Методические указания для студентов по проведению лабораторных работ по дисциплине физика (стр. 1 )

НЕГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«НОВОУРЕНГОЙСКИЙ ТЕХНИКУМ ГАЗОВОЙ

ПРОМЫШЛЕННОСТИ»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

ДЛЯ СТУДЕНТОВ

ПО ПРОВЕДЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ ФИЗИКА

ДЛЯ СПЕЦИАЛЬНОСТЕЙ

ТЕХНИЧЕСКОГО

ПРОФИЛЯ СРЕДНЕГО

ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО

ОБРАЗОВАНИЯ

(на базе основного общего образования)

г. Новый Уренгой

2011

Методические указания для студентов по проведению лабораторных работ

для специальностей технического профиля

по дисциплине физика

Составитель: - преподаватель физики НТГП

Рецензенты: - учитель физики МОУ СШ № 16

- преподаватель физики НТГП

Предисловие

Фронтальные лабораторные работы - неотъемлемая часть курса физики. В процессе их выполнения у студентов формируются важные практические умения и навыки, необходимые для успешного усвоения основных специальных дисциплин. Качественное выполнение лабораторного практикума является предпосылкой для подготовки в будущем квалифицированных специалистов.

Цель данного пособия - оказать помощь студентам в подготовке и выполнении лабораторных работ, включенных в программу по физике на базе основного общего образования.

Содержанием лабораторных работ могут быть: экспериментальная проверка формул, методик расчёта, установление и подтверждение закономерностей, ознакомление с методиками проведения экспериментов, установление свойств веществ, их качественных и количественных характеристик, наблюдение развития явлений, процессов.

Пособие включает 16 лабораторных работ (в I семестре работы №1- №9, во II семестре работы№10- №16). Описание каждой работы содержит:

- тему лабораторной работы;

- цель;

- краткую теорию, основные характеристики по содержанию лаборатор - ной работы;

- перечень оборудования, аппаратуры, материалов и их характеристики;

- порядок выполнения работы;

- графики, таблицы, справочные данные, ссылки на справочную литературу;

- контрольные вопросы;

В пособие также включен необходимый справочный материал, приведенный в приложении, и список литературы.

В В Е Д Е Н И Е

Правила поведения и техника безопасности при

проведение лабораторных работ

1.Внимательно изучите содержание и порядок проведения лабораторной работы, а также безопасные приёмы её выполнения.

2.Подготовьте к работе рабочее место, уберите посторонние предметы. Приборы и оборудование разместите так, чтобы исключить их падение и опрокидывание.

3.Точно выполняйте все указания преподавателя, без его разрешения не приступайте к началу эксперимента.

4.При работе со спиртовкой берегите одежду и волосы от воспламенения, не зажигайте одну спиртовку от другой, не извлекайте горелку с фитилём, не задувайте пламя спиртовки ртом, а гасите его, накрывая специальным колпачком.

5.При нагревании жидкости в пробирке используйте специальные держатели (штативы), отверстие пробирки не направляйте на себя и на своих товарищей.

6.Во избежание ожогов, жидкость и другие физические тела нагревайте не выше 60-700С. Не берите их незащищенными руками.

7.Соблюдайте осторожность при обращении с приборами из стекла и лабораторной посудой, не бросайте, не роняйте и не ударяйте их.

8.Следите за исправностью всех креплений в приборах и приспособлениях, не прикасайтесь и не наклоняйтесь близко к вращающимся и движущимся частям механизмов.

9.При сборке электрической схемы используйте провода с наконечниками, без видимых повреждений изоляции, избегайте пересечения проводов, источник тока подключайте в последнюю очередь. Помните о том, что лабораторное напряжение равно 42 В.

10.Собранную электрическую схему включайте под напряжением только после проверки её преподавателем или лаборантом.

11.Не прикасайтесь к находящимся под напряжением элементам электрической цепи, к корпусам стационарного электрооборудования, к зажимам конденсаторов, не производите переключений в цепях до отключения источника тока.

12.Наличие напряжения в электрической цепи проверяйте только приборами.

13.Не допускайте предельных нагрузок измерительных приборов.

14.Не оставляйте без надзора не выключенные электрические устройства и приборы.

15.При обнаружении неисправности в работе электрических устройств, находящихся под напряжением, повышенном их нагревании, появлении запаха горелой изоляции, искрения и т. д. немедленно отключите источник электропитания и сообщите об этом преподавателю.

16. В случае если разбились приборы из стекла, не собирайте их осколки незащищенными руками, а используйте для этой цели щетку и совок.

17. При разливе легковоспламеняющейся жидкости и ее загорании немедленно сообщите об этом преподавателю и по его указанию покиньте помещение.

18.При получении травмы сообщите об этом преподавателю, который окажет первую помощь, при необходимости отправит в ближайшее лечебное учреждение.

19.По окончании работы отключите источник тока. Разрядите конденсаторы с помощью изолированного проводника и разобрите электрическую схему.

20.Разборку установки для нагревания жидкости производите после её остывания.

21.Приведите в порядок рабочее место, сдайте преподавателю приборы, оборудование, материалы и тщательно вымойте руки с мылом.

Порядок выполнения лабораторных работ

1.Уясните цель выполнения работы. Составьте план действий, необходимых для достижения поставленной цели.

2.Проверьте свою подготовленность к выполнению работы, в случае затруднений обращайтесь к теоретическому материалу учебника.

3.Проверьте наличие на вашем лабораторном столе необходимого оборудования и материалов.

4.Ознакомьтесь с описанием лабораторной работы. Если возникли сомнения, проконсультируйтесь у преподавателя или лаборанта. Если вопросов нет, приступайте к работе.

5.Вначале запишите в тетрадь дату, номер работы, тему, цель и перечень применяемого оборудования.

6.Кратко опишите ход эксперимента, в случае необходимости рассчитайте цену деления шкалы измерительного прибора, нарисуйте схему. Обдумайте работу, затем приступайте к её выполнению.

7.В процессе выполнения эксперимента заполняйте таблицу результатов измерений и вычислений.

9.Используя расчётную формулу, выполните необходимые расчёты,

определите относительную погрешность, запишите все вычисления в тетрадь.

10.Сформулируйте выводы на основании полученных результатов, запишите их в тетради. При затруднении можете использовать следующие формулировки:

- получил навыки исследования;

- познакомился с приборами к данной лабораторной работе, приобрел навыки работы с ними;

-научился получать рабочую формулу для расчета определяемой физической величины;

-научился собирать электрическую цепь по готовой схеме;

-научился вычислять среднее значение экспериментальных данных;

-научился, сравнивая полученное экспериментальное значение физической величины с табличными данными, определять материал, из которого сделаны исследуемые тела.

11.В конце занятия привести в порядок стол и сдать рабочее место преподавателю или лаборанту.

12.Лабораторные работы выполняются в соответствии с расписанием, защищаются в начале следующего занятия.

13.Содержание отчета проходит по следующей схеме:

- тема;

- цель работы;

- краткое описание эксперимента;

- результаты опыта;

- теоретическое обоснование;

- вывод.

Определение цены деления электроизмерительного прибора

Точность измерения характеризуется ценой деления шкалы прибора. Предположим, что шкала прибора, например, амперметра, насчитывает N=100 делений, а предел измерения силы электрического тока Imax=10 А соответствует максимальному отклонению стрелки прибора. Тогда отклонению стрелки на 1 деление соответствует сила тока

10А/100 дел=0,1 A/дел

Таким образом определяется цена деления прибора:

С=Imax/N

Чем меньше эта величина, которая может быть измерена прибором, т. е. чем меньше цена деления шкалы, тем выше точность измерения прибора.

Чувствительность прибора - величина, обратная его цене деления. Она характеризует число делений, на которое отклоняется стрелка прибора (амперметра) при измерении силы тока в 1 А

S=100дел/ Imax

Чем больше чувствительность, тем выше точность измерения прибора. В рассмотренном выше примере

S=100дел/10A=10 дел/A

Определение относительной погрешности

Относительная погрешность определяется по формуле:

Лабораторные работы I семестра

Лабораторная работа № 1

Определение плотности твердых тел

Цель: научиться определять плотность твёрдых тел правильной и неправильной геометрической формы

Краткое теоретическое обоснование

Плотность однородного вещества r - физическая величина, равная отношению массы вещества m к его объему V:

r =

Оборудование: исследуемые бруски и гирька на нитке; 2)весы с разновесом;

3)штангенциркуль 4) мензурка с водой.

Порядок выполнения работы

1. Штангенциркулем измерить линейные размеры одного из брусков и вычислить его объем по формуле V = a×b×c, где a, b, c – соответственно длина, ширина и высота бруска.

2.С помощью весов определить массу бруска и вычислить плотность вещества бруска.

3.Опыт повторить с другими исследуемыми брусками.

4.В мензурку, заметив в ней уровень воды, погрузить на нитке гирьку (полностью). Измерить объём гирьки

5.Рассчитать плотность гирьки.

6.Определить относительную погрешность d

7.Результаты измерений, вычислений записать в таблицу 1.

Таблица 1- Результаты измерений и расчетов при определении плотности твердых тел

Длина бруска а, м	Ширина бруска b, м	Высота бруска с, м	Объем V, м3	Масса m, кг	Плотность r, кг/м3	Относит. погрешность d, %

Контрольные вопросы

1. От чего зависит плотность вещества?

2. Перевести 1 г/см3 в кг/м3

Лабораторная работа № 2

Определение ускорения свободного падения с помощью

математического маятника на широте г. Новый Уренгой

Цель: определить ускорение свободного падения на широте г. Новый Уренгой.

Краткое теоретическое обоснование

Математическим маятником называется материальная точка, подвешенная на невесомой и нерастяжимой нити. Моделью такого маятника может служить шарик, подвешенный на длинной нити.

На основании многочисленных опытов установлены законы колебания математического маятника:

1.  Период колебаний не зависит от массы маятника и амплитуды его колебаний, если угол размаха не превышает 6°.

2.  Период колебаний математического маятника прямо пропорционален корню квадратному из длины маятника и обратно пропорционален корню квадратному из ускорения свободного падения:

Т = 2p

Из этой формулы можно найти ускорение свободного падения.

Оборудование: 1) штатив с держателем; 2) шарик с нитью длиной не менее 1м 3) пробка с прорезью в боковой поверхности;4) метровая линейка; 5) штангенциркуль;6) секундомер.

Порядок выполнения работы

1.  Поместить штатив с держателем на край стола.

2.  Укрепить свободный конец нити шарика в прорези пробки и зажать пробку в держателе (длина нити должна быть порядка 1000мм.

3.  Измерить диаметр шарика штангенциркулем, длину нити линейкой.

4.  Отклонить шарик на небольшой угол и отпустить. По секундомеру определить время t, за которое маятник совершит n полных колебаний, например 50, 100, 150.

5.  Вычислить период полного колебаний маятника:

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

7.Опыт повторить 2 – 3 раза, меняя длину нити ( протягивая нить через пробку) и число колебаний.

8.Определить среднее значение g ср и найти относительную погрешность d

9.Результат измерений и вычислений записать в таблицу 1.

10.Сравнить результат опыта с табличным значением ускорения свободного падения для данной географической широты.

Таблица 1- Результаты измерений и расчетов

Длина нити н , м	Диаметр шарика d, м	Длина маят-ника , м	Число полных колеба- ний n	Время полных колеба- ний t, с	Период полного колеба- ния Т, с	Ускоре- ние cвобод- ного падения g, м/с2	Среднее значение ускорения свобод - ного падения g ср, м / с2	Относительная погрешность d, %

Контрольные вопросы

1.  Вместо шарика к нити прикреплена воронка, наполненная песком. Изменится ли ускорение свободного падения, если в процессе колебаний из воронки будет высыпаться песок?

2.  Можно ли пользоваться маятниковыми часами в условиях невесомости?

3.  В каких положениях действующая на шарик возвращающая сила будет максимальна? равна нулю?

4.  Наибольшая скорость у шарика в момент, когда он проходит положение равновесия. Каким по модулю и направлению при этом будет ускорение шарика?

Лабораторная работа № 3

Изучение изотермического процесса в газе

Цель: экспериментально проверить закон Бойля Мариотта путем сравнения параметров газа в двух термодинамических со­стояниях.

Краткое теоретическое обоснование

Чтобы проверить закон Бойля-Мариотта, достаточно измерить объем и давление газа в двух состояниях при постоянной температуре и сравнить произ­ведения p1V1 = p2V2 (1). Это можно осуществить, используя в качестве иссле­дуемого газа воздух при комнатной температуре.

Оборудование: Прозрачный шланг с краном и кольцами, резиновая спринцовка, измери­тельная лента, штатив лабораторный, стакан с водой, барометр-анероид.

Рис. 1. Схема установки для проведения опыта по изучению изотермического процесса

Порядок выполнения работы

На рис. 1 изображена схема установки для опытов. Конец прозрачного шланга длиной около 50 см с краном и кольцами закрепляют вертикально в лап­ках штатива. Удерживая оба конца шланга на одной высоте, в него спринцовкой заливают воду до тех пор, пока ее уровень не установится всм от краев шланга. Кран при этом должен быть открытым (вертикальное положение ручки).

Залив воду, свободный конец медленно опускают, пока уровень воды в нем не установится в 3 - 5 см от края. Удерживая шланг в этом положении, закрыва­ют кран, а нижнее кольцо устанавливают на уровне воды в закрепленном колене. Воздух, находящийся в этом колене, и будет в дальнейшем объектом изучения.

В исходном состоянии его объем определяется длиной столба воздуха от крана до поверхности воды ℓ1 (V1 = S ∙ℓ1, где S - площадь поперечного сечения шланга), давление равно атмосферному p1 = pатм (определяют по барометру-анероиду). После того, как нижнее кольцо установлено, воздух переводят в со­стояние с другими параметрами, поднимая свободный конец шланга на макси­мально возможную высоту (рис 16). В новом состоянии давление воздуха воз­растет до p2 = p1 + ∆р, где ∆р - гидростатическое давление столба воды, возник­шее из-за разницы уровней в

коленах шланга. Объем уменьшится до значения V2. Удерживая шланг в новом положении, верхним кольцом снова отмечают уровень воды в закрепленном колене, а измерительной лентой определяют высоту сво­бодной поверхности воды в поднятом Н1. Выполнив эти действия, свободный конец шланга направляют в стакан, открывают кран и сливают воду. Для опреде­ления объема воздуха, который он занимал в исходном и конечном состояниях, измеряют расстояния ℓ1 и ℓ2 от крана до нижнего и верхнего кольца соответст­венно. Дополнительное давление определяют, измерив разность уровней воды в закрепленном и свободном коленах h (h = Н1 - Н2 , где Н2 - высота верхнего кольца относительно крышки стола).

Для сокращения расчетов формулу (1) можно упростить. Учитывая, что V1 = Sℓ1 , а V2 = Sℓ2 , подставив это в (1), получим: p1 Sℓ1 = p2 Sℓ2, после сокраще­ния на S получаем p1 ℓ1 = p2 ℓ2 (2). Таким образом, в условиях данного экспери­мента на основе закона Бойля-Мариотта должно выполняться равенство (2). Что­бы убедиться в этом, результаты измерений вносят в первую часть таблицы и приступают к расчетам.

Таблица 1- Результаты измерений и вычислений

Измерено	Вычислено
№	pатм мм рт. ст.	ℓ1 мм	ℓ2 мм	Н1 мм	Н2 мм	p1 мм водн. ст.	h мм	∆р мм водн. ст	p2 мм водн. ст.	p1 ℓ1	p2 ℓ2

Вычисления проводят в следующей последовательности.