close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Veshagina

код для вставкиСкачать
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное
образовательное учреждение высшего образования
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ
ФИЗИКА
Методические указания
к выполнению лабораторных работ
Санкт-Петербург
2017
Составитель – Т. Н. Вещагина
Рецензент – В. В. Палкина
Включают 13 лабораторных работ, каждая из которых предназначена для закрепления теоретического материала внутри отдельных разделов дисциплины «Физика».
Рекомендуется студентам первого курса для самостоятельного
выполнения работ по дисциплине «Физика».
Публикуется в авторской редакции.
Верстальщик И. Н. Мороз
Сдано в набор 03.10.17. Подписано к печати 01.11.17.
Формат 60×841/16. Усл. печ. л. 1,86.
Уч.-изд. л. 2,0. Тираж 50 экз. Заказ № 447.
Редакционно-издательский центр ГУАП
190000, Санкт-Петербург, Б. Морская ул., 67
© Санкт-Петербургский государственный
университет аэрокосмического
приборостроения, 2017
ВВЕДЕНИЕ
Методические указания позволяют студентам первого курса
в полной мере применить знания и умения, полученные в процессе
изучения дисциплины « Физика». Учебная дисциплина «Физика»
является профильной общеобразовательной дисциплиной.
Содержание программы учебной дисциплины и указаний направлено на достижение следующих целей:
–  освоение знаний о фундаментальных физических законах
и принципах, лежащих в основе современной физической картины мира; наиболее важных открытиях в области физики, оказавших определяющее влияние на развитие техники и технологии;
методах научного познания природы;
– овладение умениями проводить наблюдения, планировать
и выполнять эксперименты, выдвигать гипотезы и строить модели, применять полученные знания по физике для объяснения разнообразных физических явлений и свойств веществ; практически
использовать физические знания; оценивать достоверность естественно-научной информации;
– развитие познавательных интересов, интеллектуальных
и творческих способностей в процессе приобретения знаний и умений по физике с использованием различных источников информации и современных информационных технологий;
– воспитание убежденности в возможности познания законов
природы, использования достижений физики на благо развития
человеческой цивилизации; необходимости сотрудничества в процессе совместного выполнения задач, уважительного отношения
к мнению оппонента при обсуждении проблем естественнонаучного содержания; готовности к морально-этической оценке исполь3
зования научных достижений, чувства ответственности за защиту
окружающей среды;
– использование приобретенных знаний и умений для решения
практических задач повседневной жизни, обеспечения безопасности собственной жизни, рационального природопользования и охраны окружающей среды, и возможность применения знаний при
решении задач, возникающих в последующей профессиональной
деятельности.
Программа по дисциплине разработана на основе требований
ФГОС среднего общего образования, предъявляемых к структуре,
содержанию и результатам освоения учебной дисциплины «Физика», в соответствии с Рекомендациями по организации получения
среднего общего образования в пределах освоения образовательных программ среднего профессионального образования на базе
основного общего образования с учетом требований федеральных
государственных образовательных стандартов и получаемой профессии или специальности среднего профессионального образования.
Методические указания включают 13 лабораторных работ, которые соответствуют разделам дисциплины «Физика». Каждая лабораторная работа позволяет:
1) проверить правильность выполнения законов физики;
2) исследовать на практике зависимости физических величин;
3) проследить взаимодействие физических параметров между
собой;
4) научиться самостоятельно составлять электрические схемы
и использовать их для проведения измерения физических величин;
5) закрепить навыки подключения элементов в электрическую
цепь;
6) наблюдать и изучать явления преломления и отражения света.
Указания предназначены для того чтобы студент мог самостоятельно выполнить лабораторный практикум по дисциплине
«Физика».
Лабораторная работа № 1
Измерение погрешностей величин
и оценка границ погрешностей измерений
Цель работы: определение объёма и массы твёрдого тела с помощью специальных измерительных приборов, расчёт его плотно4
сти, определение абсолютной и относительной погрешности и материала образца.
