема 4.5: Электромагнитная индукция
1
Лабораторная работа №8
1
«Изучение явления электромагнитной индукции»
Миллиамперметр, источник тока, катушки, дугообразный магнит, соединительные провода, выключатель кнопочный
Используя правило Ленца, научиться определять направление индукционного тока.
ТЕМА 5.1: Механические колебания
1
Лабораторная работа №9
1
«Определение ускорения свободного падении при помощи маятника»
Штатив с муфтой и кольцом, часы с секундной стрелкой, измерительная лента, шарик (грузик), нить.
С помощью маятника определить ускорение свободного падения.
ТЕМА 6.1: Геометрическая оптика
2
Лабораторная работа №10
1
«Измерение показателя преломления света»
Стеклянная пластинка, линейка, таблица Брадиса.
Опытным путём измерить показатель преломления стекла
Лабораторная работа №11
1
«Определение оптической силы и фокусного расстояния собирающей линзы»
Свеча, измерительная лента, экран, двояковыпуклая линза.
Опытным путём измерить оптическую силу и фокусное расстояние собирающей линзы»
ТЕМА 6.2: Световые волны
2
Лабораторная работа №12
1
«Наблюдение интерференции и дифракции света»
пластины стеклянные-2шт, лоскуты капроновые или батистовые, грампластинка (или осколок грампластинки),штангенциркуль, лампа с прямой нитью накала(одна на весь класс).
Наблюдая интерференцию и дифракцию света, убедиться в том , что при распространении свет ведет себя как волна.
Лабораторная работа №13
1
«Измерение длины световой волны»
Специальный прибор для измерения длины световой волны, дифракционная решетка
Измерить длину световой волны с помощью дифракционной решетки.
ТЕМА 6.3: Излучение и спектры
1
Лабораторная работа №14
1
«Наблюдение сплошного и линейчатого спектра»
Проекционный аппарат, спектральные трубки с водородом, неоном, криптоном и гелием, высоковольтный индуктор, источник питания, соединительные провода стеклянные пластины со скошенными гранями (выдается каждому), призма прямого
Наблюдать сплошной и линейчатый спектры и убедиться в том, что разные газы дают разный набор цветных линий (разные спектры
ТЕМА 7.2: Атомная и ядерная физика
1
Лабораторная работа №15
1
«Изучение треков заряженных частиц»
фотография треков, лист кальки, измерительная линейка.
Провести индентификацию треков заряженных частиц.
Лабораторная работа №1.
ИЗУЧЕНИЕ ДВИЖЕНИЯ ТЕЛА ПО ОКРУЖНОСТИ ПОД ДЕЙСТВИЕМ СИЛ УПРУГОСТИ И ТЯЖЕСТИ
Цель работы: определение центростремительного ускорения шарика при его равномерном движении по окружности.
Оборудование: штатив с муфтой и лапкой, лента измерительная, циркуль, динамометр лабораторный, весы с разновесами, шарик на нити, кусочек пробки с отверстием, лист бумаги, линейка
Теоретическая часть работы. [pic]
Эксперименты проводятся с коническим маятником. Небольшой шарик движется по окружности радиуса R. При этом нить АВ, к которой прикреплен шарик, описывает поверхность прямого кругового конуса. На шарик действуют две силы: сила тяжести и натяжение нити (рис. а). Они создают центростремительное ускорение , направленное по радиусу к центру окружности. Модуль ускорения можно определить кинематически. Он равен:
Для определения ускорения надо измерить радиус окружности и период обращения шарика по окружности.
Центростремительное (нормальное) ускорение можно определить также, используя законы динамики.
Согласно второму закону Ньютона . Разложим силу на составляющие и , направленные по радиусу к центру окружности и по вертикали вверх.
Тогда второй закон Ньютона запишется следующим образом:
Направление координатных осей выберем так, как показано на рисунке б. В проекциях на ось О1у уравнение движения шарика примет вид: 0 = F2 — mg. Отсюда F2 = mg: составляющая уравновешивает силу тяжести , действующую на шарик. [pic]
Запишем второй закон Ньютона в проекциях на ось О1х:
man = F1. Отсюда
Модуль составляющей F1 можно определить различными способами. Во-первых, это можно сделать из подобия треугольников ОАВ и FBF1:
Отсюда и
Во-вторых, модуль составляющей F1 можно непосредственно измерить динамометром. Для этого оттягиваем горизонтально расположенным динамометром шарик на расстояние, равное радиусу R окружности, и определяем показание динамометра.
При этом сила упругости
пружины уравновешивает составляющую .
Сопоставим все три [pic]
выражения для аn:
, ,
и убедимся, что они близки
между собой.
В этой работе с наибольшей тщательностью следует измерять время. Для этого полезно отсчитывать возможно большее число оборотов маятника, уменьшая тем самым относительную погрешность.
Взвешивать шарик с точностью, которую могут дать лабораторные весы, нет необходимости. Вполне достаточно взвешивать с точностью до 1 г. Высоту конуса и радиус окружности достаточно измерить с точностью до 1 см. При такой точности измерений относительные погрешности величин будут одного порядка.
.Указания к работе.
1. Определяем массу шарика на весах с точностью до 1 г.
2. Нить продеваем сквозь отверстие и зажимаем пробку в лапке штатива (рис. в).
3. Вычерчиваем на листе бумаги окружность, радиус которой около 20 см. Измеряем радиус с точностью до 1 см.
4. Штатив с маятником располагаем так, чтобы продолжение шнура проходило через центр окружности.
5. Взяв нить пальцами у точки подвеса, вращаем маятник так, чтобы шарик описывал окружность, равную начерченной на бумаге.
6. Отсчитываем время, за которое маятник совершает к примеру, N = 50 оборотов.
7. Определяем высоту конического маятника. Для этого измеряем расстояние по вертикали от центра шарик; до точки подвеса.
8. Находим модуль центростремительного ускорение по формулам:
и
9. Оттягиваем горизонтально расположенным динамо метром шарик на расстояние, равное радиусу окружности, и измеряем модуль составляющей . Затем вычисляем ускорение по формуле .
10. Результаты измерений заносим в таблицу.
Номер опыта R
N
Δt
T= Δt/N
h
m
10.Сравнивая полученные три значения модуля центростремительного ускорения, убеждаемся, что они примерно одинаковы. (Сделайте вывод).
Лабораторная работа №2
«Изучение закона сохранения механической энергии»
Ц е л ь р а б о т ы: научиться измерять потенциальную энергию поднятого над землёй тела и деформированной пружины; сравнить два значения потенциальной энергии системы.
О б о р у д о в а н и е: штатив с муфтой и лапкой, динамометр лабораторный, линейка, груз массой m на нити длиной .
Т е о р е т и ч е с к а я ч а с т ь.
Эксперимент проводится с грузом, прикрепленным к одному концу нити диной ℓ. Другой конец нити привязан к крючку динамометра. Если поднять груз, то пружина динамометра показывает ноль, при этом потенциальная энергия груза обусловлена только силой тяжести. Груз отпускают и он падает вниз, растягивая пружину. Если за нулевой уровень отсчёта 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 энергия тела деформации пружины динамометра:
где - максимальное удлинение пружины, K – её жесткость.
Трудность эксперимента состоит в точном определении максимальной деформации пружины, т. к. тело движется быстро.
П о р я д о к в ы п о л н е н и я:
1. Динамометр укрепляется в лапке штатива.
2. Привяжите груз к нити, другой конец привяжите к крючку динамометра и измерьте вес груза F1 =mg (в данном случае вес груза равен его силе тяжести).
3. Измерьте длину нити, на которой привязан груз.
4. На нижний конец груза закрепите нить.
5. Поднимите груз до точки закрепления нити и отпустите его. Поднимая груз, расслабьте пружину и укрепите фиксатор около ограничительной скобы.
6. Снимите груз и по положению фиксатора измерьте линейкой максимальное удлинение ∆ℓ пружины.
7. Растяните рукой пружину до соприкосновения фиксатора с ограничительной скобой и отсчитайте по шкале максимальное значение модуля силы упругости пружины.
8. Вычислите высоту, с которой падает груз: (это высота, на которую смещается центр тяжести груза).
9. Вычислите потенциальную энергию поднятого груза
Ер1 = mgh = F1(ℓ +∆ℓ)
10. Вычислите энергию деформированной пружины
где .
Подставив выражение для k в формулу для энергии Ер2 получим 11. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу
12. Сравните значения энергий Ер1 и Ер2. Подумайте, почему значения этих энергий совпадают не совсем точно.
13. Сделайте вывод.
Лабораторная работа №3
«Проверка закона Бойля- Мариотта»
Цель: экспериментальным путём проверить выполняемость закона Бойля-Мариотта.
Оборудование: стеклянный сосуд емкостью 25мл., шприц с оцифрованной шкалой на 10 мл, медицинского манометра с пределом измерения до 300мм ртутного столба, к нему прилагаются два зажима(крана) и настоящие методические рекомендации по его использованию.
Теоретический материал: Цилиндр имеет плотно притертый поршень, под которым находиться воздух. Когда поршень находиться в покое, сила, действующая вверх, равна силе, действующей вниз.
При помещении груза на шток поршня последний движется вниз. Он приходит в состояние покоя тогда, когда сила, направленная вверх, уравновешивается силой, направленной вниз. Эти силы уже другие - они больше. Хотя общее число молекул в цилиндре неизменно, а температура постоянная, сила давления изменилась потому, что увеличилось число молекул в единице объема. Это значит, что в единицу времени происходит больше столкновений молекул с поршнем. Вот почему возрастает сила и давление в цилиндре под поршнем.
