close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Vereshagina

код для вставкиСкачать
Министерство образования и науки российской федерации
Федеральное государственное автономное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ
ФИЗИКА
Лабораторный практикум
Санкт-Петербург
2014
Составитель Т.Н. Вещагина
Рецензент М.А. Королев
Издание предназначено для самостоятельного выполнения
лабораторных работ по дисциплине «Физика».
Практикум включает в себя 13 лабораторных работ, каждая из
которых предназначена для закрепления теоретического материала
внутри отдельных разделов дисциплины «Физика».
В авторской редакции
Компьютерная верстка Ю. А. Гайнутдинова
Подписано к печати 23.04.2014. Формат 60×84 1/16.
Бумага офсетная. Усл. печ. л. 2,2.
Тираж 100 экз. Заказ № 203.
Редакционно-издательский центр ГУАП
190000, Санкт-Петербург, Б. Морская ул., 67
© Санкт-Петербургский государственный
университет аэрокосмического
приборостроения (ГУАП), 2014
Введение
Дисциплина «Физика» для студентов 1 курса ФСПО включает
в себя следующие разделы:
– физические основы механики;
– молекулярная физика и термодинамика;
– электродинамика;
– электрический ток в различных средах;
– магнитное поле и электромагнитная индукция;
– переменный ток;
– электромагнитные колебания волны;
– оптика;
– строение атома и атомного ядра;
– ядерная физика.
Для закрепления теоретического материала внутри каждого
раздела проводится лабораторный практикум.
Практикум включает в себя 13 лабораторных работ ,каждая из
которых позволяет:
1) проверить правильность выполнения законов физики;
2) исследовать на практике зависимости физических величин;
3) проследить взаимодействие физических параметров между
собой;
4) научится самостоятельно составлять электрические схемы
и использовать их для проведения измерения физических величин;
5) закрепить навыки подключения элементов в электрическую
цепь;
3
6) наблюдать и изучать явления преломления и отражения света
Лабораторный практикум является частью основной профессиональной образовательной программы в соответствии с ФГОС.
По итогам выполнения лабораторного практикума обучающийся будет уметь:
– пользоваться необходимой учебной и справочной литературой;
– использовать основные законы физики при объяснении различных явлений в природе и технике;
– пользоваться Международной системой единиц и осуществлять перевод единиц физических величин;
– планировать проведение опытов, собирать установки по схеме;
– оценивать полученные результаты;
– применять теоретические и экспериментальные методы физического исследования;
– применять основные формулы;
– устанавливать порядок проведения физических опытов;
– использовать основные физические законы и теории;
– использовать физические приборы, механизмы и понимать их
принцип действия.
Данная методическая разработка предназначена для того чтобы
студент мог самостоятельно выполнить лабораторный практикум
по дисциплине «Физика».
4
ОБРАЗЕЦ ВЫПОЛНЕНИЯ ТИТУЛЬНОГО ЛИСТА ДЛЯ ЛР
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
«Санкт-Петербургский
государственный университет аэрокосмического приборостроения»
Факультет СПО
Лабораторная работа № 1
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ТВЁРДОГО ТЕЛА С ПОМОЩЬЮ
ШТАНГЕНЦИРКУЛЯ И ТЕХНИЧЕСКИХ ВЕСОВ
Дисциплина
Физика
Работу выполнил студент гр. 216
Аносов Андрей
Преподаватель Вещагина Т. Н.
Санкт-Петербург
5
Лабораторная работа № 1
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ТВЁРДОГО ТЕЛА С ПОМОЩЬЮ
ШТАНГЕНЦИРКУЛЯ И ТЕХНИЧЕСКИХ ВЕСОВ
Цель работы: Определение объема и массы твердого тела с помощью специальных измерительных приборов, расчет его плотности,
определение абсолютной и относительной погрешности и материала образца.
Плотность однородного тела равна отношению массы этого тела
к его объему:
P =
m
,
V (1)
где m – масса, кг; V – объем, м3; P – плотность, кг/м3.
В данной работе массу измеряют с помощью технических весов,
а объем вычисляют по линейным размерам, найденным с помощью
штангенциркуля и технических весов.
V=
πd2l
,
4
(2)
где V – объем, м3; π – 3,14; d – диаметр металлического образца, измеренный штангенциркулем; l – длина металлического образца, измеренная штангенциркулем.
Поскольку масса образца измеряется в граммах, а длина в миллиметрах, для перевода данных характеристик в систему СИ необходимо результат измерений умножить на 10–3.
Пример: l = 39,4 мм → 39,41*10–3= 0,0394 м
m = 53 гр → 53*10–3= 0,053 кг
Технические весы (рис. 1) — высокочувствительный точный
прибор; они нуждаются в бережном отношении и соблюдении определенных правил обращения, в конструкции весов предусмотрены
необходимые устройства, обеспечивающие правильную их установку и действие.
6
Нормальная работа весов осу1
ществляется при вертикальном
2
положении основной стойки 1.
Для этого на ней укреплен отвес 2, а две передние ножки основания снабжены уравнительными винтами 3.
Технические весы имеют
специальное устройство — ар4
3
ретир 4, позволяющий лишь
на время измерения подниРис. 1. Технические весы
мать опорную пластину с коромыслом и чашками. Во время
же смены грузов, атакже при хранении и переноски весы должны
быть закреплены арретиром. Поворачивать ручку арретира следует плавно.
