Лабораторные работы по физике

</<font face="Times New Roman, serif">РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ ОЦЕНИВАНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Начальный уровень( I часть 2 балла).

Студент демонстрирует умение пользоваться отдельными приборами, может собрать схему опыта самостоятельно или с помощью преподавателя. Выполняя I часть работы, допускает существенные ошибки в ходе выполнения.

Средний уровень( IIчасть- 3 балла).

Студент выполняет I часть работы согласно инструкции, делает правильные выводы или их часть. При выполнении допускает некоторые ошибки.

Достаточный уровень(Iи II части- 4 балла).

Студент самостоятельно выполняет I часть работы в нужной последовательности. Делает правильно и аккуратно все записи, таблицы, схемы, расчеты, анализирует результаты. Дает ответы на контрольные вопросы II части.

Высокий уровень (I, II, IIIчасти- 5 баллов)

Студент выполняет правильно IIIчасти, дополнительное задание: самостоятельно составляет план, правильно отвечает на дополнительные вопросы повышенной сложности, выполняет работу по оригинальному плану.

Инструктаж по охране труда на лабораторных работах

Перед работой

1. Ознакомьтесь с описанием работы.

2. Уберите все лишнее со стола.

3. Не начинайте работу без разрешения преподавателя.

4. Не оставляйте свое рабочее место без разрешения преподавателя.

5. Располагайте приборы и оборудование так, чтобы оно не упало со стола.

Во время выполнения работы

1. При использовании пружины, не растягивайте ее руками.

2. Не перегружайте пружину большим грузом, чем предусмотрено.

3. Не допускайте раскачивания груза, останавливайте его руками.

4. Не допускайте падения тел и грузов.

5. Следите за креплением грузов при измерении сил.

6. Пользуйтесь мензурками, трубками, пробирками с оплавленными краями.

7. Закрепляйте стеклянный сосуд в лапке штатива при помощи кусочка картона или бумаги.

8. Аккуратно обращайтесь со стеклянными устройствами, чтобы не разбить их.

9. Запрещается пробовать на вкус вещества, которые используются в исследованиях.

По окончании работ

1. Уберите свое место.

2. Соберите оборудование так, как оно было сложено в начале работ.

3. При необходимости протрите стол сухой тканью.

Лабораторная работа № 1

Тема: Определение ускорения тела при равномерном движении.

Цель: измерить ускорение, с которым шарик скатывается по наклонному желобу; научиться анализировать полученный результат.

Оборудование: желоб, стальной шарик, металлический цилиндр, штатив с муфтой и лапкой, секундомер, измерительная лента.

Теоретическая часть

S=v₀t+перемещение при равноускоренном движении;Еслиv₀=0, то S=

а_ср= ,где

а_ср-ускорение (м/с²);

S_ср-путь шарика по наклонному желобу (м);

t_ср-время движения шарика (с).

S_ср=; t_ср= ;

Ход работы

I часть

1. Соберите установку, которая изображена на рис. 1.

2. Цилиндр разместите в конце желоба.

3. Включите секундомер одновременно с пуском шарика.Отметьте время (t) движения шарика от начала к моменту удара о цилиндр.

4. Измерительной лентой отмерьте расстояние, пройденное шариком.

5. Условия опыта запишите неизменными, опыт повторите 3 раза.

6. Полученные результаты запишите в таблицу1.

Рис. 1

Табл. 1S, м

S_ср, м

t, с

t_ср, с

a_ср, м/с²

Вычисления:

Оцените точность проведения измерений

1. Относительная погрешность.

_а = = + 2.

∆S, ∆t погрешности средств измерения, которые равны половине цены деления шкалы средств измерения.

Вычисления:

2. Абсолютная погрешность

_а= ∆а= _{а *}а_ср

Вычисления:

3. Запишите значение ускорения в общем виде

а=а_ср + ∆а

а=

Вывод:

IIчасть

Контрольные вопросы

1. Уравнение движения тела v=5+4t. Запишите соответствующее уравнение пути.

2. Может ли тело двигаться с большой скоростью, но маленьким ускорением?

IIIчасть

Дополнительное задание

Посчитайте скорость шарика в конце пути, по данным, полученным в лабораторной работе.

Лабораторная работа № 2

Тема: Измерение сил

Цель: Измерить силу; построить график зависимости удлинения пружины от нагрузки.

Оборудование: пружина, демонстрационный метр, грузы из набора по механике, штатив с лапкой и муфтой.

Теоретические сведения

Силой называется любое действие на данное тело, которое передает ему ускорение или вызывает его деформацию.

Сила- векторная величина, которая является мерой механического воздействия на тело со стороны других тел.

Сила характеризуется числовым значением, направлением в пространстве и точкой приложения.

Измерение силы осуществляется с помощью динамометров, силоизмерительных машин и прессов, а также непосредственной нагрузкой с помощью грузов и гирь.

Динамометры- устройства, которые измеряют силу упругости. Наибольшее распространение имеют динамометры общего назначения- пружины.

На тело, массой m, подвешенное на пружине, действует сила тяжести mg. Когда тело подвешено на пружине и находится в состоянии покоя, эта сила уравновешенна силой упругости покоя. Значит, и сила упругости пружины по модулю равна mg

F_т= F_упр= mg

Ход работы

I часть

1.Закрепите один конец пружины в лапке штатива (рис 2)

2.Установите вдоль пружины демонстрационный метр.

3.Подвесьте на свободный конец пружины груз массой 100 г.

4.Измерьте удлинение пружины (х)

5.Увеличивайте последовательно нагрузку на пружину и измеряйте ее удлинение (количество грузов-5шт)

6.Найдите силу Fдля каждого опыта.

7.Полученные результаты внесите в таблицу 2.

Рис. 2

Табл.2

Вычисления:

Вывод:

II часть

Контрольные вопросы

1. Что такое сила? Это величина скалярная или векторная?

2. Компенсируют ли друг друга силы, которые возникают при взаимодействии двух тел?

III часть

Дополнительное задание

По данным, полученным в ходе работы, постройте график зависимости пружины от нагрузки.

Лабораторная работа № 3

Тема: Исследование равновесия тела под действием нескольких сил

Цель: научиться использовать правило моментов сил, приложенных к плечу рычага при его равновесии.

Оборудование: штатив с муфтой, рычаг с балансирами, набор грузов, линейка, динамометр.

Теоретическая часть

Если две силы F₁, F₂отдельно вызывают вращение тела в противоположных направлениях, то при их одновременном действии тело находится в равновесии, если используется условие:

F₁d₁= F₂d₂, где d₁,d₂- самые короткие расстояния от прямых, на которых лежат векторы сил F₁,F₂ (линии действия сил), к оси вращения.

Расстояние d называется плечом силы, действие модуля силы F на плечо d называется моментом силы М:

M= Fd

Условие равновесия тела: М₁ +М₂ +М₃+…+М_i=0 при равновесии твердого тела сумма моментов всех внешних сил, которые действуют на него относительно любой оси, равна нулю.

P=gm- вес тела, g≈9,8 м/с².

m =

Ход работы

I часть

1.Установите рычаг на штатив и уравновесьте его в горизонтальном положении с помощью расположенных на его концах балансирах.

2.Расположите один крепежный крюк в крайнем положении левого плеча рычага, а другой приблизительно в середине правого плеча.

3.Убедитесь еще раз в равновесии рычага.

4.Подвесьте на крепежный крюк с лева один груз, а на крепежный крюк с права- динамометр (расположение крюков изменять нельзя )(Опыт 1).

5.Уравновесьте с помощью динамометра рычаг.

6.Измерьте плечи d₁,d₂.

7.Определите массу груза (m).

8.Полученные результаты измерений и вычислений запишите в таблицу 3.

Рис. 3

Табл. 3d₁м

плечо груза

d₂м

плечо динамометра

F, H

сила упругости

M₁ H*м

M₂H*м

Р,Н

вес

груза

m, кг

Вычисления:

9.Добавьте на левое плечо один крепежный крюк приблизительно на 1/3 длины рычага от оси. (Опыт 2)

10.Закрепите на этом крюке груз с неизвестной массой.

11.Закрепите груз с известной измеренной массой на левом плече рычага.

12. Уравновесьте при помощи динамометра рычаг (расположение крепежных крюков изменять нельзя).

13.Измерьте плечи d_1,d_2,d_3.

14. Определите массу груза (m₂).

15.Полученные результаты занесите в таблицу 4.

Табл.4d₁, м

плечо груза 1

d₂,м плечо груза 2

d₃,мплечо динамометра

F, H сила упругости

m₁, кг масса груза

М₁

Н*м

М₂

Н*м

М₃

Н*м

Р₂Н

вес груза 2

m₂ кг

масса груза 2

Вычисления:

Вывод:

II часть

Контрольные вопросы

1.Почему согнутой в локте рукой можно поднять больший груз чем вытянутой?

2.Длинный стержень легче удерживать в горизонтальном положении за середину, чем за конец. Почему?

III часть

Дополнительное задание

Нарисуйте схему измерений в опыте 2

Лабораторная работа №4

Тема: Исследование одного из изопроцессов (проверка закона Гей-Люссака)

Цель:Опытным путем проверить достоверность закона Гей-Люссака.

Оборудование: стеклянная трубка, запаянная с одного конца (диаметр 8-10 мм, длина 50 см), цилиндровая посуда (высота 600-700 мм, диаметр 40-50 мм), наполненная горячей водой, стакан с холодной водой, пластилин.

Теоретическая часть

Процесс изменения состояния термодинамической системы при постоянном давлении называют изобарным. Отношение объема к температуре при постоянном давлении остается неизменным. Закон Гей-Люссака был установлен экспериментально в 1802 году.

Закон Гей-Люссака:

=const, P=const,

гдеV-объем газа (м);

T- температура газа (К);

P- давление газа (Па).

Для двух состояний газа:

=,

где V₁, T₁- объем и температура газа для первого состояния;

V₂, T₂- объем и температура газа для второго состояния;

Р₁- Р₂ = Р_атм

Р_атм-атмосферное давление.

Объем газа в стеклянной трубке вычисляется по формуле:

V₁= Sl₁

V₂= Sl₂

S- сечение трубки (мм²)

l₁,l₂- длина воздушного столба в трубке для первого и второго состояния соответственно (мм)

Поскольку = = , то расчетная формула имеет вид:

=

Ход работы

I часть

Рис. 4

1. Измерьте температуру горячей воды T₁.

2. Измерьте длину узкой трубки l₁.

3. Опустите в посуду с горячей водой (t= 60⁰C) узкую трубку запаянным концом вниз на 3-5 мин.

Объем V₁ равен объему стеклянной трубки, Т₁ - температуре горячей воды, Р₁ = Р_атм (рис 4.1).

4. Залепите пластилином открытый конец трубки.

5. Достаньте трубку из посуды с горячей водой и сразу же опустите ее в стакан с холодной водой закрытым концом вниз (рис 4.2). Снимите пластилин под водой. По мере охлаждения воздуха, вода в трубке будет подниматься(рис 4.3).

6. Погрузите трубку (после прекращения подъема воды в ней) в стакан до тех пор, пока уровень воды в трубке не сравняется с уровнем в стакане (рис 4.4) Это второе состояние воздуха.

7. Измерьте температуру воды в стакане Т₂.

8. Измерьте высоту воздушного столба l₂.

9. Полученные результаты измерений и вычислений занесите в таблицу 5.

Табл. 5

Измеряно

Вычислено

l₁

мм

l₂

мм

t₁

⁰С

t₂

⁰С

∆_иl

мм

∆_ol

мм

∆l

мм

T₁

К

T₂

К

∆_иТ

К

∆₀Т

К

∆Т

К

₁

%

₂

%

∆₁

∆₂

Вычисления: (Т₁, Т₂, , )

Оцените точность проведенного измерения

1.Абсолютная инструментальная погрешность ∆_в (погрешность средств измерения).

Выпишите из таблицы (дополнение 1) данные для соответствующих средств измерения.

а) Термометр ∆_вТ

б) Линейка ученическая ∆_вl

2.Абсолютная погрешность отсчета Д, (равно половине цены деления шкалы средств измерения)

а) ∆₀Т

б)∆₀l

3.Максимальная абсолютная погрешность:

а) ∆Т= ∆_вТ+∆₀Т

б)∆l= ∆_вl+∆₀l

Вычисления:

4.Относительная погрешность измерения (выражается десятичнойдробью)

а) ₁= ( )* 100%

б) ₂= ( )* 100%

Вычисления:

5.Абсолютная погрешность измерений:

а) ∆₁= ₁;

б) ∆₂₌₂;

Вычисления:

Вывод:

II часть

Контрольные вопросы

1. Почему давление в трубке равно атмосферному давлению (при условии равенства уровней воды в стакане и в трубке)

2. Какая зависимость между плотностью газа и абсолютной температурой при изобарном процессе?

III Часть

Дополнительное задание

Какая зависимость числа молекул газа в единице объема от абсолютной температуры при изобарном процессе? Ответ обоснуйте.

Лабораторная работа № 5

Тема: Измерение относительной влажности воздуха

Цель: ознакомиться с устройством психрометра и с его помощью определить влажность воздуха в аудитории.

Оборудование: психрометр бытовой, таблица психрометрическая.

Теоретическая часть

Относительной влажностью воздуха называют отношение парциального давления Р водяного пара, который содержится в воздухе при данной температуре, к давлению Р₀ насыщенного пара при той же температуре, выраженного в процентах

,

где ;

Р - парциальное давление водяного пара в воздухе при данной температуре (Па); Р₀ - давление насыщенного пара при той же температуре (Па).

Существует несколько методов определенияотносительной влажности

воздуха. В данной работе ее определяют при помощи психрометра.

Психрометр состоит из двух одинаковых термометров (рис. 5).

Резервуар одного из них остается сухим, и термометр показывает температуру воздуха. Резервуар второго окружен полосою ткани, конец

которой опущен в воду. Вода испаряется и термометр охлаждается.

Относительную влажность находят по разнице температур двух термометров при помощи психрометрической таблицы.

Рис. 5

Психрометрическая таблица

Показания сухого термометра

Разница показаний сухого и влажного термометров

⁰С

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

0

100

82

63

45

28

11

1

100

83

65

48

32

16

2

100

84

68

31

65

20

3

100

84

69

54

39

24

10

4

100

85

70

56

42

28

14

5

100

86

72

58

45

32

19

6

6

100

86

73

60

47

35

23

10

7

100

87

74

61

49

37

26

14

8

100

87

75

63

51

40

28

18

7

9

100

88

76

64

53

42

31

21

11

10

100

88

76

65

54

44

34

24

14

4

11

100

88

77

66

56

46

36

26

17

8

12

100

89

78

68

57

48

38

29

20

11

13

100

89

79

69

59

49

40

31

23

14

6

14

100

90

79

70

60

51

42

33

25

17

9

15

100

90

80

71

61

52

44

36

27

20

12

5

16

100

90

81

71

62

54

45

37

30

22

15

8

17

100

90

81

72

64

55

47

39

32

24

17

10

18

100

91

82

73

64

56

48

41

34

26

20

12

19

100

91

82

74

65

58

50

43

35

29

22

15

20

100

91

83

74

66

59

51

44

37

30

24

18

21

100

91

83

75

67

60

52

46

39

32

26

20

22

100

92

83

76

68

61

54

47

40

34

28

22

23

100

92

84

76

69

61

55

48

42

36

30

24

24

100

92

84

77

69

62

56

49

43

37

31

26

25

100

92

84

77

70

63

57

50

44

38

33

27

26

100

92

85

78

71

64

58

51

45

40

34

29

27

100

92

85

78

71

65

59

52

47

41

36

30

28

100

93

85

78

72

65

59

53

48

42

37

32

29

100

93

86

79

72

66

60

54

49

43

38

33

30

100

93

86

79

73

67

61

55

50

44

39

34

Ход работы

I часть

1.Запишите показания сухого термометра:

t₁ =

2.Запишите показания влажного термометра:

t₂=

3.Найдите разницу температур:

t₁ - t₂=

4.Определите относительную влажность воздуха, используя для этого психрометрическую таблицу:

Вывод:

II часть:

Контрольные вопросы

1.Когда разница показаний термометров психрометра больше: когда воздух в комнате суше или влажнее?

2.Чем отличается абсолютная влажность воздуха от относительной?

3.Как изменится влажность воздуха в комнате, если температура в ней повысится?

III часть

Дополнительное задание

Как изменится разность показаний сухого и влажного термометров при снижении температуры воздуха, если абсолютная влажность остается без изменений? Ответ обоснуйте.

Дополнение 1

Таблица абсолютных инструментальных погрешностей

п/п

Средства измерения

Граница измерения

Цена деления

Абсолютная инструмен-

тальная

погрешность

1.

Линейка

ученическая

чертежная

инструментальная

демонстративная

до 50 см

до 50 см

20 см

100 см

1мм

1мм

1мм

1см

1мм

0,2 мм

0,1 мм

0,5 см

2.

Лента измерительная

150 см

0,5 см

0,5 см

3.

Мензурка

до 250 мл

1 мл

1 мл

4.

Штангенциркуль

150 мм

0,1 мм

0,05 мм

5.

Микрометр

25 мм

0,01 мм

0,005 мм

6.

Динамометр (учебный)

4 Н

0,1Н

0,05 Н

7.

Весы учебные

200 г

-

0,01 г

8.

Секундомер

0-30 мин.

0,2 с

1 с за 30 мин.

9.

Барометр-анероид

720-780

мм рт. ст.

1 мм рт. ст.

3 м рт. ст.

10.

Термометр лабораторный

0-100 ⁰С

1⁰С

1⁰С

11.

Амперметр школьный

2А

0,1А

0,05А

12.

Вольтметр школьный

6 В

0,2 В

0,15 В

22