Плотность однородного тела равна отношению массы этого тела
к его объему:
m
p= ,
(1)
V
m – масса, кг; V – объём, 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.
πd2l
,
(2)
4
V – объём, м3; π – 3,14; d – диаметр металлического образца, измеренный штангенциркулем; l – длина металлического образца, измеренная штангенциркулем.
V=
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
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.
Нормальная работа весов осуществляется при вертикальном положении основной стойки 1. Для
этого на ней укреплен отвес 2, а две
1
2
3
4
3
Рис. 1
5
передние ножки основания снабжены уравнительными винтами 3.
Технические весы имеют специальное устройство – арретир 4,
позволяющий лишь на время измерения поднимать опорную пластину с коромыслом и чашками. Во время же смены грузов, а также при хранении и переноски весы должны быть закреплены арретиром. Поворачивать ручку арретира следует плавно.
Штангенциркуль
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.
1
4
8
7
5
2
6
3
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.
Рис. 2
Выполнение работы
Оборудование:
1. Технические весы с разновесом.
2. Штангенциркуль.
3. Металлический образец.
Перечень используемых измерительных приборов
6
Название прибора
Цена деления
Предел измерений
Технические весы
Штангенциркуль
0,01 гр
0,01 мм
сумма всех гирь
150 мм
1. Приготовьте в тетради таблицу для записи результатов измерений и вычислений.
Масса, Длина, Диаметр, Объём, Плотность, Плотность,
m (кг)
l (м)
d (м)
V (м3) ρизм, (кг/м3) 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, укреплённой 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 объём 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:
Δρàáñ = | ρòàáë - ρèçì|,
Δρàáñ =
Δρàáñ
×100%.
ρòàáë
Плотности некоторых веществ, rтаабл:
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.
Контрольные вопросы
1. В каких единицах измеряется масса образца в данной работе?
2. В каких единицах измеряется длина образца в данной работе?
3. Каким образом данные переводятся в систему СИ?
4. Каким образом определяется материал образца?
7
Лабораторная работа № 2
Изучение особенностей теплового расширения воды
и твердых тел
Цель работы: проверка того, что при изменении давления р
и объёма v газа данной массы при постоянной температуре выполняется равенство
P1 × V1 = P2 × V2 = P3 × V3 .
Если стеклянную трубку, запаянную с одного конца, опустить
в воду, то через открытый её 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 объём воздуха и оказываемое на него давление, можно проверить выполнимость закона изотермического процесса:
P1 × V1 = P2 × V2 = P3 × V3 , при Tconst.
Оборудование
–– высокий сосуд с водой;
–– трубка с масштабной линейкой;
–– барометр-анероид.
Выполнение работы
8
Диаметр
провода
l
d = ,ì
N
Площадь
поперечного
сечения
провода
S=
nd2
,ì
4
Диаметр витка
реостата D, мм
Число витков
N
Сопротивление
U
R = , Îì
I
Длина вкл.
части реостата
l, мм
Сила тока
I, А
Напряжение U, В
1. Опустите трубку открытым концом в цилиндр с водой до дна
и установив её вертикально закрепите в лапке штатива.
2. С помощью масштабной линейки измерьте:
–– длину запертого столба воздуха (мм),
–– положение
уровня
воды
H
в трубке, вошедшей в неё, от нулевого деления линейки (мм),
H′
–– положение уровня воды в цилиндре (мм).
h
3. Результаты занесите в таблицу.
4. Приподнимите трубку от дна
цилиндра вверх приблизительно на
10 см, закрепите её в лапке и обратите внимание на уровень вошедРис. 1
шей в неё воды.
5. Произведите те же измерения, что и в пункте 2, а результаты занесите в таблицу.
6. Проделайте те же операции, приподнимая трубку ещё выше.
7. Измерьте атмосферное давление по барометру-анероиду.
­Заполните таблицу, произведите вычисления и оцените погрешность.
Контрольные вопросы
1. Сформулируйте закон Бойля-Мариотта.
2. Дайте определение понятию «изопроцесс».
3. Что является в данной работе испытуемым газом?
4. Каким образом вычисляются погрешности?
Длина
Удельное
сопротивлепровода
L = πDN, ì ние проводника
RS
=
p
, Îì ⋅ ì
L
p табл
Относительная
погрешность
Относительная
ρîòí =
погрешность
Δρ
Δρ = ρòàáë −=
ρèçì
òàáë. ⋅100%
ρ
9
Лабораторная работа № 3
Изучение явления электромагнитной индукции
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
Амперметр
Выпрямитель
Реостат
Цена деления
0,02 А
0,2 В
Предел
измерения
Примечание
1,5 А
4В
30 Ом
Выполнение работы
1. Собрать электрическую цепь из последовательно соединённых 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 её ось была параллельна проводнику.
6. На короткое время включите ток. Наблюдайте отклонение
стрелки.
7. Зарисуйте положение стрелки и направление тока в проводнике.
10
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.
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 ещё 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.
BI
Bобщ
+
B3
I
Против часовой
B3
По часовой
Bобщ
BI
B3
N
Fa
I
–
S
Bмагн
+
I
–
S
Fa
+
Bмагн
+
N
Рис. 1
11
Контрольные вопросы
1. Объясните, куда и почему движется проводник.
2. Проанализировав результаты работы, сделайте общие выводы.
Лабораторная работа № 4
Определение ЭДС и внутреннего сопротивления
источника напряжения
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
Амперметр
Вольтметр
Реостат
12
Цена деления
0,02 А
0,2 В
Предел
измерения
1,5 А
15 В
30 Ом
Примечание
Указания к работе
1. Собрать цепь из источни–
+
ка тока, реостата, амперметра
и ключа, соединенных последоваA
тельно.
V
2. К зажимам батареи подключить вольтметр.
3. Схему опыта зарисовать.
4. После проверки схемы преРис. 1
подавателем, 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.
Таблица измерений и вычислений
Сила тока
Дел.
Велич.
Напряжение
Дел.
ЭДС источника
Велич. Вычисл. Измер.
Внутрен.
сопрот.
Погрешность
Вычисл. Абсолют. Относ.
Расчеты
ì ε = U1 + I1r
ï
Решая систему уравнений ï
с двумя переменными
í
ï
ï
îε = U2 + I2r
U1 - U2
ε и r вычислить внутреннее сопротивление источника r =
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.
8. Вывод.
13
Контрольные вопросы
1. На каждом рабочем месте для проведения лабораторной работы выставлены одни и те же (по типу) источники тока и приборы.
Одинаковый ли получится результат?
2. В каких единицах измеряется мощность?
Лабораторная работа № 5
Определение температуры нити
и мощности лампы накаливания
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 = I × U × t , то мощность тока P можно вычислить, зная величину тока I и напряжения U по формуле:
P = I × U.
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:
A
+
–
V
Рис. 1
14
Таблица приборов
№
Название
Цена деления
Предел измерений
1
Амперметр
0,02 А
45 А
2
Вольтметр
0,2 В
15 В
3
Реостат
Тип прибора
100 Ом
Выполнение работы
1. Собрать по схеме цепь и дать проверить её 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: ΔT =
r0 × a
где a = 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
Сопротивление Температура
через лампу
нити r( Ом)
нити Т (К)
P (Вт)
1
2
3
4
5
6
7
15
Вычисления:
Дать пример 1–2 вычислений мощности, сопротивления, температуры.
8. Построить график зависимости:
P от U 1 см – 1 В,
1 см – 0,5 ВТ.
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.
Р, Bт
4
3
2
1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
U, B
Рис. 2
Контрольные вопросы
1. Построить график зависимости:
P от U 1 см – 1 В,
1 см – 0,5 ВТ.
