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 И ЭКОНОМИЧЕСКОГО ПРОФИЛЯ СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

(НА БАЗЕ ОСНОВНОГО ОБЩЕГО ОБРАЗОВАНИЯ)

г. Новый Уренгой

2005

Методические указания для студентов по проведению лабораторных работ

для специальностей технического и экономического 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

проведении 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

Изучение звездного неба с помощью подвижной карты

Цель:

1)познакомиться со звездным небом;

2)решить задачи на условия видимости созвездий и определение их координат;

3)пронаблюдать на данной широте местности положение звезд на небе и изобразить 5 созвездий, видимых на небе.

Краткое теоретическое обоснование

Вид звездного неба вследствие вращения Земли вокруг своей оси и Солнца меняется.

Данная работа осуществляется с подвижной картой звездного неба (см. вкладку). Перед началом работы овал накладного круга (см. вкладку) вырезают по линии, соответствующей географической широте места наблюдения или близкой к ней. Линия 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 d. Точки пересечения эклиптики с экватором, для которых прямое восхождение 0 и 12 ч, называются соответственно точками весеннего и осеннего 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 мередиан с небесной параллелью, склонение которой равно географической широте места наблюдения).

Оборудование: подвижная карта звездного неба.

Порядок выполнения работы

1.Установить подвижную карту звездного неба на день и час наблюдения и на

звать созвездия, расположенные в южной части неба от горизонта до полюса мира; на востоке – от горизонта до полюса мира.

2.Найти созвездия, расположенные между точками запада и севера 10 октября в 21 ч. Проверить правильность определения визуальным наблюдением звездного неба.

3.Найти на звездной карте созвездия с обозначенными в них туманностями и проверить, можно ли их наблюдать невооруженным глазом.

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?

5.Определить, какие из перечисленных созвездий: Малая медведица, Волопас, Возничий, Орион – для данной широты места будут незаходящими?

6.Ответить на вопрос: может ли для вашей широты 20 сентября Андромеда находиться в зените?

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) a-звезд этих созвездий.

8. Определить, какое созвездие будет находиться вблизи горизонта 5 мая в полночь.

Отчет по данной работе должен включать письменные ответы на все пункты порядка выполнения работы.

Лабораторная работа № 2

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 № 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.

1.  Определяют давление воздуха в исходном состоянии выражают его в милли­
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

7. Определяют степень расхождения результатов

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: