Методические указания для студентов по проведению лабораторных работ по дисциплине физика (стр. 2 )

1.  Определяют давление воздуха в исходном состоянии выражают его в мили­-
метрах водного столба p1 = pатм ( в мм водн. ст.). (С учетом плотности ртути и
воды 1 мм рт. ст. = 13,6 мм водн. ст.)

2.  Вычисляют высоту столба воды, создавшего дополнительное давление h = Н1 - Н2 (мм).

3.  Определяют величину дополнительного давления ∆р = h (мм водн. ст.)

4.  Определяют давление воздуха во втором состоянии р2 = p1 + ∆р (мм водн. ст.)

5.  Рассчитывают для первого состояния p1 ℓ1

6.  Рассчитывают для второго состояния p2 ℓ2

p1 ∙ l1

7. Определяют степень расхождения результатов │p1 l 1 - pl2│∙ 100%

8. Чтобы избежать случайных ошибок, опыт повторяют 2 — 3 раза.

Контрольные вопросы.

1.  Как связана внесистемная единица измерения давления - мм водн. столба с единицей давления в Международной системе единиц - паскалем?

2 Как влияет высота уровня воды в незакрепленном колене на результат опыта?

Лабораторная работа № 4

Наблюдение броуновского движения

Цель: пронаблюдать движение броуновских частиц в жидкостях различных

температур

Краткое теоретическое обоснование

Броуновское движение – непрерывное перемещение частиц, находящихся в жидкости или газе во взвешенном состоянии. Такое движение создается в результате беспорядочных, не скомпенсированных толчков со стороны окружающих частицу молекул среды. Интенсивность броуновского движения зависит от температуры и массы частицы, свойств среды.

Броуновское движение наблюдается в более сложных формах в технике. Это тепловые шумы в радиосхемах, вибрации легких деталей в измерительных приборах.

Наблюдать броуновского движение можно с помощью школьного микроскопа.

Оборудование: 1)школьный микроскоп; 2) окуляр 15´. Объектив 40´. Акварельные краски (тушь), молоко, кисточки. Предметные и покровные стекла (5-6 шт). Два сосуда с водой разной температуры.

Порядок выполнения работы.

1.  На предметное стекло нанести кисточкой 1-2 капли воды.

2.  Коснуться несколько раз той же кисточкой поверхности краски (туши) и снова ввести кисточку в приготовленные капли.

3.  Каплю окрашенной жидкости кисточкой перенести на другое предметное стекло и закрыть покровным стеклом.

4.  Приготовленный препарат положить на предметный столик микроскопа. Зеркало микроскопа направить на источник, чтобы получить хорошее освещение препарата.

5.  Опустить объектив кремальерным винтом на расстояние 0,5 мм от покровного стекла.

6.  Наблюдая в микроскоп, сфокусировать изображение микрометрическим винтом.

7.  Сосредоточить внимание на какой-нибудь одной из наиболее легких броуновских частиц и, пронаблюдав за ее положением, сделать вывод о характере движения частицы.

8.  Опыт повторить с водой более высокой температуры и с раствором молока. Сделать вывод.

9.  Выполнить схематический чертеж наблюдаемого явления.

Контрольные вопросы.

1.  Что называют броуновским движением? Как объяснить это явление?

2.  Почему, чем больше размеры частиц, тем менее заметно их броуновское движение?

3.  Можно ли наблюдать броуновское движение в условиях невесомости?

Лабораторная работа № 5

Определение влажности воздуха

Цель: освоить приёмы определения абсолютной и относительной влажности воздуха, основанные на использовании психрометра Августа, волосного гигрометра и конденсационного гигрометра.

Краткое теоретическое обоснование

В атмосфере Земли всегда содержится влага. Содержание водяного пара в воздухе характеризуется абсолютной и относительной влажностью.

Абсолютная влажность (rа) определяется массой водяного пара, содержащегося в 1м3 воздуха, иначе говоря, плотностью водяного пара.

Абсолютную влажность воздуха определяют по точке росы. С помощью гигрометра определяют температуру, при которой пар, имеющийся в воздухе, становится насыщенным, а затем, пользуясь таблицей «Давление насыщающих паров и их плотность при различных температурах», определяют абсолютную влажность.

Относительная влажность В показывает, сколько процентов составляет абсолютная влажность от плотности водяного пара rн, насыщающего воздух при данной температуре:

В =

Оборудование: 1)психрометр Августа; 2)волосной гигрометр; 3)конденсационный гигрометр; 4)диэтиловый эфир.

Порядок выполнения работы

1.Выполнить теоретическое описание приборов.

2.Выполнить рисунки приборов.

3.Определить влажность воздуха по психрометру Августа, данные занести в таблицу.

4.Определить точку росы, абсолютную влажность, относительную влажность по опытной точке росы.

5.Измерить влажность по волосному гигрометру.

6.Результаты записать в таблицу 1.

Таблица 1- Результаты измерений и вычислений

Прибор	Температура термометра	Разность температур Dt, °C	Точка росы t p, °С	Абсолютная влажность rа, кг/м3	Относит. влажность В, %
сухого t,°C	влажного t,°C
1. Психрометр Августа 2. Волосной гигрометр. 3. Конденса- ционный гигрометр… …	¾ ---	¾ ¾	¾ ¾	¾ ¾	¾ ¾ ¾

Контрольные вопросы

1.  Каково значение влажности воздуха?

2.  Что такое точка росы?

Лабораторная работа № 6

Определение поверхностного натяжения жидкости

Цель: определить коэффициент поверхностного натяжения воды.

Краткое теоретическое обоснование

Молекулы поверхностного слоя жидкости обладают избытком потенциальной энергии по сравнению с энергией молекул, находящихся внутри жидкости.

Как и любая механическая система, поверхностный слой жидкости, стремясь уменьшить потенциальную энергию, сокращается. При этом совершается

работа А.

А =s×DS, где s - коэффициент пропорциональности (выражается в Дж/м2 или Н/м), называемый поверхностным натяжением:

s = , или s = .

Поверхностное натяжение можно определить различными путями.

Метод отрыва капель

Опыт осуществляют с бюреткой, в которой находится исследуемая жидкость. Открывают кран бюретки так, чтобы из бюретки медленно падали капли. Перед моментом отрыва капли сила тяжести ёё Р = mк g равна силе поверхностного натяжения, граница поверхности – окружность шейки капли. Следовательно,

F = mк ××g ; = p×d ш к ; s =

Опыт показывает, что d ш к= 0,9d т р, где d т р - диаметр канала узкого конца бюретки.

Оборудование:1)бюретка с краном; 2)весы учебные с разновесом; 3)сосуд с водой; 4)сосуд для сбора капель;5)штангенциркуль.

Порядок выполнения работы

1.Измерить диаметр канала узкого конца бюретки с помощью штангенциркуля..

2.Определить массу пустого сосуда для сбора капель, взвесив его.

3. Плавно открывая кран, добиться медленного отрывания капель (капли должны падать друг за другом через 1-2 с).

4.Под бюретку с отрегулированными каплями подставить взвешенный сосуд и отсчитать 100 капель.

5.Измерив массу сосуда с каплями, определить массу капель.

6.Результаты измерений и вычислений записать в таблицу.

7.Вычислить поверхностное натяжение по формуле: s =

8.Опыт повторить с другим количеством капель

9.Найти среднее значение sср ; сравнить полученный результат с табличным значением поверхностного натяжения с учетом температуры.

10.Определить относительную погрешность.

Таблица 1- Результаты измерений и расчетов при определении коэффициента

поверхностного натяжения жидкости

 

Масса	Число капель	Диаметр	Поверхностное натяжение s, Н/м	Среднее значение поверхностного натяжения sс р, Н/м	Табличное значение поверхностного натяжения sтабл , Н/м	Относительная погрешность d, %
пустого сосуда m1, кг	сосуда с каплями m 2, кг	капель m, кг	Канала бюретки dтр, м	Шейки капли dшк, м

Контрольные вопросы

1.Почему поверхностное натяжение зависит от вида жидкости?

2.Почему и как зависит поверхностное натяжение от температуры?

3.В двух одинаковых пробирках находится одинаковое количество капель

воды. В одной вода чистая, а в другой – с прибавкой мыла. Одинаковы ли объемы отмеренных капель? Ответ обоснуйте.

4. Изменится ли результат вычисления поверхностного натяжения, если опыт проводить в другом месте Земли?

5.Изменится ли результат вычисления, если диаметр канала трубки будет меньше?

6.Почему в данной работе: а) рекомендуется проводить измерения для возможно большего числа капель? б) следует добиваться медленного падения капель?

Лабораторные работы II семестра

Лабораторная работа № 1

Измерение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока

Цель: изучить метод измерения электродвижущей силы и внутреннего сопротивления источника тока, основанный на использовании вольтметра, амперметра и реостата.

Краткое теоретическое обоснование

К источнику тока с ЭДС и внутренним сопротивлением r подключают в качестве внешнего сопротивления реостат и дважды измеряют силу тока и напряжение при различных его сопротивлениях. Как следует из закона Ома для замкнутой цепи и закона Ома для участка цепи , при сопротивлении реостата R1 , будет выполняться равенство:

(1)

Аналогично при сопротивлении реостата R2:

(2)

Значения I1, I2, U1 и U2 определяют по показаниям приборов в ходе проведения опыта.

Система двух уравнений (1) и (2) содержит две неизвестные величины и r.

Решая её относительно этих неизвестных получают расчетные формулы для определения ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока:

(3)

(4)

Оборудование: Источник постоянного тока типа ВУ-4 (можно использовать аккумулятор или батарейку от карманного фонарика), амперметр лабораторный, вольтметр лабораторный, лабораторный реостат, ключ, соединительные провода.

Порядок выполнения работы

1. Подготовьте таблицу для записи результатов измерений и вычислений:

I1, A	I1 , A	U1, B	U1, B	I2, A	I2 , A	U2, B	U2, B

2. Начертите в тетради схему электрической цепи экспериментальной установки.

 

3.Соберите электрическую цепь. Перед монтажом цепи ползун реостата пере водят в такое положение, при котором его сопротивление максимально.

4. Убедитесь в том, что ползун реостата находится в положении, при котором сопротивление реостата максимально.

5. Включите источник тока, замкните ключ и измерьте силу тока I1 и

напряжение U1.

6. Отключите цепь от источника и переведите движок резистора в среднее положение U1

7. Еще раз замкните ключ и измерьте силу тока I2 и напряжение U2

8. Отключите источник тока от электросети и разберите установку.

9.Определите, используя формулы (3)и (4), значения ЭДС и внутреннего сопротивления источника.

10.Вычислите границы абсолютных погрешностей прямых измерений силы тока и напряжения. Абсолютная погрешность, например, силы тока определяется по формуле D I1=½I1-Iср½, где Iср= (I1+I2) / 2

11.Вычислите границы относительных и абсолютных погрешностей определения ЭДС и r . Запишите полученные значения ЭДС и r с учетом погрешностей:

и .

Контрольные вопросы

1. Раскройте физический смысл понятия «электродвижущая сила источника тока»

2. Почему, определяя пригодность к использованию гальванического элемента, недостаточно ограничиться лишь измерением его ЭДС?

З. Верно ли утверждение о том, что внутреннее сопротивление аккумулятора может изменяться с течением времени?

Лабораторная работа № 2

Определение удельного сопротивления проводника

Цель: определить удельное сопротивление проводника

Краткое теоретическое обоснование

Основной электрической характеристикой проводника является сопротивление. Для металлического проводника сопротивление R прямо пропорционально его длине и обратно пропорционально площади поперечного сечения S.

R = , где r - удельное сопротивление (выражается в Ом×м); оно выражает зависимость сопротивления от материала проводника, показывает, каким сопротивлением обладает проводник длиной 1 м и площадью сечения 1 м2 :

Оборудование:1) испытуемая проволока; 2) амперметр; 3) вольтметр;

4) соединительные провода; 5) ключ; штангенциркуль; 6)измерительная лента, 7)выпрямитель

Порядок выполнения работы

 

Рис. 1. Схема для определения удельного сопротивления проводника

1.  Измерив силу тока I и напряжение U, определить сопротивление

2.  Штангенциркулем измерить диаметр проволоки и найти площадь поперечного сечения s:

3.  Измерить длину проволоки и рассчитать ее удельное сопротивление:

4.Сравнить полученный результат с табличным значением и вычислить относительную погрешность d.

5.Результаты измерений, вычислений, табличные данные записать в таблицу

Таблица 1- Результаты измерений и расчетов

Сопротив-ление проволоки R, Ом	Диаметр проволоки d, м	Площадь поперечно-го сечения s, м2	Длина проволоки , м	Удельное сопротив-ление r, Ом×м	Табличное значение удельного сопротив-ления rтабл, Ом×м	Относит. погреш-ность d, %

Контрольные вопросы

1.  Почему удельное сопротивление проводника зависит от рода его материала?

2.  Зависит ли удельное сопротивление от температуры?

3.  Назвать известные вам методы определения сопротивления резистора?

Лабораторная работа № 3

Исследование зависимости мощности, потребляемой лампой

накаливания, от напряжения на ее зажимах

Цель: 1) освоить метод измерения мощности, потребляемой электроприбором,

основанный на измерении силы тока и напряжения;

2) исследовать зависимость мощности, потребляемой лампой, от напря - жения на её зажимах;

3) исследовать зависимость сопротивления проводника от температуры.

Краткое теоретическое обоснование

Мощность тока – величина, характеризующая, с какой скоростью совершается работа тока.

Так как работа тока может быть определена по формуле А = I×U×t, то мощность тока Р можно вычислить, зная величину тока I и напряжения U. Единица измерения мощности - ватт(Вт)

P= U×I

Оборудование:1) выпрямитель; 2) лампа ( 6В, 12Вт) на подставке ;3) амперметр; 4) вольтметр; 6) ключ; 7) реостат ползунковый; 7) соединительные провода.

Порядок выполнения работы

 

Рис. 1. Схема для исследования зависимости мощности от напряжения

1.Составить цепь по схеме, изображенной на рисунке 1.

2.Замкнуть цепь и при помощи реостата установить наименьшее значение напряжения.

3.Постепенно выводя реостат, записывать значение напряжения и силы тока.

Поступать так, пока не будет достигнуто то напряжение, на которое рассчитана

лампочка (номинальное напряжение).

4.Для каждого значения напряжения мощность, потребляемую лампой,

подсчитать по формуле: Р = I×U

5.Для каждого значения напряжения подсчитать:

а) сопротивление нити лампы rt = ;

б) температуру нити лампы t° = ,

где a = 0,004– температурный коэффициент сопротивления вольфрама;

r0 – сопротивление нити лампы при 0°С (узнать у преподавателя).

6.Результаты всех измерений и вычислений записать в таблицу.

7.Построить график зависимости Р = f (U) в осях P(Вт), U(В).

Таблица 1- Результаты измерений и вычислений

Тип лампы	Напряжение U, (B)	Сила тока I, (A)	Мощность P, (Bт )	Сопротив- ление r,(Oм)	Температура t, (°C)
(см. на цоколе)

Контрольные вопросы