Кафедра физика решения лабораторной работа 109. Лабораторные работы по физике

Материал представляет собой комплект к лабораторных занятиям к рабоче программе учебной дисциплины ОДП.02 "Физика". Работа содержит пояснительную записку, критериии оценивания, перечень лабораторных работ и дидактический материал.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Министерство общего профессионального образования

Свердловской области

Государственное автономное образовательное учреждение

среднего профессионального образования

Свердловской области «Первоуральский политехникум»

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

К РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЕ

УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

ОДП 02. ФИЗИКА

Первоуральск

2013

Предварительный просмотр:

Пояснительная записка.

Лабораторные задания разработаны в соответствии с рабочей программой учебной дисциплины «Физика».

Цель проведения лабораторных работ : формирование предметных и метапредметных результатов освоения обучающимися основной образовательной программы базового курса физики.

Задачи проведения лабораторных работ :

Бланк-отчёт лабораторной работы содержит:

1. Номер работы;
2. Цель работы;
3. Перечень используемого оборудования;
4. Последовательность выполняемых действий;
5. Рисунок или схему установки;
6. Таблицы и/или схемы для записи значений;
7. Расчётные формулы.

Критерии оценивания :

Перечень лабораторных работ .

Предварительный просмотр:

Лабораторная работа № 1.

«Определение жёсткости пружины».

Цель: Определить жёсткость пружины с помощью графика зависимости силы упругости от удлинения. Сделать вывод о характере этой зависимости.

Оборудование: штатив, динамометр, 3 груза, линейка.

Ход работы.

1. Подвесьте груз к пружине динамометра, измерьте силу упругости и удлинение пружины.
2. Затем к первому грузу прикрепите второй. Повторите измерения.
3. Ко второму грузу прикрепите третий. Снова повторите измерения.

1. Постройте график зависимости силы упругости от удлинения пружины:

Fупр, Н

0 0,02 0,04 0,06 0,08 Δl, м

1. По графику найдите средние значения силы упругости и удлинения. Рассчитайте среднее значение коэффициента упругости:

1. Сделайте вывод.

Предварительный просмотр:

Лабораторная работа № 2.

«Определение коэффициента трения».

Цель: Определить коэффициент трения с помощью графика зависимости силы трения от веса тела. Сделать вывод о соотношении коэффициента трения скольжения и коэффициента трения покоя.

Оборудование: брусок, динамометр, 3 груза весом по 1 Н, линейка.

Ход работы.

1. С помощью динамометра измерьте вес бруска Р.
2. Расположите брусок горизонтально на линейке. С помощью динамометра измерьте максимальную силу трения покоя Fтр 0 .
3. Равномерно двигая, брусок по линейке измерьте силу трения скольжения Fтр.
4. Разместите груз на бруске. Повторите измерения.
5. Добавьте второй груз. Повторите измерения.
6. Добавьте третий груз. Снова повторите измерения.
7. Результаты занесите в таблицу:

1. Постройте графики зависимости силы трения от веса тела:

Fупр, Н

0 1,0 2,0 3,0 4,0 Р, Н

1. По графику найдите средние значения веса тела, силы трения покоя и силы трения скольжения. Рассчитайте средние значения коэффициента трения покоя и коэффициента трения скольжения:

μ ср 0 = Fср.тр 0 ; μ ср = Fср.тр ;

Рср Рср

1. Сделайте вывод.

Предварительный просмотр:

Лабораторная работа № 3.

«Изучение движения тела под действием нескольких сил».

Цель: Изучить движение тела под действием сил упругости и тяжести. Сделать вывод о выполнении II закона Ньютона.

Оборудование: штатив, динамометр, груз массой 100 г на нити, круг из бумаги, секундомер, линейка.

Ход работы.

1. Подвесьте груз на нити с помощью штатива над центром круга.
2. Раскрутите брусок в горизонтальной плоскости, двигаясь по границе круга.

R F упр

1. Измерьте время t, за которое тело совершает не менее 20 оборотов n.
2. Измерьте радиус круга R.
3. Отведите груз на границу круга, с помощью динамометра измерьте равнодействующую силу, равную силе упругости пружины F упр.
4. Используя II закона Ньютона, рассчитайте центростремительное ускорение:

F = m . а цс ; а цс = v 2 ; v = 2 . π . R ; Т = _ t _ ;

R Т n

А цс = 4. π 2 . R . n 2 ;

(π 2 можно принять равным 10).

1. Рассчитайте равнодействующую силу m . а цс .
2. Результаты занесите в таблицу:

1. Сделайте вывод.

Предварительный просмотр:

Лабораторная работа № 4.

«Измерение ускорения свободного падения».

Цель: Измерить ускорение свободного падения с помощью маятника. Сделать вывод о совпадении полученного результата со справочным значением.

Оборудование: штатив, шарик на нити, динамометр, секундомер, линейка.

Ход работы.

1. Подвесьте шарик на нити с помощью штатива.

1. Толчком отклоните шарик от положения равновесия.

1. Измерьте время t, за которое маятник совершает не менее 20 колебаний (одно колебание – это отклонение в обе стороны от положения равновесия ).

1. Измерьте длину подвеса шарика l.

1. Используя формулу периода колебаний математического маятника, рассчитайте ускорение свободного падения:

Т = 2.π. l ; Т = _ t _ ; _ t _ = 2.π. l ; _ t 2 = 4.π 2 . l

G n n g n 2 g

G = 4. π 2 . l. n 2 ;

(π 2 можно принять равным 10).

1. Результаты занесите в таблицу:

1. Сделайте вывод.

Предварительный просмотр:

Лабораторная работа № 5.

«Опытная проверка закона Гей-Люссака».

Цель: Исследовать изобарный процесс. Сделать вывод о выполнении закона Гей-Люссака.

Оборудование: пробирка, стакан с горячей водой, стакан с холодной водой, термометр, линейка.

Ход работы.

1. Поместите пробирку открытым концом вверх в горячую воду для прогревания воздуха в пробирке не менее 2 – 3 минут. Измерьте температуру горячей воды t 1 .
2. Закройте большим пальцем отверстие пробирки, достаньте пробирку из воды и поместите в холодную воду, перевернув пробирку. Внимание! Чтобы воздух не вышел из пробирки, палец отвести от отверстия пробирки только под водой.
3. Оставьте пробирку открытым концом вниз в холодной воде несколько минут. Измерьте температуру холодной воды t 2 . Наблюдайте подъём воды в пробирке.

1. После прекращения подъёма уравняйте поверхность воды в пробирке с поверхностью воды в стакане. Теперь давление воздуха в пробирке равно атмосферному давлению, т.е. выполняется условие изобарного процесса Р = const. Измерьте высоту воздуха в пробирке l 2 .
2. Вылейте воду из пробирки и измерьте длину пробирки l 1 .
3. Проверьте выполнение закона Гей-Люссака:

V 1 = V 2 ; V 1 = _ T 1 .

T 1 T 2 V 2 T 2

Отношение объёмов можно заменить отношением высот столбиков воздуха в пробирке:

l 1 = T 1

L 2 T 2

1. Переведите температуру из шкалы Цельсия в абсолютную шкалу: Т = t + 273.
2. Результаты занесите в таблицу:

1. Сделайте вывод.

Предварительный просмотр:

Лабораторная работа № 6 .

«Измерение коэффициента поверхностного натяжения».

Цель: Измерить коэффициент поверхностного натяжения воды. Сделать вывод о совпадении полученного значения со справочным значением.

Оборудование: пипетка с делениями, стакан с водой.

Ход работы.

1. Наберите воду в пипетку.

1. По капле выливайте воду из пипетки. Отсчитайте количество капель n, соответствующих определённому объёму воды V(например, 0,5 см 3 ), вылившейся из пипетки.

1. Рассчитайте коэффициент поверхностного натяжения: σ = F , где F = m . g; l = π .d

σ = m . g , где m = ρ .V σ = ρ .V. g

π .d n π .d . n

ρ = 1,0 г/см 3 – плотность воды; g = 9,8 м/с 2 – ускорение свободного падения; π = 3,14;

d = 2 мм – диаметр шейки капли, равный внутреннему сечению носика пипетки.

1. Результаты занесите в таблицу:

1. Сравните полученное значение коэффициента поверхностного натяжения со справочным значением: σ спр. = 0, 073 Н/м.

1. Сделайте вывод.

Предварительный просмотр:

Лабораторная работа № 7.

«Измерение модуля упругости резины».

Цель: Определить модуль упругости резины. Сделать вывод о совпадении полученного результата со справочным значением.

Оборудование: штатив, кусок резинового шнура, набор грузов, линейка.

Ход работы.

1. Подвесьте резиновый шнур с помощью штатива. Измерьте расстояние между метками на шнуре l 0 .
2. Прикрепите к свободному концу шнура грузы. Вес грузов равен силе упругости F, возникающей в шнуре при деформации растяжения.
3. Измерьте расстояние между метками при деформации шнура l.

1. Рассчитайте модуль упругости резины, используя закон Гука: σ = Е. ε, где σ = F

– механическое напряжение, S = π . d 2 - площадь сечения шнура, d – диаметр шнура,

ε = Δl = (l – l 0 ) – относительное удлинение шнура.

4 . F = E . (l – l 0 ) E = 4 . F . l 0 , где π = 3,14; d = 5 мм = 0,005 м.

π . d 2 l π.d 2 .(l –l 0 )

1. Результаты занесите в таблицу:

1. Сравните полученное значение модуля упругости со справочным значением:

Е спр . = 8 . 10 8 Па.

1. Сделайте вывод.

Предварительный просмотр:

Лабораторная работа № 8.

«Исследование зависимости силы тока от напряжения».

Цель: Построить ВАХ металлического проводника, с помощью полученной зависимости определить сопротивление резистора, сделать вывод о характере ВАХ.

Оборудование: Батарея гальванических элементов, амперметр, вольтметр, реостат, резистор, соединительные провода.

Ход работы.

1. Снять показания с амперметра и вольтметра, регулируя напряжение на резисторе с помощью реостата. Результаты занести в таблицу:

1. По данным из таблицы построить ВАХ:

I, А

U, В

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8

1. По ВАХ определить средние значения тока Iср и напряжения Uср.

1. Рассчитать сопротивление резистора, используя закон Ома:

Uср

R = .

Iср

1. Сделать вывод.

Предварительный просмотр:

Лабораторная работа № 9.

«Измерение удельного сопротивления проводника».

Цель: Определить удельное сопротивление никелинового проводника, сделать вывод о совпадении полученного значения со справочным значением.

Оборудование: Батарея гальванических элементов, амперметр, вольтметр, никелиновая проволока, линейка, соединительные провода.

Ход работы.

1) Собрать цепь:

А V

3) Измерить длину проволоки. Результат занести в таблицу.

R = ρ. l / S – сопротивление проводника; S = π . d 2 / 4 – площадь сечения проводника;

ρ = 3,14 . d 2 . U

4.I . l

6) Сравнить полученное значение со справочным значением удельного сопротивления никелина:

0,42 Ом.. мм 2 / м.

7) Сделать вывод.

Предварительный просмотр:

Лабораторная работа № 10.

«Изучение последовательного и параллельного соединения проводников».

Цель: Сделать вывод о выполнении законов последовательного и параллельного соединения проводников.

Оборудование : Батарея гальванических элементов, амперметр, вольтметр, два резистора, соединительные провода.

Ход работы.

1) Собрать цепи: а) с последовательным и б) параллельным соединением

Резисторов:

А V A V

R 1 R 2 R 1

2) Снять показания с амперметра и вольтметра.

R пр = ;

А) R тр = R 1 + R 2 ; б) R 1 .R 2

R тр = .

(R 1 + R 2 )

Результаты занести в таблицу:

5) Сделать вывод.

Предварительный просмотр:

Лабораторная работа № 11.

«Измерение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока».

Цель: Измерить ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока, объяснить причину отличия измеренного значения ЭДС от номинального значения.

Оборудование: Источник тока, амперметр, вольтметр, реостат, ключ, соединительные провода.

Ход работы.

1) Собрать цепь:

А V

2) Снять показания с амперметра и вольтметра. Результаты занести в таблицу.

3 ) Разомкнуть ключ. Снять показания с вольтметра (ЭДС). Результат занести в таблицу. Сравнить измеренное значение ЭДС с номинальным значением: ε ном = 4,5 В.

I . (R + r) = ε; I . R + I . r = ε; U + I . r = ε; I . r = ε – U;

ε – U

5) Результат занести в таблицу:

6) Сделать вывод.

Предварительный просмотр:

Лабораторная работа № 12.

«Наблюдение действия магнитного поля на ток».

Цель: Установить направление тока в витке, используя правило левой руки. Сделать вывод, от чего зависит направление силы Ампера.

Оборудование: Проволочный виток, батарея гальванических элементов, ключ, соединительные провода, дугообразный магнит, штатив.

Ход работы .

1) Собрать цепь:

2) Поднести магнит к витку без тока. Объяснить наблюдаемое явление.

3) Поднести к витку с током сначала северный полюс магнита (N), затем – южный (S). Показать на рисунке взаимное расположение витка и полюсов магнита, указать направление силы Ампера, вектора магнитной индукции и тока в витке:

4) Повторить опыты, поменяв направление тока в витке:

S S

5 ) Сделать вывод.

Предварительный просмотр:

Лабораторная работа № 13.

«Наблюдение отражения света».

Цель: наблюдать явление отражения света. Сделать вывод о выполнении закона отражения света.

Оборудование: источник света, экран с щелью, плоское зеркало, транспортир, угольник.

Ход работы.

1. Начертите прямую линию, вдоль которой расположите зеркало.

3. Направьте луч света на зеркало. Отметьте двумя точками падающий и отражённый лучи. Соединив точки, постройте падающий и отражённый лучи, в точке падения пунктиром восстановите перпендикуляр к плоскости зеркала.

1 1’

2 2’

3 3’

α γ

в центре листа).

А Е

α

В

β

D С

F

4. Для определения показателя преломления используем закон преломления света:

n = sin α

sin β

5. Постройте окружность произвольного радиуса (взять радиус окружности как можно больше ) с центром в точке В.
6. Обозначьте точку А пересечения падающего луча с окружностью и точку С пересечения преломленного луча с окружностью.
7. Из точек А и С опустить перпендикуляры на перпендикуляр к плоскости пластины. Полученные треугольники ВАЕ и ВСD – прямоугольные с равными гипотенузами ВА и ВС (радиус окружности).
8. С помощью решётки получите изображения спектров на экране, для этого рассматривайте нить накаливания лампы через щель в экране.

1 max

b

φ а

0 max (щель)

дифракционная

решётка b

1 max

экран

3. C помощью линейки на экране измерьте расстояние от щели до красного максимума первого порядка.
4. Аналогичное измерение сделайте для фиолетового максимума первого порядка.
5. Рассчитайте длины волн, соответствующие красному и фиолетовому концам спектра, с помощью уравнения дифракционной решётки: d . sin φ = k . λ, где d – период дифракционной решётки.

d = 1 мм = 0,01 мм = 1 . 10 -2 мм = 1 . 10 -5 м; k = 1; sin φ = tg φ = a (для малых углов).

100 b

λ = d.b

а

6. Сравните полученные результаты со справочными значениями: λк = 7,6 . 10 -7 м; λф = 4,.0 . 10

   Лабораторная работа № 16.

   «Наблюдение линейчатых спектров».

   Цель: наблюдать и зарисовать спектры инертных газов. Сделать вывод о совпадении полученных изображений спектров со стандартным изображениями.

   Оборудование: источник питания, высокочастотный генератор, спектральные трубки, стеклянная пластина, цветные карандаши.

   Ход работы.

   1. Получите изображение спектра водорода. Для этого рассматривайте светящийся канал спектральной трубки через непараллельные грани стеклянной пластины.
   2. Зарисуйте спектр водорода (Н) :

   400 600 800, нм

   3. Аналогично получите и зарисуйте изображения спектров:

   криптона (Кr)

   400 600 800, нм

   гелия (Не)

   400 600 800, нм

   неона (Nе)

   1. Переведите треки частиц в тетрадь (через стекло), располагая их по углам страницы .
   2. Определите радиусы кривизны треков R I , R II , R III , R IV . Для этого проведите две хорды из одной точки траектории, постройте серединные перпендикуляры к хордам. Точка пересечения перпендикуляров – центр кривизны трека О. Измерьте расстояние от центра до дуги. Полученные значения занесите в таблицу.

   R R

   О

   3. Определите удельный заряд частицы, сравнив его с удельным зарядом протона Н 11 q = 1.

   m

   На заряженную частицу в магнитном поле действует сила Лоренца: Fл = q . B. v. Эта сила сообщает частице центростремительное ускорение: q . B . v = m. v 2 q пропорционален 1 .

   R m R

   -

   1,00

   II

   Дейтрон Н 12

   0,50

   III

   Тритон Н 13

   0,33

   IV

   α – частица Не 24

   0,50

   5. Сделайте вывод.
   
   

   (Все работы по механике)

   Механика

   №1. Физические измерения и вычисление их погрешностей

   Ознакомление с некоторыми методами физических измерений и вычисление погрешностей измерений на примере определения плотности твердого тела правильной формы.

   Скачать

   
   

   №2. Определение момента инерции, момента сил и углового ускорения маятника Обербека

   Определить момент инерции маховика (крестовины с грузами); определить зависимость момента инерции от распределения масс относительно оси вращения; определить момент силы, приводящий маховик во вращение; определить соответствующие значения угловых ускорений.

   Скачать

   
   

   №3. Определение моментов инерции тел с помощью трифилярного подвеса и проверка теоремы Штейнера

   Определение моментов инерции некоторых тел методом крутильных колебаний с помощью трифиллярного подвеса; проверка теоремы Штейнера.

   Скачать

   
   

   №5. Определение скорости полета «пули» баллистическим методом с помощью унифилярного подвеса

   Определение скорости полета «пули» с помощью крутильного баллистического маятника и явления абсолютно неупругого удара на основе закона сохранения момента импульса

   Скачать

   
   

   №6. Изучение законов движения универсального маятника

   Определение ускорения свободного падения, приведенной длины, положения центра тяжести и моментов инерции универсального маятника.

   Скачать

   
   

   №9. Маятник Максвелла. Определение момента инерции тел и проверка закона сохранения энергии

   Осуществить проверку закона сохранения энергии в механике; определить момент инерции маятника.

   Скачать

   
   

   №11. Исследование прямолинейного равноускоренного движения тел на машине Атвуда

   Определение ускорения свободного падения. Определение момента «эффективной» силы сопротивления движения грузов

   Скачать

   
   

   №12. Исследование вращательного движение маятника Обербека

   Экспериментальная проверка основного уравнения динамики вращательного движения твердого тела вокруг закрепленной оси. Определение моментов инерции маятника Обербека при различных положениях грузов. Определение момента «эффективной» силы сопротивления движения грузов.

   Скачать

   Электричество

   
   

   №1. Исследование электростатического поля методом моделирования

   Построение картины электростатических полей плоского и цилиндрического конденсаторов с помощью эквипотенциальных поверхностей и силовых линий поля; сравнение экспериментальных значений напряжения между одной из обкладок конденсатора и эквипотенциальными поверхностями с его теоретическими значениями.

   Скачать

   
   

   №3. Изучение обобщённого закона Ома и измерение электродвижущей силы методом компенсации

   Изучение зависимости разности потенциалов на участке цепи, содержащем ЭДС, от силы тока; расчёт ЭДС и полного сопротивления этого участка.

   Скачать

   Магнетизм

   
   

   №2. Проверка закона Ома для переменного тока

   Определить омическое, индуктивное сопротивление катушки и емкостное сопротивление конденсатора; проверить закон Ома для переменного тока с различными элементами цепи

   Скачать

   Колебания и волны

   Оптика

   №3. Определение длины световой волны при помощи дифракционной решетки

   Ознакомление с прозрачной дифракционной решеткой, определение длин волн спектра источника света (лампы накаливания).

   Скачать

   Квантовая физика

   
   

   №1. Проверка законов абсолютно черного тела

   Исследование зависимостей: спектральной плотности энергетической светимости абсолютно черного тела от температуры внутри печи; напряжения на термостолбике от температуры внутри печи с помощью термопары.

   Наглядная физика предоставляет педагогу возможность находить наиболее интересные и эффективные методы обучения, делая занятия интересными и более насыщенными.

   Главным преимуществом наглядной физики, является возможность демонстрации физических явлений в более широком ракурсе и всестороннее их исследование. Каждая работа охватывает большо й объем учебного материала, в том числе из разных разделов физики. Это предоставляет широкие возможности для закрепления межпредметных связей, для обобщения и систематизации теоретических знаний.

   Интерактивные работы по физике следует проводить на уроках в форме практикума при объяснении нового материала или при завершении изучения определенной темы. Другой вариант – выполнение работ во внеурочное время, на факультативных, индивидуальных занятиях.

   Виртуальная физика (или физика онлайн ) это новое уникальное направление в системе образования. Ни для кого не секрет, что 90% информация поступают к нам в мозг через зрительный нерв. И не удивительно, что пока человек сам не увидит, он не сможет четко уяснить природу тех или иных физических явлений. Поэтому процесс обучения обязательно должен подкрепляться наглядными материалами. И просто замечательно, когда можно не только увидеть статичную картинку изображающую какое-либо физическое явление, но и посмотреть на это явление в движении. Данный ресурс позволяет педагогам в легкой и непринужденной форме, наглядно показать не только действия основных законов физики, но и поможет провести онлайн лабораторные работы по физике по большинству разделов общеобразовательной программы. Так например, как можно на словах объяснить принцип действия p-n перехода? Только показав анимацию этого процесса ребенку, ему сразу всё становится понятным. Или можно наглядно показать процесс перехода электронов при трении стекла о шелк и после этого у ребенка уже будет меньше вопросов о природе этого явления. Помимо этого, наглядные пособия охватывают практически все разделы физики. Так например, хотите объяснить механику? Пожалуйста, тут вам анимации показывающие второй закон Ньютона, закон сохранения импульса при соударении тел, движение тел по окружности под действием сил тяжести и упругости и т.д. Хотите изучать раздел оптики, нет ничего проще! Наглядно показаны опыты по измерению длины световой волны с помощью дифракционной решетки, наблюдение сплошного и линейчатых спектров испускания, наблюдение интерференции и дифракции света и многие другие опыты. А как же электричество? И этому разделу уделено не мало наглядных пособий, так например есть опыты по изучению закона Ома для полной цепи, исследованию смешанного соединения проводников, электромагнитная индукция и т.д.

   Таким образом процесс обучения из «обязаловки», к которой мы все с вами привыкли, превратится в игру. Ребенку будет интересно и весело разглядывать анимации физических явлений и это не только упростит, но и ускорит процесс обучения. Помимо всего прочего может удастся ребенку дать даже больше информации, чем он мог бы принять при обычной форме обучения. К тому же многие анимации могут полностью заменить те или иные лабораторные приборы , таким образом это идеально подходить для многих сельских школ, где к сожалению не всегда можно встретить даже электрометр Брауна. Да что там говорить, многих приборов нет даже в обычных школах крупных городов. Возможно введя такие наглядные пособия в обязательную программу образования, после окончания школы мы будем получать людей интересующихся физикой, которые в итоге станут молодыми учеными, некоторые из которых способны будут совершить великие открытия! Таким образом будет возрождена научная эра великих отечественных ученых и наша страна вновь, как и в советские времена, создаст уникальные технологии обгоняющие свое время. Поэтому я считаю надо популяризировать такие ресурсы как можно больше, сообщать о них не только педагогам, но и самим школьникам, ведь многим из них будет интересно изучить физические явления не только на уроках в школе, но и дома в свободное время и этот сайт дает им такую возможность! Физика онлайн это интересно, познавательно, наглядно и легко доступно!

   Лабораторная работа № 1

   Движение тела по окружности под действием силы тяжести и упругости.

   Цель работы: проверить справедливость второго закона Ньютона для движения тела по окружности под действием нескольких.

   1)груз, 2)нить, 3)штатив с муфтой и кольцом, 4) лист бумаги, 5)Измерительная лента, 6)часы с секундной стрелкой.

   Теоретическое обоснование

   Экспериментальная установка состоит из груза, привязанного на нити к кольцу штатива (рис.1). На столе под маятником располагают лист бумаги, на котором нарисована окружность радиусом 10 см. Центр О окружности находится на вертикали под точкой подвеса К маятника. При движении груза по окружности, изображённой на листе, нить описывает коническую поверхность. Поэтому такой маятник называют коническим.

   Спроецируем (1) на координатные оси X и Y .

   (Х), (2)

   (У), (3)

   где - угол, образуемый нитью с вертикалью.

   Выразим из последнего уравнения

   и подставим в уравнение (2). Тогда

   Если период обращения Т маятника по окружности радиусом К известен из опытных данных, то

   период обращения можно определить, измерив время t , за которое маятник совершает N оборотов:

   Как видно из рисунка 1,

   , (7)

   Рис.1

   Рис.2

   где h =OK – расстояние от точки подвеса К до центра окружности О .

   С учётом формул (5) – (7) равенство (4) можно представить в виде

   . (8)

   Формула (8) – прямое следствие второго закона Ньютона. Таким образом, первый способ проверки справедливости второго закона Ньютона сводиться к экспериментальной проверке тождественности левой и правой частей равенства(8).

   Сила сообщает маятнику центростремительное ускорение

   С учётом формул (5) и (6) второй закон Ньютона имеет вид

   . (9)

   Сила F измеряется с помощью динамометра. Маятник оттягивают от положения равновесия на расстояние, равное радиусу окружности R , и снимают показания динамометра (рис.2) Масса груза m предполагается известной.

   Следовательно, ещё один способ проверки справедливости второго закона Ньютона сводится к экспериментальной проверке тождественности левой и правой частей равенства(9).

   порядок выполнения работы

   Соберите экспериментальную установку(см. рис. 1), выбирая длину маятника около 50 см.

   На листе бумаги начертите окружность радиусом R = 10 c м.

   Лист бумаги расположите так, чтобы центр окружности находился под точкой подвеса маятника по вертикали.

   Измерьте расстояние h между точкой подвеса К и центром окружности О сантиметровой лентой.

   h =

   5.Приведите в движение конический маятник вдоль начерченной окружности с постоянной скоростью. Измерьте время t , в течение которого маятник совершает N = 10 оборотов.

   t =

   6. Вычислите центростремительное ускорение груза

   Вычислите

   Вывод.

   Лабораторная работа № 2

   Проверка закона Бойля-Мариотта

   Цель работы: экспериментально проверить закон Бойля – Мариотта путем сравнения параметров газа в двух термодинамических состояниях.

   Оборудование, средства измерения : 1) прибор для изучения газовых законов, 2) барометр (одни на класс), 3) штатив лабораторный, 4) полоска миллиметровой бумаги размеров 300*10 мм, 5) измерительная лента.

   Теоретическое обоснование

   Закон Бойля – Мариотта определяет взаимосвязь давления и объема газа данной массы при постоянной температуре газа. Чтобы убедиться в справедливости этого закона или равенства

   (1)

   достаточно измерить давление p 1 , p 2 газа и его объем V 1 , V 2 в начальном и конечном состоянии соответственно. Увеличение точности проверки закона достигается, если вычесть из обеих частей равенства (1) произведение . Тогда формула (1) будет иметь вид

   (2)

   или

   (3)

   Прибор для изучения газовых законов состоит из двух стеклянных трубок 1 и 2 длиной 50 см, соединенных друг с другом резиновым шлангом 3 длиной 1 м, пластинки с зажимами 4 размером 300*50*8 мм и пробки 5 (рис. 1, а). К пластинке 4 между стеклянными трубками прикреплена полоска миллиметровой бумаги. Трубку 2 снимают с основания прибора, опускают вниз и укрепляют в лапке штатива 6. Резиновый шланг заполнен водой. Атмосферное давление измеряется барометром в мм рт. ст.

   При фиксации подвижной трубки в начальном положении (рис. 1, б) цилиндрический объем газа в неподвижной трубке 1 может быть найден по формуле

   , (4)

   где S – площадь поперечного сечения трубки 1ю

   Начальное давление газа в ней, выраженное в мм рт. ст., складывается из атмосферного давления и давления столба воды высотой в трубке 2:

   мм.рт.ст. (5).

   где - разность уровней воды в трубках (в мм.). В формуле (5) учтено, что плотность воды в 13,6 раза меньше плотности ртути.

   При подъеме вверх трубки 2 и фиксации ее в конечном положении (рис. 1, в) объем газа в трубке 1 уменьшается:

   (6)

   где - длина воздушного столба в неподвижной трубке 1.

   Конечное давление газа находится по формуле

   мм. рт. ст. (7)

   Подстановка начальных и конечных параметров газа в формулу (3) позволяет представить закон Бойля – Мариотта в виде

   (8)

   Таким образом, проверка справедливости закона Бойля – Мариотта сводится к экспериментальной проверке тождественности левой Л 8 и правой П 8 частей равенства (8).

   Порядок выполнения работы

   7.Измерьте разность уровней воды в трубках.

   Поднимите еще выше подвижную трубку 2 и зафиксируйте ее (см. рис. 1, в).

   Повторите измерения длины столба воздуха в трубке 1 и разности уровней воды в трубках. Запишите результаты измерений.

   10.Измерьте атмосферное давление барометром.

   11.Вычислите левую часть равенства (8).

   Вычислите правую часть равенства (8).

   13. Проверьте выполнение равенства (8)

   ВЫВОД:

   Лабораторная работа № 4

   Исследование смешанного соединения проводников

   Цель работы : экспериментально изучить характеристики смешанного соединения проводников.

   Оборудование, средства измерения: 1) источник питания, 2) ключ, 3) реостат, 4) амперметр, 5) вольтметр, 6) соединительные провода, 7) три проволочных резистора сопротивлениями 1 Ом, 2 ОМ и 4 ОМ.

   Теоретическое обоснование

   Во многих электрических цепях используется смешанное соединение проводников, являющееся комбинацией последовательного и параллельного соединений. Простейшее смешанное соединение сопротивлений = 1 Ом, = 2 Ом, = 4 Ом.

   а) Резисторы R 2 и R 3 соединены между собой параллельно, поэтому сопротивление между точками 2 и 3

   б) Кроме того, при параллельном соединении суммарная сила тока , втекающего в узел 2, равна сумме сил токов, вытекающих из него.

   в) Учитывая, что сопротивления R 1 и эквивалентное сопротивление соединены последовательно.

   , (3)

   а общее сопротивление цепи между точками 1 и 3.

   .(4)

   Электрическая цепь для изучения характеристик смешанного соединения проводников состоит из источника питания 1, к которому через ключ 2 подключены реостат 3, амперметр 4 и смешанное соединение трех проволочных резисторов R 1, R 2 и R 3. Вольтметром 5 измеряют напряжение между различными парами точек цепи. Схема электрической цепи приведена на рисунке 3. Последующие измерения силы тока и напряжения в электрической цепи позволят проверить соотношения (1) – (4).

   Измерения силы тока I , протекающего через резистор R 1, и равности потенциалов на нем позволяет определить сопротивление и сравнить его с заданным значением.

   . (5)

   Сопротивление можно найти из закона Ома, измерив вольтметром разность потенциалов :

   .(6)

   Этот результат можно сравнить со значением , полученным из формулы (1). Справедливость формулы (3) проверяется дополнительным измерением с помощью вольтметра напряжения (между точками 1 и 3).

   Это измерение позволит также оценить сопротивление (между точками 1 и 3).

   .(7)

   Экспериментальные значения сопротивлений, полученных по формулам (5) – (7), должны удовлетворять соотношению 9;) для данного смешанного соединения проводников.

   Порядок выполнения работы

   Соберите электрическую цепь

   3. Запишите результат измерения силы тока .

   4. Подключите вольтметр к точкам 1 и 2 и измерьте напряжение между этими точками.

   5.Запишите результат измерения напряжения

   6. Рассчитайте сопротивление .

   7. Запишите результат измерения сопротивления = и сравните его с сопротивлением резистора =1 Ом

   8. Подключите вольтметр к точкам 2 и 3 и измерьте напряжения между этими точками

   проверьте справедливость формул (3) и (4).

   Ом

   Вывод:

   Мы экспериментально изучили характеристики смешанного соединения проводников.

   Проверим:

   Дополнительное задание. Убедиться в том, что при параллельном соединении проводников справедливо равенство:

   Ом

   Ом

   2 курс.

   Лабораторная работа № 1

   Изучение явления электромагнитной индукции

   Цель работы : доказать экспериментально правило Ленца, определяющее направление тока при электромагнитной индукции.

   Оборудование, средства измерения: 1) дугообразный магнит, 2) катушка-моток, 3) миллиамперметр, 4) полосовой магнит.

   Теоретическое обоснование

   Согласно закону электромагнитной индукции (или закону Фарадея-Максвелла), ЭДС электромагнитной индукции E i в замкнутом контуре численно равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока Ф через поверхность, ограниченную этим контуром.

   E i = - Ф ’

   Для определения знака ЭДС индукции (и соответственно направления индукционного тока) в контуре это направление сравнивается с выбранным направлением обхода контура.

   Направление индукционного тока (так же как и величина ЭДС индукции) считается положительным, если оно совпадает с выбранным направлением обхода контура, и считается отрицательным, если оно противоположно выбранному направлению обхода контура. Воспользуемся законом Фарадея – Максвелла для определения направления индукционного тока в круговом проволочном витке площадью S 0 . Предположим, что в начальной момент времени t 1 =0 индукция магнитного поля в области витка равна нулю. В следующий момент времени t 2 = виток перемещается в область магнитного поля, индукция которого направлена перпендикулярно плоскости витка к нам (рис.1 б)

   За направление обхода контура выберем направление по часовой стрелке. По правилу буравчика вектор площади контура будет направлен от нас перпендикулярно площади контура.

   Магнитный поток пронизывающий контур в начальном положении витка, равен нулю (=0):

   Магнитный поток в конечном положении витка

   Изменение магнитного потока в единицу времени

   Значит, ЭДС индукции, согласно формуле (1), будет положительной:

   E i =

   Это значит, что индукционный ток в контуре будет направлен по часовой стрелке. Соответственно, согласно правилу буравчика для контурных токов, собственная индукция на оси такого витка будет направлена против индукции внешнего магнитного поля.

   Согласно правилу Ленца, индукционный ток в контуре имеет такое направление, что созданный им магнитный поток через поверхность ограниченную контуром препятствует изменению магнитного потока, вызвавшего этот ток.

   Индукционный ток наблюдается и при усилении внешнего магнитного поля в плоскости витка без его перемещения. Например, при в двигании полосового магнита в виток возрастает внешнее магнитное поле и магнитный поток, его пронизывающий.

   Направление обхода контура

   Ф 1

   Ф 2

   ξ i

   (знак)

   (напр.)

   I А

   B 1 S 0

   B 2 S 0

   -(B 2 –B 1)S 0 <0

   15 мА

   Порядок выполнения работы

   1. Катушку – маток 2 (см. рис. 3) подключите к зажимам миллиамперметра.

   2. Северный полюс дугообразного магнита внесите в катушку вдоль ее оси. В последующих опытах полюса магнита перемещайте с одной и той же стороны катушки, положение которой не изменяется.

   Проверьте соответствие результатов опыта с таблицей 1.

   3. Удалите из катушки северный полюс дугообразного магнита. Результаты опыта представьте в таблице.

   Направление обхода контура измерить показатель преломления стекла с помощью плоскопараллельной пластинки.

   Оборудование, средства измерения: 1) плоскопараллельная пластинка со скошенными гранями, 2) линейка измерительная, 3) угольник ученический.

   Теоретическое обоснование

   Метод измерения показателя преломления с помощью плоскопараллельной пластинки основан на том, что луч, прошедший плоскопараллельную пластинку, выходит из нее параллельно направлению падения.

   Согласно закону преломления показатель преломления среды

   Для вычисления и на листе бумаги проводят две параллельные прямые AB и CD на расстоянии 5-10 мм друг от друга и кладут на них стеклянную пластинку так, чтобы ее параллельные грани были перпендикулярны этим линиям. При таком расположении пластинки параллельные прямые не смещаются (рис.1, а).

   Располагают глаз на уровне стола и, следя за прямыми AB и CD сквозь стекло, поворачивают пластинку вокруг вертикальной оси против часовой стрелки (рис. 1, б). Поворот осуществляют до тех пор, пока луч QC не будет казаться продолжением BM и MQ .

   Для обработки результатов измерений обводят карандашом контуры пластинки и снимают ее с бумаги. Через точку M проводят перпендикуляр O 1 O 2 к параллельным граням пластинки и прямую MF .

   Затем на прямых ВМ и МF откладывают равные отрезки МЕ 1 =МL 1 и опускают с помощью угольника из точек Е 1 и L 1 перпендикуляры L 1 L 2 и Е 1 Е 2 на прямую О 1 О 2 . Из прямоугольных треугольников L

   а) сначала ориентируйте параллельные грани пластинки перпендикулярно АВ и СD . Убедитесь, что параллельные линии при этом не смещаются.

   б)расположите глаз на уровне стола и, следя за линиями АВ и СD сквозь стекло, поворачивайте пластинку вокруг вертикальной оси против часовой стрелки до тех пор, пока луч QC не будет казаться продолжением ВМ и МQ .

   2. Обведите карандашом контуры пластинки, после чего снимите ее с бумаги.

   3. Через точку М (см. рис. 1,б) проведите с помощью угольника перпендикуляр О 1 О 2 к параллельным граням пластинки и прямую МF (продолжение МQ ).

   4. С центром в точке М проведите окружность произвольного радиуса, отметьте на прямых ВМ и МF точки L 1 и Е 1 (МЕ 1 =МL 1)

   5. Опустите с помощью угольника перпендикуляры из точек L 1 и Е 1 на прямую О 1 О 2 .

   6. Измерьте линейкой длину отрезков L 1 L 2 и Е 1 Е 2.

   7. Рассчитайте показатель преломления стекла по формуле 2.

   Материалы по разделу "Механика и молекулярная физика" (1 семестр) для студентов 1 курса (1 семестр) АВТИ, ИРЭ, ИЭТ, ИЭЭ, ИнЭИ (ИБ)

   Материалы по разделу "Электричество и магнетизм" (2 семестр) для студентов 1 курса (2 семестр) АВТИ, ИРЭ, ИЭТ, ИЭЭ, ИнЭИ (ИБ)

   Материалы по разделу "Оптика и атомная физика" (3 семестр) для студентов 2 курса (3 семестр) АВТИ, ИРЭ, ИЭТ, ИЭЭ и 3 курса (5 семестр) ИнЭИ (ИБ)

   Материалы 4 семестр

   Перечень лабораторных работ по общему курсу физики
   Механика и молекулярная физика
   1. Погрешности при физических измерениях. Измерение объема цилиндра.
   2. Определение плотности вещества и моментов инерции цилиндра и кольца.
   3. Изучение законов сохранения при соударении шаров.
   4. Изучение закона сохранения импульса.
   5. Определение скорости пули методом физического маятника.
   6. Определение средней силы сопротивления грунта и изучение неупругого соударения груза и сваи на модели копра.
   7. Изучение динамики вращательного движения твердого тела и определение момента инерции маятника Обербека.
   8. Изучение динамики плоского движения маятника Максвелла.
   9. Определение момента инерции маховика.
   10. Определение момента инерции трубы и изучение теоремы Штейнера.
   11. Изучение динамики поступательного и вращательного движения с помощью прибора Атвуда.
   12. Определение момента инерции плоского физического маятника.
   13. Определение удельной теплоты кристаллизации и изменения энтропии при охлаждении сплава олова.
   14. Определение молярной массы воздуха.
   15. Определение отношения теплоемкостей Сp/Cv газов.
   16. Определение средней длины свободного пробега и эффективного диаметра молекул воздуха.
   17. Определение коэффициента внутреннего трения жидкости по методу Стокса.
   Электричество и магнетизм
   1. Исследование электрического поля с помощью электролитической ванны.
   2. Определение электрической емкости конденсатора баллистическим гальванометром.
   3. Весы напряжения.
   4. Определение емкости коаксиального кабеля и плоского конденсатора.
   5. Изучение диэлектрических свойств жидкостей.
   6 Определение диэлектрической проницаемости жидкого диэлектрика.
   7. Изучение электродвижущей силы методом компенсации.
   8 Определение индукции магнитного поля измерительным генератором.
   9. Измерение индуктивности системы катушек.
   10. Изучение переходных процессов в цепи с индуктивностью.
   11. Измерение взаимной индуктивности.
   12. Изучение кривой намагничивания железа по методу Столетова.
   13. Ознакомление с осциллографом и изучение петли гистерезиса.
   14. Определение удельного заряда электрона методом магнетрона.
   Волновая и квантовая оптика
   1. Измерение длины световой волны с помощью бипризмы Френеля.
   2. Определение длины волны света методом колец Ньютона.
   3. Определение длины световой волны с помощью дифракционной решетки.
   4. Изучение дифракции в параллельных лучах.
   5. Изучение линейной дисперсии спектрального прибора.
   6. Изучение дифракции Фраунгофера на одной и двух щелях.
   7. Экспериментальная проверка закона Малю.
   8. Исследование линейных спектров испускания.
   9 Изучение свойств лазерного излучения.
   10 Определение потенциала возбуждения атомов по методу Франка и Герца.
   11. Определение ширины запрещенной зоны кремния по красной границе внутреннего фотоэффекта.
   12 Определение красной границы фотоэффекта и работы выхода электрона из металла.
   13. Измерение температуры спирали лампы с помощью оптического пирометра.
   

   Напечатать