Штангенциркулем измеряют длины не более 20 см с точностью
0,1 мм. Целые миллиметры отсчитывают по делениям линейки 1.
А десятые доли миллиметра по перемещающемуся нониусу 7, когда
между губками прибора 5 зажат измеряемый предмет.
8
1
4
7
2
3
6
5
Рис. 2. Штангенциркуль: 1 – штанга; 2 – подвижная рамка;
3 – шкала штанги; 4 – губки для внутренних измерений;
5 – губки для наружных измерений; 6 – линейка глубиномера;
7 – нониус; 8 – винт для зажима рамки
7
Выполнение работы
Оборудование:
1. Технические весы с разновесом.
2. Штангенциркуль.
3. Металлический образец.
Перечень используемых измерительных приборов.
Название прибора
Цена деления
Предел измерений
Технические весы
0,01 гр
сумма всех гирь
Штангенциркуль
0,01 мм
150 мм
1. Приготовьте в тетради таблицу для записи результатов измерений и вычислений .
Масса,
m (кг)
Длинна,
l (м)
Диаметр, d
(м)
Объем, V
(м3)
Плотность,
ρизм, (кг/
м3)
Плотность,
ρтабл,(кг/
м3)
Δρабс
(кг/м3)
Δρотн
(%)
2. Проверьте правильность установки весов. Для этого, пользуясь
уравнительными винтами у основания весов, добейтесь, чтобы острие
отвеса совпало с острием шпильки, укрепленной на основании.
3. Определите взвешиванием массу образца с точностью до 0,01 г.
Переведите результат в систему СИ.
4. Измерьте штангенциркулем длину образца с точностью до 0,1 мм.
5. Измерьте штангенциркулем диаметр образца с точностью до
0,1 мм. Переведите результат в систему СИ.
6. Вычислите объем образца по формуле 2.
7. Вычислите плотность по формуле 1.
8. Определить материал из которого выполнен образец.
9. Результаты измерения вычислений занесите в таблицу результатов измерений и вычислений.
10 Вычислите относительную и абсолютную погрешность измерений по формулам:
ρàáñ = ρòàáë − ρèçì
ρàáñ =
8
ρàáñ
* 100%
ρòàáë
Плотности некоторых веществ, ρòàáë :
Железо, сталь 7,80* 103 кг/м3
Алюминий 2,70 *103 кг/м3
Латунь 8,50 *103 кг/м3
Медь 8,90 *103 кг/м3
11. Вывод.
9
Лабораторная работа № 2
ОПЫТНАЯ ПРОВЕРКА ЗАКОНА БОЙЛЯ – МАРИОТТА
Цель работы: Проверка того, что при изменении давления P
и объема V газа данной массы при постоянной температуре выполняется равенство P1V1=P2V2=P3V3.
Если стеклянную трубку, запаянную с одного конца, опустить
в воду, то через открытый ее конец под давлением войдет вода, уровень которой будет повышаться с погружением. Запертый столб воздуха между запаянным концом и вошедшей водой может служить
испытуемым газом. Изменяя глубину погружения трубки, замеряя
объем воздуха и оказываемое на него давление, можно проверить
выполнимость закона изотермического процесса: P1V1=P2V2=P3V3
при Tconst.
Оборудование:
– высокий сосуд с водой
– трубка с масштабной линейкой
– барометр-анероид.
Выполнение работы
1. Опустите трубку открытым концом в цилиндр с водой до дна и установив ее вертикально закрепите
в лапке штатива.
2. С помощью масштабной линей’
H
H
ки измерьте:
– длину запертого столба воздуh
ха (мм),
– положение уровня воды в трубке, вошедшей в нее, от нулевого деления линейки (мм),
– положение уровня воды в цилиндре (мм).
3. Результаты занесите в таблицу.
4. Приподнимите трубку от дна цилиндра вверх приблизительно
на 10 см, закрепите ее в лапке и обратите внимание на уровень вошедшей в нее воды.
5. Произведите те же измерения, что и в пункте 2, а результаты
занесите в таблицу.
10
11
h
13,6
%
∆( pH)ñð
* 100%
pHñð
-
δ=
Среднее
значение
i
-
-
3
i
∑ | pH − p |
Относительная погрешность
Опыт №3
∑=
Абсолютная
погрешность
Вычисляем
-
мм
ртут.
столба
P*H
P=PA –  P
мм ртут.
столба
pHср
Давление
газа
Вычисляем
-
мм
ртут.
столба
PA
Вычисляем
Вычисляем
Опыт №2
мм ртут.
столба
p =
Атмосферное
давление
Измеряем
Опыт №1
мм вод.
столба
мм
Единицы
измерения
мм
h=H – H/
H/
H
Обозначение или
формула
Давление
водяного
столба
Давление
водяного
столба
Уровень
воды
в цилиндре
Длина
воздушного
слоя
Вычисляем
Вычисляем
Измеряем
№ опыта
Измеряем
Таблица 1
6. Проделайте те же операции, приподнимая трубку еще выше.
7. Измерьте атмосферное давление по барометру – анероиду. Заполните таблицу, произведите вычисления и оцените погрешность
(см. табл. 1).
8. Проанализируйте работу и сделайте выводы.
12
Лабораторная работа № 3
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОЁМКОСТИ КОНДЕНСАТОРА
Цель работы: Измерение неизвестных емкостей с помощью эталонной емкости и релаксационного генератора.
В основе работы лежит наблюдение за действием релаксационного генератора, состоящего из конденсатора и неоновой лампы, соединенных параллельно и подключенных через резистор к источнику постоянного напряжения. Когда напряжение на конденсаторе равно напряжению зажигания неоновой лампы, в ней происходит разряд, она загорается, а конденсатор разряжается. Так повторяется все время, пока конденсатор через резистор подключен к
источнику питания. Время зарядки конденсатора пропорционально его емкости.
Для выполнения работы используется установка, смонтированная в корпус.
Обозначения: Сх – конденсаторы неизвестной емкости (их три).
Cэ – эталонный конденсатор емкостью 1 мкФ.
Ход работы:
1. Установить переключатель в положение Сэ.
2. Потенциометром подобрать удобную для отсчета частоту вспышек лампы.
В ДАЛЬНЕЙШЕМ ПОЛОЖЕНИЕ ДВИЖКА ПОТЕНЦИОМЕТРА
ИЗМЕНЯТЬ НЕЛЬЗЯ!
3. Подсчитать число вспышек nэ за 1 мин.
4. Поставить переключатель в положение Сх.
5. Подсоединить 2 провода к клеммам Сх (к общему вводу).
6. Два других провода присоединить к клеммам Сх1, Сх2, Сх3 поочередно.
7. Подсчитать число вспышек nx за одну минуту.
8. Проделать опыт со всеми встроенными конденсаторами.
9. Провести вычисления по формулам:
Ñn
Ñý nx
=
→ Ñx = ý ý
Ñõ ný
nx
13
Результаты измерений и вычислений заносят в таблицу:
Длительность
вспышек
Число
вспышек
Свычисл
Спасп
СЭ
1 мкФ
СХ1
0,5
мкФ
СХ2
10
мкФ
СХ3
(1-2)
мкФ
Ñïàñï − Ñâû÷èñë
Ñïàñï
Контрольный вопрос:
1. Как надо соединить конденсаторы для получения наибольшей
емкости? Докажите.
ПОЛЬЗУЯСЬ СХЕМОЙ – БУДЬТЕ ОСТОРОЖНЫ! НЕ КАСАЙТЕ
ОГОЛЁННЫХ МЕСТ И СОЕДИНЕНИЙ!
14
Лабораторная работа № 4
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРОВОДНИКА
Цель работы: Определить сопротивление материала из которого
сделан провод реостата и найти название сплава.
L
Теория: Из формулы R = ρ следует, что для определения удельs
ного сопротивления проводника
RS
(1)
L
достаточно измерить его сопротивление R, длину провода L и плоρ=
щадь поперечного сечения S.
В данной работе определяется удельное сопротивление материала, из которого сделан провод реостата. Сопротивление реостата /
его части определяют по закону Ома, с помощью амперметра и вольтметра:
R=
U
.
I
(2)
Для определения площади поперечного сечения провода
s=
πd2
4
(3)
необходимо знать его диаметр. Диаметр провода можно определить,
измерив штангенциркулем длину включенной части реостата l и сосчитав число витков в ней N.
l
d = . N
(4)
Длину провода, включенного в цепь, можно определить, измерив
диаметр витка D по формуле:
L = πDN.
(5)
Ход работы:
1. Соберите электрическую цепь по схеме ниже.
2. Введите максимальное сопротивление реостата и после проверки преподавателем, включите в цепь.
15
A
V
3. Уменьшая сопротивление реостата, оставьте введенной такую
его часть, чтобы Вы могли сосчитать число витков в ней, но чтобы
измерительные приборы при этом не зашкаливали.
4. Измерьте силу тока I и напряжение U и вычислите сопротивление R введенной части реостата по формуле 2.
5. Измерьте штангенциркулем длину введенной части реостата l, сосчитайте число витков в ней N и вычислите диаметр провода d по формуле 4 и площадь его сечения S по формуле 3.
6. Измерьте штангенциркулем диаметр витка реостата D и вычислите длину провода L по формуле 5.
7. Вычислите удельное сопротивление p по формуле 1.
8. Составьте таблицу приборов для амперметра, вольтметра,
штангенциркуля.
9. Определите погрешности измерений.
10. Составьте таблицу измерений и вычислений.
Таблица приборов
Название прибора
Цена деления
Предел измерения
Амперметр
Вольтметр
Штангенциркуль
0,02А
0,2 В
0,1мм
1,5 А
15 В
200 Мм
Примечание
Внимание! Значения l и D измеряются штангенциркулем в мм. Затем
переводятся в систему СИ, то есть домножаются на 10–3 и в дальнейших расчетах используются в метрах.
16
R=
U , Ом
I
, Ом*м
p òàáë
RS
L
p îòí =
∆p
òàáë * 100%
p
Относительная погрешность
Относительная погрешность
Δ p = p òàáë − p èçì
p=
Удельное сопротивление проводника
Длина провода L=πDN, м
Диаметр витка реостата D, мм
4
Площадь поперечного сечения провоπd2 , м2
да s =
Диаметр провода d = l , м
N
Число витков N
Длина вкл. части реостата l, мм
Сопротивление
Сила тока I, А
Напряжение U, В
Таблица измерений и вычислений
Удельное сопротивление некоторых материалов:
алюминий 2.8*10 Ом*м;
константан 49*10 Ом*м;
нихром 110*10 Ом*м.
Вывод.
17
Лабораторная работа № 5
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭДС И ВНУТРЕННЕГО СОПРОТИВЛЕНИЯ
ИСТОЧНИКА ТОКА
Цель работы: сравнение значений ЭДС, полученных на основании двух измерений: с использованием закона Ома для всей цепи
и непосредственным измерением с помощью вольтметра.
Основы теории:
ЭДС источника – это физическая величина, численно равная работе стороннего поля по перемещению единичного положительного
заряда внутри источника тока.
Один из способов, позволяющих определить ЭДС, состоит в подключении вольтметра к источнику тока. При разомкнутой внешней
цепи и достаточно большом сопротивлении вольтметра, значение,
которое он покажет, должно совпадать со значением ЭДС.
Существует и другой способ. Оказывается, что если в электрической цепи изменять реостатом внешнее сопротивление, то ток будет
меняться.
Следовательно, изменится падение напряжения внутри источника и напряжение на внешнем участке. Но при этом ЭДС и внутреннее сопротивление источника останется постоянным. На этом принципе основано измерение величины ЭДС и внутреннего сопротивления источника, т.е.
ε = U + Ir ,
где U и I – величины изменяемые, а ε и r – величины постоянные.
Таблица приборов
Название
прибора
Цена деления
Предел измерения
Амперметр
Вольтметр
Реостат
0,02А
0,2 В
1,5 А
15 В
30 Ом
Примечание
Указания к работе:
1. Собрать цепь из источника тока, реостата, амперметра и ключа,
соединенных последовательно.
2. К зажимам батареи подключить вольтметр.
3. Схему опыта зарисовать.
18
4. После проверки схемы преподавателем, измерить амперметром силу
тока и вольтметром напряжение в цепи при одном крайнем положении реостата. Результаты записать в таблицу.
5. Поставить ползун в другое крайнее положение и повторить измерения.
Результаты записать в таблицу.
-
A
+
V
Таблица измерений и вычислений
Сила
тока
Дел.
Велич.
Напряжение
Дел.
Велич.
Эдс источника
Вычисл.
Измер.
Внутрен.
сопрот.
Вычисл.
Погрешность
Абсолют.
Относ.
Расчеты:
 ε = U1 + I1r
с двумя переменными
Решая систему уравнений 
ε = U2 + I2r
U − U2
ε и r вычислить внутреннее сопротивление источника r = 1
I2 − I1
и его ЭДС.
6. Отключив внешнюю цепь, измерить вольтметром ЭДС источника и записать в таблицу.
7. Сравнить вычисленное значение ЭДС с измеренным вольтметром и определить погрешность измерения, считая истинным значением ЭДС, показания вольтметра.
Контрольный вопрос:
На каждом рабочем месте для проведения лабораторной работы
выставлены одни и те же (по типу) источники тока и приборы. Одинаковый ли получится результат?
8. Вывод.
19
Лабораторная работа № 6
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ МОЩНОСТИ,
ПОТРЕБЛЯЕМОЙ ЛАМПОЙ НАКАЛИВАНИЯ,
ОТ НАПРЯЖЕНИЯ НА ЕЁ ЗАЖИМАХ
Цель работы: научиться строить характеристику зависимости
мощности лампы от напряжения.
Теория: Мощность тока – величина, характеризующая с какой
скоростью совершается работа тока. Так как работа тока может
быть определена по формуле A= IUt, то мощность тока P можно вычислить, зная величину тока I и напряжения U по формуле: P= IU.
Из формулы видно, что мощность тока зависит от напряжения. Исследование зависимости тока от напряжения и является целью этой работы.
Оборудование:
1. Источник тока.
2. Лампы разной мощности на панели.
3. Вольтметр астатический ( на 300 В ).
4. Амперметр астатический.
5. Реостат ползунковый.
6. Провода соединительные.
7. Ключ.
Схема:
А
+
V
-
Таблица приборов
№
Название
Цена деления
Предел измерений
1
Амперметр
0,02 А
45 А
2
Вольтметр
0,2 В
15 В
3
Реостат
20
100 Ом
Тип прибора
Ход работы:
1. Собрать по схеме цепь и дать проверить ее преподавателю.
2. Замкнуть цепь и при помощи реостата дать наименьшее значение напряжения для одной из ламп. Записать показания I и U.
3. Постепенно выводя реостат, записывать показание приборов.
Снять не менее 7 показаний.
4.Измерение проводить до тех пор, пока не будет достигнуто то
напряжение, на которое рассчитана лампа.
5. Для каждого значения напряжения и силы тока вычислить
мощность. Результаты записывать в таблицу.
6. Для каждого значения напряжения подсчитать:
U
а) сопротивление нити лампы: r =
I
r − r0
б) температуру нити лампы: ∆T =
,
r0 * α
где α = 5*10–3 К–1 – температурный коэффициент сопротивления
вольфрама; r0 – сопротивление нити лампы в холодном состоянии
(узнать у преподавателя).
7. Все измерения и результаты записать в таблицу.
Таблица измерений и вычислений
№
опыта
Напряжение
на лампе U
(В)
Сила тока
в лампе I
(А)
Мощность
тока через
лампу P (Вт)
Сопротивление нити
r(Ом)
Температуранити Т(К)
1
2
3
4
5
6
7
Вычисления:
Дать пример 1-2 вычислений мощности, сопротивления, температуры.
8. Построить график зависимости:
P от U 1см – 1В
1см – 0,5 ВТ
21
9. Проанализировать таблицу и графики, сделать выводы:
1. Как зависит P от U.
2. Как влияет U на T.
3. Как меняется r от T.
Примерный вид характеристики.
P, BT
4
3
2
1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1112 U, B
22
Лабораторная работа № 7
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПРОВОДНИКА С ТОКОМ
И МАГНИТНОГО ПОЛЯ
Цель работы: изучение влияния магнитного поля на проводник
с током.
Оборудование:
– «качалка»;
– магнитная стрелка;
– магнит;
– амперметр (1,5 А);
– выпрямитель (4 В);
– реостат (30 Ом).
Таблица приборов
Название прибора
Цена деления
Предел измерения
Амперметр
Выпрямитель
Реостат
0,02А
0,2 В
1,5 А
4В
30 Ом
Примечание
Ход работы:
1. Собрать электрическую цепь из последовательно соединенных
выпрямителя, реостата, амперметра и «качалки».
2. Дать проверить схему преподавателю.
3. С помощью реостата установить ток по амперметру в 1,5 А.
Включать питание на очень короткое время, чтобы не вышел из
строя амперметр.
4. Приступить к выполнению первой части работы.
Исследование взаимодействия проводника с током и магнитной стрелки.
5. Расположите магнитную стрелку под проводником так, чтобы
ее ось была параллельна проводнику.
6. На короткое время включите ток. Наблюдайте отклонение
стрелки.
7. Зарисуйте положение стрелки и направление тока в проводнике.
8. Проделайте тот же опыт, расположив стрелку над проводником.
9. На том же рисунке отметьте положение стрелки.
10. На рисунке должны быть указаны: положение стрелки в обоих случаях, направление тока в проводнике, направление силовых
линий магнитного поля прямолинейного тока.
23
11. проанализировать явление, сделайте выводы и запишите их
рядом с рисунком.
Исследование взаимодействия проводника с током и магнита.
1. Определите полюса магнита. Расположите магнит так, чтобы
проводник был между его полюсами. Включите на короткое время
ток. Наблюдайте явление. Сделайте рисунок с указанием: направления тока в проводнике магнитного поля магнита, силовых линий
магнитного поля проводника.
2. Проделайте еще 2 опыта: а) изменив направление тока в проводнике, б) изменив направление магнитного поля магнита.
Сделайте рисунок для каждого опыта.
3. Расположите магнит так, чтобы силовые линии его были параллельны основанию «качалки». Наблюдайте явление. Сделайте
рисунок.
4. Проанализировав данные опытов сделайте выводы.
Вобщ
+
Против
часовой
В3
I
В3
По часовой
В3
BI
Вобщ
N
S
Fa
I
-
Вмагн
+
S
Fa
I
Вмагн
+
+
-
N
Контрольные вопросы:
1. Объясните, куда и почему движется проводник.
2. Проанализировав результаты работы сделайте общие выводы.
24
Лабораторная работа № 8
ИЗУЧЕНИЕ ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ
ПОСТОЯННОГО МАГНИТА
Цель работы: установить взаимосвязь между изменением магнитного поля постоянного магнита внутри катушки и возникающей
в ней ЭДС индукции, убедиться в правильности закона Джоуля – Ленца
и схематически изобразить эту взаимосвязь для четырех опытов.
При движении или удалении магнита из катушки, замкнутой
на гальванометр, в ней возникает эдс индукции, определяемая по
закону:
E=
−∆Ô
,
∆t
∆Ô
– изменение магнитного потока магнита.
где E – э.д.с. индукции;
∆t
Знак «–» означает, что индукционный ток в контуре имеет всегда
такое направление, что создаваемое им магнитное поле препятствует
изменению магнитного потока, вызвавшему этот индукционный ток.
Ход работы:
1. Собрать электрическую цепь из последовательно соединенных
между собой резистора, гальванометра, катушки.
N’
s
U
B’
B
N
S’
q
U
s
N
S’
Рис. 2
N’
N
N
s
B’
B
q
N’
Рис. 1
U
B’
B
q
U
s
N
S’
B’
B
S’
Рис. 3
Рис. 4
25
2. Вставить магнит (северный полюс внизу) в катушку следя за
отклонением стрелки гальванометра, зафиксировать его, записать
в тетрадку. Вставить магнит в катушку, дождаться установления
стрелки гальванометра на «О».
3. Удалить магнит из катушки, фиксируя сторону отклонения
стрелки гальванометра, ( сделать запись в тетради).
4. Вставить магнит (южный полюс внизу) в катушку, следя за
отклонением стрелки гальванометра, зафиксировать его. Вставить
магнит в катушку, дождаться установления стрелки гальванометра
на «О».
5 Удалить магнит из катушки, фиксируя сторону отклонения
стрелки гальванометра.
6. Зарисуйте каждый из опытов пунктов 2-5 (4 рисунка) с указанием направления движения магнита с обозначением его полюсов,
направления магнитного поля магнита с обозначением направления вектора индукции В, направления отклонения стрелки гальванометра (вправо или влево),направления вектора индукционного
магнитного поля катушки – В , с обозначением ее полюсов, направлений индукционного тока и Э.Д.С. в катушке и в электрической цепи.
7. Увеличить скорость вдвижения и выдвижения магнита в опытах 4 и 5 и проследить за отклонением стрелки гальванометра.
Представьте один из возможных рисунков.
S
B
U
N
N’
B’
q
N – северный полюс магнита
N/ – северный полюс соленоида
S – южный полюс магнита
S/ – южный полюс соленоида
q – гальванометр
u – направление движение магнита
B – направление линий индукции постоянного магнита
B/ – направление линий индукции внутри соленоида
S’
Контрольные вопросы:
1. Зависит ли отброс стрелки гальванометра от скорости движения
магнита? Проверьте.
2. Как можно увеличить чувствительность лабораторной установки?
26
Лабораторная работа № 9
СБОРКА ТРАНЗИСТОРНОГО ПРИЁМНИКА
С УСИЛИТЕЛЕМ НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ
Цель работы:
– практическая сборка радиоприемника.
– анализ работы радиоприемника
– прием сигналов радиостанций в диапазонах ДБ и СБ.
Основы теории: При радиоприеме в антенне и приемном контуре
радиоприемника индуцируются модулированные электрические колебания. Это колебания высокой (несущей) частоты, амплитуда которых периодически изменяется с частотой передаваемых сигналов.
Антенна улавливает в большей или меньшей степени сигналы всех
работающих станций. Меняя емкость переменного конденсатора приемного контура, настраивают его на частоту радиостанции, которую
принимают. Слабые колебания высокой частоты поступают в детектор (полупроводниковый или ламповый). В детекторе происходит выделение низкочастотной составляющей колебаний из колебаний с
несущей частотой. Из детектированных колебаний выделяется низкочастотная (звуковая) составляющая, которая усиливается в УНЧ
и подается на воспроизводящее устройство (динамик, телефон).
УНЧ
Оборудование:
№
Название
1
Контурная катушка
2
Диод
3
Динамик
4
Резистор
5
Конденсатор
6
Транзистор
7
и т. д.
Обозначение по схеме
Примечание в каждом блоке
27
Принципиальная схема радиоприемника.
R 2- +
Д1
BA1
c2
c1
T1
T2
R1
K1
Порядок сборки.
1. Соединить приемный колебательный контур с детекторным
контуром.
2. Подключить головные телефоны.
НЕ ПУТАТЬ ПОЛЯРНОСТЬ ВКЛЮЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО КОНДЕНСАТОРА!
ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ВКЛЮЧАТЬ В ПРИСУТСТВИИ
ПРЕПОДАВАТЕЛЯ!
4. Подключить антенну и головные телефоны.
5. Дать проверить схему преподавателю.
6. Прослушать работу радиоприемника в диапазонах СВ и ДВ,
используя конденсатор переменной емкости.
7. Оформить отчет о работе:
а) оборудование (заполнить таблицу)
б) принципиальная схема приемника (написать название каждого блока)
в) ответы на контрольные вопросы
Контрольные вопросы:
1. Начертить графики колебаний:
а) в приемном контуре
б) после детектирования
в) на входе головных телефонов
28
Лабораторная работа №10
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИЧЕСКОЙ СИЛЫ ЛИНЗЫ
Цель работы: научиться определять оптическую силу собирающей линзы.
1 1
1
Позволяет найти оптическую силу линзы : D = =
+
F d1 d2
Оборудование:
– источник питания лампы накаливания;
– лампа в кожухе с прорезью в виде буквы «г»;
– линза;
– экран;
– измерительная линейка.
1. Определение оптической силы собирающей линзы
Расположите собирающую линзу между предметом и экраном.
Добейтесь получения на экране:
а) увеличенного
б) уменьшенного
в) равного
изображений предмета в виде буквы «Г», освещенного лампочкой.
Результаты измерений в таблицу:
№
Расст. от
линзы до
предмета
(м) d1
Расст.от
линзы до изображения
(м) d2
Оптич. сила
линзы (дптр)
Абсол. погр.
(дптр) ΔD
1
D=
F
1
Dср-D1
2
Dcр-D2
3
Dcр-D3
Относ. погр. (%)
∆D
D
∆DÑÐ
* 100%
DÑÐ
Вычисления:
1 1
1
1
(по формуле)
=
+ , ãäå = D − îïòè÷åñêàÿ ñèëà ëèíçû
F d1 d2
F
d1 – расстояние от линзы до предмета
d2 – расстояние от линзы до экрана
Среднее значение: D1 + D2 + D3 = DÑÐ
3
29
∆DÑÐ =
(Ñð − D1) + (Ñð − D2) + (Ñð − D3)
3
Схема опыта: построить изображения для всех случаев (3 рисунка)
Контрольные вопросы:
1. Почему нельзя пользоваться для получения изображения нитью лампочки?
2. Что происходит с изображением предмета, если закрыть
а) верхнюю половину линзы?
б) нижнюю половину линзы?
Проделать опыты и дать пояснение.
30
Лабораторная работа №11
ИЗУЧЕНИЕ ЯВЛЕНИЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ СВЕТА.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ СТЕКЛА
Цель работы: Научиться определять показатель преломления
стекла.
Основы теории:
A
При попадании света на границу
раздела двух прозрачных сред, часть
α
света проходит через границу, изменяя
B
направление. Это явление называется –
преломлением.
α1
При этом между углами падения α,
α1 и преломления β, β1 существует опреβ
деленная связь:
sin α
=n
sin β
β1
где n – показатель преломления второй
E
среды относительно первой.
В данной работе определяется абсолютный показатель преломления стекла, т.е. показатель преломления стекла относительно вакуума (воздуха).
Абсолютный показатель преломления всех веществ больше 1,
т.к. он показывает, во сколько раз скорость света в данной среде
меньше,чем в вакууме.
Приборы и материалы: источник света, экран со щелью, стеклянная пластинка, угольник, транспортир.
Ход работы:
1. Включить источник света, установить перед ним экран со щелью, получить тонкий луч света.
2. На лист бумаги (отчет) положить стеклянную пластинку, очертить ее карандашом, направить луч на одну из параллельных граней, отметить цветным карандашом по ходу луча точки А, В, С, Е
(см. рис.), начертить падающий, преломленный и вышедший лучи
и перпендикуляры пластины в точках падения.
3. Сделать вывод о похождении луча света через пластину.
4. Аналогично изучить прохождение луча света через призму.
5. Поворачивая призму по отношению к лучу света, добиться
полного отражения света, начертить ход лучей, сделать вывод.
31
6. Для любых 3-х случаев преломления определите углы падения и отражения, вычислите показатель преломления, найдите его
среднее значение.
7. Определите абсолютную и относительную погрешности по
среднему значению
Схема опытов:
Содержание опыта
Ход лучей света
Выводы
1. Прохождение света через пластинку с параллельными гранями.
2. Прохождение света через трехгранную призму.
3. Полное отражение света.
Таблица измерений и вычислений:
№ оп.
Направление
света
Угол падения.
Угол преломления.
Показатель
преломления
стекла.
Воздух –
стекло
Стекло –
воздух
Расчет погрешностей:
Вычисл.
знач.
Среднее знач.
Абс. погрешность.
Контрольные вопросы:
1. От чего зависит показатель преломления?
2. От чего зависит точность этой работы?
32
Относит.погреши.
Лабораторная работа № 12
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ СВЕТОВОЙ ВОЛНЫ ПРИ ПОМОЩИ
ДИФРАКЦИОННОЙ РЕШЕТКИ
Цель работы: определить длину волны(красного или фиолетового спектра).
Дифракционная решетка представляет собой совокупность большого числа очень узких параллельных щелей, разделенных непрозрачными промежутками. Общая ширина щели и непрозрачного промежутка называется периодом решетки. Например, если на
дифракционной решетке имеется 100 штрихов на 1 мм, то период
или постоянная дифракционной решетки d = 0,01 мм.
На рис. 1 представлена схема хода лучей через решетку. Лучи,
проходящие через решетку перпендикулярно ее плоскости, попадают в зрачок наблюдателя и образуют
b
на сетчатке глаза обычное изображение источника света. Лучи, огибающие края щелей решетки, имеют неo
c
которую разность хода, зависящую
α
d
от угла. Если эта разность равна длине волны λ илиλ * n, где n – целое число,
α
то каждая такая пара лучей образует на
сетчатке изображение источника, цвет
которого определяется соответствующей длиной волны λ. Смотря сквозь решетку на источник света, наблюдатель,
кроме этого источника, видит располоРис. 1
женные симметрично по обе стороны от
него дифракционные спектры. Ближайшая пара спектров (1-го порядка) соответствует разности хода лучей, равной λ для соответствующего цвета. Более удаленная пара спектров (2 – го
порядка) соответствует разности хода лучей, равной 2 λ, и т. д.
Как видно из схемы,
d sin α
λ = ,
n
где d – известный период решетки; n – порядок спектра.
Значит, чтобы определить длину волны, соответствующей линии определенного цвета, достаточно найти:
33
b b
sin α = ≈ .
α α
Для этого служит прибор. Его линейка, разделенная на миллиметры, с перемещающимся вдоль нее черным экраном. Посередине экрана имеется прорезь, с помощью которой прибор направляло на источник света. На другом конце линейки закреплена дифракционная решетка. Смотря сквозь решетку и прорезь на
источник света, наблюдатель увидит на черном фоне экрана по обе
стороны от прорези дифракционные спектры 1-го, 2-го и т. д. порядков. Расстояние отсчитывают по линейке от решетки до экрана, расстояние 8 от прорези до линии спектра определяемой длины волны.
Выполнение работы
Оборудование:
1) прибор для определения длины световой волны на подставке;
2) дифракционная решетка с периодом 0,02 или 0,01 мм;
3) источник света.
Порядок
спектра
Постояннаярешетки
Расстояние
от решетки
до шкалы
Границы спектра
К
Ф
Длина световой
волны
К
Ф
1. Подготовьте в тетради таблицу для записи результата измерений и вычислений.
2. Поместите дифракционную решетку в рамку прибора и укрепите его в подставке подъемного столика.
3. Смотря сквозь дифракционную решетку, направьте прибор на
источник света так, чтобы последний был виден сквозь узкую прицельную щель щитка. При этом по обе стороны щитка на черном фоне заметны дифракционные спектры нескольких порядков. В случае наклонного положения спектров поверяйте решетку на некоторый угол до устранения перекоса.
4. По шкале щитка, рассматриваемой через решетку, определите
красную и фиолетовую границы спектров 1-го и 2-го порядков.
5. По делениям, нанесенным на бруске, определите расстояние
от дифракционной решетки до шкалы.
6. Результаты измерений занесите в таблицу.
34
7. Установите ползунок с экраном на другом расстоянии от решетки и повторите измерения.
8. Определите длину световой волны для красных и фиолетовых
лучей по уравнению, приведенному выше. (Поскольку углы, под
которыми наблюдают границы спектров для решетки с d – 0,01 мм,
не превышают 4°, вместо синусов можно использовать значения
тангенсов).
9. Определите среднее значение длины волны для красной и фиолетовой границ спектра.
Контрольные вопросы:
1. Что называется периодом решетки?
2. Как образуется дифракционный спектр и чем он отличается от
дисперсионного?
3. Какова последовательность в расположении красной и фиолетовой частей дифракционного спектра относительно середины?
4. Как влияет период дифракционной решетки на расстояние
между участками дифракционных спектров?
35
Лабораторная работа № 13
НАБЛЮДЕНИЕ СПЕКТРОВ
Основы теории: спектры, полученные от самосветящихся тел,
являются спектрами испускания. Такие спектры могут быть:
а) сплошными – от светящихся твердых и жидких тел
б) линейчатыми – от светящихся газов и паров
в) полосатыми – создаются излучением молекул
Линейчатые спектры химических веществ отличаются цветом,
положением и числом отдельных светящихся линий как в видимой,
так и в невидимой частях спектра. Линейчатые спектры создаются излучением отдельных атомов, не связанных в молекулы. Светящиеся линии называют эмиссионными линиями. В данной работе
нужно пронаблюдать сплошные и линейчатые спектры различных
элементов.
Оборудование:
выпрямитель ВС-4-12 (на 8 В);
разрядник «Спектр -1»;
газоразрядные трубки (2 шт.);
лампа накаливания;
спектроскоп прямого зрения.
Схема опыта (зарисовать).
Ход работы:
1. Соединить проводниками разрядник «Спектр -1» с выпрямителем ВС-4-12, соблюдая полярность.
2. Включить лампу накаливания в сеть.
3. С помощью спектроскопа прямого зрения пронаблюдать
спектр накаленной нити вольфрама.
4. Спектр зарисовать в прямоугольнике размером 1 см на 7 см,
отводя для каждого цвета квадрат 1×1 см.
5. Вставляя в разрядник ВЫКЛЮЧЕННЫЙ – поочередно трубки с различными газами, пронаблюдать их спектры.
6. Все спектры зарисовать согласно п. 4.
7. Внимательно рассмотрев все полученные спектры сделайте соответствующие выводы.
36
Содержание
Введение......................................................................... Лабораторная работа № 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ
ТВЕРДОГО ТЕЛА С ПОМОЩЬЮ ШТАНГЕНЦИРКУЛЯ
И ТЕХНИЧЕСКИХ ВЕСОВ.................................................... 3
6
Лабораторная работа № 2. ОПЫТНАЯ ПРОВЕРКА
ЗАКОНА БОЙЛЯ – МАРИОТТА............................................. 10
Лабораторная работа № 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ
ЭЛЕКТРОЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРА.................................... 13
Лабораторная работа № 4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО
СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРОВОДНИКА........................................ 15
Лабораторная работа № 5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭДС
И ВНУТРЕННЕГО СОПРОТИВЛЕНИЯ
ИСТОЧНИКА ТОКА............................................................ 18
Лабораторная работа № 6. ИССЛЕДОВАНИЕ
ЗАВИСИМОСТИ МОЩНОСТИ, ПОТРЕБЛЯЕМОЙ
ЛАМПОЙ НАКАЛИВАНИЯ, ОТ НАПРЯЖЕНИЯ
НА ЕЕ ЗАЖИМАХ............................................................. 20
Лабораторная работа № 7. ИССЛЕДОВАНИЕ
ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПРОВОДНИКА С ТОКОМ
И МАГНИТНОГО ПОЛЯ....................................................... 23
Лабораторная работа № 8. ИЗУЧЕНИЕ ИНДУКЦИИ
МАГНИТНОГО ПОЛЯ ПОСТОЯННОГО МАГНИТА........................
25
Лабораторная работа № 9. СБОРКА ТРАНЗИСТОРНОГО
ПРИЕМНИКА С УСИЛИТЕЛЕМ НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ.................. 27
Лабораторная работа №10. ОПРЕДЕЛЕНИЕ
ОПТИЧЕСКОЙ СИЛЫ ЛИНЗЫ.............................................. 29
Лабораторная работа №11. ИЗУЧЕНИЕ ЯВЛЕНИЯ
ПРЕЛОМЛЕНИЯ СВЕТА. ОПРЕДЕЛЕНИЕ
ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ СТЕКЛА ............................... Лабораторная работа № 12. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ
СВЕТОВОЙ ВОЛНЫ ПРИ ПОМОЩИ
ДИФРАКЦИОННОЙ РЕШЕТКИ............................................ 31
33
Лабораторная работа № 13. НАБЛЮДЕНИЕ СПЕКТРОВ.......... 36
Для заметок
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
1 028 Кб
Теги
vereshagina
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа