Лабораторная работа № 1.
«Изучение движения тела по окружности под действием сил упругости и тяжести»
Ц е л ь р а б о т ы: определение центростремительного ускорения шарика при eгo равномерном движении по окружности.
Теоретическая часть.
Эксперименты проводятся с коническим маятником. Небольшой шарик движется по окружности радиусом R. При этом нить АВ, к которой прикреплен шарик, описывает поверхность прямого кpyгoвогo конуса. На шарик действуют две силы: сила тяжести mg и натяжение нити F (рис. а).
Они создают центростремительное ускорение, направленное по радиусу к центру окружности. Moдуль ускорения можно определить
кинематически. Он равен:
Для определения ускорения надо измерить радиус окружности R у и период обращения шарика по
окружности Т.
Центростремительное (нормальное) ускорение можно определить также, используя законы динамики. Второй закон Ньютона можно записать следующим образом:
Модуль составляющей Р 1 можно определить различными способами. Во-первых, это можно сделать пользуясь подобием треугольников ОАВ и F ЕР 1:
Отсюда 
Во-вторых, модуль составляющей Р 1 можно непосредственно измерить динамометром. Для этого оттягиваем горизонтально расположенным динамометром шарик на расстояние, равное радиусу R окружности (рис. в), и определяем показание динамометра. При этом сила упругости пружины уравновешивает составляющую F 1.
Сопоставим все три выражения для а:
и убедимся, что числовые значения центростремительного ускорения, полученные тремя способами, близки между собой.
Оборудование: штатив с муфтой и лапкой, лента измерительная, циркуль, динамометр лабораторный, весы с разновесами, шарик на нити, кусочек пробки с отверстием, лист бумаги, линейка.
Порядок выполнения работы.
1. Определяем массу шарика на весах
2. Нить продеваем сквозь отверстие в пробке и зажимаем пробку в лапке штатива (см. рис. в).
3. Вычерчиваем на листе бумаги окружность, радиус которой около 20 см. Измеряем радиус с точностью до 1 см.
4. Штатив с маятником располагаем так, чтобы продолжение нити проходило через центр окружности.
5. Взяв нить пальцами у точки подвеса, вращаем маятник так, чтобы шарик описывал такую же окружность, как и начерченная на бумаге.
6. Отсчитываем время, за которое маятник совершает заданное число оборотов (к примеру, N == 50).
7. Определяем высоту конического маятника. Для этогo измеряем расстояние по вертикали от центра шарика до точки подвеса (считаем h :::::: 1).
8. Находим модуль центростремительного ускорения по формулам
9. Оттягиваемгоризонтально расположенным динамометром шарик на расстояние, равное радиусу окружности, и измеряем модуль составляющей Fl. Затем вычисляем а.
10. Результаты измерений заносим в таблицу 3.
Таблица 3
Сравнивая полученные три значения модуля центростремительного ускорения, убеждаемся, что они примерно одинаковы.
11. Делаем вывод.
Лабораторная работа № 2
«Опытная проверка закона Гей-Люссака».
Цель работы: формируется обучающимися самостоятельно.
Оборудование: сосуды с водой, прозрачная резиновая трубка (закрытая с одного конца), термометр, линейка, электрочайник.
Теоретическая часть
В работе проверяют справедливость закона Гей-Люссака, т. е. над газом проводят изобарный процесс и измеряют его начальные и конечные параметры. Вначале трубку с воздухом помещают в сосуд с горячей водой. При нагревании газ расширяется и часть его выходит наружу. Затем открытый конец трубки затыкают и переносят трубку в холодную воду. Газ охлаждается и сжимается, и под действием атмосферного давления вода поступает в трубку.
Масса воздуха, оставшегося в трубке, остается постоянной; давление в трубке поддерживается равным атмосферному (давлением воды над трубкой по сравнению с атмосферным можно пренебречь). Таким образом, условия изобарного процесса выполнены: т = const и р = const.
Необходимо проверить справедливость соотношения
где V1, T1— объем и абсолютная температура воздуха в горячей воде, V2, Т2 — в холодной.
Поскольку V = Sl, S — сечение трубки, l — высота столба воздуха в ней, то пропорцию можно записать так: 
, где l1 — начальная высота столба воздуха (равна длине трубки); l2 — конечная (меньше длины трубки на длину столба залившейся воды).
Порядок выполнения работы.
1. Нагреть воду в одном сосуде до 70—80 °С.
2. Опустить в сосуд с горячей водой трубку и термометр на несколько минут до установления теплового равновесия. (При этом из открытого конца трубки перестанут выходить пузыри воздуха.) По термометру снять показание температуры t1.
3. Закрыв открытый конец трубки, перенести ее и термометр в сосуд с холодной водой. Снять показание температуры t2, когда трубка перестанет заполняться водой.
4. Вынув трубку, измерить линейкой ее длину l1, и высоту столба воздуха l2.
5. Рассчитать значения Т1 и T2:
6. Рассчитать отношения и сравнить их.
7. Результаты занести в таблицу:
Измеренные величины | t1,0C | t2,0C | l1, м | l2, м |
Рассчитанные величины | Т1, К | Т2, К | С1 | С2 |
8. Сделать вывод.
Вопросы:
1. Сформулируйте основные положения молекулярно-кинетической теории (MKT).
2. Какие процессы называют изопроцессами?
3. Что называют уравнением состояния вещества? Запишите уравнение Менделеева — Клапейрона.
Лабораторная работа № 2
«Опытная проверка закона Гей-Люссака».
Цель работы: формируется обучающимися самостоятельно.
Оборудование: прибор для изучения газовых законов, термометр, электрочайник.
Теоретическая часть
В работе проверяют справедливость закона Гей-Люссака, сравнивая два состояния воздуха в сосуде при атмосферном давлении. Для получения первого состояния при комнатной температуре устанавливают поршень шприца на некоторую отметку примерно посередине шприца. Для получения второго состояния ставят на тройник зажим, наливают в стакан горячую воду и ждут, пока установится термодинамическое равновесие. Выдвигают поршень, увеличивая объём воздуха до тех пор, пока стрелка манометра не вернётся к нулевому делению, которое соответствует атмосферному давлению. Температуру воды измеряют термометром. Затем вычисляют отношения объёма к температуре для двух состояний и сравнивают значения:
.
Порядок выполнения работы.
Нагреть воду в сосуде до 70—80 °С. Для получения первого состояния при комнатной температуре установить поршень шприца примерно посередине шприца. Для получения второго состояния поставить на тройник зажим, налить в стакан горячую воду и подождать, пока установится термодинамическое равновесие. Выдвинуть поршень, увеличивая объём воздуха до тех пор, пока стрелка манометра не вернётся к нулевому делению. Температуру воздуха и воды измерить термометром. Рассчитать значения Т1 и T2:
.
Измеренные величины | t1,0C | t2,0C | V1, м3 | V2, м3 |
Рассчитанные величины | Т1, К | Т2, К |
|
|
8. Сделать вывод.
Вопросы:
1. Сформулируйте основные положения молекулярно-кинетической теории (MKT).
2. Какие процессы называют изопроцессами?
3. Что называют уравнением состояния вещества? Запишите уравнение Менделеева — Клапейрона.
Лабораторная работа № 3
«Измерение влажности воздуха в гараже (столовой)»
Цель работы: формируется обучающимися самостоятельно.
Оборудование: психрометр (прилагается психрометрическая таблица и таблица зависимости давления насыщенного пара от температуры).
Теоретическая часть
В работе измеряют относительную и абсолютную влажность воздуха с помощью психрометра. Психрометр Августа состоит из двух термометров, конец одного из них обернут полоской влажной ткани. Сухой термометр показывает температуру воздуха tсух. За счет испарения воды с ткани второй термометр охлаждается. При этом чем меньше водяных паров в воздухе (низкая влажность), тем интенсивнее испарение, а значит, ниже температура влажного термометра 
. Используя психрометрическую таблицу можно по значениям температур tсух и 
определить относительную влажность 
.
По определению : 
(1)
где р — давление водяного пара в воздухе; рн — давление насыщенного водяного пара при температуре tсух (определяется по таблице).
Из формулы (1) находим абсолютную влажность р.
Порядок выполнения работы
Смочить полоску ткани термометра водой и выждать установления температуры 15—20 мин. Снять показания термометров tсух и
. Вычислить разность показаний термометров 
. Используя психрометрическую таблицу, определить относительную влажность 
. Используя таблицу зависимости давления насыщенного пара от температуры, определить рн. Используя формулу (1), рассчитать абсолютную влажность р: 
.
7. Результаты измерений занести в таблицу:
Измеренные величины | tсух, | tвл, | ||
Рассчитанные величины |
|
| рн, Па | р, Па |
, 
, %8. Сделать вывод.
Вопросы:
1. Что называют испарением, конденсацией? Почему при испарении температура жидкости понижается?
2. Что такое динамическое равновесие между паром и жидкостью?
3. Какой пар называют насыщенным?
Лабораторная работа № 4
«Изучение закона Ома для участка цепи»
Цель работы: проверить следующие законы соединения:
1. Для последовательного соединения проводников:
2. Для параллельного соединения проводников:
Оборудование: источник тока, два проволочных резистора, амперметр и вольтметр, реостат.
Порядок выполнения работы.
1. Подготовьте таблицы отчета для записи результатов измерений и вычислений :
Измерено | Вычислено | |||||||||
|
|
|
|
|
|
|
| R, Ом |
|
|
, B
, B
, B
, A
, A
, A
, Ом
, Ом
2. Соберите цепь для изучения последовательного соединения резисторов; измерьте силу тока и напряжения; проверьте выполнение закона соединения; сделайте вывод:
3. Соберите цепь для изучения параллельного соединения резисторов; измерьте токи и напряжение; проверьте выполнение закона соединения; сделайте вывод.
Вопросы:
Что называют электрическим током? Какими частицами создается ток в металле? Что принято за направление тока? Что называют силой тока?Лабораторная работа № 5
«Измерение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока»
Цель работы: научиться измерять ЭДС источника тока и косвенными измерениями определять eгo внутреннее сопротивление.
Оборудование: аккумулятор или батарейка для карманного фонаря, вольтметр, амперметр, реостат, ключ.
Теоретическая часть.
При разомкнутом ключе (рис.) ЭДС источника тока равна напряжению на внешней цепи. В эксперименте источник тока замкнут на вольтметр, сопротивление которого R должно быть много больше
Внутреннего сопротивления источника тока r. Обычно сопротивление ис
точника тока достаточно мало, поэтому для измерения напряжения можно использовать школьный вольтметр со шкалой 06 В и сопротивлением R == 900 Ом (см. надпись под шкалой прибора). Внутреннее сопротивление источника тока можно измерить косвенным путем, сняв показания амперметра и вольтметра при замкнутом ключе.
Порядок выполнения работы.
1. Выполните схему электрической цепи (рисунок).
2. Подготовьте таблицу для записи результатов измерений и вычислений.
3. Соберите электрическую цепь согласно рисунку. Проверьте надежность электрических контактов, правильность подключения амперметра и вольтметра.
4. Проверьте работу цепи при разомкнутом и замкнутом ключе.
5. Измерьте ЭДС источника тока.
6. Снимите показания амперметра и вольтметра при замкнутом ключе и вычислите r пр.
7. Запишите результаты измерений ЭДС и внутреннего
сопротивления источника тока.
8. Сделайте вывод.
Вопросы:
1. Что называют ЭДС?
2. Что такое внутреннее и внешнее сопротивления цепи?
3. Что называют коротким замыканием? Когда оно возникает?
Лабораторная работа № 6
«Изучение явления электромагнитной индукции»
Цель работы: формируется обучающимися самостоятельно.
Оборудование: гальванометр, катушка, соединительные провода, магнит.
Теоретическая часть.
Явление электромагнитной индукции заключается в возникновении электрического тока в проводящем контуре, который либо покоится в переменном во времени магнитном поле, либо движется в постоянном магнитном поле таким образом, что число линий магнитной индукции, пронизывающих контур, меняется. Согласно правилу Ленца, возникающий в замкнутом контуре индукционный ток своим магнитным полем противодействует тому изменению магнитного потока, которым он вызван. В работе наблюдается явление электромагнитной индукции. Через полость катушки перемешают магнит и определяют при этом направление индукционного тока по отклонению стрелки гальванометра.
Направление индукционного тока можно определить и по правилу Ленца. В работе его можно применить так:
определить расположение магнитных полюсов катушки при движении магнита (к магниту обращен полюс, который препятствует его движению); определить (по правилу магнитной стрелки) направление вектора В магнитного поля, созданного током в катушке; определить (по правилу буравчика) направление тока в катушке.Порядок выполнения работы.
Подсоединить катушку к гальванометру. Передвигать магнит через полость катушки, как показано на рисунках а)—г); отметить в каждом случае отклонение стрелки гальванометра (направление тока).
3. Для одного из четырех случаев (полюса магнита и направление его движения задает преподаватель) определить направление тока в катушке по правилу Ленца, используя п. 1)—3). Для катушки указать: полюса N и S, направление вектора В, направление тока I.
4. Сделать вывод.
Вопросы:
1. Что называют явлением электромагнитной индукции?
2. Что называют магнитным потоком?
3. Запишите формулу закона электромагнитной индукции.
Лабораторная работа № 6
«Определение ускорения свободного падения при помощи маятника»
Цель работы: формируется обучающимися самостоятельно.
Оборудование: штатив, шарик с нитью, линейка, секундомер.
Теоретическая часть
Порядок выполнения работы.
5. Результаты измерений занести в таблицу:
6. Сделать вывод.
Вопросы:
1. Что такое механические колебания?
2. Какие колебания называют свободными? вынужденными? Приведите примеры.
3. Что называют амплитудой колебаний?
4. Какие виды маятников вы знаете?
Лабораторная работа № 8
«Наблюдение интерференции и дифракции света»
Цель работы: экспериментально изучить явление интерференции и дифракции.
Оборудование: электрическая лампа с прямой нитью накала, две стеклянные пластинки, стеклянная трубка, мыльная вода, компакт-диск, капроновая ткань.
Теоретическая часть:
Обычно интерференция наблюдается при наложении волн, испущенных одним и тем же источником света, пришедших в данную точку разными путями.
Вследствие дифракции свет отклоняется от прямолинейного распространения (например, близи краев препятствий).
Порядок выполнения работы:
Опыт 1. С помощью стеклянной трубки выдуйте мыльный пузырь и внимательно рассмотрите его. При освещении его белым светом наблюдайте образование цветных интерференционных колец. По мере уменьшения толщины пленки кольца, расширяясь, перемещаются вниз.
Ответьте на вопросы:
Почему мыльные пузыри имеют радужную окраску? Какую форму имеют радужные полосы? Почему окраска пузыря все время меняется?Опыт 2. Тщательно протрите две стеклянные пластинки, сложите вместе и сожмите пальцами. Из-за неидеальности формы соприкасающихся поверхностей между пластинками образуются тончайшие воздушные пустоты. при отражении света от поверхностей пластин, образующих зазор, возникают яркие радужные полосы – кольцеобразные или неправильной формы. При изменении силы, сжимающей пластинки, изменяются расположение и форма полос. Зарисуйте увиденные вами картинки.
Ответьте на вопросы:
Почему в местах соприкосновения пластин наблюдаются яркие радужные кольцеобразные или неправильной формы полосы? Почему с изменением нажима изменяются форма и расположение интерференционных полос?Опыт 3.
Рассмотрите внимательно под разными углами поверхность компакт-диска (на которую производится запись). Что вы наблюдаете? Объясните наблюдаемые явления. Опишите интерференционную картину.
Опыт 4.
Посмотрите сквозь капроновую ткань на нить горящей лампы. Поворачивая ткань вокруг оси, добейтесь четкой дифракционной картины в виде двух скрещенных под прямым углом дифракционных полос. Зарисуйте наблюдаемый дифракционный крест. Объясните наблюдаемые явления.
Запишите выводы. Укажите, в каких из проделанных вами опытов наблюдалось явление интерференции, а в каких дифракции.