Сокращение объема вполовину удваивает давление. Это явление впервые было изучено французским и английским физиками Бойлем и Мариоттом и называется законом Бойля- Мариотта. Закон гласит, что при постоянной температуре объема определенной массы газа обратно пропорционален давлению.
Ход работы:
- Открыть зажимы 1,2 и вывести поршень шприца в положение полного объема(10мл). В этом случае воздух в сосуде сообщается с атмосферой, его температура и давление равны атмосферному.
- Зафиксировать по барометру-анероиду в кабинете атмосферное давление, а по показаниям термометра – температуру воздуха.
- Закрыть зажим 2 и, постепенно вводя поршень, зафиксировать показания приборов, занося их в таблицу:
- После определения объемов воздуха и его давления в каждом опыте рассчитать их произведения.
- Сравнить результаты расчетов и сделать вывод о выполнимости закона Бойля-Мариотта.
Оценка за лабораторную работу
Оценка «5»
- выполнена работа в полном объёме с соблюдением необходимой последовательности в проведении опытов и наблюдений, получены верные результаты
- правильно и аккуратно сделаны все вычисления и записи
- правильно и в полном объёме сделан вывод: Чему научились?
В чем убедились?
Оценка «4»
- допущены незначительные, негрубые ошибки по всем пунктам
Оценка «3»
- допущены в ходе наблюдений и рассуждений ошибки, так же ошибки в изображении спектров (неправильный порядок цветов в спектре)
- не в полном объёме сделан вывод.
Контрольные вопросы: 1. В какой зависимости находятся давление и объём при постоянной температуре? 2. В чем заключается закон Бойля-Мариотта?
Лабораторная работа №4
"Измерение относительной влажности воздуха"
Цель: научиться определять относительную влажность воздуха, развить практические навыки при работе с физическим оборудованием.
Оборудование: термометр, марлевый бинт, вода, психометрическая таблица
Ход урока
Перед выполнением работы необходимо обратить внимание учащихся не только на содержание и ход выполнения работы, но и на правила обращения с термометрами и стеклянными сосудами. Нужно напомнить, что все время, пока термометр не используется для измерений, он должен находиться в футляре. При измерении температуры термометр следует держать за верхний край. Это позволит определить температуру с наибольшей точностью.
Первые измерения температуры следует провести сухим термометром. Эта температура в аудитории во время работы не изменится.
Для измерения температуры влажным термометром лучше в качестве ткани взять кусочек марли. Марля очень хорошо впитывает и перемещает воду от влажного края к сухому.
Используя психрометрическую таблицу, легко определить значение относительной влажности.
Пусть tc = h = 22 °С, tm = t2 = 19 °С. Тогда [pic] t = tc - 1Ш = 3 °С.
По таблице находим относительную влажность. В данном случае она равна 76%.
Для сравнения можно измерить относительную влажность воздуха на улице. Для этого группу из двух-трех учеников, успешно справившихся с основной частью работы, можно попросить провести аналогичные измерения на улице. Это должно занять не более 5 минут. Полученное значение влажности можно сравнить с влажностью в классе.
Итоги работы подводят в выводах. В них следует отметить не только формальные значения итоговых результатов, но и указать причины, которые приводят к погрешностям.
III. Решение задач
Так как данная лабораторная работа достаточно проста по содержанию и невелика по объему, оставшуюся часть урока можно посвятить решению задач по изучаемой теме. Для решения задач не обязательно, чтобы все ученики стали решать их одновременно. По мере выполнения работы они могут получать задания индивидуально.
Можно предложить следующие простые задачи:
Задача 1
На улице идет холодный осенний дождь. В каком случае быстрее высохнет белье, развешенное на кухне: когда форточка открыта, или когда закрыта? Почему?
Задача 2
Влажность воздуха равна 78%, а показание сухого термометра равно 12 °С. Какую температуру показывает влажный термометр? (Ответ: 10 °С.)
Задача 3
Разность в показаниях сухого и влажного термометров равна 4 °С. Относительная влажность воздуха 60%. Чему равны показания сухого и влажного термометра? (Ответ: tc-l9 °С, tm = 10 °С.)
[pic]
Лабораторная работа №5
«Последовательное и параллельное соединение проводников»
Цель: убедится в том, что для последовательного соединения проводников U = U1 + U2 I = I1 = I2 R = R1 + R2
Для параллельного соединения проводников
U = U1 = U2 I = I1 + I2
Оборудование: источник тока, два проволочных резистора, амперметр и вольтметр.
Теоретический материал
При последовательном соединении электрическая цепь не имеет разветвлений. Все проводники включают в цепь поочередно друг за другом. Сила тока на всех участках одинакова, т.е. I = I1 = I2
Так как в проводниках электрический заряд в случае постоянного тока не накапливается и через любое поперечное сечение проводника за определенное время проходит один и тот же заряд.
Напряжение на концах рассматриваемого участка цепи складывается из напряжений на первом и втором проводниках
U = U1 + U2 Применяя закон Ома для всего участка в целом и для участков с сопротивлениями, можно доказать, что полное сопротивление всего участка цепи при последовательном соединении равно: R = R1 + R2
При параллельном соединении двух проводников электрический ток разветвляется на две части и заряд, поступающий в узел в единицу времени равен заряду, уходящему за это же время. Следовательно: I = I1 + I2
Напряжение на концах проводников соединенных параллельно одно и тоже U = U1 = U2 . Применяя закон Ома для всего участка в целом для участков с сопротивлениями R1 и R2 можно доказать, что величина обратная полному сопротивлению всего участка равна сумме величин обратных сопротивлениям отдельных проводников
Ход работы.
1. Подготовьте таблицу для записи результатов измерений и вычислений
для последовательного для параллельного
2.Соберите цепь для изучения последовательного соединения резисторов; измерьте силу тока и напряжения проверьте; выполнение законов соединения. 3.Соберите цепь для изучения параллельного соединения резисторов; измерьте силу тока и напряжение проверьте; выполнение законов соединения.
4.Зарисуйте схемы соединений.
5. Сделайте вывод.
Контрольные вопросы:
1.Как соединены потребители электроэнергии в квартирах? Почему?
2. Как соединены лампочки в елочной гирлянде? Почему?
Лабораторная работа № 6
«Измерение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока»
Цель: измерить ЭДС источника тока и используя закон Ома определить его внутреннее сопротивление.
Оборудование: вольтметр, амперметр, источник тока, реостат (или 1, 2, 3 резистора).
Теоретический материал
При разомкнутом ключе ЭДС источника тока равна напряжению во внешней цепи. Источник тока замкнут на вольтметр, сопротивление которого должно быть много больше внутреннего сопротивления источника тока r. Обычно сопротивление источника тока мало, поэтому для измерения напряжения можно использовать вольтметр со шкалой 0-6 В и сопротивлением 900 Ом. Так как сопротивление источника обычно мало, то действительно R››r. При этом отличие έ от U не превышает десятых долей процента, поэтому погрешность измерения ЭДС равна погрешности измерения напряжения.
Внутренне сопротивление источника тока можно определить, сняв показания вольтметра при замкнутом ключе и показания амперметра. Используя закон Ома для замкнутой цепи получаем
ε = U + I∙r, где U = I∙R – напряжение на внешней цепи. Поэтому
r = ε-U / I
Ход работы
Уровень А.- оценка «3»
1.Подготовьте таблицу для записей результатов измерений и вычислений.
Сила тока I, А
Напряжение
U, В
ЭДС
ε, В
Внутренне сопротивление
r, Ом
2.Соберите электрическую цепь по схеме. [pic]
3.Измерьте ЭДС источника тока (показания вольтметра при разомкнутом ключе).
4.Снимите показания амперметра и вольтметра при замкнутом ключе и вычислите r.
Уровень В. – оценка «4»
5.С помощью реостата изменить сопротивление цепи и снова выполните измерения силы тока и напряжения; вычислите соответствующее внутренние сопротивление.
6.Определите среднее значение rср = r1 + r2 /2
Уровень С. - оценка «5»
7.Вычислите абсолютную и относительную погрешность измерения ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока, используя данные о классе точности приборов
ε = εпр ± Δε; δε = Δε / ε (%)
r = rпр ± ∆r δr = ∆r / rср (%)
Контрольные вопросы
Почему показания вольтметра при разомкнутом и замкнутом ключе различны?
Как повысить точность показания ЭДС источника тока?
Лабораторная работа №7
«Наблюдение действия магнитного поля на ток»
Цель: Экспериментальным путем проверить
справедливость правила левой руки.
Оборудование: проволочный моток, штатив, источник постоянного тока, реостат, ключ, соединительные провода, дугообразный магнит.
Теоретический материал.
Направление силы Ампера (силы с которой магнитное поле действует на проводник с током) определяют правилом левой руки: если левую руку расположить так, чтобы перпендикулярная проводнику составляющая вектора магнитной индукции входила в ладонь, четыре вытянутых пальца были направлены по направлению тока, то отогнутый на 900 большой палец укажет направление силы Ампера.
Ход работы.
Подвесьте проволочный моток к штативу , подсоедините его к источнику тока последовательно с реостатом и ключом. Предварительно ключ должен быть разомкнут, движок реостата установлен на максимальное сопротивление.
Поднесите к к висящему мотку магнит и, замыкая ключ, пронаблюдайте движение мотка.
Выберите несколько характерных вариантов относительного расположения мотка и магнита и зарисуйте их, указав направление тока и предполагаемое движение мотка относительно магнита.
Проверьте на опыте правильность предположений о характере и направлении движения мотка.
Сделайте вывод.
Оценка за лабораторную работу
Оценка «5»
- выполнена работа в полном объёме с соблюдением необходимой последовательности в проведении опытов и наблюдений
- правильно и аккуратно сделаны все записи и рисунки с указанием направления вектора индукции магнитного поля, электрического тока и силы Ампера
- правильно и в полном объёме сделан вывод:
Чему научились? В чем убедились?
Оценка «4»
- допущены незначительные, негрубые ошибки по всем пунктам
Оценка «3»
- допущены в ходе наблюдений и рассуждений ошибки, так же ошибки в использовании правила левой руки
- не в полном объёме сделан вывод.
Лабораторная работа№8
«ИЗУЧЕНИЕ ЯВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ»
Цель: используя правило Ленца, научиться определять направление индукционного тока.
Оборудование: миллиамперметр, источник питания, катушки с сердечниками, дугообразный магнит, выключатель кнопочный, соединительные провода, реостат.
Теоретический материал
Катушка с протекающем в ней током подобна магниту с двумя полюсами - северным и южным. Направление индукционного тока определяет, какой конец катушки играет роль северного полюса (линии магнитной индукции выходят из него). Присоединив катушку, в которой возникает индукционный ток, к гальванометру, можно обнаружить, что направление этого тока зависит от того, приближается ли магнит к катушке или удаляется от нее.
Ход работы
1. Вставить в одну из катушек железных сердечник, закрепив его гайкой. Подключить эту катушку через миллиамперметр, реостат и ключ к источнику питания.
2. Приставить сердечник к одному из полюсов дугообразного магнита и вдвинуть внутрь катушки, наблюдая одновременно за стрелкой миллиамперметра.
3. Повторить наблюдение, выдвигая сердечник из катушки, а также меняя полюса магнита.
4. Зарисовать схему опыта и проверить выполнение правила Ленца в каждом случае.
5. Расположить вторую катушку рядом с первой так, чтобы их оси совпадали.
6. Вставить в обе катушки железные сердечники и присоединить вторую катушку через выключатель к источнику питания.
7. Замыкая и размыкая ключ, наблюдать отклонение стрелки миллиамперметр.
8. Зарисовать схему опыта и проверить выполнение правила Ленца.
9. Сделайте вывод.
Контрольные вопросы:
Как определить направление индукционного тока?
Что влияет на направление индукционного тока?
Оценка за лабораторную работу
Оценка «5» - выполнена работа в полном объёме с соблюдением необходимой последовательности в проведении опытов и наблюдений,- правильно и аккуратно сделаны все записи и рисунки, с указанием направления вектора индукции внешнего и внутреннего магнитного поля и индукционного тока, - правильно и в полном объёме сделан вывод: Чему научились? В чем убедились?
Оценка «4» - допущены незначительные, негрубые ошибки по всем пунктам
Оценка «3» - допущены в ходе наблюдений и рассуждений ошибки, так же ошибки в определении направления индукционного тока , - не в полном объёме сделан вывод.
Лабораторная работа№9
«Определение ускорения свободного падения»
Цель: С помощью маятника рассчитайте ускорение свободного падения.
Оборудование: штатив, груз, нить, измерительная линейка, часы.
Теоретический материал
Вы знаете, что ускорение свободного падения характеризует гравитационное поле Земли. Земля неоднородна. Поэтому ускорение свободного падения в каждой точке Земли можно определить только экспериментально. Один из способов основан на знании формулы периода колебаний математического маятника:
Т=2П
Порядок выполнения работы:
1. Установите на краю стола штатив, его верхнего конца с помощью муфты укрепите грузик на нити.
3. Отклонив грузик на 5–6 см, отпустите его,
4. Заметьте время 20–30 полных колебаний и определите период Т=t / N
5. Подготовьте таблицу для записей измерений и вычислений.
Количество Длина
Время,
Ускорение
Среднее значение,
Погрешность,
колебаний, N
маятника ℓ,м
t,с
свободного
gср=g+g/2
ε, %
Падения g, м/c²
1.
2.
6.Измерьте длину маятника.
7.Вычислите ускорение свободного падения по формуле:
g =
8.Изменив длину маятника, выполните также измерения и вычисления.
9.Вычислите погрешность с которой вы определили ускорение
ε = ; ∆g=| 9,8 - gср|
и найдите среднее значение ускорения свободного падения, gср= 10. Сделайте вывод.
Контрольные вопросы:
1.В чём главное отличие силы гравитации от других сил?
2. Справедлив ли закон всемирного тяготения для тел произвольной формы?
3. В чём причина того, что Земля сообщает всем телам независимо от их масс одинаковые ускорения?
Лабораторная работа №10(1)
«Измерение показателя преломления света»
Цель работы: опытным путём измерить показатель преломления стекла
Приборы: стеклянная пластинка, линейка, таблица Брадиса.
Теоретический материал
На границе двух сред (вторая среда прозрачная) свет меняет направление своего распространения (преломляется). Вследствие преломления наблюдается кажущееся изменения формы предметов, их расположения и размеров. Закон преломления света определяет взаимное расположения падающего луча, преломленного луча и перпендикуляра к поверхности раздела сред. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для двух сред.
где n – показатель преломления среды. Измеряя угол падения и угол преломления, используя таблицу Брадиса можно измерить показатель преломления среды, используя данный закон.
Ход работы
Уровень А –оценка «3»
Начертить вблизи друг другу параллельные прямые, которые смещены по отношению друг к другу.
Расположите стеклянную пластинку так, чтобы если смотреть через нее сбоку, две параллельные прямые должны слиться в одну.
Отмечаем карандашом верхнюю нижнюю грань призмы.
Убираем призму, отмечаем падающий и вышедший лучи, чертим преломленный луч.
В точку падения восстанавливаем перпендикуляр к границе двух сред, измеряем транспортиром угол падения и преломления, данные подставляем в формулу:
По таблице Брадиса вычисляем значение синусов, данные подставляем в
формулу и находим показатель преломления стекла.
7. Определяем относительную погрешность
Уровень В. - оценка «4, 5»
8. Убедитесь в справедливости закона преломления, выполните тот же рисунок, сместив параллельные прямые относительно друг друга на другое расстояние.
9. Выполняем все соответствующие измерения и вычисления.
10. Сделайте вывод.
Контрольные вопросы
Изменим угол падения и преломления, изменится ли показатель преломления?
В каком случае угол преломления луча равен углу падения?
Лабораторная работа №11(2)
«Определение главного фокусного расстояния и оптической силы собирающей линзы».
Цели: Определить главное фокусное расстояние и оптическую силу собирающей линзы.
Оборудование: Свеча, лента измерительная, экран, двояковыпуклая линза.
Теоретический материал
Простейший способ измерения оптической силы и фокусного расстояния линзы основан на использования формулы линзы тонкой линзы
Ход работы
1. Расставьте вдоль направляющей рейке по порядку слева направо: Экран, собирающую линзу и свечу.
2.Разместите приборы так, чтобы на экране образовалось резкое изображение пламени свечи.
Начертите схему установки с пучками лучей, падающей от свечи
на линзу и покажите на схеме их дальнейший ход.
Подготовьте таблицу для записей измерений и вычислений
Расстояние от линзы до предмета f, м
Расстояние от линзы до изображения
d, м
Фокусное расстояние линзы
F, м
Оптическая сила линзы
D, дптр
Fср=
Dср=
Выполните измерения расстояний: расстояние от свечи до линзы (d), расстояние от линзы до экрана (f)
Используя формулу тонкой линзы рассчитать
фокусное расстояние.
Зная фокусное расстояние, определить оптическую силу линзы. D=1/F
Измените расстояние от линзы до свечи и повторите все с измерением и вычислением.
Вычислить среднее значение фокусного расстояние и оппической силы собирающей линзы.
9. Сделайте вывод.
Контрольные вопросы:
1. Какие оптические приборы вы знаете?
2. Что называют главным фокусом линзы?
3. Чтобы получить увеличенное изображение, где нужно разместить предмет?
Оценка за лабораторную работу
Оценка «5» - выполнена работа в полном объёме с соблюдением необходимой последовательности в проведении опытов и наблюдений, получены верные результаты
- правильно и аккуратно сделаны все вычисления, записи и рисунки (ход луча в линзе)
- правильно и в полном объёме сделан вывод: Чему научились? В чем убедились?
Оценка «4» - допущены незначительные, негрубые ошибки по всем пунктам
Оценка «3» - допущены в ходе наблюдений и рассуждений ошибки, так же ошибки в изображении спектров (неправильный порядок цветов в спектре)- не в полном объёме сделан вывод.
Лабораторная работа № 12(3)
«Наблюдения интерференции и дифракции света»
Цель: наблюдая интерференцию и дифракцию света, убедиться в том , что при распространении свет ведет себя как волна.
Оборудовании: пластины стеклянные-2шт,лоскуты капроновые или батистовые, грампластинка (или осколок грампластинки),штангенциркуль, лампа с прямой нитью накала(одна на весь класс).
Теоретический материал
Если свет представляет собой поток волн, то должно наблюдаться явление интерференции и дифракции света. Наблюдать интерференционную картину (чередование максимумов и минимумов освещенности) можно только от когерентных (одной длины - одного цвета) волн. Для наблюдения дифракции света нужно использовать очень маленькие препятствия, либо располагать экран далеко от препятствий. На явлении дифракции основано устройство оптического прибора – дифракционной решетки. Роль грубой дифракционной решетки могут представлять наши ресницы, ласкут капрона или лазерный диск.
Ход работы.
Наблюдение интерференции
Стеклянные пластины тщательно протереть, сложить вместе и сжать пальцами.
Рассматривать пластины в отраженном свете на тёмном фоне (располагать их надо так чтобы на поверхности стекла не образовались слишком яркие блики от окон или белых стен).
В отдельных местах соприкосновение пластин наблюдать яркие радужные кольцеобразные или неправильной формы полосы.
Заметить изменение формы расположения полученных интерференционных полос с изменением нажима.
Попытаться увидеть интерференционную картинку в проходящем свете.
Наблюдение дифракции
Установить между губками штангенциркуля щель шириной 0,5мм.
Приставить щель вплотную к глазу, расположить её вертикально.
Смотря сквозь щель на вертикальном расположенную светящуюся нить лампы, наблюдать по обе стороны нити радужные полосы (дифракционные спектры).
Изменяя ширину щели 0,5 мм до 0,8 мм заметить, как это изменение влияет на дифракционные спектры.
Наблюдать дифракционный спектр в проходящем свете с помощью лоскутов капрона.
Провести наблюдение дифракционного спектра в отраженном свете с помощью грампластинки, расположив её горизонтально на уровне глаза.
Сделайте вывод.
Контрольные вопросы
Чем отличаются спектры, даваемые призмой, от дифракционных спектров?
С какой физической характеристикой световых волн связано различие в цвете?
Лабораторная работа№13(4)
«Измерение длины световой волны»
Цель: измерить длину световой волны с помощью дифракционной решетки.
Оборудование: специальный прибор для измерения длины световой волны.
Теоретический материал
В работе для определения длины световой волны используется дифракционная решетка с периодом мм или мм (период указан на решетке). Она является основной частью измерительной установки. Решетка 1 устанавливается в держателе 2, который прикреплен к концу линейки 3. На линейке же располагается черный экран 4 с узкой вертикальной щелью 5 посредине. Экран может перемещаться вдоль линейки, что позволяет изменять расстояние между ним и дифракционной решеткой. На экране и линейке имеются миллиметровые шкалы. Вся установка крепится на штативе 6. Если смотреть сквозь решетку и прорезь на источник света (лампу накаливания или свечу), то на черном фоне экрана можно наблюдать по обе стороны от щели дифракционные спектры 1-го, 2-го, и т.д. порядков.
Длина волны определяется по формуле
Где d – период решетки; k – порядок спектра; – угол, под которым наблюдается максимум света соответствующего цвета.
Поскольку углы, под которыми наблюдаются максимумы 1-го и 2-го порядков, не превышают 5˚, можно вместо синусов углов использовать их тангенсы. Из рисунка видно, что
Расстояние а отсчитывают по линейке от решетки до экрана, расстояние b – по шкале экрана от щели до выбранной линии спектра
Окончательная формула для определения длины волны имеет вид
В этой работе погрешность измерений длин волн не оценивается из-за некоторой неопределенности выбора середины части спектра данного цвета.
. [pic]
Ход работы.
Подготовить бланк отчета с таблицей для записи результатов измерений и вычислений.
Расстояние от решетки до экрана, b, м
Границы спектра
а, м
Длина световой волны
λ, м
1
2
2. Собрать измерительную установку, установить экран на расстоянии 50 см от решетки.
3. Глядя сквозь дифракционную решетку и щель в экране на источник света и перемещая решетку в держателе, установить ее так, чтобы дифракционные спектры располагались параллельно шкале экрана.
Уровень А.- оценка «3»
4. Вычислить длину волны красного цвета в спектре 1-го порядка справа и слева от щели в экране, определить среднее значение результатов измерения
Уровень В. – оценка «4»
5. Проделать то же для фиолетового цвета
Уровень С – оценка «5»
6. Сравнить полученные результаты с длинами волн красного и фиолетового цвета на цветной вклейке: определить относительную погрешность:
Контрольные вопросы:1) Чем отличается дифракционный спектр от дисперсионного? 2)Зависит ли положение максимумов освещенности, создаваемых дифракционной решеткой, от числа щелей?
Лабораторная работа №14(5)
«Наблюдение сплошного и линейчатого спектров»
Цель: Наблюдать сплошной и линейчатый спектры и убедиться в том, что разные газы дают разный набор цветных линий (разные спектры).
Оборудование: проекционный аппарат, спектральные трубки с водородом, неоном или гелием, высоковольтный индуктор, источник питания, штатив, соединительные повода (эти приборы являются общими для всего класса), стеклянная пластина со скошенными гранями (выдается каждому).
Теоретический материал.
Сплошной спектр дают тела, находящиеся в твердом или жидком состоянии, а также сильно сжатые газы. Для получения сплошного спектра нужно нагреть тело до высокой температуры. Линейчатые спектры дают все вещества в газообразном атомарном состоянии. Для наблюдения линейчатых спектров свечение газового разряда в трубке, наполненной исследуемым газом.
Проведение эксперимента.
1. Расположить пластину горизонтально перед глазом. Сквозь грани, составляющие угол 45˚, наблюдать светлую вертикальную полоску на экране – изображение раздвижной щели проекционного аппарата.
2. Выделить основные цвета полученного сплошного спектра и записать их в наблюдаемой последовательности или зарисовать.
3. Повторить опыт, рассматривая полоску через грани, образующие угол 60˚. Записать различия в виде спектров.
4. Наблюдать линейчатые спектры водорода, гелия или неона, рассматривая светящиеся спектральные трубки сквозь грани стеклянной пластины. Записать наиболее яркие линии спектров или зарисовать.
5) Сделайте вывод.
Контрольные вопросы:
В чем состоит отличие непрерывных спектров от линейчатых?
2) Какое практическое значение имеют линейчатые спектры?
Лабораторная работа N 6 (15)
«Изучение треков заряженных частиц»
Цель: провести идентификацию заряженной частицы по результатам сравнения ее трека с треком протона в камере Вильсона, помещенной в магнитном поле.
Оборудование: фотография треков, лист кальки, измерительная линейка.
Теоретический материал
Работа проводится с готовой фотографией треков двух заряженных частиц. Трек I принадлежит протону, трек II- частице, которую надо идентифицировать Линии индукции магнитного поля перпендикулярны плоскости фотография. Начальные скорости обеих частиц одинаковы и перпендикулярны краю фотографии.
Идентификация неизвестной частицы осуществляется путем сравнения ее удельного заряда с удельным зарядом протона. Это можно сделать, измерив и сравнив радиусы треков частиц, движущихся перпендикулярно вектору индукции магнитного поля, можно записать: qВυ = mv2 / R или q/m = υ/BR
Из этой формулы видно, что отношение удельных зарядов частиц равно обратному отношению радиусов траекторий.
Радиус кривизны трека частицы определяют следующим образом. Накладывают лист прозрачной бумаги на фотографию и переводят на нее трек (это нужно сделать осторожно, чтобы не повредить фотографию). Вычерчивают, как показано на рисунке две хорды и восстанавливают к этим хордам в их серединах перпендикуляры. На пересечении перпендикуляров лежит центр окружности; её радиус измеряют линейкой.
[pic]
Выполнение работы:
1. Подготовить бланк отчета с таблицей для записи результатов измерений и
вычислений.
Трек Радиус трека R,М
Отношение заряда к массе q/m
Частица
2. Перенести на кальку треки частиц с фотографии.
Измерить радиусы кривизны треков частиц, скопированных на кальку, на их
начальных участках.
Сравнивать удельные заряды неизвестной частицы и протона.
Идентифицировать частицу по результатам измерений.
Сделайте вывод.
Контрольные вопросы:
1. Как направлен вектор магнитной индукции относительно плоскости
фотографии треков частиц?
2. Почему радиусы кривизны на разных участках трека одной и той же
частицы различны?
Трек Радиус трека R,М
Отношение заряда к массе q/m
Частица
2. Перенести на кальку треки частиц с фотографии.
Измерить радиусы кривизны треков частиц, скопированных на кальку, на их
начальных участках.
Сравнивать удельные заряды неизвестной частицы и протона.
Идентифицировать частицу по результатам измерений.
Сделайте вывод.
Контрольные вопросы:
1. Как направлен вектор магнитной индукции относительно плоскости
фотографии треков частиц?
2. Почему радиусы кривизны на разных участках трека одной и той же
частицы различны?
Информационные источники
Мякишев Г. Я. ФИЗИКА: Учеб. для 10 кл. / Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н. Н. Сотский.- Изд. «Просвещение».- 336 с.,М.- 2009.
Мякишев Г. Я. ФИЗИКА: Учеб. для 11 кл. / Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев.- Изд. «Просвещение»- 339 с., – М., 2010.
Дмитриева В. Ф. Физика для профессий и специальностей технического профиля. Лабораторный практикум: учеб. пособия для учреждений сред. проф. образования / В. Ф. Дмитриева, А. В. Коржуев, О. В. Муртазина. — М., 2015.
Трофимова Т. И., Фирсов А. В. Физика. Справочник. — М., 2010.
Дмитриева В. Ф., Васильев Л. И. Физика для профессий и специальностей технического профиля: методические рекомендации: метод. пособие. — М., 2010.
Интернет- ресурсы
www. kvant. mccme. ru (научно-популярный физико-математический журнал «Квант»).
[link] (Федерельный центр информационно-образовательных ресурсов)
www.dic.academic.ru (Академик. Словари и энциклопедии)
41
