Физика: Методические указания по проведению лабораторных работ

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение среднего профессионального образования

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОЛЛЕДЖ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Методические указания для студентов по проведению лабораторных работ

для специальностей 2201 «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети” 2004 “Сети связи и системы коммуникации” 0613 “Государственное и муниципальное управление” 2015 “Почтовая связь” по дисциплине «Физика»

Уфа 2004

Методические указания для студентов по проведению лабораторных работ для специальности 2201 «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети», 2004 “Сети связи и системы коммуникации”, 0613 “Государственное и муниципальное управление”, 2015 “Почтовая связь”, по дисциплине «Физика»

Составитель: Рецензенты:

Г.Г. Хакимьянова

Преподаватель УГКР

(Фамилия И.О.)

(Занимаемая должность и место работы)

Р.Ф. Туктаров

Старший научный сотрудник института физики молекул и кристаллов РАН, к.ф.-м.н.

(Фамилия И.О.)

(Занимаемая должность и место работы)

И.Ф.Саматова (Фамилия И.О.)

К.х.н., доцент, преподаватель УГКР (Занимаемая должность и место работы)

Предисловие. Назначение методических указаний. Данные методические указания предназначены для закрепления теоретических знаний и приобретения необходимых практических навыков и умений по программе дисциплины “Физика” для специальности 2201 “Вычислительные машины, комплексы, системы и сети”. В сборнике содержатся методические указания по выполнению следующих лабораторных работ: №1. Изучение звёздного неба с помощью подвижной карты. №2. Проверка объединённого газового закона. №3. Определение коэффициента поверхностного натяжения воды. №4. Определение влажности воздуха. №5. Определение модуля Юнга резины. №6. Определение Э.Д.С. и внутреннего сопротивления источника тока. №7. Определение удельного сопротивления проводника. №8. Изучение последовательного и параллельного соединения проводников. №9. Исследование зависимости мощности лампочки от напряжения. №10. Изучение электрических свойств полупроводников. №11. Изучение явления электромагнитной индукции.. №12.Определение ускорения свободного падения с помощью математического маятника. №13. Изучение устройства и работы трансформатора. №14. Сборка простейшего радиоприёмника. №15. Определение показания преломления стекла. №16. Определение длины световой волны с помощью дифракционной решётки. №17. Наблюдение спектров испускания и поглощения. №18. Наблюдение интерференции и дифракции света. №19. Изучение треков по готовым фотографиям. №20. Астрономическое наблюдение солнечных пятен, поверхности луны с помощью телескопа.

3

Требования к знаниям и умениям при выполнении лабораторных работ. При выполнении лабораторных работ студент должен: Знать: -основы теории курса физики, обозначения и единицы физических величин в СИ; -физический смысл универсальных физических постоянных; -применение физических явлений в природе и технике; -способы измерения физических величин; -устройство и принцип работы физических устройств; -правила техники безопасности при работе в физической лаборатории; Уметь: -использовать законы физики при объяснении различных явлений в решении практических задач; -обращаться с физическими приборами и использовать их при проведении лабораторных работ; -оценивать погрешности измерений; -пользоваться необходимой справочной литературой.

4

Содержание. Предисловие Правила выполнения лабораторных работ. Правила техники безопасности Обработка результатов измерений при проведении лабораторных работ. Лабораторная работа № 1 Лабораторная работа № 2 Лабораторная работа № 3 Лабораторная работа № 4 Лабораторная работа № 5 Лабораторная работа № 6 Лабораторная работа № 7 Лабораторная работа № 8 Лабораторная работа № 9 Лабораторная работа № 10 Лабораторная работа № 11 Лабораторная работа № 12 Лабораторная работа № 13 Лабораторная работа № 14 Лабораторная работа № 15 Лабораторная работа № 16 Лабораторная работа № 17 Лабораторная работа № 18 Лабораторная работа № 19 Лабораторная работа № 20

Правила выполнения лабораторных работ. 3 5 6 8 12 14 16 19 21 23 26 28 31 34 37 40 43 47 51 54 58 61 63 67

1.Студент должен прийти на лабораторное занятие подготовленным к выполнению лабораторной работы. 2.Каждый студент должен знать правила по технике безопасности при работе в физической лаборатории. 3.Каждый студент после проведения работы должен представить отчёт о проделанной работе с анализом полученных результатов и выводов по работе. 4.Отчёт о проделанной работе следует выполнять в журнале лабораторных работ на листах формата A4 с одной стороны листа. Содержание отчёта указано в описании лабораторной работы. 5.Таблицы и рисунки следует выполнять с помощью чертёжных инструментов (линейки, циркуля, и т. д.) карандашом с соблюдением ЕСКД. 6.В заголовках граф таблиц обязательно приводить буквенные обозначения величин в соответствии с ЕСКД. 7.Расчёт следует проводить с точностью до двух значащих цифр. Исправления выполняются на обратной стороне листа. При мелких исправлениях неправильное слово (буква, число и т. п.) аккуратно зачёркиваются и над ним пишут правильное пропущенное слово (букву, число и т. п.). Вспомогательные расчёты можно выполнять на отдельных листках, а при необходимости на листах отчёта. Если студент не выполнит лабораторную работу или часть работы, то он может выполнить её во внеурочное время, согласованное с преподавателем.

72

7.Оценку по лабораторной работе студент получает, с учётом срока выполнения работы, если: - расчёты выполнены правильно и в полном объеме; - сделан анализ проделанной работы и вывод по результатам работы; - студент может пояснить выполнение любого этапа работы; - отчёт выполнен в соответствии с требованиями к выполнению работы. Зачёт по лабораторным работам студент получает при условии выполнения всех предусмотренных программой работ после сдачи отчётов по работам при удовлетворительных оценках за опросы и контрольные вопросы во время лабораторных работ или при получении зачёта. 5

Правила техники безопасности. I.

Общие положения.

I.1. Группа допускается к выполнению лабораторных работ только после проведения преподавателем инструктажа по ТБ с последующей подпиской каждого студента в спец. журнале. I.2. Лабораторные работы студенты выполняют бригадами по 2- 3 человека. Рабочие места в лаборатории можно менять только с разрешения преподавателя. I.3. Приборы, оборудование, необходимые для работы, размещают на рабочем месте по приходу студентов. I.4. Переставлять приборы, оборудование со стола на стол без разрешения преподавателя не разрешается. I.5. Каждый студент должен выполнять требования внутреннего распорядка, установленного для лаборатории колледжа. I.6. Обнаружив любую неисправность в приборах, необходимо немедленно выключить рубильник и сообщить об этом преподавателю. I.7. Замену и установку предохранителей допускается производить при отключённом рубильнике и только с разрешения преподавателя.

Список литературы. 1. Жданов Л. С., Жданов Г. Л. Физика (учебник для средних специальных учебных заведений - М. Высшая школа1995) § 43.1-3 (1). 2. Дмитриева В. Ф. Физика (Учебное пособие для средних специальных учебных заведений – М. Высшая школа 2001 г.) § 229-233 (2).

II.1. Требование безопасности перед началом работы. II.1.1. Осмотрите состояние рабочего места и приведите его в порядок: - уберите лишнее, мешающие работе предметы; - расположите в удобном порядке приборы и оборудование, приспособления и соединительные шнуры. II.1.2. До включения оборудования внешним осмотром убедитесь в его исправности и безопасности: - в наличиие, целостности и прочности подсоединения заземляющего проводника к корпусам электрооборудования; - в отсутствии повреждений изоляции проводников и соединительной арматуры (вилок, розеток, разъёмов и т. д.) II.1.3. Осмотрите рабочий инструмент и убедитесь в том, что: - диэлектрические отвёртки, пассатижи и т. п. не имеют трещин и сколов на изолирующих поверхностях; - исправны ручки на всех измерительных приборах. II.2. Требования безопасности во время работы. II.2.1. Электроизмерительные приборы переносного типа размещайте на рабочем месте, выполненного из токонепроводящего материала. Не держите измерительные приборы на коленях или руках. 6

71

4.2.1. Спустя 30 – 35 мин вновь определить количество делений n2 микрометра между наблюдаемой звездой и диском Луны. 4.2.2. Определить угловое перемещение Луны |n2-n1|a и её угловую скорость ω=│n2-n1│a/t1 , где t – время между двумя наблюдениями, с. 4.2.3. Результаты измерений и вычислений записать в таблицу 19. Таблица 19-определения угловой скорости Луны. Коли чество делений микроме тра между звездами Мицар и Алькор n

Цена деления шкалы микроме тра а, "дуги

Количество делений шкалы микрометра между звездойориентиром и Луной

n1

Угловое перемещение Луны, |n2-n1|a, "дуги

Время между двумя наблюдения ми t, с

Угловая скорость движения Луны ω, "дуги/с

n2

5.Методические рекомендации. 5.1.Наилучшие условия для наблюдения Луны – первые десять дней после новолуния, различные детали на поверхности Луны видны лучше в определённые моменты, зависящие от фазы Луны. 5.2.При отсутствии в лаборатории телескопа заводской конструкции можно провести наблюдения с помощью бинокля или самодельного телескопа. 5.3.На занятиях физического кружка можно: а) провести наблюдения фаз Луны, положение её на небосводе и видимого перемещения планет среди звёзд; б) изучать поверхность Луны с помощью лунной карты.

II.2.2. Перед включением прибора в сеть присоедините заземляющий провод к соответствующей клемме прибора. II.2.3. Не оставляйте включённым в сеть приборы и оборудование без присмотра. II.2.4. Перед включением прибора убедитесь, что все тумблеры и переключатели находятся в положении выключено. II.2.5. Работу выполняйте только в том объеме и последовательности, которые предусмотрены описаниями лабораторных работ. II.2.6. Содержите рабочее место в чистоте и порядке. Не захламляйте рабочие столы одеждой, сумками, учебниками и др. посторонними предметами. II.2.7. Во избежании поражения электрическим током не открывайте защитные кожухи приборов и оборудования, не производите сами их ремонт. II.2.8. При малейшем воздействии электротока немедленно прекратите работу, выключите оборудование и сообщите об этом руководителю работ. II.3. Требования безопасности по окончании работы. II.3.1. Выключите оборудование, отключите от электросети вспомогательное оборудование (приборы, паяльники), выньте штепсельные вилки из розеток. II.3.2. При отключении аппаратуры защитное заземление отключается в последнюю очередь. II.3.3. Приведите в порядок рабочее место: - оборудование и приборы уберите в отведённые места по указанию руководителя работ; - вымойте рука водой с мылом; - произведите влажную уборку помещения лаборатории (силами дежурных студентов).

6.Содержание отчета. Отчёт должен содержать: 6.1.Название работы. 6.2.Цель работы. 6.3.Перечень необходимого оборудования. 6.4.Формулы искомых величин и их погрешностей. 6.5.Таблица с результатами измерений и вычислений. 6.6.Выводы о проделанной работе.

70

7

Как определять абсолютные и относительные погрешности измерений физических величин. А, В, С – физические величины. Апр – приближенное значение физической величины (значение, полученное путём прямых или косвенных измерений – см. рис. 1).

Рис. 1. ΔА – абсолютная погрешность измерения физической величины (выражается в тех же единицах, что и сама физическая величина). ΔиА – максимальная абсолютная инструментальная погрешность (погрешность средств измерения – см. табл. I) Δ0 А – абсолютная погрешность отсчёта (происходящая от недостаточно точного считывания показаний средств измерения), равная в большинстве случаев половине цены деления (при измерении времени – цене деления часов, секундомера, метронома). Абсолютная погрешность прямых измерений складывается из абсолютных погрешностей отсчёта и инструментальной (при отсутствии других погрешностей): ΔА= Δ0А + Δи А. Абсолютная погрешность измерения обычно округляется до одной значащей цифры (ΔА= 0,17= 0,2); приближённое значение физической величины округляют так, чтобы его последняя цифра оказалась в том же разряде, что и цифра погрешности (Апр= 10,332= 10,3).

Отношение площадей пятна и Земли Sп /Sз

Площадь поверхности Земли Sз, км2

Sп, пятна Площадь км2

4.2.Наблюдение поверхности Луны и двойных звёзд. 4.2.4. Расположить глаз у окуляра телескопа, установленного на Луну, и откорректировать по глазу фокусировку окуляра. 4.2.5. Наблюдать в телескоп поверхность Луны. Рассмотреть на полученном изображении лунного диска пятна – моря Луны и кольцевые овалы - кратеры Луны. 4.2.6. Зарисовать в тетради наблюдаемое изображение Луны, отметив расположение наблюдаемых лунных морей и кратеров. 4.2.7. Расположить глаз у окуляра телескопа, установленного на двойную звезду «ковша» Большой Медведицы (вторая звезда конца «ручки ковша»). Рассмотреть рядом с яркой звездой Медведицы - Мицар вторую, слабую звездочку Алькор. Эти звезды отстоят друг от друга на расстоянии 707 секунд дуги. 4.2.8. При наблюдении обратить внимание на блеск, цвет и взаимное расположение звезд. 4.2.9. Вывинтить окуляр из переходной втулки и поместить перпендикулярно её оси микрометр. Ввинтить окуляр в переднюю втулку. 4.2.10. Рассмотреть с помощью телескопа полученное изображение двойной звезды Большой Медведицы и определить количество делений микрометра между Мицаром и Алькором (угловое расстояние между наблюдаемыми звёздами ξ,g). 4.2.11. Определить цену деления микрометра α: α=707 секунд дуги/п. 4.2.12. Расположить глаз у окуляра телескопа, установленного на диск Луны (ξ) и звезду-ориентир (g), которая может быть расположена слева или справа от диска Луны, и определить количество делений n1 микрометра между этой звездой и краем диска Луны. 69

8

Угловой диаметр пятна dу, "дуги

диаметр Линейный пятен dл,км

Диаметр пятна d,ед. масш.

Угловой масштаб изображения диска Солнца mу, "дуги/ед. масш.

Измерение – нахождение значения физической величины опытным путём с помощью средств измерения. Прямое измерение – определение значения физической величины непосредственно с помощью средств измерения. Косвенное измерение – определение значения физической величины по формуле, связывающей её с другими физическими величинами, непосредственно измеряемыми.

Линейный масштаб изображения диска Солнца mл ,км/ед. масш.

Памятка для студентов. Как обрабатывать результаты измерений.

Таблица 18-определения диаметра солнечного пятна. Диаметр диска Солнца D, ед. масш.

Об обработке результатов измерений при проведении лабораторных работ.

4.1.4.Вывинтить окуляр телескопа из переходной втулки и поместить перпендикулярно её оси микрометр, зажатый между двумя картонными кольцами. 4.1.5.Ввинтить окуляр. Надеть защитный фильтр. 4.1.6.Расположить глаз у окуляра и получить изображение Солнца в поле зрения трубы телескопа таким образом, чтобы шкала микрометра проходила посередине солнечного диска. 4.1.7.Измерить диаметр солнечного диска D. 4.1.8.Вычислить линейные mл и угловые mу масштабы изображения солнечного диска: mл = Dл/D, mу = Dу /D. Здесь Dл – линейный диаметр Солнца, равный 1390600 км; Dу – Угловой диаметр Солнца, равный приблизительно 1920 секундам дуги.

ε - относительная погрешность измерения физической величины, равная: ε =ΔА/Апр*100% Таблица I Допустимые инструментальные погрешности средств измерения № Средство измерения

Допустимая инструментальна я погрешность

до 50 см до 50 см 20 см

1 мм 1 мм 1 мм

±1 мм ±0,2 мм ±0,1 мм

100 см 150 см до 250 мл от 1 до 100 г 150 мм

1 см 0,5 см 2 мл

25 мм 4Н 200 г 0 – 30 мин 720 – 780 мм рт. ст. 0-100 0С

0,01 мм 0,1 Н 0,2 с 1 мм рт. ст. 10С

±0,5 см ±0,5см ±1 мл меньше 0,04 г ±0,02 мм (в школе 0,05 мм) ±0,004 мм ±0,05 Н ±0,1 г ±1 с за 30 мин ± 3 мм рт. ст.

школьный

2А

0,1 А

±0,05 А

школьный

6В

0,2 В

±0,15 В

п

1

6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3

68

Цена деления

\

2 3 4 5

4.1.9.Расположить глаз у окуляра телескопа и получить изображение Солнца в поле зрения трубы телескопа так, чтобы шкала микрометра расположилась на измеряемом пятне (рис.31). 4.1.10.Измерить по шкале микрометра диаметр пятна d и вычислить линейный dл и угловой dу размеры диаметра пятна: dл=mл d, dу=mу d. 4.1.11.Вычислить площадь измеренного пятна и сравнить с площадью поверхности Земли. 4.1.12.Результаты измерений и вычислений записать в таблицу 18.

Предел измерения

п

Линейка: ученическая чертёжная инструментальная (стальная) демонстрационная Лента измерительная Мензурка Гири 4-го класса Штангенциркуль Микрометр Динамометр учебный Весы учебные Секундомер Барометр – анероид Термометр лабораторный Амперметр γпр=2,5 Вольтметр γпр=2,5

0,1 мм

± 10С

Относительная погрешность косвенных измерений определяется так, как показано в табл. II.

9

Формулы для нахождения относительной погрешности косвенных измерений № п/п 1 2 3 4

Формула физической величины А= В∗С∗D А= В/С∗D А= В±С А= В √С/D

Формула погрешности

относительной

ε =ΔВ/В + ΔС/С + ΔD/D ε =(ΔВ + ΔC)/(В±С) ε =ΔВ/В + 1/2*ΔС/С +1/2*ΔD/D

Абсолютная погрешность косвенных измерений определяется по формуле: ΔА= Апрε (ε выражается десятичной дробью). Как записывать результат измерений. А= Апр±ΔА, ε= …% Как сравнить результаты двух измерений одной и той же физической величины. 1. Записать результаты 1- го и 1- го измерений по форме: А1= А1 пр±ΔА1, А2= А2 пр±ΔА2. 2. Записать результаты измерений в виде двойных неравенств: А1 пр-ΔА1<А1< А1 пр + ΔА1, А2 пр-ΔА2<А2< А2 пр + ΔА2. 3. Сравнить полученные интервалы значений: если интервалы не перекрываются – результаты не одинаковы, если перекрываются – результаты одинаковы (рис. 2). При записи вывода об одинаковости результатов необходимо указать относительную погрешность измерений.

Лабораторная работа 20. Астрономическое наблюдение поверхности Луны и двойных звезд с помощью телескопа. 1.Цель работы: 1.1.получить представление о методах исследования поверхности небесных тел с помощью простейших оптических приборов. 2.Пояснения к работе. 2.1.Краткие теоретические сведения. Работа проводится с телескопом, который устанавливается на штативе 3 и имеет зрительную трубу 1, азимутальную (или экваториальную) установку 2. Зрительная труба состоит из корпуса, объектива 4, муфты с механизмом выдвижения 5, окулярной трубки 6. Муфта с механизмом выдвижения служит для обеспечения движения окулярной трубки при фокусировке телескопа. Окулярная трубка предназначена для установки в неё окуляров и плавного передвижения их при фокусировке телескопа. Азимутальная установка обеспечивает перемещение зрительной трубы телескопа вокруг двух взаимно перпендикулярных осей. На рисунке 32 показан ход лучей в телескопе. Объектив телескопа даёт действительное изображение наблюдаемого объекта, а окуляр увеличивает это изображение. 2.2.Перечень необходимого оборудования. 1. Телескоп школьного типа. 2. Окулярный микрометр для телескопа. 3. Защитный фильтр. 4. Секундомер. 3.Задание. 3.1.Самостоятельно изучить методические рекомендации по проведению лабораторной работы. 3.2.Повторить § 43.1-3 (1); § 229-233 (2). 3.3.Подготовить форму отчёта.

Рис. 2. Как строить графики по экспериментальным точкам. 1. 2.

Линия графика должна быть плавной. Её проводят так, чтобы число экспериментальных точек над и под ней было приблизительно одинаковым. Экспериментальные точки, лежащие далеко от графика («выбросы»), перепроверяются (рис. 3). 10

4.Работа в лаборатории. 4.1.Наблюдение солнечных пятен. 4.1.1.Расположить глаз у окуляра телескопа, установленного на Солнце, и откорректировать по глазу фокусировку окуляра. 4.1.2.Провести наблюдение поверхности Солнца, используя (обязательно!) защитный светофильтр. Рассмотреть на Солнце пятна. 4.1.3.Зарисовать в тетради примерные размеры наблюдаемого диска Солнца и положение пятен на нём. 67

5.4.Рисунок 5.5.Формулы искомых величин и их погрешностей. 5.6.Таблица с результатами измерений и вычислений 5.7.Ответы на контрольные вопросы. 5.7.1. Почему траектории частиц представляют собой дуги окружностей? 5.7.2. Почему кривизна каждой траектории изменяется от начала к концу пробега частицы? 5.7.3. Объясните причины различия в толщине треков разных ядер? Почему трек каждой частицы толще в конце пробега, чем в начале? 5.7.4. Какова причина различия в кривизне траекторий разных ядер? 5.7.5. На рис. 29 показан фотоснимок столкновения α-частицы с атомом кислорода в камере Вильсона. Какой трек «вилки» представляет собой трек ядра кислорода и какой трек α-частицы? Почему? 5.7.6. На рис. 30 показано столкновение двух протонов в фотоэмульсии. Трек налетающей частицы — α. Используя рис. 30, составить условие задачи и решить ее.

Рис.3. О классе точности электроизмерительных приборов. γ - класс точности электроизмерительного прибора, показывает, сколько процентов составляет абсолютная инструментальная погрешность прибора (ΔиА) от всей действующей шкалы прибора (Амах) γпр= ΔиА/ Амах∗100%. Существуют следующие классы точности стрелочных электроизмерительных приборов: 0,1; 0,2; 0,5; 1,5; 2,5; 4 (при указании класса точности проценты не пишутся). Абсолютная инструментальная погрешность измерения физической величены электроизмерительным прибором определяется по формуле: ΔиА= γпр∗Амах/100. Как оформлять отчёт о проделанной работе. 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8)

Рис.29

Лабораторная работа №…. Её наименование. Цель работы. Чертёж (если требуется). Формулы искомых величин и их погрешностей. Таблица с результатами измерений и вычислений. График (если требуется). Окончательный результат, вывод и пр. (согласно цели работы).

5.8.Выводы о проделанной работе. Список литературы. 1. Жданов Л. С., Жданов Г. Л. Физика (учебник для средних специальных учебных заведений - М. Высшая школа1995) § 40.1-11 (1). 2. Дмитриева В. Ф. Физика (Учебное пособие для средних специальных учебных заведений – М. Высшая школа 2001 г.) § 207-217 (2).

66

11

mυ r= q0 B

mυ 2 Ek = 2

вычислить скорость и энергию в начале и в конце пробега и определить на сколько изменилась энергия частицы за время пробега, если известно, что частица I идентифицирована как протон.

ΔEk = E0 − Ek =

m pυ 02

2

−

12

2

=

mp

2

(υ

2 0

− υ k2

)

5.Содержание отчета. Отчёт должен содержать: 5.1.Название работы. 5.2.Цель работы. 5.3.Перечень необходимого оборудования. 65

Масса заряженной частицы m , кг

Заряд частицы q, Кл

Отношение удельных зарядов частиц

Удельный заряд частицы q/m, Кл/кг

Изменение энергии во время пробега ΔЕк, Дж

Кинетическая энергия заряженной частицы Ек, Дж

Таблица 17-исследования трека заряженной частицы.

2.2.Перечень необходимого оборудования: подвижная карта звёздного неба. 3.Задание. 3.1.Самостоятельно изучить методические рекомендации по проведению лабораторной работы. 3.2.Повторить § 1.1-5 (1).

m pυ k2

4.4.Измерить радиус кривизны трека частицы III в начале её пробега зная, что начальная скорость этой частицы равна начальной скорости протона (нижний трек), сравнить удельные заряды неизвестной частицы и протона. Идентифицировать частицу по результатам вычислений. 4.5.Остальные треки принадлежат ядрам дейтерия и трития. Какому именно ядру принадлежат трек I и трек IV? 4.6.Результаты измерений и вычислений записать в таблицу 17.

Начальная скорость заряженной частицы в начале пробега υ, м/с

2.Пояснения к работе. 2.1.Краткие теоретические сведения. Вид звездного неба вследствие вращения Земли вокруг своей оси и Солнца меняется. Работа осуществляется с подвижной картой звездного неба (см. вкладку). Перед началом работы овал накладного круга вырезают по линии, соответствующей географической широте места наблюдения или близкой к ней. Линии выреза накладного круга будет изображать линию горизонта. Звездную карту и накладной круг наклеивают на картон. От юга к северу накладного круга натягивают нить, которая покажет направление небесного меридиана. На карте звезды показаны черными точками, размеры которых характеризуют яркость звезд, туманности обозначены штриховыми линиями. Северный полюс мира изображен в центре карты. Линии, исходящие от северного полюса мира, показывают расположение кругов склонения. На звездной карте для двух ближайших кругов склонения угловое расстояние равно 2 ч. Небесные параллели нанесены через 30°. С их помощью производят отсчет склонения светил δ. Точки пересечения эклиптики с экватором, для которых прямое восхождение 0 и 12 ч, называются соответственно точками весеннего ϒ и осеннего Ω равноденствий. По краю звездной карты нанесены месяцы и числа, а на накладном круге — часы. Для определения местоположения небесного светила необходимо месяц, число, указанные на звездной карте, совместить с часом наблюдения на накладном круге. На карте зенит расположен вблизи центра выреза (в точке пересечения нити, изображающей небесный меридиан с небесной параллелью, склонение которой равно географической широте места наблюдения).

Радиус кривизны в начале пробега R, м

1.Цель работы. Знакомство со звездным небом, решение задач на условия видимости созвездий и определения их координат.

4.Работа в лаборатории. 4.1.Перенести на кальку треки частиц с фотографиями. 4.2.На фотографии видны треки ядер лёгких элементов (последние 22 см их пробега). Ядра двигались в магнитном поле с индукцией В= 2,17 Тл, направленном перпендикулярно фотографии. 4.3.Измерить радиусы кривизны трека частицы I примерно в начале и в конце пробега, используя формулы

Номер трека

Лабораторная работа 1 Изучение звёздного неба с помощью подвижной карты

q0 Bυ =

q02 / m2 υ / BR2 R1 = = q01 / m1 υ / BR1 R2

q υ mυ 2 ⇒ 0 = R m BR

Следовательно, отношение удельных зарядов частиц равно обратному отношению радиусов их траекторий. Радиус кривизны трека частицы определяют следующим образом. Накладывают на фотографию лист прозрачной бумаги и переводят на неё трек. (Это нужно делать осторожно, чтобы не повредить фотографию). Начертить две хорды к траектории трека и восстановить к этим хордам в их середине перпендикуляры (рис 28). На пересечении перпендикуляров лежит центр окружности, её радиус измерить масштабной линейкой. По указанному масштабу вычислить истинный радиус (масштаб 1 см – 7 мм)

Рис. 28

2.2.Перечень необходимого оборудования: Фотография трека, масштабная линейка. 3.Задание. 3.1.Самостоятельно изучить методические рекомендации по проведению лабораторной работы. 3.2.Повторить § 40.1-11 (1); § 207-217 (2). 3.3.Подготовить ответы на контрольные вопросы. 3.4.Подготовить форму отчёта. 64

4.Работа в лаборатории. 4.1.Установить подвижную карту звездного неба на день и час наблюдения и назвать созвездия, расположенные в южной части неба от горизонта до полюса мира; на востоке — от горизонта до полюса мира. 4.2.Найти созвездия, расположенные между точками запада и севера, 10 октября в 21 ч. Проверить правильность определения визуальным наблюдением звездного неба. 4.3.Найти на звездной карте созвездия с обозначенными в них туманностями и проверить, можно ли их наблюдать невооруженным глазом. 4.4.Определить, будут ли видны созвездия Девы, Рака, Весов в полночь 15 сентября? Какое созвездие в это же время будет находиться вблизи горизонта на севере? 4.5.Определить, какие из перечисленных созвездий: Малая Медведица, Волопас, Возничий, Орион — для данной широты будут незаходящими? 4.6.Ответить на вопрос: может ли для вашей широты 20 сентября Андромеда находиться в зените? 4.7.На карте звездного неба найти пять любых перечисленных созвездий: Большая Медведица, Малая Медведица, Кассиопея, Андромеда, Пегас, Лебедь, Лира, Геркулес, Северная Корона — и определить приближенно небесные координаты (склонение и прямое восхождение) α - звезд этих созвездий. 4.8.Определить, какое созвездие будет находиться вблизи горизонта 5 мая в полночь? 5.Содержание отчета. Отчёт должен содержать: 5.1.Название работы. 5.2.Цель работы. 5.3.Перечень необходимого оборудования. 5.4.Письменные ответы на все пункты работы в лаборатории. 5.5.Ответы на контрольные вопросы. 5.5.1.Для чего вводится понятие небесной сферы. 5.5.2.Дайте определение основных точек и линий небесной сферы. 5.5.3.Как называются точки пересечения небесного экватора с математическим горизонтом? 5.5.4.Какая из этих точек выбрана в качестве начала отсчёта небесных координат? 5.6.Сделать вывод о проделанной работе. Список литературы. 1.Жданов Л. С., Жданов Г. Л. Физика (учебник для средних специальных учебных заведений - М. Высшая школа1995), § 1.1-5 2.Дмитриева В.Ф. Физика. (учебное пособие для средних и специальных учебных заведений-М. Высшая школа 2001г.) Введение. 13

Лабораторная работа 2 Проверка объединенного газового закона. 1.Цель работы: Экспериментально проверить закон Клапейрона. 2.Пояснения к работе. 2.1.Краткие теоретические сведения. Состояние данной массы газа характеризуется тремя величинами (параметрами): объемом, давлением, и термодинамической температурой Т. В природе и технике, как правило, происходят изменения всех трех величин одновременно, но при этом выполняется закономерность, выраженная уравнением состояния газа. P1V1/T1= P2V2/T2= PV/T= const, при m= const. Для данной массы газа произведение объема на давление, деленное на термодинамическую температуру, есть величина постоянная. Для выполнения работы следует воспользоваться узкой трубкой длиной 60 см, закрытой с одного конца, и двумя стеклянными цилиндрами такой же высоты с горячей и холодной водой (рис.1). Воздух, заключенный в трубке, будет служить объектом исследования. Температуру воздуха можно изменить, погружая трубку сначала в горячую, а затем в холодную воду. При этом одновременно с температурой изменится объем воздуха в трубке и его давление. Чтобы определить давление воздуха во втором случае, следует к атмосферному давлению прибавить давление столба воды, которое определяется его высотой h от поверхности воды до ее уровня в трубке. P2= Pатм+h/13,6, h выражено в мм. 1 мм рт. ст. = 13,6 мм водяного столба. 2.2.Перечень необходимого оборудования: 1) стеклянные трубки баллоны, d=40мм, длиной 60см - 2шт. 2) стеклянная трубка постоянного сечения d=10мм, длинной 60см, закрытая с одного конца. 3)термометр лабораторный от 0 до 1000С 4)барометр-анероид 5) линейка измерительная 30-35см с миллиметровыми делениями.6) чайник с горячей водой. 7) сосуд с 14

5.Содержание отчета. Отчёт должен содержать: 5.1.Название работы. 5.2.Цель работы. 5.3.Перечень необходимого оборудования. 5.4.Рисунки спектров. 5.5.Ответы на контрольные вопросы. 5.6.Почему появились две взаимно перпендикулярные полосы с дифракционными спектрами? 5.7.Как расположены дифракционные спектры относительно нитей ткани? 5.8.Сколько спектров наблюдается по сторонам от источника света? 5.9.Одинакова ли ширина всех спектров? 5.10.Как объяснить появление цветов и каков порядок расположения в спектрах? 5.11.Какой цвет расположен ближе к источнику света? 5.12.В чём сущность явления дифракции света? Список литературы. 1.Жданов Л. С., Жданов Г. Л. Физика (учебник для средних специальных учебных заведений - М. Высшая школа1995) § 37.1-9 (1). 2.Дмитриева В. Ф. Физика (Учебное пособие для средних специальных учебных заведений – М. Высшая школа 2001 г.) § 170- 174 (2).

Лабораторная работа 19 Изучение треков заряженных частиц по готовым фотографиям. 1.Цель работы: познакомиться с методами исследования ядерных реакций и свойств элементарных частиц по фотографиям их треков. 2.Пояснения к работе. 2.1.Краткие теоретические сведения. Работа проводится с готовой фотографией треков двух заряженных частиц (рис. прилагается). Трек I принадлежит протону, трек III – частице, которую надо идентифицировать. Линии индукции магнитного поля перпендикулярны краю фотографии. Под идентификацией частицы понимается установление её тождества с известной вам частицей. Идентификация неизвестной частицы осуществляется путём сравнения её удельного заряда q/m с удельным зарядом протона. Это можно сделать, измерив и сравнив радиусы треков частиц на участках треков. Действительно, для заряженной частицы, движущейся перпендикулярно поля, можно записать: 63

4.Работа в лаборатории. 4.1.Наблюдение интерференции. 4.1.1.Стеклянные пластинки тщательно протереть, сложить вместе и сжать пальцами. 4.1.2.Рассматривать пластины в отражённом свете на тёмном фоне. 4.1.3.В отдельных местах соприкосновения пластин наблюдать яркие радужные кольцеобразные формы полос. 4.1.4.Заметить изменения формы и расположения полученных интерференционных полос с изменением нажима. 4.1.5.Попытатся увидеть картину интерференции в проходящем свете. 4.2.Наблюдение дифракции. 4.2.1.Установить между губками штангенциркуля щель 0,5мм. 4.2.2.Приставить щель в плотную к глазу, расположив её вертикально. 4.2.3.Смотря сквозь щель на вертикально расположенную нить лампы наблюдать по обе стороны нити радужные полосы. 4.2.4.Изменяя ширину от 0,55 до 0,8 мм, заметить, как это влияет на дифракцию. 4.2.5.Почему на поверхности нижней пластины возникают цветные полосы? 4.2.6.Почему эти полосы имеют форму окружностей? 4.2.7.Почему полосы интерференции перемещаются при изменении силы давления? 4.2.8.Как можно объяснить наблюдаемое явление? 4.2.9.В чём сущность явления интерференции? 4.3.Наблюдение дифракции света от узкой щели. 4.3.1.Посмотрите на нить горящей лампы через узкую щель, расположенную на вытянутой руке и параллельно щели, что наблюдается по сторонам щели. 4.3.2.Продолжая наблюдение, поверните щель на 900 вокруг луча зрения. Что изменилось в наблюдаемой картине. Попадает ли свет в область геометрической тени? 4.3.3.Рассмотрите на фоне нити лампы саму щель. Видны ли в ней тёмные и светлые линии, расположенные вдоль щели? 4.3.4.Измените ширину щели. Как изменилось число и расположение светлых и тёмных линий? 4.3.5.Приблизьте щель к глазу и посмотрите (число и расположение светлых и тёмных линий) на светящуюся нить лампы. Что видите по обе стороны светящейся нити? 4.3.6.Продолжая наблюдение за нитью, изменяйте плавно ширину щели. Как изменяется число и ширина светлых и тёмных полос при изменении ширины щели? Почему светлые полосы окрашены в спектральные цвета? 4.3.7.Посмотреть на горящую лампу через капроновую ткань.

62

холодной водой. 8) штатив для фронтальных работ. 3.Задание. 3.1.Ознакомиться с методическими рекомендациями по проведению лабораторной работы. 3.2.Повторить § 5.1-8 (1); §1.14-16(2). 3.3.Подготовить ответы на контрольные вопросы. 3.4.Подготовить форму отчёта. 4.Работа в лаборатории. 4.1. Налить в цилиндр горячую воду и измерить ее температуру по абсолютной шкале (T1) 4.2. Опустить в цилиндр трубку запаянным концом вниз и измерить объем воздуха в ней V1 (объем измеряется в относительных единицах длины). 4.3. Давление p равно атмосферному по показанию барометра. 4.4. Не вынимая трубки из горячей воды зажать отверстие пальцем, быстро заменить горячую воду холодной и опустить трубку в холодную воду концом вверх (палец убрать тогда, когда трубка будет в воде). 4.5. Измерить объем V2 (рис.2) 4.6. Измерить высоту водяного столбца h. 4.7. Найти давление p2= p1+ h/13,6 (измерения проводить в мм.). 4.8. Измерить температуру холодной воды в цилиндре по абсолютной шкале T2 Данные занести в таблицу 4.9. Вычислить константу С1 и C2. Таблица №2-проверка уравнения состояния газа №

Темпера тура горячей воды T1, К

Атмосфер ное давление P1 , Па

ОБЪЕМ воздуха V1 , м3

Темпера P2 , Па тура холодной воды T2, К

1 2

15

Объём P1V1/T1, P2V2/T2 воздуха Па·м3/К Па·м3/К V2, м3

5.Содержание отчета. Отчёт должен содержать: 5.1.Название работы. 5.2.Цель работы. 5.3.Перечень необходимого оборудования. 5.4.Результаты измерений и вычислений; рис. №2, наблюдения; таблица №2проверка уравнения состояния отсчёта) 5.5.Ответы на контрольные вопросы. 5.5.1.Почему в данной работе объем воздуха можно выражать в условных единицах? 5.5.2.Изменится ли найденное значение C, если опыт проводить с другой массой газа? 5.5.3.Какие причины влияют на точность определения постоянной C? 5.5.4.Что означает нулевое деление шкалы манометра? 5.5.5.Газ переведён из состояния I в состояние II (рис. 2) путём охлаждения. Как изменилось его давление? 5.6.Выводы к работе Список литературы. 1.Жданов Л. С., Жданов Г. Л. Физика (учебник для средних специальных учебных заведений - М. Высшая школа1995) § 5.1-8 (1). 2.Дмитриева В. Ф. Физика (Учебное пособие для средних специальных учебных заведений – М. Высшая школа 2001 г.) §1.14-16(2).

Лабораторная работа 3 Определение коэффициента поверхностного натяжения воды. 1.Цель работы: определить коэффициент поверхностного натяжения воды с помощью метода подъема воды в капиллярных трубках. 2. Пояс не ни я к рабо те . 2.1 .К ра ткие тео р е ти че с к ие с в е де н и я . Поднятие смачивающей жидкости в капиллярной трубке над уровнем жидкости в большом сосуде происходит в результате того, что поверхность жидкости стремится сократиться, поэтому на жидкость оказывается дополнительное давление Δp= 2σ/R, где R - радиус капилляра. Смачивающая жидкость в капилляре поднимается на такую высоту, при которой вес ее столбика над уровнем жидкости в большом сосуде уравновесится силой дополнительного давления: mg= ΔpS, или ρShg= 2σ/R, откуда h=2σ/(Rρg), где ρ - плотность жидкости. 16

Лабораторная работа 18 Наблюдение интерференции и дифракции света. 1.Цель работы: 1.1.исследовать вид интерференционных полос на стеклянной пластинке и характер их изменения с изменением давления 1.2.исследовать зависимость дифракционной картины от ширины щели 1.3.сделать вывод о свойствах света на основе наблюдений. 2.Пояснения к работе. 2.1.Краткие теоретические сведения. Интерференция света. Интерференцией световых волн называется наложение когерентных световых волн, в результате чего в одних местах пространства возникают максимумы, а в других минимумы интенсивности световых колебаний. При этом происходит перераспределение световой энергии в пространстве. Когерентными называются световые волны, разность фаз которых остаётся постоянной во времени. Условия максимума освещённости : Δd= kλ Условия минимума освещённости: Δd= k(2k+1)λ/2 где Δd= d1-d2 - оптическая разность хода волн; λ - длина волны; k целое число 1,2,3. Дифракция света. Дифракцией световых волн называется загибание света в области тени, т.е. отклонение светового пучка от законов прямолинейного распространения. Дифракция света наблюдается, когда на пути световой волны встречаются тела или отверстия, размеры которых соизмеримы с длиной световой волны. 2.2.Перечень необходимого оборудования: пластины стеклянные-2шт; лампа с прямой нитью накала (одна на весь класс), штангенциркуль, кусок капроновой ткани. 3.Задание. 3.1.Самостоятельно изучить методические рекомендации по проведению лабораторной работы. 3.2.Повторить § 37.1-9 (1); § 170- 174 (2). 3.3.Подготовить ответы на контрольные вопросы. 3.4.Подготовить форму отчёта.

61

4.2.2.Обратите внимание на несколько ярких линий, наблюдаемых на фоне менее яркого сплошного спектра. 4.2.3.Зарисуйте спектр, который дает люминофор, и выделите на нем спектр паров ртути. 4.2.4.Сравните спектр люминесцентной лампы со спектром лампы накаливания и сделайте вывод, какой из двух источников света даёт свет, более близкий к естественному. 4.2.5.Настройте прибор для наблюдения спектров газов, заполняющих спектральные трубки. 4.2.6.Проведите наблюдение спектров трех газов, зарисуйте их один под другим. 4.2.7.Сравните спектры газов и сделайте вывод о справедливости утверждения о том, что каждому веществу соответствует определённый набор спектральных линий. 5.Содержание отчета. Отчёт должен содержать: 5.1.Название работы. 5.2.Цель работы. 5.3.Перечень необходимого оборудования. 5.4.Рисунок спектров. 5.5.Ответы на контрольные вопросы. 5.5.1.Как объяснить изменение спектра лампы накаливания при уменьшении температуры её нити? 5.5.2.Почему по виду линейчатого спектра можно установить, какие химические элементы входят в состав источника света? 5.5.3.Почему предметы, окружающие наблюдателя, при освещении их белым светом оказываются окрашенными в различные цвета? Как изменится их окраска при освещении монохроматическим светом, например красным? 5.6.Выводы о проделанной работе. 1. 2.

Список литературы. Жданов Л. С., Жданов Г. Л. Физика (учебник для средних специальных учебных заведений - М. Высшая школа1995) § 37.1-9 (1). Дмитриева В. Ф. Физика (Учебное пособие для средних специальных учебных заведений – М. Высшая школа 2001 г.) § 170- 174 (2).

2.2.Перечень необходимого оборудования. 1. Стакан с водой. 2. Две капиллярные трубки различного сечения. 3. Штангенциркуль. 4. Масштабная линейка. 5. Лупа. 3. За да ни е. 3.1.Самостоятельно изучить методические рекомендации по проведению лабораторной работы. 3.2.Повторить § 12.1-12(1); § 4.38-41 (2). 3.3.Подготовить ответы на контрольные вопросы. 3.4.Подготовить форму отчёта. 4. Рабо та в лабо ра тории . 4.1. Опустить в стакан с водой поочередно каждую из двух капиллярных трубок, пронумеровав их. 4.2. Измерить высоту подъема воды в капиллярной трубке над поверхностью воды в стакане. Высоту поднятия жидкости измерять по нижней части мениска в капилляре. Для удобства отсчета наблюдение производить через лупу. 4.3. Измерить внешний диаметр D и толщину а капиллярной трубки с помощью штангенциркуля и вычислить её внутренний диаметр по формуле: d=D-2a. 4.4. Произвести вычисления поверхностного натяжения по формуле: σ= hRρg/2= hdρg/4. 4.5. Результаты измерений и вычислений записать в табл. 3. 4.6.Сравнить результаты с табличным значением поверхностного натяжения и определить относительную погрешность методом оценки результатов измерений. Таблица 3-определения коэффициента поверхностного натяжения воды Номер капил лярной трубки

Диаме тр кана ла капил лярной трубки d, м

Высота Плот подъе ность ма воды воды в капил ρ, Кг/м ляре h. м

Поверхно стное натяже ние σ, Н/м

Среднее значение поверхност ного натяжения σср,Н/м

1. 2.

4.7.Относительную погрешность определить по формуле

δ= 60

Δσ

σ

=

17

Δh Δd + h d

Табличное Относи значение тельная поверхност погреш ного ность натяжения δ, % σ,Н/м

Таблица 4-поверхностное натяжение воды при различных температурах Температура Т, К

283 288 293

Поверхностное натяжение σ, 10 мН/м

Температура Т, К

74,0 73,3 72,5

298 303

Поверхностное натяжение σ, 10 мН/м 71,8 71,0

5.Содержание отчета. Отчёт должен содержать: 5.1.Название работы 5.2.Цель работы 5.3.Перечень используемого оборудования 5.4.Задание 5.5.Таблица с результатами измерений и вычислений 5.6.Ответы на контрольные вопросы. 5.6.1.Почему поверхностное натяжение зависит от вида жидкости? 5.6.2Почему и как зависит поверхностное натяжение от температуры? 5.6.3.В двух одинаковых пробирках находится одинаковое количество капель воды. В одной пробирке вода чистая, в другой — с прибавкой мыла. Одинаковы ли объемы отмеренных капель? Ответ обоснуйте. 5.6.4.Изменится ли результат вычисления поверхностного натяжения, если опыт проводить в другом месте Земли? 5.6.5.Изменится ли результат вычисления, если диаметр канала трубки будет меньше? 5.7.Вывод о проведённой работе С пи со к л ите р а ту ры . 1.Жданов Л. С., Жданов Г. Л. Физика (учебник для средних специальных учебных заведений - М. Высшая школа1995) 12.1-12(1). 2.Дмитриева В. Ф. Физика (Учебное пособие для средних специальных учебных заведений – М. Высшая школа 2001 г.) 4.38-41 (2).

Для изучения спектров применяют специальные приборы – спектроскопы и спектрографы. В зависимости от конструкции прибора разложение спектра на спектральные составляющие происходит в нем с помощью либо призмы, либо дифракционной решетки. 2.2.Перечень необходимого оборудования. 1. Прибор для определения длины световой волны. 2. Дифракционная решетка (100 штрихов на 1 мм). 3. Лабораторный штатив. 4.Набор цветных карандашей. 2.3.Дополнительное оборудование. 1. Набор спектральных трубок, заполненных разными газами; 2. Высоковольтный источник напряжения; 3. Универсальный штатив; 4. Люминесцентная лампа на панели; 5. Лампа накаливания на подставке; 6. Реостат. 3.Задание. 3.1.Самостоятельно изучить методические рекомендации по проведению лабораторной работы. 3.2.Повторить § 37.1-9 (1); § 170- 174 (2). 3.3.Подготовить ответы на контрольные вопросы. 3.4.Подготовить форму отчёта. 4.Работа в лаборатории. 4.1. Наблюдение сплошного спектра 4.1.1.Вставьте дифракционную решётку в прибор для измерения длины световой волны. 4.1.2.Настройте прибор так, чтобы на его экране отчётливо наблюдались дифракционные спектры 1-го и 2-го порядков. 4.1.3.Зарисуйте вид спектра лампы накаливания, светящейся при максимальном накале нити, соблюдая последовательность расположения основных цветов. 4.1.4.Сравните полученный спектр со спектром солнечного света. 4.1.5.Проследите за изменением спектра лампы при постепенном уменьшении силы тока в ней. 4.1.6.Зарисуйте спектры при максимальном накале нити лампы и после уменьшения накала нити примерно наполовину. 4.1.7.Сделайте вывод о характере изменения спектра при уменьшении температуры нити лампы. 4.2.Наблюдение линейчатых спектров 4.2.1.Замените лампу накаливания люминесцентной лампой и получите на экране прибора спектр этого источника света.

18

59

Список литературы. 1. Жданов Л. С., Жданов Г. Л. Физика (учебник для средних специальных учебных заведений - М. Высшая школа1995) § 35.1-9 (1). 2 Дмитриева В. Ф. Физика (Учебное пособие для средних специальных учебных заведений – М. Высшая школа 2001 г.) § 157-164 (2).

Лабораторная работа № 17. Наблюдение сплошного и линейчатого спектров 1.Цель работы: 1.1.качественно исследовать зависимость вида спектра излучения раскаленного тела от его температуры; 1.2.доказать утверждение о том, что каждому химическому элементу соответствует определённый набор спектральных линий. 2.Пояснения к работе. 2.1.Краткие теоретические сведения. Атом каждого химического элемента имеет свой строго определённый набор энергетических состояний или уровней, в которых он может находиться. При переходе из одного состояния в другое он испускает электромагнитные волны строго определенных частот. Спектры, состоящие из отдельных линий, называют линейчатыми. Такие спектры дают вещества, находящиеся в газообразном, разряженном состоянии и состоящие из отдельных атомов. В этом состоянии атомы практически не взаимодействуют друг с другом и излучают волны только тех частот, которые свойственны данному химическому элементу. При объединении атомов в молекулы возникают дополнительные энергетические уровни, большинство из которых мало отличается от основных, а в спектре вещества рядом с основными присутствуют дополнительные линии. Линии спектра как бы образуют полосы. Чем сильнее межатомное взаимодействие, тем шире полосы спектра. Такой спектр представляет собой совокупность цветных полос, разделённых тёмными промежутками, и называется полосатым. Полосатые спектры дают, например, газы, состоящие из молекул, слабо связанных друг с другом. Для получения линейчатых и полосатых спектров используют свечение газового разряда или раскалённых паров. Вещества, атомы которых сильно взаимодействуют друг с другом, излучают волны всех частот оптического диапазона. Спектр такого излучения представляет собой цветную радужную полоску, где цвета плавно переходят от красного к фиолетовому, и называется сплошным. Такие спектры дают сильно сжатые газы, раскалённые жидкости и твёрдые тела, а так же высокотемпературная плазма. 58

Лабораторная работа 4 Определение относительной влажности воздуха с помощью психрометра Августа. 1.Цель работы: освоить приемы определения относительной влажности воздуха, основанные на использовании психрометра и баротермогигрометра. 2.Пояснения к работе. 2.1.Краткие теоретические сведения. В атмосфере Земли всегда содержатся водяные пары. Их содержание в воздухе характеризуется абсолютной и относительной влажностью. Абсолютная влажность (ρа) определяется массой водяного пара, содержащегося в 1 м3 воздуха, т. е. плотностью водяного пара. Абсолютную влажность можно определить по температуре точки росы температуре, при которой пар, находящийся в воздухе, становится насыщенным. Относительная влажность В показывает, сколько процентов составляет абсолютная влажность от плотности ρн водяного пара, насыщающего воздух при данной температуре: В=ρа·100%/ρн 2.2.Перечень необходимого оборудования. 1. Термометр. 2.Психрометр. 3.Баротермогигрометр (общий для всех). 3.Задание. 3.1.Самостоятельно изучить методические рекомендации по проведению лабораторной работы. 3.2.Повторить § 4.1-5 (1); § 29-37 (2). 3.3.Подготовить ответы на контрольные вопросы. 3.4.Подготовить форму отчёта. 4.Работа в лаборатории. 4.1.Определить температуру сухого термометра. 4.2.Определить температуру смоченного термометра. 4.3.Пользуясь психрометрической таблицей определить относительную влажность воздуха. 4.4.По таблице «Давление насыщающих паров и их плотность при различных температурах» определить плотность насыщенного пара. 4.5.Используя формулу относительной влажности воздуха определить абсолютную влажность воздуха. 4.6.Определить точку росы при данной температуре воздуха. 4.7.Результаты измерений и вычислений занести в таблицу. 4.8.Определить относительную влажность по баротермогигрометру. 19

4.9.Результаты по определению ϕ сравнить и сделать выводы.

Т а б л и ц а 16- определения длины световой волны

δ=

фиолетового излучения, λф мм

Красного излучения λк мм

Среднее аср мм

Справа ап мм

Слева ал мм

Среднее аср мм

Справа ап мм

Видимые Видимые Длина границы спектра границы спектра световой фиолетового красного света волны света

Слева ал мм

Расстояние от решетки до экрана b, мм

Порядок спектра n

Период дифрак. решетки d, мм

1 . 2 . 3 .

Номер опыта

Относительная погрешность δ

Среднее значение относительной влажности ϕср ,%

Абсолютная влажность, ρа , кг/м3

Плотность насыщающего пара при комнатной температуре ρ0, кг/м3

Относительная влажность, ϕ, %

Разность показаний температур, Δt, 0С

Показание смоченного термометра, tувл, 0С

Показание термометра, tс , 0 С

Номер опыта

сухого

Таблица 5-определения относительной влажности воздуха.

Δϕ ñð

ϕñð

5.Содержание отчета. Отчёт должен содержать: 5.1.Название работы 5.2.Цель работы 5.3.Перечень необходимого оборудования 5.4.Формулы искомых величин и их погрешностей 5.5.Таблица с результатами измерений и вычислений 5.6. Ответы на контрольные вопросы. 5.6.1.Почему показания влажного термометра психрометра меньше показаний сухого термометра? При каком условии разность показаний термометра наибольшая? 5.6.2.Температура в помещении понижается, а абсолютная влажность остается прежней. Как изменится разность показаний термометров психрометра? 5.6.3.Сухой и влажный термометры психрометра показывают одну и ту же температуру. Какова относительная влажность воздуха? 5.6.4. Почему после жаркого дня роса бывает более обильна 5.6.5.Почему перед дождём ласточки летают низко? 5.7.Выводы о проделанной работе

20

5.Содержание отчета. Отчёт должен содержать: 5.1.Название работы 5.2.Цель работы 5.3.Перечень необходимого оборудования 5.4.Рисунок 5.5.Формулы искомых величин и их погрешностей. 5.6.Таблица с результатами измерений и вычислений 5.7.Ответы на контрольные вопросы. 5.7.1.Почему нулевой максимум дифракционного спектра белого света — белая полоса, а максимум высших порядков — набор цветных полос? 5.7.2. Почему максимумы располагаются как слева, так и справа от нулевого максимума? 5.7.3. В каких точках экрана получаются I, II, III максимумы? 5.7.4.Какой вид имеет интерференционная картина в случае монохроматического света? 5.7.5.В каких, точках экрана получается световой минимум? 5.8.Выводы о проделанной работе.

57

4.5.Измерить по шкале бруска установки расстояние «b» от экрана прибора до дифракционной решетки.

1. 2.

Список литературы. Жданов Л. С., Жданов Г. Л. Физика (учебник для средних специальных учебных заведений - М. Высшая школа1995) § 4.1-5 (1). Дмитриева В. Ф. Физика (Учебное пособие для средних специальных учебных заведений – М. Высшая школа 2001 г.) § 29-37 (2).

Лабораторная работа № 5 Определение модуля Юнга. 1.Цель работы: определить модуль упругости резины. 2.Пояснения к работе. 2.1.Краткие теоретические сведения. Модуль Юнга характеризует упругие свойства материала. Это постоянная величина, зависящая только от материала и его физического состояния. Поскольку модуль Юнга входит в закон Гука, который справедлив только для упругих деформаций, то и модуль Юнга характеризует свойства вещества только при упругих деформациях. Модуль Юнга можно определить из закона Гука: F/S= EΔl/l0, отсюда E= Fl0 / SΔl, где Δl= l-l0 , S=a·b, F=mg. 2.2.Перечень необходимого оборудования: 1 резиновая лента с петелькой на одном конце и узлом на другом, 2 динамометр (или два лабораторных набора грузов), 3 штатив, 4 линейка с миллиметровыми делениями, 5 тангенциркуль. Рис. 26

Рис. 27

4.6.Определить расстояние от нулевого деления (0) шкалы экрана до середины фиолетовой полосы как слева «ал», так и справа «ап» для спектров I порядка (рис. 27) и вычислить среднее значение аср. 4.7.Опыт повторить со спектром II порядка. 4.8. Такие же измерения выполнить и для красных полос дифракционного спектра. 4.9. Вычислить по формуле (2) длину волны фиолетового света для спектров I и II порядков, длину волны красного света I и II порядков. 4.10. Результаты измерений и вычислений записать в табл. 16.

3.Задание. 3.1.Ознакомиться методические рекомендации по проведению лабораторной работы. 3.2.Повторить § 13.1-8 (2); § 42-49 (2). 3.3.Подготовить ответы на контрольные вопросы. 3.4.Подготовить форму отчёта. 4.Работа в лаборатории. 4.1.Измерить ширину и толщину ленты с помощью штангенциркуля и вычислить площадь ее поперечного сечения S0. 4.2.Рассчитать площадь сечения образца в деформированном состоянии, исходя из того, что объем резины увеличивается незначительно при малых деформациях. S 0l0 S 0 l 0 = Sl ⇒ S =

l

4.3.Укрепить конец ленты с узлом в лапке штатива и, вставив в петельку крючок динамометра (или груза) так, чтобы растянуть ленту на 1-2 см. 4.4.Снимите нагрузку и измерьте ее начальную длину (от точки закрепления до петельки). 56

21

4.5.Растяните ленту на 2-3 см и измерьте деформирующую силу. 4.6.Повторите опыт при удлинениях 4 и 6 см. 4.7.По результатам каждого из опытов вычислите модуль Юнга. 4.8.Найдите среднее значение модуля Юнга по трем измерениям. 4.9.Оценить точность произведенных измерений. δ= ΔE/E= ΔF/F+2Δl/l+2Δa/a 4.10.Объясните, с какой целью надо было провести операцию, описанную в п.3. 4.11.Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 6.

Белый свет по составу — сложный. Нулевой максимум для него— белая полоса, а максимумы высших порядков представляют собой набор семи цветных полос, совокупность которых называют спектром соответственно I; II, ... порядка (рис. 25). Получить дифракционный спектр можно, используя прибор для определения длины световой волны (рис. 26). Прибор состоит из

Таблица 6-определения модуля Юнга. № Началь Шири Толщина Площадь опы ная на ленты поперечно та длина ленты b, м го сечения ленты а, м ленты l0, м S, м2

Дефор мирую щая сила F, Н

Удли Модуль Среднее Погреш нение Юнга значение ность Δ l, м E, Па модуля δ, % Юнга Eср, па

1. 2. 3.

5.Содержание отчета. Отчёт должен содержать: 5.1.Название работы 5.2.Цель работы 5.3.Перечень необходимого оборудования 5.4.Формулы искомых величин и их погрешностей. 5.5.Таблица с результатами измерений и вычислений. 5.6.Ответы на контрольные вопросы. 5.6.1.Что такое модуль Юнга? 5.6.2.Что называется пределом упругости? 5.6.3.К стальной нити диаметром 2 мм и длиной 1 м подвешен груз массой 200 гр. На сколько удлинится нить, если модуль Юнга для стали равен 2,2∗1011 Па? Каково относительное удлинение нити? 5.6.4.Что такое механическое натяжение и в чем оно измеряется? 5.7.Выводы о проведённой работе Список литературы. 1.Жданов Л. С., Жданов Г. Л. Физика (учебник для средних специальных учебных заведений - М. Высшая школа1995) § 13.1-8 (2). 2. Дмитриева В. Ф. Физика (Учебное пособие для средних специальных учебных заведений – М. Высшая школа 2001 г.) § 42-49 (2). 22

бруска 1 со шкалой. Внизу бруска укреплен стержень 2. Его вставляют в отверстие подставки от подъемного столика. Брусок закрепляют под разными углами с помощью винта 31. Вдоль бруска в боковых пазах его может перемещаться ползунок 4 с экраном 5. К концу бруска прикреплена рамка 6, в которую вставляют дифракционную решетку. 2.2.Перечень необходимого оборудования. 1. Прибор для определения длины световой волны. 2. Подставка для прибора. 3. Дифракционная решетка. 4. Лампа с прямой нитью накала в патроне со шнуром и вилкой (общая для всех студентов). 3.Задание. 3.1.Самостоятельно изучить методические рекомендации по проведению лабораторной работы. 3.2.Повторить § 35.1-9 (1); § 157-164 (2). 3.3.Подготовить ответы на контрольные вопросы. 3.4.Подготовить форму отчёта. 4.Работа в лаборатории. 4.1.Собрать установку, изображенную на рис. 26. 4.2.Установить на демонстрационном столе лампу и включить ее. 4.3.Смотря через дифракционную решетку, направить прибор на лампу так, чтобы через окно экрана прибора была видна нить лампы. 4.4.Экран прибора установить на возможно большем расстоянии от дифракционной решетки и получить на нем четкое изображение спектров I и II порядков. 55 1

В новой модели прибора сбоку бруска ввинчивают стержень и закрепляют его в штативе.

Лабораторная работа 16 Определение длины световой волны с помощью дифракционной решётки. 1.Цель работы: определить дифракционной решётки.

длину

световой

волны

с

помощью

2.Пояснения к работе. 2.1.Краткие теоретические сведения. Параллельный пучок света, проходя через дифракционную решетку, вследствие дифракции за решеткой, распространяется по всевозможным направлениям и интерферирует. На экране, установленном на пути интерферирующего света, можно наблюдать интерференционную картину. Максимумы света наблюдаются в точках экрана, для которых выполняется условие Δ= nλ (1) где Δ — разность хода волн; λ — длина световой волны; n — номер максимума. Центральный максимум называют нулевым; для него Δ= 0. Слева и справа от него располагаются максимумы высших порядков. Условие возникновения максимума (1) можно записать иначе: nλ = d sinϕ (рис. 24). Здесь d -период дифракционной решетки;

Дифракционная решетка Рис. 24 ϕ — угол, под которым виден световой максимум (угол дифракции). Так как углы дифракции, как правило, малы, то для них можно принять sinϕ= tgϕ, а tgϕ= a/b (рис. 43). Поэтому nλ = d · a/b

(2)

В данной работе формулу (2) используют для вычисления длины световой волны. Анализ формулы (1) показывает, что положение световых максимумов зависит от длины волны монохроматического света: чем больше длина волны, тем дальше максимум от нулевого.

54

Лабораторная работа 6 Определение электродвижущей силы и внутреннего сопротивления источника электрической энергии 1.Цель работы: изучить метод измерения электродвижущей силы и внутреннего сопротивления источника тока, основанный на использовании вольтметра, амперметра и реостата. 2.Пояснения к работе. 2.1.Краткие теоретические сведения. Для получения электрического тока в проводнике необходимо создать и поддерживать на его концах разность потенциалов (напряжение). Для этого используют источник тока. Разность потенциалов на его полюсах образуется вследствие разделения зарядов. Работу по разделению зарядов выполняют сторонние (не электрического происхождения) силы. При разомкнутой цепи энергия, затраченная в процессе работы сторонних сил, превращается в энергию источника тока. При замыкании электрической цепи запасенная в источнике тока энергия расходуется на работу по перемещению зарядов во внешней и внутренней частях цепи с сопротивлениями соответственно R и r. Величина, численно равная работе, которую совершают сторонние силы при перемещении единичного заряда внутри источника тока, называется электродвижущей силой источника тока ε: ε=IR + Ir в СИ выражается в вольтах (В) Электродвижущую силу и внутреннее сопротивление источника тока можно определить экспериментально. 2.2.Перечень необходимого оборудования. 1. Источник электрической энергии. 2. Реостат на 6—10 Ом. 3. Амперметр. 4. Вольтметр. 5. Ключ. 6. Соединительные провода. 3.Задание. 3.1.Ознакомиться с методическими рекомендациями по проведению лабораторной работы. 3.2.Повторить § 18.1-16 (1); § 72-78 (2). 3.3.Подготовить ответы на контрольные вопросы. 3.4.Подготовить форму отчёта. 4.Работа в лаборатории. 4.1.Определить цену деления шкалы измерительных приборов. 4.2.Составить электрическую цепь по схеме, изображенной на рис. 3. 23

4.6. Опыт повторить 2—3 раза, меняя каждый раз угол ε. 4.7. Вычислить коэффициент преломления, найти среднее значение его. 4.8. Определить погрешность измерения методом среднего арифметического.

Рис.3 4.3. После проверки цепи преподавателем замкнуть ключ и, пользуясь реостатом, установить силу тока, соответствующую нескольким делениям шкалы амперметра. Снять показания вольтметра и амперметра. 4.4. Опыт повторить 2—3 раза, изменяя сопротивление цепи при помощи реостата. 4.5. Результаты измерений подставить в уравнение ε= U + Ir и, решая системы уравнений:

⎧ε = U 1 + I 1 r , ⎨ ⎩ε = U 2 + I 2 r ;

⎧ε = U 2 + I 2 r , ⎨ ⎩ε = U 3 + I 3 r ;

⎧ε = U 3 + I 3 r , ⎨ ⎩ε = U 1 + I 1 r ;

определить r, а затем ε. 4.6.Вычислить средние значения найденных величин rср, εср. 4.7. Соединить на короткое время вольтметр с источником электрической энергии, соблюдая полярность. Сравнить его показание с вычисленным по результатам опыта. 4.8. Определить абсолютную погрешность измерения, как среднее арифметическое абсолютных погрешностей трёх измерений. Δ r + Δ r2 + Δ r3 Δ rср = 1 3

Δr1 = r1 − rср ; Δr2 = r2 − rср ; Δr3 = r3 − rср ; 4.9. Определить арифметического. *δ

=

δ=

Δrср rср

Δε ср

ε ср

относительную

погрешность

методом

∗ 100%

среднего

δ=

Δnср ncр

4.9. Результаты измерений, вычислений записать в табл. 14. 5.Содержание отчета. Отчёт должен содержать: 5.1.Название работы. 5.2.Цель работы. 5.3.Перечень необходимого оборудования. 5.4.Рисунок. 5.5.Формулы искомых величин и их погрешностей. 5.6.Таблица с результатами измерений и вычислений. 5.7.Ответы на контрольные вопросы. 5.7.1. В чем сущность явления преломления света и какова причина этого явления? 5.7.2. В каких случаях свет на границе раздела двух прозрачных сред не преломляется? 5.7.3.Что называется коэффициентом преломления и в чем различие абсолютного и относительного коэффициентов преломления? 5.7.4Докажите, что показатель преломления второй среды относительно первой n21= n2/n1 , где n1 и n2 — соответственно абсолютные показатели первой и второй рассматриваемых сред. 5.7.5. Покажите на чертеже ход луча из стекла в воду. 5.7.6. Что можно сказать о длине и частоте светового луча при переходе его из воздуха в алмаз? 5.8.Выводы о проделанной работе. Список литературы. 1. Жданов Л. С., Жданов Г. Л. Физика (учебник для средних специальных учебных заведений - М. Высшая школа1995) § 32.1-7 (1). 2. Дмитриева В. Ф. Физика (Учебное пособие для средних специальных учебных заведений – М. Высшая школа 2001 г.) § 154-156 (2).

∗100%

4.10. Результаты измерений и вычислений записать в таблицу. 24

53

4.Работа в лаборатории. 4.1. На подъемный столик положить развернутую тетрадь для лабораторных работ. На лист тетради плашмя положить стеклянную пластинку и карандашом обвести ее контуры. 4.2. С другой стороны стекла наколоть возможно дальше друг от друга две булавки так, чтобы прямая, проходящая через них, не была перпендикулярна одной из параллельных граней пластинки. Рис. 23 4.3. Третью булавку расположить по грани с другой стороны стекла (рис. 23,а) и вколоть ее так, чтобы, смотря вдоль всех булавок через стекло, видеть их расположенными на одной прямой. 4.4. Стекло, булавки снять, места наколов отметить точками 1,2, 3 (рис. 23). Через точки 1 и 2, 2 и 3 провести прямые до пересечения с контурами стекла. Через точку 2 провести перпендикуляр к границе АВ сред воздух — стекло. 4.5. Отметить угол падения ε и угол преломления ε', транспортиром измерить эти углы и по таблице значений синусов * определить синусы измеренных углов.

А

Б Рис.23

52

Относительная погрешность

Среднее значение абсолютной погрешности Δ nср

Абсолютная погрешность Δn= [ nср - n ]

Среднее значение коэффициента преломления nср

Коэффициент преломления n

Угол преломления ε', град

Угол падения светового луча ε, град

Номер опыта

Таблица 15-определения показателя преломления стекла.

Таблица 7- определение Э.Д.С. и внутреннего сопротивления источника тока.

Но мер опы та

Сила тока в цепи I, А

Напря жение на внешней части цепи U, В

Внутрен нее ЭДС сопротив ξ, В ле ние r, Ом

Среднее значение внутрен него сопротив ления rср, ОМ

Сред нее ЭДС ξ, В

Относительная Относитель погрешность ная погрешность δ1 =

Δrср rср

∗100% δ 2 =

Δξ ср

ξ ср

∗100%

1. 2. 3.

5.Содержание отчета. Отчёт должен содержать: 5.1.Название работы. 5.2.Цель работы. 5.3.Перечень необходимого оборудования. 5.4.Схема электрической цепи. 5.5.Формулы и расчёты искомых величин и их погрешностей. 5.6.Таблица с результатами измерений и вычислений. 5.7.Ответы на контрольные вопросы. 5.7.1.Какова физическая суть электрического сопротивления? 5.7.2.Какова роль источника тока в электрической цепи? 5.7.3.Каков физический смысл ЭДС? Дать определение вольту. 5.7.4.От чего зависит напряжение на зажимах источника тока? 5.7.5.Пользуясь результатами произведенных измерений, определить сопротивление внешней цепи. 5.8.Результаты опытов наблюдений проанализировать и сделать выводы. Список литературы. 1. Жданов Л. С., Жданов Г. Л. Физика (учебник для средних специальных учебных заведений - М. Высшая школа1995) § 18.1-16 (1). 2. Дмитриева В. Ф. Физика (Учебное пособие для средних специальных учебных заведений – М. Высшая школа 2001 г.) § 72-78 (2).

25

Лабораторная работа 7 Определение удельного сопротивления проводника. 1.Цель работы: экспериментально определить удельное сопротивление нихрома. 2.Пояснения к работе. 2.1.Краткие теоретические сведения. Одной из важных характеристик проводника является удельное электрическое сопротивление ρ — физическая величина, равная отношению произведения сопротивления проводника на его площадь поперечного сечения к длине проводника. Для однородного цилиндрического проводника с сопротивлением R, длиною l, площадью поперечного сечения S в СИ выражается в Ом-м.

ρ=R

S l

Удельное сопротивление зависит от концентрации в проводнике свободных электронов и от расстояния между ионами кристаллической решетки, иначе говоря, от материала проводника. В качестве исходного материала для эксперимента можно использовать обмотку реостата (рис. 4).

С пи со к л ите р а ту ры . 1. Жданов Л. С., Жданов Г. Л. Физика (учебник для средних специальных учебных заведений - М. Высшая школа1995) § 30.8-12 (1). 2 . Д м и тр ие в а В . Ф. Ф из и к а (У ч еб но е по соб ие д ля ср ед них с п е ц иа л ь ных уч еб ных заведений – М. Высшая шко ла 2001 г.) § 144, 145 (2).

Лабораторная работа 15 Определение показателя преломления стекла. 1.Цель работы: экспериментально установить, является ли показатель преломления величиной постоянной или переменной. Обосновать, что падающий луч, преломлённый луч и перпендикуляр к границе раздела двух сред, восставленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости. 2.Пояснения к работе. 2.1.Краткие теоретические сведения. Свет при переходе из одной среды в другую меняет свое направление, т. е. преломляется. Преломление объясняется изменением скорости распространения света при переходе из одной среды в другую и подчиняется следующим законам: 1. Падающий и преломленный лучи лежат в одной плоскости с перпендикуляром, проведенным через точку падения луча к границе раздела двух сред. 2. Отношение синуса угла падения ε к синусу угла преломления ε' — величина постоянная для данных двух сред и называется коэффициентом преломления второй среды относительно первой: n= sinε/sinε'. 2.2.Перечень необходимого оборудования. 1. Стеклянная пластинка с двумя параллельными гранями. 2. Булавки с пластмассовой головкой (3 шт.). 3. Транспортир. 4. Подъемный столик. 5. Таблица тригонометрических функций.

Рис 4 2.2. Перечень необходимого оборудования. 1. реостат, 2. амперметр, 3. вольтметр, 4. штангенциркуль. 3.Задание. 3.1.Ознакомиться с методическими рекомендациями по проведению лабораторной работы. 3.2.Повторить § 18.1-16 (1); § 72-78 (2). 26

3.Задание. 3.1Самостоятельно изучить методические рекомендации по проведению лабораторной работы. 3.2.Повторить § 32.1-7 (1); § 154-156 (2). 3.3.Подготовить ответы на контрольные вопросы. 3.4.Подготовить форму отчёта.

51

3.3.Подготовить ответы на контрольные вопросы. 3.4.Подготовить форму отчёта.

Рис.23 4.3.Продемонстрироват работу приемника преподавателю. 4.4.Отключить источник тока и разобрать приемник. 5.Методические рекомендации. 5.1.В работе используется «Радиоконструктор на полупроводниках». На занятие выдаются только те детали набора, которые необходимы для сборки одного из приведенных вариантов приемника. 5.2.Заземлением может служить водопроводная труба. В этом случае трубу в месте присоединения к ней заземляющего провода тщательно зачистить. Следует также зачистить от эмали оба конца заземляющего провода и один конец антенны. 5.3.Для приемника варианта I лучше использовать наружную приемную антенну. 5.4.При отсутствии в лаборатории необходимого для работы оборудования можно использовать «Набор радиотехнических приборов». Целесообразно ряд деталей комплекта (катушку, УНЧ) изготовить на занятиях физического кружка или во внеурочное время. Чертежи и описания изготовления приборов комплекта даны в методическом пособии Б. С. Зворыкина «Электромагнитные колебания и волны в курсе физики средней школы» (М.: Изд-во АПН РСФСР, 1955). 6.Содержание отчета. Отчёт должен содержать: 6.1.Название работы 6.2.Цель работы 6.3.Перечень необходимого оборудования 6.4.Схему радиоприёмника 6.5.Ответы на контрольные вопросы. 6.5.1.Каково назначение антенны и заземления? 6.5.2.Какова роль детектора? 6.5.3.Какова физическая сущность электрического резонанса? 6.5.4.Объясните принцип действия собранного вами приемника. 6.5.5.Каково соотношение между длиной, частотой и скоростью распространения радиоволны? 6.5.6.Что вам известно о развитии радиосвязи в России? 6.6.Выводы о проделанной работе. 50

4.Работа в лаборатории. 4.1. Собрать электрическую цепь по схеме (рис 5). 4.2. Записать показания амперметра и вольтметра. 4.3. Вычислить сопротивление проводника по закону Ома для участка цепи. 4.4. Штангенциркулем измерить диаметр D керамического цилиндра реостата (рис. 4), подсчитать число витков n на нем и определить длину проволоки по формуле l= πDn. 4.5. Диаметр d проволоки определить из соотношения d= L/n, где n число витков реостата; L — длина обмотки реостата; и определить площадь поперечного сечения проволоки S= πd2/4. 4.6. Учитывая, что провод реостата изготовлен из нихрома, сравнить результат опыта с табличным значением удельного сопротивления нихрома и определить относительную погрешность. 4.7. Результаты измерений и вычислений записать в таблице 8. Таблица 8-определения удельного сопротивления № о п ы т а

Сопроти вление всей обмотки реостата R, Ом

Диа метр вит ка D, м

Число витков в обмот ке реоста та, n

Дли на про вода l. м

Диа метр про вода d,м

Площадь попереч ного сечения провода реостата S,м2

Удель ное сопро тивле ние p, Ом·м

Таблич ное значе ние сопроти вления pтабл, Ом·м

Относи тельная погрешость

δ=

ρтаб−ρ ∗100 % ρтаб

1 2

5.Содержание отчета. Отчёт должен содержать: 5.1.Название работы. 5.2.Цель работы. 5.3.Перечень необходимого оборудования. 5.4.Схему электрической цепи. 5.5.Формулы искомых величин и их погрешностей. 5.6.Таблица с результатами измерений и вычислений. 5.7.Ответы на контрольные вопросы. 5.7.1.Почему удельное сопротивление проводника зависит от рода материала его? 5.7.2.Зависит ли удельное сопротивление от температуры? 27

5.7.3.Удельное сопротивление фехраля 1,1∗10-6 Ом∗м . Что это значит? Где можно использовать такой материал? 5.7.4.Назвать известные вам методы определения сопротивления резистора? 5.7.5.Как изменится напряжение на участке ОВ электрической цепи (рис 6), если медную проволоку на этом участке заменить никелиновой. 5.7.6.Определить сопротивление и длину медной проволоки массой 89 г, сечением 0,1 мм2. 5.8.Вывод о проделанной работе. Рис.22 С пи со к л ите р а ту ры . 1.Жданов Л. С., Жданов Г. Л. Физика (учебник для средних специальных учебных заведений - М. Высшая школа1995) § 18.1-16 (1). 2.Дмитриева В. Ф. Физика (Учебное пособие для средних специальных учебных заведений – М. Высшая школа 2001 г.) § 72-78 (2).

Лабораторная работа 8 Изучение последовательного и параллельного соединения проводников 1.Цель работы: определить общее сопротивление при последовательном и параллельном соединении проводников. 2.Пояснения к работе. 2.1.Краткие теоретические сведения. Потребители электрической энергии — электрические лампочки, электронагревательные приборы, провода и т. п. — обладают определенным сопротивлением, поэтому их часто называют «проводниками» или резисторами. Обычно электрическая цепь состоит из нескольких резисторов, соединенных последовательно, параллельно или смешанно. Для простоты расчета электрических цепей все резисторы мысленно заменяют одним, при включении которого режим цепи не нарушается, т. е. сила тока и напряжение остаются прежними. Сопротивление этого резистора называют эквивалентным общему сопротивлению нескольких резисторов, образующих цепь. 2.2.Перечень необходимого оборудования. 1. Источник электрической энергии. 2. Резисторы (проволочные спирали на панелях с клеммами. 28

4.Работа в лаборатории. 4.1.Пользуясь принципиальной схемой, изображенной на рис. 22, собрать радиоприемник и показать преподавателю. 4.2.Замкнуть цепь. Плавно вращая ручку конденсатора переменной емкости, настроить приемник на частоту принимаемой радиостанции и послушать ее передачу. 4.3.Продемонстрировать работу приемника преподавателю. 4.4.Отключить источник тока. 4.5.Разобрать приемник.

В а р и а н т III. Транзисторный регенеративный радиоприемник с усилителем низкой частоты 2.2.Перечень необходимого оборудования. 1. Катушка контурная L. 2. Конденсатор переменной емкости. 3. Транзистор П13 (2 шт.). 4. Источник электрической энергии. 5. Головной телефон Т . 6. Конденсатор постоянной емкости С на 150пФ. 7. Резистор R. 8. Провода для антенны А и заземления. 9. Провода и планки соединительные, контакты для телефона (2 шт.), доска монтажная, ключ, винты и шайбы. 10. Конденсатор электролитический 15,0∗10 В. 4.Работа в лаборатории. 4.1.Собрать радиоприемник согласно схеме, изображенной на рис. 23, и показать преподавателю. 4.2.Замкнуть цепь, настроить колебательный контур в резонанс с частотой волн, принимаемых радиостанцией, и послушать ее передачу. 49

В а р и а н т 1 . Детекторный приемник. 2.2.Перечень необходимого оборудования. 1. Катушка контурная. 2. Конденсатор переменной емкости. 3. Диод полупроводниковый Д2. 4. Телефон головной Т. 5. Конденсатор постоянной емкости с 1000 пФ . 6. Провода и планки соединительные. 7. Провода для антенны А и заземления З. 8. Монтажная доска, контакты для телефона, винты, шайбы. 3. За да ни е. 3.1.Ознакомиться с методическими рекомендациями лабораторной работы. 3.2.Повторить § 30.8-12 (1); § 144, 145 (2). 3.3.Подготовить ответы на контрольные вопросы. 3.4.Подготовить форму отчёта. 4.Работа в лаборатории. 4.1.Пользуясь принципиальной схемой, изображенной на радиоприемник и показать преподавателю. 4.2.Медленно вращая ручку конденсатора переменной емкости, настроить колебательный контур в резонанс с частотой принимаемой радиостанции и послушать ее передачу. 4.3.Продемонстрировать работу приемника преподавателю. 4.4.Разобрать приемник.

по

проведению

3.Задание. 3.1.Ознакомиться с методическими рекомендациями по проведению лабораторной работы. 3.2.Повторить § 18.15,16 (1); § 79,80 (2). 3.3.Подготовить ответы на контрольные вопросы. 3.4.Подготовить форму отчёта. 4.Работа в лаборатории. 4.1.Последовательное соединение резисторов. 4.1.1.Составить электрическую цепь по схеме, изображенной на рис. 7.

рис. 21, собрать

В а р и а н т II. Детекторный приемник с усилителем низкой частоты на транзисторе. 2.2.Перечень необходимого оборудования. 1. Катушка контурная. 2. Конденсатор переменной емкости. 3. Диод Д2. 4. Транзистор П13. 5. Источник электрической энергии. 6. Головной телефон Т. 7. Конденсатор электролитический Сэл= 15,0∗10 В. 8. Конденсатор постоянной емкости С на 5 мкФ. 9. Резисторы на 5,1 и 100 кОм. 10. Провода для антенны А и заземления З. 11. Провода и планки соединительные, ключ, контакты для телефонов (2 шт.), доска, монтажная, винты и шайбы.

48

Сопротивление каждого резистора указано на панели). 3. Амперметр постоянного тока. 4. Вольтметр постоянного тока. 5. Реостат ползунковый. 6. Ключ. 7. Соединительные провода.

4.1.2. После проверки электрической цепи преподавателем цепь замкнуть и измерить напряжения на отдельных резисторах. Для этого прикоснуться наконечниками проводов, идущих от вольтметра к клеммам резисторов. 4.1.3. Измерить напряжение на концах всей группы резисторов (участок А В). 4.1.4. Проверить соотношение UAB= =U1+U2+U3 и сделать вывод. 4.1.5. По формуле I=U/R вычислить силу тока в каждом резисторе. Сравнить ее с показанием амперметра и сделать вывод. 4.6.6. Омметром определить эквивалентное сопротивление Rэкв=RAB. Проверить справедливость формулы Rэкв=R1+R2+R3 и сделать вывод. 4.6.7. Результаты измерений и вычислений записать в табл. 9. Таблица 9-определения эквивалентного сопротивления при последовательном соединении Но Сопротивление, Ом мер опы R R R3 Rэкв 1 2 та

Напряжение, В U1

U2

U3

1. 2. 3. 29

UAB

Сила тока. А I1

I2

I3

Iобщ

4.2. Параллельное соединение резисторов. 4.2.1.Составить электрическую цепь по схеме, изображенной на рис. 8. 4.2.2.После проверки цепи преподавателем ключ замкнуть, с помощью реостата установить силу тока в цепи 1,5 – 2 А. 4.2.3.Переключить амперметр из магистрали в ту или иную ветвь и измерить силу тока в каждом резисторе. Проверить соотношение I= I1+I2 +I3 и сделать вывод. 4.2.4.Омметром измерить сопротивление разветвления (эквивалентное сопротивление) 4.2.5.Проверить справедливость формулы и сделать вывод.

5.7.6.Что вы знаете о Единой энергосистеме «Мир»? 5.8.Выводы о проделанной работе.

Сопротивление, Ом R3

Rэкв

I1

I2

I3

Iобщ

5.Содержание отчета. Отчёт должен содержать: 5.1.Название работы. 5.2.Цель работы. 5.3.Перечень необходимого оборудования. 5.4.Схему электрической цепи. 5.5.Формулы искомых величин и их погрешностей. 5.6.Таблица с результатами измерений и вычислений. 5.7.Ответы на контрольные вопросы. 5.7.1. Восемь резисторов соединили по два последовательно в четыре параллельные ветви. Начертить схему соединения. 5.7.2. Потребители электрической энергии соединены так, как показано на рис. 9. Определить эквивалентное сопротивление в этом случае, если R1 = R2 = R3 = 12 Ом, R4= 4 Ом, R5= R6= 40 Ом. 30

об

1.Цель работы: научиться собирать и настраивать детекторный радиоприемник и приемник с усилителем низкой частоты на одном транзисторе.

Сила тока, А Напряже ние UAB, В

России,

Лабораторная работа 14 Сборка и настройка простейшего радиоприёмника

4.2.6.Результаты измерений и вычислений записать в табл. 10. Таблица 10-определения эквивалентного сопротивления при параллельном соединении. R2

системе

С пи со к л ите р а ту ры . 1. Жданов Л. С., Жданов Г. Л. Физика (учебник для средних специальных учебных заведений - М. Высшая школа1995) § 29.5-7 (1). 2. Дм итр иева В . Ф. Ф и з ик а ( Уч е бно е пос об ие д ля с р е д них с п е ц иа л ь ных уч еб ных заведений – М. Высшая шко ла 2001 г.) § 134-140 (2)

1 1 1 1 = + + R экв R1 R 2 R3

Но мер R1 опы та

энергетической

2. Пояс не ни я к рабо те . 2.1 .К ра ткие тео р е ти че с к ие св е де н и я. Радиоприемником называют устройство, позволяющее принимать высокочастотные модулированные колебания. Сущность радиоприема заключается в следующем. Радиоволны, излучаемые передающими радиостанциями, индуцируют в антенне приемника высокочастотные токи, которые поступают в колебательный контур. Колебательный контур выделяет колебания лишь той радиостанции, частота которой совпадает с частотой колебаний приемного колебательного контура. При этом наступает электрический резонанс — сопротивление контура уменьшается, а принятый электрический сигнал усиливается. Настройка в резонанс достигается обычно изменением емкости приемного колебательного контура конденсатором переменной емкости. Модулированные колебания, принятые колебательным контуром приемника с помощью детектора, преобразуются в пульсирующий ток одного направления, амплитуда которого изменяется со звуковой частотой. Если к головным наушникам (телефону) или динамику параллельно присоединить блокировочный конденсатор, то пульсирующий ток высокой частоты пойдет через конденсатор, а ток низкой (звуковой) частоты — через катушку телефона; его мембрана придет в колебательное движение со звуковой частотой передающей станции. Простейший из радиоприемников не требует для работы электрической энергии: он работает только за счет энергии принятого сигнала, поэтому позволяет принять и прослушать ближайшие мощные радиостанции определенного диапазона частот. 47

Рис. 19

Рис. 20 4.2.4.Замкнуть ключ, пронаблюдать работу установки. Сравнить накал лампы с накалом предыдущего опыта и сделать вывод. 5.Содержание отчета. Отчёт должен содержать: 5.1.Название работы. 5.2.Цель работы. 5.3.Перечень необходимого оборудования. 5.4.Чертёж (схема). 5.5.Формулы искомых величин и их погрешностей. 5.6.Таблица с результатами измерений и вычислений. 5.7.Ответы на контрольные вопросы. 5.7.1.Рассказать о назначении, устройстве, принципе действия трансформатора. 5.7.2.С какой целью магнитопровод набирается из тонких изолированных пластин электротехнической стали? Каков КПД современных трансформаторов? 5.7.3.С какой целью для передачи электрической энергии используют трансформатор? Ответ обосновать. 5.7.4.Кто является изобретателем трансформаторов? Кем впервые была решена задача передачи электроэнергии без больших потерь? 5.7.5.Каково напряжение в ЛЭП России? 46

Рис. 9 5.7.3. Студент при измерении напряжения на лампочке включил по ошибке амперметр вместо вольтметра. Что при этом произойдет? 5.7.4. Изменится ли показание вольтметра (рис. 10), если в участок, состоящий из нескольких параллельно соединенных резисторов, добавить еще один? 5.7.5. Что изменилось на данном участке цепи, если включенный последовательно с ним амперметр показал увеличение силы тока? 5.7.6. Как включены 10 ламп для освещения трамвайного вагона, рассчитанных на напряжение 120 В? Напряжение в трамвайной сети 600 В. 5.8.Выводы о проделанной работе. Список литературы. 1.Жданов Л. С., Жданов Г. Л. Физика (учебник для средних специальных учебных заведений - М. Высшая школа1995) § 18.15,16 (1). 2.Дмитриева В. Ф. Физика (Учебное пособие для средних специальных учебных заведений – М. Высшая школа 2001 г.) § 79,80 (2).

Лабораторная работа 9 Исследование зависимости мощности, потребляемой лампой накаливания, от напряжения на её зажимах. 1.Цель работы: 1.1.Освоить метод измерения мощности, потребляемой электроприбором, основанный на измерении силы тока и напряжения 1.2.Исследовать зависимость мощности, потребляемой лампочкой от напряжения на её зажимах 1.3.Исследовать зависимость сопротивления проводника от температуры. 2.Пояснения к работе. 2.1.Краткие теоретические сведения. При замыкании электрической цепи на ее участке с сопротивлением R, током I, напряжением на концах U производится работа A: A= IUt=U2t/R 31

Величина, равная отношению работы тока ко времени, за которое она совершается, называется мощностью P: P=A/t. Следовательно, P= IU= I2R= U2/R (1) Анализ выражения (1) убеждает нас в том, что P — функция двух переменных. Зависимость P от U можно исследовать экспериментально.

4.Работа в лаборатории. 4.1.Трансформация тока. Повышение напряжения. 4.1.1Составить электрическую цепь по схеме, изображенной на рис. 17. 4.1.3.Составить электрическую цепь по схеме, изображенной на рис. 18.

2.2.Перечень необходимого оборудования. 1. Электрическая лампа. 2. Источник постоянного напряжения на 36 В. 3. Реостат ползунковый. 4. Амперметр. 5. Вольтметр. 6. Омметр. 7. Ключ. 8. Соединительные провода. 9. Миллиметровая бумага. 3.Задание. 3.1.Самостоятельно изучить методические рекомендации по проведению лабораторной работы. 3.2.Повторить § 19.1-4 (1); § 82,83 (2). 3.3.Подготовить ответы на контрольные вопросы. 3.4.Подготовить форму отчёта. 4.Работа в лаборатории. 4.1.Определить цену деления шкалы измерительных приборов.

Рис. 11 4.2. Составить электрическую цепь по схеме, изображенной на рис. 11, соблюдая полярность приборов. 4.3. После проверки цепи преподавателем ключ замкнуть. С помощью реостата установить наименьшее значение напряжения. Снять показания измерительных приборов. 4.4. Снять показания вольтметра и амперметра и вычислить P. 4.5. Постепенно выводя реостат, снять 8—10 раз показания амперметра и вольтметра. 4.6. Для каждого значения напряжения определить мощность P= IU, потребляемую лампой 4.7. Для каждого значения напряжения определить сопротивление RТ= U/I нити накала 4.8. Для каждого значения напряжения определить температуру ∆T= (RT – R0)/(R0α) накала нити. 32

Рис. 17 Рис.18 4.1.4.После проверки цепи преподавателем замкнуть ключ, пронаблюдать работу электрической цепи. 4.1.5.Снять показания измерительных приборов и занести их в табл. 14. 4.1.6.Определить коэффициент трансформации и сделать вывод. Таблица 14-определения коэффициента трансформации. Сила тока в обмотках Но мер опы та первичной

вторичной

Напряжение на концах обмоток вторичной первичной U1 В

1 2 3

Коэффициент трансформации K

4.2. Передача электрической энергии на расстояние. 4.2.1.Составить электрическую цепь по схеме, изображенной на рис 19. 4.2.2.Замкнуть ключ и, изменяя положение движка реостата, получить минимальный накал лампы. 4.2.3.Составить электрическую цепь по схеме, изображенной на рис. 20, установив в этой цепи реостат с прежним сопротивлением (положение скользящего его контакта не менять!).

45

2.2.Перечень необходимого оборудования. 1. трансформаторы на вертикальных панелях с одинаковым и разным количеством обмоток (по 1 шт.). 2. источник электрической энергии на 4 В (выпрямитель В-24М). 3. вольтметры переменного тока до 4 (2 шт.) и 120В. 4. амперметры переменного тока до 2 и 6 А. 5. ключ. 6. соединительные провода. 7. Лампочка на патроне на 3,5 В. 3.Задание. 3.1.Самостоятельно изучить методические рекомендации по проведению лабораторной работы. 3.2.Повторить § 29.5-7 (1); § 134-140 (2). 3.3.Подготовить ответы на контрольные вопросы. 3.4.Подготовить форму отчёта. 44

Температура накала Т, К

Сопротивле ние нити накала лампы R, Ом

Мощность, потребляемая лампой, P, В

Сила тока в лампе I, А

Таблица 12-зависимости мощности от напряжения Напряжение на зажимах лампы U, В

Если цепь вторичной обмотки разомкнута, в первичной обмотке течет слабый ток — ток холостого хода, не превышающий 5% номинального. Падение напряжения ΔU=I0R в первичной обмотке с сопротивлением R очень мало и приложенное к этой обмотке напряжение U1 лишь немного больше ξ1:U1≈ ξ1. Напряжение на концах вторичной обмотки U2: U2= ξ2. Следовательно, для холостого хода трансформатора U2/U1= n2/n1 Отношение n2/n1= k — коэффициент трансформации. При k>1 трансформатор повышает напряжение; при k<1 — понижает напряжение. При замыкании цепи вторичной обмотки переменный ток этой обмотки I2, согласно закону Ленца, создает в сердечнике магнитный поток противоположного магнитному потоку первичной обмотки направления. Магнитный поток в сердечнике ослабляется. Это приводит к ослаблению ξ1 в первичной обмотке и возрастанию тока в ней до I1. Ток возрастает, пока магнитный поток в сердечнике трансформатора не станет прежним. Обмотки пронизываются с почти одинаковым магнитным потоком Ф (Ф= In), поэтому I1n1=I2n2, а I2/ I1= n1/n2

Номер опыта

Рис. 16

Учитывая небольшую погрешность, сопротивление лампы при комнатной температуре принять за R0. Значение α — температурного коэффициента сопротивления вольфрама — взять из таблицы. (См. табл. XVI в пособии [2] или в справочниках по физике) 4.9. Результаты измерений и вычислений записать в табл. 12. 4.10. На миллиметровой бумаге построить графики зависимости: а) мощности, потребляемой лампой, от напряжения на ее зажимах; б) сопротивления нити накала лампы от ее температуры. По оси ординат откладывать соответственно мощность и сопротивление, по оси абсцисс — напряжение и температуру. 4.11. Проанализировать 1-й график и сделать вывод. Сравнить 2-й полученный график с графиком предыдущей работы и сделать вывод.

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

5.Содержание отчета. Отчёт должен содержать: 5.1.Название работы 5.2.Цель работы 5.3.Перечень необходимого оборудования 5.4.Схему электрической цепи 5.5.Формулы искомых величин и их погрешностей. 5.6.Таблица с результатами измерений и вычислений. 5.7.Графики зависимости мощности от напряжения и зависимости сопротивления от температуры. 5.8.Ответы на контрольные вопросы. 5.8.1.Каков физический смысл напряжения на участке электрической цепи? 33

5.8.2.Какие способы определения мощности тока вам известны? 5.8.3.Лампы, 200-ваттная и 60-ваттная, рассчитаны на одно напряжение. Сопротивление какой лампы больше? Во сколько раз? 5.8.4.Какое количество электроприборов одинаковой мощности (100 Вт) может быть включено в электрическую цепь напряжением 220 В при номинальной силе тока в предохранителе (для этой цепи) 5 А? 5.8.5.Какова максимальная мощность электрических станций в России? 5.8.6.Какова причина укрупнения единичных мощностей энергоблоков электростанций страны? 5.9.Вывод о проделанной работе. Список литературы. 1. Жданов Л. С., Жданов Г. Л. Физика (учебник для средних специальных учебных заведений - М. Высшая школа1995) § 19.1-4 (1). 2. Дмитриева В. Ф. Физика (Учебное пособие для средних специальных учебных заведений – М. Высшая школа 2001 г.) § 82,83 (2).

Лабораторная работа № 10 Изучение электрических свойств полупроводников. 1.Цель работы: 1.1.исследовать зависимость сопротивления полупроводника от температуры 1.2.овладеть приёмом проверки исправности полупроводникового диода и транзистора 1.3.построить вольт-амперную характеристику диода. 2.Пояснения к работе. 2.1.Краткие теоретические сведения. Полупроводники характеризуются отличной от проводников проводимостью: собственной, дырочной (р-типа), и электронной (n-типа). Если в монокристалл полупроводника (например, германия), обладающего проводимостью n-типа, впаять каплю полупроводника (например, индия) с проводимостью р-типа, то в области, примыкающей к месту контакта полупроводников, образуется запирающий слой (р-n переход; см. рис. 25), который хорошо проводит ток в одном направлении (прямом от р к n) и практически не проводит ток в другом направлении (обратном). Это свойство широко используется в полупроводниковой технике. 2.2.Перечень необходимого оборудования. 1.Источник электрической энергии (2 шт.). 2.Миллиамперметр. 3.Микроамперметр на 100 – 200 mА. 34

5.6.3.В каких положениях действующая на шарик возвращающая сила будет максимальна? Равна нулю? 5.6.4.Наибольшая скорость у шарика в момент, когда он проходит положение равновесия. 5.6.5.Каким по модулю и направлению при этом будет ускорение шарика? 5.6.5.Наблюдая за движением шарика в течение одного периода, ответьте на вопрос: будет ли оно равноускоренным? 5.7.Выводы о проделанной работе. Список литературы. 1 . Жданов Л . С., Жданов Г. Л. Ф и з ик а ( уче б ник для с р е д них с п е ц иа л ь ных уч еб ных з ав ед е н и й - М. Вы сш ая шко ла1995) § 27.1-12 (1). 2. Дмитриева В. Ф. Физика (Учебное пособие для средних специальных учебных заведений – М. Высшая школа 2001 г.) § 124,125 (2).

Лабораторная работа 13 Изучение устройства и работы трансформатора 1.Цель работы: 1.1.изучить устройство и паспортные данные трансформатора; 2.2.исследовать зависимость напряжения на вторичной трансформатора от числа витков в ней.

обмотке

2.Пояснения к работе. 2.1.Краткие теоретические сведения. В радиотехнике, электротехнике, электронике широко используют трансформатор. Внешний вид и схема одного из них (простейшего) показаны на рис. 16. Основные элементы любого трансформатора: 1. Сердечник (магнитопровод); набирается из отдельных тонких изолированных друг от друга листов магнитомягкой стали. 2. Две обмотки с разным числом витков: с небольшим количеством витков n1 толстой проволоки и с большим количеством витков n2 тонкой проволоки. Переменный ток обмотки, соединенной с источником электрической энергии (первичная обмотка), создает в сердечнике трансформатора переменный магнитный поток, который в каждом витке обмоток возбуждает ЭДС индукции e. Поэтому ЭДС индукции в первичной обмотке ξ1= n1e , во вторичной— ξ2= =n2,а ξ1/ξ2 =n2/n1. 43

4.9.Используя формулу периода колебаний математического маятника, вычислить ускорение свободного падения

g=

4π 2l T2

4.7.Опыт повторить 2 – 3 раза, меняя длину маятника (протягивая нить через пробку) и число полных колебаний его. 4.8.Определить среднее значение gср и найти относительную погрешность: 4.9.Результат измерений и вычислений записать в таблицу 13.

δ=

Δg ×100% g cp Относительная погрешность δ

Среднее значение ускорения свободного падения gср м/с2

Ускорение свободного падения g, м/с2

Период полного колебания T, с

Время полных колебаний t, с

Число полных колебаний n

Длина маятника l, м

шарика Диаметр d, м

Длина нити lн , м

Номер опыта

Таблица 13-определения ускорения свободного падения.

1 2 3

Сравнить результат опыта с табличным значением ускорения свободного падения для данной географической широты. Вычислить относительную погрешность:

δ=

g − g ср g cр

*100%

5.Содержание отчета. Отчёт должен содержать: 5.1.Название работы 5.2.Цель работы 5.3.Перечень необходимого оборудования 5.4.Формулы и расчёты искомых величин и их погрешностей. 5.5.Таблица с результатами измерений и вычислений. 5.6.Ответы на контрольные вопросы. 5.6.1.Вместо шарика к нити прикреплена воронка, наполненная песком. Изменится ли ускорение свободного падения, если в процессе колебания из воронки будет высыпаться песок? 5.6.2.Можно ли пользоваться маятниковыми часами в условиях невесомости 42

4.Диод Д7Ж или Д2. 5.Транзистор П13. 6.Резисторы (постоянное сопротивление 1 и 5 кОм. 7.Потенциометр 1,2 МОм2. 8.Провода соединительные. 9.Ключ (2 шт.). 10.Вольтметр на 4 В. 11.Доска монтажная. 12.Миллиметровая бумага. 3.Задание. 3.1.Самостоятельно изучить методические рекомендации по проведению лабораторной работы. 3.2.Повторить § 24.1-6 (1); § 101-104 (2). 3.3.Подготовить ответы на контрольные вопросы. 3.4.Подготовить форму отчёта. 4. Рабо та в лабо ра тории . 4.1.Проверка односторонней проводимости диода. 4.1.1.Прочесть описание работы до конца. 4.1.2.Составить цепь по схеме, изображённой на рис.12. 4.1.3.Диод Д2 включить в прямом (пропускном) направлении: отметка «+» должна быть обращена к плюсу источника ЭДС. Замкнуть цепь и отметить показания миллиамперметра. Цепь разомкнуть. 4.1.4.Диод Д2 включить в обратном (запорном) направлении. Цепь замкнуть и убедиться в отсутствии тока в цепи. Цепь разомкнуть. 4.1.5.По результатам наблюдений сделать соответствующее заключение. 4.2.Снятие вольт-амперной характеристики диода. 4.2.1.Составить цепь по схеме, изображенной на рис 12. Диод включить в пропускном направлении. 4.2.2.Замкнуть цепь. Подобрать положение движка потенциометра так, чтобы вольтметр показал самое малое напряжение. Снять показания измерительных приборов. 4.2.3.Перемещать постепенно движок потенциометра и снять не менее семи значений напряжения и силы тока. Цепь разомкнуть. 4.2.4.Результаты измерений записать в таблицу 12. Таблица 12-зависимости силы тока от напряжения Номер опыта 1 2 3

Ток, проходящий через диод. I, мА

Напряжение, поданное на диод. U, В

35 2

Потенциометр (делитель напряжения) – прибор, с помощью которого от источника большого напряжения можно получить ток меньшего напряжения. Устройство прибора показано на рис. 26. Здесь стрелкой обозначается контакт, скользящий по сопротивлению, на котором падает напряжение. Перемещением этого контакта получаем в цепи ответвление между скользящим контактом 2 и клеммой 0. Любое падение напряжения U2-U0< U1-U0.

1.

По результатам измерений построить на миллиметровой бумаге график зависимости силы тока от напряжения, откладывая по оси ординат силу тока в миллиамперах, а по оси абсцисс - напряжение в вольтах. 4.3.Проверка односторонней проводимости триода. 4.3.1.Собрать цепь по схеме, изображенной на рис. 13. Вывод от базы должен быть обращен к «-» источника тока. 4.3.2.Клемму В ключа соединить с эмиттером Э триода и на короткое время замкнуть цепь, отметить показания миллиамперметра. 4.3.3.Клемму В ключа соединить с коллектором К триода и на короткое время замкнуть цепь, отметить показание миллиамперметра. 4.3.4.Проверить работу триода в обратном направлении. Для этого вывод базы соединить с зажимом «+» источника электрической энергии, а клемму А ключа – с зажимом «-» (рис. 13). 4.3.5.Повторить п. 2 и 3. 4.3.6.По результатам наблюдений сделать соответствующий вывод. 5.Методические рекомендации. 5.1.При выполнении работы: а) вывод базы присоединяйте всегда первым; б) на транзистор не подавайте напряжение, превышающее номинальное (номинальное напряжение для данного типа транзистора определяется по справочнику); в) не размыкайте цепь базы при наличии напряжения на коллекторе и эмиттере. 5.2.При выполнении п. I и III удобнее пользоваться кнопочными выключателями. 5.3.Для данной работы необходимо заранее подобрать все детали схем из набора “Радиоконструктор на полупроводниках”. 6.Содержание отчета. Отчёт должен содержать: 6.1.Название работы 6.2.Цель работы 6.3.Перечень необходимого оборудования 6.4.Чертёж (схема). 6.5.Формулы искомых величин и их погрешностей. 6.6.Таблица с результатами измерений и вычислений. 6.7.График (ВАХ диода и триода). 6.8.Ответы на контрольные вопросы. 36

На основании многочисленных опытов установлены законы колебания математического маятника:

T = 2π

l ; g

x = x0 × sin (ωt + ϕ 0 )

1.Период колебаний не зависит от массы маятника и амплитуды его колебаний, если угол его размаха не превышает 6°. 2.Период колебаний математического маятника прямо пропорционален корню квадратному из длины нити и обратно пропорционален корню квадратному из ускорения свободного падения

T = 2π

l ; g

2.2.Перечень необходимого оборудования: 1. штатив с держателем, 2. шарик с нитью длиной не менее 1 м, 3. пробка с прорезью в боковой поверхности, 4. метровая линейка, 5. штангенциркуль, 6. секундомер. 3.Задание. 3.1.Ознакомиться с методическими рекомендациями по проведению лабораторной работы. 3.2.Повторить § 27.1-12 (1); § 124,125 (2). 3.3.Подготовить ответы на контрольные вопросы. 3.3.Подготовить форму отчёта. 4.Работа в лаборатории. 4.1.Поместить штатив с держателем на край стола. 4.2.Укрепить свободный конец нити шарика в прорези пробки и зажать пробку в держателе. 4.3.Измерить диаметр шарика штангенциркулем, длину нити линейкой. 4.4.Длину нити измерять от нижнего края пробки до шарика, длину маятника – от нижнего края пробки до центра тяжести шарика. 4.5.Если нет секундомера, можно воспользоваться метрономом или часами с секундной стрелкой. 4.6.При измерении периода колебаний определить время как можно большего числа колебаний. 4.7.Отклонить шарик на небольшой угол и отпустить. По секундомеру определить время t, за которое маятник совершит N полных колебаний, например 50. 4.8.Вычислить период полного колебания маятника: T= t / N 41

5.Содержание отчета. Отчёт должен содержать: 5.1.Название работы 5.2.Цель работы. 5.3.Перечень необходимого оборудования 5.4.Рисунок опыта 5.5.Формулы искомых величин и их погрешностей. 5.6.Ответы на контрольные вопросы. 5.6.1.Возникает ли ЭДС индукции на концах стальной оси автомашины при её движении в магнитном поле Земли? Объяснить явление. 5.6.2.Рама автомашины составляет замкнутый контур. Будет ли в ней возникать индукционный ток при движении машины? Объяснить явление. 5.6.3.Почему для обнаружения индукционного тока замкнутый проводник лучше брать в виде катушки, а не в виде одного витка провода? 5.6.4.Почему провода телефона не следует подвешивать на одних и тех же столбах рядом с проводами переменного тока для освещения? 5.6.5.Каковы превращения энергии из одного вида в другой при возникновении индукционного тока при перемещении магнита и сердечника меньшей катушки? 5.6.6.Назовите приборы и устройства, работа которых основана на индукционных токах. 5.7.Выводы о проведённой работе. С пи со к л ите р а ту ры . 1. Жданов Л. С., Жданов Г. Л. Физика (учебник для средних специальных учебных заведений - М. Высшая школа1995) § 26.1-10 (1). 2 . Дм итр иев а В. Ф. Ф из и к а ( Уч ебное посо б ие д л я сре д них с п е ц иа л ь ных учебных заведений – М. Вы сш ая шко ла 2001 г.) § 118-123 (2).

Лабораторная работа 12 Определение ускорения свободного падения с помощью математического маятника. 1.Цель работы: экспериментально определить ускорение свободного падения. 2.Пояснения к работе. 2.1.Краткие теоретические сведения. Математическим маятником называется материальная точка, подвешенная на невесомой нерастяжимой нити. Моделью такого маятника может служить шарик, подвешенный на длинной нити. 40

6.8.1.В чем различие проводимости проводников и полупроводников? 6.8.2.Как объяснить уменьшение удельного сопротивления полупроводника при уменьшении температуры? 6.8.3.Что является в схеме триода входной цепью и что – выходной? 6.8.4.Как следует включить в цепь транзистор, чтобы он действовал как диод в прямом направлении? 6.8.5.Что показывает вольт-амперная характеристика диода? 6.8.6.По вольт-амперной характеристике полупроводникового диода объяснить, почему сила тока в проходном направлении с увеличением напряжения растёт очень быстро, в запирающем же направлении – очень мала и почти не меняется с ростом напряжения. 6.9.Выводы о проделанной работе. С пи со к л ите р а ту ры . 1. Жданов Л. С., Жданов Г. Л. Физика (учебник для средних специальных учебных заведений - М. Высшая школа1995) § 24.1-6 (1). 2 . Д м и тр ие в а В . Ф. Ф из и к а (У ч еб но е по соб ие д ля ср ед них с п е ц иа л ь ных уч еб ных заведений – М. Высшая шко ла 2001 г.) § 101-104 (2).

Лабораторная работа № 11. Изучение явления электромагнитной индукции. 1.Цель работы: изучить явление электромагнитной индукции и свойства вихревого электрического поля, установить и сформулировать правило определения индукционного тока. 2. Пояс не ни я к рабо те . 2.1 .К ра ткие те о р е ти че с к ие с ве де н и я. Электромагнитной индукцией называется возникновение электродвижущей силы в проводнике при его перемещении в магнитном поле либо в замкнутом поводящем контуре в следствии его движения в магнитном поле или изменения самого поля. Эта электродвижущая сила έинд называется электродвижущей силой электромагнитной индукции. Под ее влиянием в замкнутом проводнике возникает электрический ток, называемой индукционным током. Закон электромагнитной индукции (закон Фарадея-Максвелла): ЭДС έинд электромагнитной индукции в контуре пропорционально и противоположно по знаку скорости изменения магнитного потока Фт сквозь поверхность, натянутую на контур, т.е. εi= ∆Ф/∆t (в СИ) 37

Знак минус в правой части закона электромагнитной индукции соответствует правилу Ленца: при всяком изменении магнитного потока сквозь поверхность, натянутую на замкнутый проводящий контур, в контуре возникает индукционный ток такого направления, что его собственное магнитное поле противодействует изменению магнитного потока вызвавшему индукционный ток. 2.2.Перечень необходимого оборудования. 1. Миллиамперметр. 2. Катушкамоток. 3. Магнит дугообразный. 4. Источник питания. 5. Катушка с железным сердечником от разборного электромагнита. 6. Реостат. 7. Ключ. 8. Провода соединительные. 9. Модель генератора электрического тока (одна на группу). 3.Задание. 3.1.Ознакомиться с краткими теоретическими сведениями по теме «Электромагнетическая индукция». 3.2.Повторить § 26.1-10 (1); § 118-123 (2). 3.3.Подготовить ответы на контрольные вопросы. 3.4.Подготовить форму отчёта. 4. Рабо та в лабо ра тории . 4.1.Подключите катушку-моток к зажимам миллиамперметра. 4.2.Наблюдая за показаниями миллиамперметра, подводите один из полюсов магнита к катушке, потом на несколько секунд остановите магнит, а затем вновь приближайте его к катушке, вдвигая в неё (рис. 14). Запишите, возникал ли в катушке индукционный ток во время движения магнита относительно катушки? Во время его остановки?

4.3.Запишите, менялся ли магнитный поток Ф, пронизывающий катушку, во время движения магнита? Во время его остановки? 4.4.На основании ваших ответов на предыдущий вопрос сделайте и запишите вывод о том, при каком условии в катушке возникает индукционный ток. 4.5.Почему при приближении магнита к катушке магнитный поток, пронизывающий эту катушку, меняется? 38

(Для ответа на этот вопрос вспомните, во-первых, от каких величин зависит магнитный поток Ф и, во-вторых, одинаков ли модуль вектора индукции B магнитного поля постоянного магнита вблизи этого магнита и вдали от него). 4.6.О направлении тока в катушке можно судить по тому, в какую сторону от нулевого деления отклоняется стрелка миллиамперметра. Проверьте, одинаковым или различным будет направление индукционного тока в катушке при приближении к ней и удалении от неё одного и того же полюса магнита. 4.7.Приближайте полюс магнита к катушке с такой скоростью, чтобы стрелка миллиамперметра отклонялась не более чем на половину предельного значения его шкалы. Повторите тот же опыт, но при большей скорости движения магнита, чем в первом случае. При большей или меньшей скорости движения магнита относительно катушки магнитный поток Ф, пронизывающий эту катушку, меняется быстрее? При быстром или медленном изменении магнитного потока сквозь катушку в ней возникал больший по модулю ток? На основании вашего ответа на последний вопрос сделайте и запишите вывод о том, как зависит модуль силы индукционного тока, возникающего в катушке, от скорости изменения магнитного потока Ф, пронизывающего эту катушку. 4.8.Соберите установку для опыта по рисунку 15. 4.9.Проверьте, возникает ли в катушке-мотке 1 индукционный ток в следующих случаях: а)при замыкании и размыкании цепи, в которую включена катушка 2. б)при протекании через катушку 2 постоянного тока. в)при увеличении и уменьшении силы тока, протекающего через катушку 2, путём перемещения в соответствующую сторону движка реостата. 4.10.В каких из перечисленных в пункте 9 случаев меняется магнитный поток, пронизывающий катушку 1? Почему он меняется? 4.11.Пронаблюдайте возникновение электрического тока в модели генератора. Объясните, почему в рамке, вращающейся в магнитном поле, возникает индукционный ток.

39