Инструктаж по технике безопасности

Во избежание возможных несчастных случаев при работе в кабинете физики студенты должны выполнять следующие требования:

1. Быть внимательными и дисциплинированными, точно выполнять все указания преподавателя.

2. Не приступать к работе без разрешения преподавателя.

3. Размещать приборы, материалы, оборудование на своем рабочем месте таким образом, чтобы исключить их падения и опрокидывание.

4. Перед выполнением работ необходимо внимательно изучить ее содержание и ход (последовательность) выполнения работы.

5. Для предотвращения падения при проведении опытов стеклянные сосуды осторожно закрепить на лапке штатива.

6. При проведении опытов не допускать предельных нагрузок измерительных приборов.

7. При работе с приборами и стекла соблюдать особую осторожность (например, при работе с термометром).

8. Следить за исправностью всех крепежей приборов, приспособлений. Не прикасаться руками и не склонять голову (особенно с неубранными волосами) к вращающимся частям машин.

9. При сборке электроизмерительных установок использовать провода с прочной изоляцией без видимых повреждений.

10. Без разрешения преподавателя не включать под напряжение собранную схему.

11. При сборке электрической схемы избегать пересечения проводов.

12. Для проверки наличия напряжения пользоваться индикатором или контрольной лампой.

13. Не прикасаться к зажиму отключенных конденсаторов.

14. Прежде чем произвести пересоединение в цепи, нужно отключить цепь от источника питания.

15. Источники тока в электрической цепи подключать в последнюю очередь.

16. Не прикасаться к элементам сети, лишенным изоляции.

17. После проведения работы отключить источник питания и разобрать схему, если на это есть разрешение преподавателя.

18. При поражении человека электрическим током отключить источник питания, немедленно сообщить о случившемся преподавателю и оказать пострадавшему первую медицинскую помощь.

19. Ответственность за соблюдение правил настоящей инструкции возлагается на работающих в кабинете (лаборатории) физики, а контроль над их выполнением ведется преподавателем физики. Студенты должны изучить содержание настоящей инструкции и расписаться в журнале по технике безопасности.

 

Перечень лабораторных работ

Лабораторная работа №1.

Тема: «Измерение ускорения тела при равноускоренном движении без начальной скорости».

Лабораторная работа №2.

Тема: «Изучение зависимости периода колебаний маятника от длины нити».

Лабораторная работа №3.

Тема: «Определение влажности воздуха».

Лабораторная работа №4.

Тема: «Измерение коэффициента поверхностного натяжения жидкости».

Лабораторная работа №5.

Тема: «Определение плотности тел правильной формы».

Лабораторная работа №6.

Тема: «Определение коэффициента линейного расширения».

Лабораторная работа №7.

Тема: «Проверка объединенного газового закона».

Лабораторная работа №8.

Тема: «Определение КПД нагревателя».

Лабораторная работа №9.

Тема: «Определение удельного сопротивления проводника».

Лабораторная работа №10.

Тема: «Измерение электродвижущей силы и внутреннего сопротивления источника тока».

Лабораторная работа №11.

Тема: «Последовательное и параллельное соединение проводников».

Лабораторная работа №12.

Тема: «Исследование зависимости мощности от напряжения».

Лабораторная работа №13.

Тема: «Изучение свойств полупроводников».

Лабораторная работа №14.

Тема: «Измерение электроемкости конденсатора с помощью гальванометра».

Лабораторная работа №15.

Тема: «Измерение длины звуковой волны и скорости звука в воздухе методом резонанса».

Лабораторная работа №16.

Тема: «Сборка простейшего радиоприемника».

Лабораторная работа №17.

Тема: «Определение показателя преломления стекла»

Лабораторная работа №18.

Тема: «Определение фокусного расстояния и оптической силы линзы».

Лабораторная работа №19.

Тема: «Определение длины световой волны с помощью дифракционной решетки».

Лабораторная работа №20.

Тема: «Наблюдение сплошного и линейчатого спектров».


Лабораторная работа №1.

Тема: «Измерение ускорения тела при равноускоренном движении без начальной скорости»

Цель работы: определить ускорение движения шарика и его мгновенную скорость перед ударом о цилиндр.

Оборудование: желоб лабораторный металлический, шарик металлический, цилиндр металлический, секундомер, линейка, кусок мела.

Теоретическая часть: известно, что шарик скатывается по прямоугольному наклонному желобу равноускоренно. При равноускоренном движении без начальной скорости пройденное расстояние определяется по формуле:S=at2/2 , отсюда a=2S/t2 , зная ускорение , можно определить мгновенную скорость по формуле: =2S/t.

Порядок выполнения работы:

1. Собрать установку.

2. Измерить расстояние (S), пройденное шариком.

3. Вычислить время (t) движения шарика.

4. Вычислить ускорение (а) шарика.

5. Вычислить мгновенную скорость () шарика перед ударом о цилиндр.

6. Результаты измерений занести в таблицу с учетом абсолютной погрешности.

 

№ S (м) t (с) а (м/с2) (м/с)
       
       
       
       
       

Вывод:

Контрольные вопросы:

1. Что такое траектория, путь и перемещение?

2. Какое движение называют равноускоренным?

3. Что такое ускорение и мгновенная скорость?

4. Начертить график зависимости мгновенной скорости от времени.

 

Лабораторная работа №2.

Тема: «Изучение зависимости периода колебаний нитяного маятника от длины нити».

Цель: изучить зависимость периода колебаний нитяного маятника от длины нити, вычислить ускорение свободного падения для данной местности.

Оборудование: штатив, груз, катушка ниток, линейка, ножницы, секундомер.

Теоретическая часть:

Период колебаний математического маятника зависит:

1) от длины нити. Период колебаний математического маятника пропорционален корню квадратному из длины нити . Например, при уменьшении длины нити в 4 раза, период уменьшается в 2 раза; при уменьшении длины нити в 9 раз, период уменьшается в 3 раза.

2) от ускорения свободного падения той местности, где происходят колебания. Период колебаний математического маятника обратно пропорционален корню квадратному из ускорения свободного падения .

Порядок выполнения работы:

1.Установить штатив на край стола.

2.Вывести груз из положения равновесия.

3.Измерить время полных N(10) колебаний.

4.Повторить измерения 5 раз, изменяя длину нити.

5. Вычислить период колебаний нитяного маятника.

6. Результаты измерений занести в таблицу.

 

№ опыта Длина нити, м. Время 10 колебаний, с Период колебаний, с. Ускорение свободного падения g, м/с2
         

Вывод:

Контрольные вопросы:

1. Изменится ли g, если груз на нити будет иметь массу в 2 раза больше?

2. Изменятся ли результаты опыта, если его проделать на Луне?

3. Каковы основные причины погрешностей, возникающих при выполнении данной лабораторной работы?

 

Лабораторная работа №3.

Тема: «Определение влажности воздуха».

Цель: вычислить влажность воздуха в лаборатории с использованием психрометра.

Оборудование: психрометр, психометрическая таблица, стакан с водой.

Теоретическая часть: для определения температуры и относительной влажности воздуха пользуются специальным прибором — психрометром. Психрометр состоит из двух термометров. Шарик одного из них увлажняется с помощью марлевого чехла, конец которого опущен в сосуд с водой. Другой термометр остается сухим и показывает температуру окружающего воздуха. Смоченный термометр показывает температуру более низкую, чем сухой, так как испарение влаги из марли требует определенного расхода тепла. Температура смоченного термометра носит название предела охлаждения. Разность между показаниями сухого и смоченного термометров называется психрометрической разностью.

Порядок выполнения работы:

1.Ознакомиться с устройством психрометра.

2.Снять показания сухого и влажного термометров.

3.Найти разность показаний термометров.

4.Используя психрометрическую таблицу, на пересечении столбца (разность показаний термометров) и строчки (показание сухого термометра), определить относительную влажность воздуха.

5. Результаты измерений занести в таблицу.

 

№ п/п Показания температуры сухого воздуха Показания температуры влажного воздуха Разность температур Относительная влажность
         

Вывод:

Контрольные вопросы:

1. Когда разность показаний термометров психрометра больше: когда воздух в комнате более сухой или более влажный?

2. Найти относительную влажность воздуха при показаниях сухого и влажного термометров психрометра, равных соответственно. 29 и 22 Со, 15 и 9 Со, 25 и 21 Со, 20 и 18 Со?

3. Относительная влажность воздуха в комнате 43%, температуре 19 Со. Что должен показывать смоченный термометр психрометра?

Лабораторная работа №4.

Тема: «Измерение коэффициента поверхностного натяжения жидкости».

Цель: вычислить коэффициент поверхностного натяжения воды и сравнить полученное значение с табличным значением.

Оборудование: весы разновесы, штатив, сосуд с водой, капельница, мыльный раствор.

Теоретическая часть:

Поверхностное натяжение – это характеристика поверхности раздела двух фаз, находящихся в равновесии. Поверхностное натяжение имеет место на границах твердое тело-жидкость, жидкость-газ, жидкость-жидкость, твердое тело-газ. Рассмотрим механизм возникновения поверхностного натяжения. Молекула внутри вещества окружена такими же молекулами со всех сторон, а молекула, находящаяся на поверхности, окружена «своими» молекулами только с одной стороны, а с другой находятся молекулы другой фазы. Притяжение, испытываемое молекулой со стороны соседних, в случае молекул в объеме, взаимно уравновешивается; для молекул, расположенных у поверхности, сложение всех сил дает равнодействующую, не равную нулю. Это значит, что молекулы на поверхности обладают дополнительной потенциальной энергией по сравнению с молекулами в объеме – поверхностной энергией, причем величина этой энергии пропорциональна площади поверхности. В состоянии равновесия тело стремится сократить площадь поверхности, чтобы уменьшить поверхностную энергию. Чтобы создать поверхность раздела фаз площади S , необходимо совершить работу, равную A = S, где коэффициент пропорциональности называется коэффициентом поверхностного натяжения. Таким образом, коэффициент поверхностного натяжения численно равен работе, необходимой для увеличения площади поверхности при постоянной температуре и давлении на единицу: = mg/(d),где m-масса жидкости, -число капель жидкости, d- диаметр шейки пипетки.Коэффициент поверхностного натяжения зависит от вида контактирующих фаз, температуры, и т.д.

Порядок выполнения работы:

1. Взвесить сосуд для сбора жидкости mст.

2. Взвесить сосуд вместе с жидкостью m (отсчитываем определенное число капель воды, например 50).

3. Определить вес воды m в=m - mст.

4. Вылить воду и тщательно протереть стакан.

5. Повторить тоже самое с мыльным раствором.

6. Результаты всех измерений и вычислений занести в таблицу.

7. Сравнить полученные результаты с табличными величинами значения коэффициента поверхностного натяжения.

 

 

в, Н/м(табл.) mст, кг mв, кг d,м n mм.р, кг в., Н/м м.р., Н/м
72*10-3              

Контрольные вопросы:

1. Что называется коэффициентом поверхностного натяжения?

2. Как направлена сила поверхностного натяжения?

3. Что влияет на величину коэффициента поверхностного натяжения?

 

Лабораторная работа №5.

Тема: «Определение плотности тел правильной формы».

Цель: вычислить плотности тел, сравнить с табличными значениями и выяснить материал образцов.

Оборудование:весы, разновесы, штангенциркуль, тело правильной формы.

Теоретическая часть: плотность тела — это масса вещества в единице объема. В данной работе массу тела определяют с помощью весов, а объем вычисляют по линейным размерам, найденным с помощью штангенциркуля. Штангенциркулем измеряют длины не более 12 см. с точностью до 0,1 мм. Целые миллиметры отсчитывают по делениям линейки штангенциркуля, а десятые доли миллиметра – по перемещающемуся нониусу, когда между губками прибора зажат измеряемый предмет. При этом пользуется правилом: деление нониуса, совпадающее с каким - либо делением масштаба линейки, даёт число десятых долей миллиметра.

Для исключения случайных ошибок и повышения степени точности необходимо производить всегда несколько измерений, а затем найти среднее арифметическое.

Разность между истинным и измеренным значениями искомой величины называется абсолютной погрешностью х: х=|хист-х|

Отношение абсолютной погрешности к истинному значению искомой величины называется относительной погрешностью измерений =х*100%хист.

Порядок выполнения работы:

1. Уравновесить весы, добавляя на более лёгкую чашку небольшие кусочки бумаги.

2. Взвешиванием определить массу тела (т) правильной формы с точностью до 0,001г.

3. Измерить длину (а), ширину () и высоту (с) тела три раза.

4. Вычислить по формуле объем тела.

5. Вычислить по формуле плотность тела и ощенить погрешности.

6. Результаты всех измерений и вычислений занести в таблицу.

 

№ а, мм b, мм с, мм Vср. m, кг , кг/м3 т,кг/м3 Образец
               

Вывод:

Контрольные вопросы:

1. Дайте определение плотности тела.

2. Какие единицы плотности вы знаете? В системе СИ?

3. Как определить плотность тела неправильной формы?

4. Как зависит плотность от температуры и почему?

5. В чем особенности плотности воды?

6. Дайте определение массы и веса тела.

7. Что называется гравитационной и инертной массой?

8. Что такое атомная масса?

9. Что такое материя?

 

Лабораторная работа №6.

Тема: «Определение коэффициента линейного расширения».

Цель: исследовать зависимость силы упругости от абсолютного удлинения и вычислить модуль упругости, построить график зависимости абсолютного удлинения от силы тяги.

Оборудование: штатив, набор грузов, резиновая полоска, измерительная лента.

Теоретическая часть:

При изменении температуры объем твердого тела изменяется: при увеличении температуры объем возрастает, при охлаждении тела сжимаются. Явление изменение размеров и объема твердых тел с изменением температуры называется тепловым расширением.

Каковы причины расширения тел при нагревании? Почему при нагревании (охлаждении) средние расстояния между атомами увеличиваются (уменьшаются)?

Рассмотрим на рис. 1 как зависят силы межмолекулярного взаимодействия молекул от расстояния между ними.

Е сли молекулы находятся на расстояниях, превышающих их размеры в несколько раз, то силы взаимодействия между ними практически не сказываются, силы взаимодействия короткодействующие. На расстояниях, превышающих 2-3 диаметра молекул, сила отталкивания F2 практически равна нулю. Заметна лишь сила притяжения F1. По мере уменьшения расстояния сила притяжения возрастает, одновременно с этим растет и сила отталкивания. На некотором расстоянии r0, примерно равном диаметру молекулы, модуль силы притяжения равен модулю силы отталкивания. При дальнейшем уменьшении расстояния начинают перекрываться электронные оболочки молекул, что приводит к очень быстрому возрастанию силы отталкивания. Кривые сил взаимодействия несимметричны. Расстояние r0 является положением равновесия атома.

Количественно тепловое расширение характеризуется коэффициентами линейного и объемного расширения. Пусть тело при температуреT1имеет длину1, а при температуре (где - сравнительно небольшой интервал температур) имеет длину 2, тогда коэффициент линейного расширения определяется из соотношения:

т.е. физический смысл коэффициента линейного расширения показывает, на какую долю своего первоначального значения изменяются линейные размеры тела при изменении температуры на один Кельвин.

Порядок выполнения работы:

1. Измерить первоначальную длину полоски lo,м

2. Вычислить площадь поперечного сечения полоски S=а*b, м2

b=1мм=1*10-3

3. Подвешивая грузы, разной массы, вычислить силу тяги,

Fтяги=Fтяжести =m*g, р=10м/с2

4. Для каждого случая измерить длину полоски 1, м

5. Вычислить абсолютное удлинение, l=1- 1о, м. Измерение провести 3 раза.

Для каждого случая вычислить модуль Юнга- Е по формуле:

Е=Р*1о:S*l, МПа

6. Найти среднее значение Ё= Е1+Е2+Ез:3, МПа

7. Сравнить полученное значение с табличным значением (для резины)

8. Построить график зависимости силы тяги от абсолютного удлинения

9. Написать вывод к работе.

Вывод:

Контрольные вопросы:

1. Что называют деформацией твердых тел?

2. Виды и классы деформаций?

3. Что такое предел прочности материалов, от чего оно зависит?

4. Что такое абсолютное и относительное удлинения?

 

Лабораторная работа №7.

Тема: «Проверка объединенного газового закона».

Цель: проверить справедливость выполнения объединенного газового закона.

Оборудование: стеклянная трубка, запаянная с одного конца, длиной 600 мм и диаметром 8-10 мм, цилиндрический сосуд высотой 600 мм и диаметром 40-50 мм, стакан с водой комнатной температуры, пластилин.

Теоретическая часть:

Переход газа из одного состояния в другое может происходить при одновременном изменении параметров P, V, T. Будем переводить газ, состояние которого описывается параметрами P1V1T1, в состояние, описываемое параметрами P2V2T2, постепенно, через промежуточное состояние. Сначала переведем газ изотермически в промежуточное состояние, которое описывается параметрами: P2V’T1. Тогда состояние газа можно описать уравнением закона Бойля-Мариотта

где V’– объем при температуре T1 и давлении P2.

Из промежуточного состояния перейдем в конечное, которое описывалось бы параметрами P2V2T2. Так как давление газа одинаково в обоих состояниях, то можно применить закон Гей-Люссака

отсюда

Подставив значение V’в уравнение (1), получим:

Это соотношение можно записать и так:

 

Порядок выполнения работы:

Подготовьте бланк отчета с таблицей для записи результатов измерений и вычислений.

l1, мм l2, мм Т1, К Т2, К Т, К
         

2. Подготовьте стакан с водой комнатной температуры и сосуд с горячей водой.

3. Измерьте длину l1 стеклянной трубки и температуру воды в цилиндрическом сосуде.

4. Приведите воздух в трубке во второе состояние. Измерьте длину l2 воздушного столба в трубке и температуру окружающего воздуха T2.

5. Вычислите отношение l1/l2 и Т1/Т2 относительные (1 и 2) и абсолютной ( 1 и 2) погрешности измерений этих отношений по формулам.

6. Сравните отношение l1/l2 и Т1/Т2

Вывод:

Контрольные вопросы:

1. Почему после погружения стеклянной трубки в стакан с водой комнатной температуры и после снятия пластилина вода в трубе поднимается?

2. Почему при равенстве уровней воды в стакане и трубке давления воздуха в трубке равно атмосферному?

 

Лабораторная работа №8.

Тема: «Определение КПД нагревателя».

Цель: экспериментальное определение КПД нагревательного устройства.

Оборудование: весы, разновесы, вольтметр, амперметр, соединительные провода, часы, кастрюля, термометр, электрическая плитка.

Теоретическая часть:

Коэффициент полезного действия (КПД) — характеристика эффективности системы (устройства, машины) в отношении преобразования или передачи энергии. Определяется отношением полезно использованной энергии к суммарному количеству энергии, полученному системой; обозначается обычно («эта»). КПД является безразмерной величиной и часто измеряется в процентах.

Математически определение КПД может быть записано в виде:

где А — полезная работа (энергия), а Q — затраченная энергия.

Если КПД выражается в процентах, то он вычисляется по формуле:

В силу закона сохранения энергии и в результате неустранимых потерь энергии КПД реальных систем всегда меньше единицы, то есть невозможно получить полезной работы больше или столько, сколько затрачено энергии.

Порядок выполнения работы:

1. Составить цепь по приведенной схеме.

 

2. Измерить массу воды, его температуру.

3. Поставить кастрюлю на плитку и включить на 5 - 10 минут пока вода не нагреется до 60 - 80С.

4. Записать показание амперметра, вольтметра и окончательную температуру.

5. Заполнить таблицу:

Масса воды: m, кг. Т1,К. Т2,К. Q полез, Дж.   U, В I, А Q затр, Дж. , %
               

6. Вычислить затраченную энергию.

Q=IUt, Дж. (израсходованная плиткой)

7. Вычислить полезную энергию (израсходованную на нагревание воды)

Q=cmt, Дж.

8. Вычислить КПД нагревательного прибора

=(Qполезн/Qзатр)*100%

Вывод:

Контрольные вопросы:

1. Физический смысл КПД, его буквенное обозначение и единица измерения.

2. Что такое затраченное и полезное тепло?

3. От чего они зависят?

4. Почему КПД электроизмерительных устройств менее 50 %?

 

Лабораторная работа №9.

Тема: «Определение удельного сопротивления проводника».

Цель: вычислить удельное сопротивление, сравнить полученное значение с табличными и выяснить из какого материала изготовлен реостат.

Оборудование: Амперметр, вольтметр, лента измерительная, штангенциркуль, батарея аккумуляторов, проволока длиной 65-70 см и диаметром 0,5 мм, выключатель, провода соединительные.

Теоретическая часть:

Удельное электрическое сопротивление, или просто удельное сопротивление вещества — физическая величина, характеризующая способность вещества препятствовать прохождению электрического тока.

Удельное сопротивление обозначается греческой буквой . Величина, обратная удельному сопротивлению, называется удельной проводимостью (удельной электропроводностью). В отличие от электрического сопротивления, являющегося свойством проводника и зависящего от его материала, формы и размеров, удельное электрическое сопротивление является свойством только вещества.

Электрическое сопротивление однородного проводника с удельным сопротивлением , длиной l и площадью поперечного сечения S может быть рассчитано по формуле (при этом предполагается, что ни площадь, ни форма поперечного сечения не меняются вдоль проводника). Соответственно, для выполняется

Из последней формулы следует: физический смысл удельного сопротивления вещества заключается в том, что оно представляет собой сопротивление изготовленного из этого вещества однородного проводника единичной длины и с единичной площадью поперечного сечения.

Порядок выполнения работы:

1. Измерить лентой длину проволоки L, т.е. расстояние между металлическими наконечниками.

2. Измерить диаметр проволоки d и рассчитать площадь ее поперечного сечения S=d2/4.

3. Результаты занесите в таблицу.

4. Собрать цепь, соединив последовательно источник тока, проволоку, амперметр и ключ.

5. Параллельно проволоки включить вольтметр.

6. Замкнув ключ, измерить силу тока I в цепи и напряжение Uна концах проволоки.

7. Вычислить удельное сопротивление по формуле p=U/I*d2/4L.

Вычислить Е=ЕU+ЕI+2Еd. ЕU=U/Uи EI=I/I. Еd= d/d, где =м или =шт. Найти =*Е. Результаты измерений записать в виде - + . Пользуясь справочником, определить материал, из которого изготовлена проволока.

Таблица

Длина проволоки L, м Диаметр проволоки d, м Площадь сечения проволоки S,м2 Сила тока I,А Напряжение U, В Удельное сопротивление , Ом*м
           

 

 

 

 


Вывод:

Контрольные вопросы:

1. Какие физические величины называют геометрическими параметрами проводника?

2. Как от них зависит сопротивление?

3. От чего зависит удельное сопротивление материала, обозначение и его единицы измерения.

 

Лабораторная работа №10.

Тема: «Измерение электродвижущей силы и внутреннего сопротивления источника тока».

Цель: измерить ЭДС, вычислить внутренней сопротивление источника питания и убедиться что оно меньше внешнего сопротивления.

Оборудование: амперметр, вольтметр, источник тока, реостат, ключ, соединительные провода.

Теоретическая часть:

Для получения электрического тока в проводнике необходимо создать и поддерживать на его концах разность потенциалов (напряжение). Для этого используют источник тока. Разность потенциалов на его полюсах образуется вследствие разделения зарядов. Работу по разделению зарядов выполняют сторонние (не электрического происхождения) силы.

При разомкнутой цепи энергия, затраченная в процессе работы сторонних сил, превращается в энергию источника тока. При замыкании электрической цепи запасённая в источнике тока энергия расходуется на работу по перемещению зарядов во внешней и внутренней частях цепи с сопротивлениями соответственно R и r.

Величина, численно равная работе, которую совершают сторонние силы при перемещении единичного заряда внутри источника, называется электродвижущей силой источника тока (ЭДС): =А/q

Согласно закону Ома сила тока в полной цепи прямо пропорциональна ЭДС и обратно пропорциональна ее полному сопротивлению: I= /(R+r)

Преобразуя закон Ома, получим выражение для ЭДС: ,

где U1=IR– падение напряжения на внешнем участке цепи,

U2=Ir– падение напряжения на внутреннем участке цепи.

В СИ ЭДС выражается в вольтах: [ ] =B.

Порядок выполнения работы:

1. Собрать электрическую цепь по схеме.

2. Поставив, ползунок реостата в среднее положение, снять показания вольтметра и амперметра (U1, I1).

3. Изменив положение ползунка реостата, повторно снять показания вольтметра и амперметра (U2,I2).

4. Вычислить значения ЭДС и внутреннего сопротивления bсточника тока по формулам:

I=E/(R+r)

E=J1R1+J1r

E=J2R2+J2r

E=U1+I1r

E=U2+I2r

Откуда находим г и Е.

5. Результаты записать в таблицу.

Таблица:

I1(А) U1 (B) I2(А) U2(В) r(Ом) (В)
           
           

6. Определить внешнее сопротивление, пользуясь результатами измерений.

Вывод:

Контрольные вопросы:

1. Сформулируйте закон Ома для участка цепи, для полной цепи.

2. В чем разница между ЭДС и напряжением.

3. Как записывается закон Ома для полной цепи в случае короткого замыкания

4. Укажите условия существования электрического тока в проводнике?

 

Лабораторная работа №11.

Тема: «Последовательное и параллельное соединение проводников».

Цель: привить студентам навыки монтажа простейших цепей (последовательное и параллельное соединение) и ознакомиться с распределением напряжений и токов в отдельных звеньях цепей и сетей.

Оборудование: 2 лампы разной мощности (100 Вт и 150 Вт), вольтметр переменного тока на местное напряжение сети, амперметр переменного тока до 5А, провода.

Теоретическая часть:

Электрическое сопротивление — физическая величина, характеризующая свойства проводника препятствовать прохождению электрического тока и равная отношению напряжения на концах проводника к силе тока, протекающего по нему. Сопротивлением (резистором) также называют радиодеталь, предназначенную для введения в электрические цепи активного сопротивления.

Сопротивление (часто обозначается буквой R или r) считается, в определённых пределах, постоянной величиной для данного проводника; её можно рассчитать как

где

R — сопротивление;

U — разность электрических потенциалов (напряжение) на концах проводника;

I — сила тока, протекающего между концами проводника под действием разности потенциалов.

При последовательном соединении проводников сила тока во всех проводниках одинакова:

I1 = I2 = I.

 

По закону Ома, напряжения U1иU2на проводниках равны

U1 = IR1, U2 = IR2.

Общее напряжение U на обоих проводниках равно сумме напряженийU1иU2:

U = U1 + U2 = I(R1 + R2) = IR,

где R– электрическое сопротивление всей цепи. Отсюда следует:

R= R1 + R2

При последовательном соединении полное сопротивление цепи равно сумме сопротивлений отдельных проводников.

Этот результат справедлив для любого числа последовательно соединенных проводников.

При параллельном соединении напряжения U1 и U2 на обоих проводниках одинаковы:

U1 = U2 = U.

Сумма токов I1+I2, протекающих по обоим проводникам, равна току в неразветвленной цепи:

I = I1 + I2.

Этот результат следует из того, что в точках разветвления токов в цепи постоянного тока не могут накапливаться заряды.

Записывая на основании закона Ома

где R– электрическое сопротивление всей цепи, получим

 

1/ R=1/ R1 + 1/ R2

При параллельном соединении проводников величина, обратная общему сопротивлению цепи, равна сумме величин, обратных сопротивлениям параллельно включенных проводников.

Этот результат справедлив для любого числа параллельно включенных проводников.

Порядок выполнения работы:

1. Последовательное соединение.

Начертите схему и смонтируйте цепь последовательно соединенных ламп, включив в нее измерительные приборы (вольтметр и амперметр). Произведите измерение напряжений и тока для каждой лампы, так и группы ламп. Результаты запишите в таблицу:

  U I R
I лампа      
II лампа      
Группа ламп      

 

Сравните отношение напряжений с отношением сопротивлений. Какой вывод из этого можно сделать?

2. Параллельное соединение.

Начертите схему и смонтируйте сеть параллельных ламп. Произведите измерения тока и напряжения для каждой лампы и для группы ламп. Результаты запишите в таблицу:

  I U R 1/R
I лампы        
II лампы        
Группа ламп        

 

Сравните ток магистрали и токи в отдельных ветвях. Обратите внимание на некоторые отличия сопротивления ламп в первом и втором опыте (при равных токах). Чем оно объясняется?

Вывод:

Контрольные вопросы:

1. Что такое сила тока, сопротивление проводника и напряжение?

2. Законы последовательного и параллельного соединений.

 

Лабораторная работа №12.

Тема: «Исследование зависимости мощности от напряжения».

Цель: вычислить потребляемую мощность лампы накаливания, построить график ее зависимости от приложенного напряжения».

Оборудование: батарея аккумуляторов на 8 В, электрическая лампочка на 8 В с патроном, реостат со скользящим контактом, амперметр постоянного тока до 30 В с делениями на 0,1 В, провод, ключ, миллиметровая бумага.

Теоретическая часть:

При замыкании электрической цепи на ее участке с сопротивлением R,

Током I, напряжением на концах Uпроизводится работа А:

A= IUt = I2Rt = U2t/R

Величина, равная отношению работы тока ко времени, за которое она совершается, называется мощностью Р: P=A/t.

Следовательно,

P = IU = I2R = U2/R (1)

Анализ выражения (1) убеждает нас в том, что Р— функция двух переменных. Зависимость Рот Uможно исследовать экспериментально.

Порядок выполнения работы:

1. Составить цепь, как показано на схеме.

2. Замкнуть цепь и измерить наибольшее напряжение на зажимах лампы и силу тока в цепи, а затем вычислить мощность тока.

3. Уменьшить напряжение на зажимах лампы с помощью реостата и измерить силу тока в цепи, а затем вычислить мощность тока.

4. Произвести несколько опытов, уменьшая напряжение на зажимах лампы и вычисляя мощность тока.

5. Результаты измерений и вычислений записать в таблицу.

№ опыта U I R
     
     
     
     
     
     

6. Построить график зависимости мощности лампы от напряжения на ее зажимах.

Вывод:

Контрольные вопросы:

1. В сопротивлении 0,4 Ом поглощается мощность в 0,25 кВт. Определите силу тока и падение напряжения в сопротивлении.

2. От чего зависит потребляемая мощность, в каких единицах измеряется и чем определяется?

3. Как вычислить мощность при последовательном и параллельном соединениях?

 

Лабораторная работа №13.

Тема: «Изучение свойств полупроводников».

Цель: научиться работать с полупроводниковыми материалами.

Оборудование: источник электрической энергии, миллиамперметр, диод Д7, вольтметр, ключ, провода соединительные, транзистор, резистор.

Теоретическая часть:

Если два проводника с проводимостью разного типа (p-типа и n-типа) привести в контакт, то на месте контакта образуется запирающий слой, который хорошо проводит ток в одном направлении и практически не проводит ток в другом. