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

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

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, n	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?

Лабораторная работа № 7

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

3.  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?

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

Лабораторная работа № 8

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 № 9

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; 5) ключ; 6) 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

1.Каков физический смысл напряжения на участке электрической цепи?

2.Как определить мощность тока с помощью амперметра и вольтметра?

3.Для каких цепей используется ваттметр? Как он включается в цепь?

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ II СЕМЕСТРА

Лабораторная работа № 1

Изучение явления электромагнитной индукции

Цель: исследовать закономерности возникновения индукционного тока в проводнике при изменении магнитного поля, в котором он находится.

Краткое теоретическое обоснование

Если постоянный магнит вдвигать внутрь катушки, к которой присоединён гальванометр (рис 1а), то в цепи возникает индукционный ток. Если вынимать из катушки, гальванометр также показывает ток в цепи, но противоположного направления (рис 1б). Индукционный ток возникает в том случае, когда магнит неподвижен, а движется катушка (вверх или вниз). Важно лишь наличие относительного движения. Как только движение прекращается, индукционный ток тотчас исчезает.

Однако не при всяком движении магнита (или катушки) возникает индукционный ток. Чтобы убедится в этом, будем вращать магнит вокруг его вертикальной оси (рис 1в). Индукционный ток в этом случае не возникает. Почему же в одном случае возникает ток. А в другом не возникает? Нетрудно заметить, что в двух первых опытах происходит изменение магнитного потока, пронизывающего катушку, а в третьем магнитный поток остаётся постоянным. Итак, из опытов следует, что при всяком изменении магнитного потока, пронизывающего контур, образованный замкнутым проводником, в проводнике возникает индукционный ток, существующий в течение всего времени изменения магнитного потока.

Если магнит приближать к катушке, то в ней появляется индукционный ток такого направления, что магнит обязательно отталкивается. Для сближения магнита и катушки нужно совершить положительную работу. Катушка становится подобной магниту, обращенному одноименным полюсом к приближающемуся к нему магниту. Одноименные же полюсы отталкиваются.

В чем состоит различие двух опытов: приближение магнита к катушке и его удаление? В первом случае число линий магнитной индукции, пронизывающих витки катушки или, что то же самое, магнитный поток увеличивается, а во втором случае уменьшается. Причём в первом случае линии индукции магнитного поля, созданного возникшим в катушке индукционным током, выходят из верхнего конца катушки, так как катушка отталкивает магнит, а во втором случае, наоборот, входят в этот конец.

Согласно правилу Ленца, возникающий в замкнутом контуре индукционный ток своим магнитным полем противодействует тому изменению магнитного потока, которым он вызван.

Оборудование: 1) гальванометр демонстрационный; 2) выпрямитель; 3) реостат; 4) катушка с большим числом витков; 5) самодельная катушка, где стержнем является гвоздь; 6) магнит дугообразный или полосовой; 7) провода соединительные.

Порядок выполнения работы

Рис. 1

Присоединить гальванометр к зажимам катушки с большим количеством витков, как показано на рис.1 а, б,в.

1.Повторить наблюдение, внося и вынося магнит из катушки, а также меняя полюса магнита.

2.Зарисовать схему опыта и проверить выполнение правила Ленца в каждом случае. Пояснить это в ходе работы.

3.Собрать схему: последовательно к источнику тока ключ, реостат и самодельную катушку на гвозде (рис. 2):

4.Вставить в катушку № 1 самодельную катушку № 2, получить индукционный ток, замыкая и размыкая ключ, наблюдая отклонение стрелки гальванометра.

5.Зарисовать схему опыта и проверить выполнение правила Ленца.

6. Проверить появление индукционного тока при движении ползунка реостата. Опыт объяснить в ходе работы.

7.Сделать вывод по всем проведенным опытам и записать формулы для ЭДС индукции, ЭДС самоиндукции, пояснить, чему равна индуктивность и указать единицу измерения в Международной системе единиц.

Контрольные вопросы

1.В чём заключается явление электромагнитной индукции?

2.Как определяется направление индукционного тока?

3.В чём состоит главное отличие переменных электрических и магнитных полей от постоянных?

4.Как должен двигаться замкнутый проводящий контур в однородном магнитном поле, не зависящем от времени: поступательно или вращательно, чтобы в нем возник индукционный ток?

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 нити 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;