2. Проанализировать таблицу и графики, сделать выводы:
2.1. Как зависит P от U.
2.2. Как влияет U на T.
2.3. Как меняется r от T.
Лабораторная работа № 6
Исследование неразветвлённой цепи переменного тока
с активной нагрузкой
Цель работы: исследовать неразветвлённую цепь переменного
тока с активной нагрузкой, рассчитать сопротивления.
16
Оборудование:
1. Источник питания 220 В.
2. Три ламповых реостата.
3. Ключ.
4. Амперметр на 1 А – 4 шт.
5. Вольтметр со свободными концами на 300 В.
6. Соединительные провода.
Выполнение работы
V
A
A
B
C
U = 220 В
B
I
U1
A
X
U2
Y
U3
Z
S
Рис. 1
1. Собрать схему и представить на проверку преподавателю.
2. В реостате AX включить одну лампу, в BY – 2, в BZ – 3.
3. Замкнуть цепь ключом S, измерить ток, напряжение на реостатах U1, U2, U3, и напряжение во всей цепи.
4. По закону Ома для участка цепи вычислить RAX, RBY, RCZ и RЭ.
5. Все измеренные и вычисленные значения записать в таблицу.
Измерить
Вычислить
I
U1
U2
U3
U
RAX
RBY
RCZ
RЭ
А
В
В
В
В
Ом
Ом
Ом
Ом
17
6. Вычислить RЭ = RAX + RBY + RCZ и убедиться, что формула
справедлива.
Ответить на вопросы:
1. Подставить численные значения в равенство U1 : U2 : U3 =
= RAX : RBY : RCZb и сделать вывод.
2. Вычислить потребляемую мощность реостатами. Проверить,
подключаемую ваттметр. Схему для подключения ваттметра предварительно представить преподавателю.
Лабораторная работа № 7
Исследование развётвлённой цепи переменного тока
с активной нагрузкой
Цель работы: исследовать развётвлённую цепь переменного тока с активной нагрузкой, рассчитать сопротивления, силу тока,
напряжение.
Оборудование:
1. Источник питания 220 В.
2. Три ламповых реостата.
3. Ключ.
4. Амперметр на 1 А – 3 шт.; на 2 А – 1 шт.
5. Вольтметр со свободными концами на 300 В.
6. Соединительные провода.
Выполнение работы
1. Собрать схему и представить на проверку преподавателю.
2. В реостате AX включить одну лампу, в BY – 2, в CZ – 3.
3. Замкнуть цепь ключом S, измерить ток, напряжения на реостатах U1, U2, U3 и напряжение во всей цепи.
4. По закону Ома для участка цепи вычислить RAX, RBY, RCZ и RЭ
Измерить
18
Вычислить
I1
I2
I3
I
U
UAX
UBY
UCZ
R1
R
R
RЭ
А
А
А
А
В
В
В
В
Ом
Ом
Ом
Ом
V
I
A
A
А
I1
A
А
I2
А
B
C
X
Y
I3
U = 220 В
B
S
Z
Рис. 1
R1× R2
R1,2 × R 3
; RÝ =
.
R1 + R2
R1,2 + R 3
Убедиться, что расчётные формулы справедливы.
5. Вычислить R1,2 =
Ответить на вопросы:
1. Как подсоединены лампы в реостатах? Последовательно или
параллельно? Почему?
I2 R1 I3 R2
=
; =
2. Подставить численные значения в равенства
I1 R2 I2 R3
и сделать вывод.
3. Какой из реостатов потребляет большую мощность?
Лабораторная работа № 8
Исследование цепи переменного тока
при смешанном соединении резисторов
Цель работы: исследовать цепь переменного тока при смешанном соединении резисторов, рассчитать параметры цепи.
19
Оборудование:
1. Источник питания 220 В.
2. Три ламповых реостата.
3. Ключ.
4. Амперметр на 1 А – 2 шт.; на 2 А – 1 шт.
5. Вольтметр со свободными концами на 300 В.
6. Соединительные провода.
Выполнение работы
1. Собрать схему и представить на проверку преподавателю.
V
I3
I1
A1
A
B
A
C
A3
U = 220 В
X
I
Y
Z
I2 A2
S
В
Рис. 1
2. В реостате AX включить 5 ламп, в BY – 4, в CZ – 1.
3. Замкнуть цепь ключом S, измерить токи и напряжения на
реостатах U1, U2, U3 и напряжение во всей цепи.
4. По закону Ома для участка цепи вычислить RAX, RBY, RCZ и RЭ.
5. Вычислить RÝ = R AX + (RBY RCZ /RBY + RCZ ).
Убедиться, что расчётная формула справедлива.
20
6. Все измеренные и вычисленные значения записать в таблицу.
I1
I2
I3
UAX
UBY
UCZ
U
RAX
RBY
RCZ
RЭ
А
А
А
В
В
В
В
Ом
Ом
Ом
Ом
Ответить на вопросы:
1. Как соединены ламповые реостаты?
2. Какой реостат потребляет большую мощность? Доказать.
3. Составить узловое уравнение для узла 1.
Лабораторная работа № 9
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 четырёх опытов.
При движении или удалении магнита из катушки, замкнутой
на гальванометр. В ней возникает эдс индукции, определяемая по
закону:
-ΔΦ
E=
,
Δt
ΔΦ
– изменение магнитного потока магнита.
E – э.д.с. индукции,
Δt
Знак «–» означает, что индукционный ток в контуре имеет всегда такое направление, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызвавшему этот индукционный ток.
Выполнение работы
1. Собрать электрическую цепь из последовательно соединённых между собой резистора, гальванометра, катушки.
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».
21
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 её 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
U
B
N
N′
q
B′
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′
Рис. 1
Контрольные вопросы
1. Зависит ли отброс стрелки гальванометра от скорости движения магнита? Проверьте.
2. Как можно увеличить чувствительность лабораторной установки?
22
а)
б)
N′
S′
S
B
U
S
q
B′
N
N
N′
S′
в)
г)
S′
U
q
B′
B
U
N
S
B
N′
B′
q
N
q
B
U
B′
S
N′
S′
Рис. 2
Лабораторная работа № 10
Изучение изображения предметов в тонкой линзе
Цель работы: научиться определять оптическую силу собирающей линзы.
Позволяет найти оптическую силу линзы:
D=
1
1
1
=
+ .
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,
23
б) уменьшенного,
в) равного
изображений предмета в виде буквы «Г», освещённого лампочкой.
Результаты измерений в таблицу:
Оптич. сила
Расст. от линзы Расст. от линзы линзы (дптр) Абсол. погр.
№
до предмета
до изображения
1
(дптр) ΔD
D=
(м) d1
(м) d2
F
1
Dср – D1
2
Dcр – D2
3
Dcр – D3
Относ.
погр. (%)
ΔD
D
ΔDÑÐ
×100%
DÑÐ
1
1
1
1
= + , ãäå = D - оптическая
F d1 d2
F
сила линзы, d1 – расстояние от линзы до предмета, d2 – расстояние
от линзы до экрана.
Среднее значение:
Вычисления: (по формуле)
D + D2 + D3
= DÑÐ ,
1
3
ΔDÑÐ =
(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.
24
Лабораторная работа № 11
Изучение интерференции и дифракции света
Основы теории
Спектры, полученные от самосветящихся тел, являются спектрами испускания. Такие спектры могут быть:
а) сплошными – от светящихся твёрдых 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)
Выполнение 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 – поочерёдно трубки с различными газами, пронаблюдать их спектры.
6. Все спектры зарисовать согласно п. 4.
7. Внимательно рассмотрев все полученные спектры сделайте
соответствующие выводы.
Контрольные вопросы
1. Что такое линейчатый спектр?
2. От каких тел получаются сплошные спектры?
25
Лабораторная работа № 12
Определение длины световой волны
при помощи дифракционной решётки
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 решётки d = 0,01 мм.
b
c α
o
d
α
Рис. 1
Представлена схема хода лучей через решётку. Лучи, проходящие через решетку перпендикулярно ее плоскости, попадают
в зрачок наблюдателя и образуют на сетчатке глаза обычное изображение источника света. Лучи, огибающие края щелей решётки, имеют некоторую разность хода, зависящую от угла. Если
эта разность равна длине волны λ или λ * n, где n – целое число,
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 расположенные симметрично по обе стороны от него дифракционные спектры. Ближайшая
26
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 2λ, и т. д.
d sin a
, где d – известный период реКак видно из схемы, λ = n
шетки, a n – порядок спектра.
Значит, чтобы определить длину волны, соответствующей
линии определенного цвета, достаточно найти:
b b
sin a = » .
a a
Для этого служит прибор, изображенный на рис. 2. 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.
Рис. 2
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
Постоянная
решетки
Расстояние
от решетки
до шкалы
Границы спектра
К
Ф
Длина световой волны
К
Ф
27
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.
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?
Лабораторная работа № 13
Изучение явления преломления света
Цель работы: научиться определять показатель преломления
стекла.
28
Основы теории
При попадании света на границу
раздела двух прозрачных сред, часть
света проходит через границу, изменяя
направление. Это явление называетсяпреломлением.
При этом между углами падения
a, a1 и преломления β, β1 существует
определенная связь:
sin a
= n,
sin β
α
B
β
α1
C
β1 E
Рис. 1
где n – показатель преломления второй 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,
так как 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.
Выполнение 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.
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
29
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?
30
Относит. погреши.
Литература
1. Жданов А. С. Физика: учебник для средних специальных заведений / А. С. Жданов, Г. Л. Жданов. М.: Наука, 2014. 512 с.
2. Вещагина Т. Н. Лабораторный практикум по физике: метод.
пособие / Т. Н. Вещагина. СПб.: ГУАП, 2014. 55 с.
3. Пинский А. А. Физика: учебник для средних специальных
заведений / А. А. Пинский, Г. Ю. Граковский. М.: Форум: НИЦ
ИНФРА-М, 2017. 560 с.
4. http://znanium.com/catalog.php?bookinfo=559355
Интернет-ресурсы
1. http://st-books.ru (Учебная литература).
2. www. booksgid. com (Воокs Gid. Электронная библиотека).
31
СОДЕРЖАНИЕ
Введение............................................................................... 3
Лабораторная работа № 1. Измерение погрешностей
величин и оценка границ погрешностей измерений..................... 4
Лабораторная работа № 2. Изучение особенностей
теплового расширения воды и твердых тел................................. 8
Лабораторная работа № 3. Изучение явления
электромагнитной индукции................................................. 10
Лабораторная работа № 4. Определение ЭДС и внутреннего
сопротивления источника напряжения................................... 12
Лабораторная работа № 5. Определение температуры
нити и мощности лампы накаливания.....................................14
Лабораторная работа № 6. Исследование неразветвлённой
цепи переменного тока с активной нагрузкой........................... 16
Лабораторная работа № 7. Исследование развётвлённой
цепи переменного тока с активной нагрузкой........................... 18
Лабораторная работа № 8. Исследование цепи переменного
тока при смешанном соединении резисторов............................. 19
Лабораторная работа № 9. Изучение индукции
магнитного поля постоянного магнита.................................... 21
Лабораторная работа № 10. Изучение изображения
предметов в тонкой линзе...................................................... 23
Лабораторная работа № 11. Изучение интерференции
и дифракции света............................................................... 25
Лабораторная работа № 12. Определение длины
световой волны при помощи дифракционной решётки............... 26
Лабораторная работа № 13. Изучение явления
преломления света............................................................... 28
Литература......................................................................... 31
32
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
1
Размер файла
1 181 Кб
Теги
veshagina
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа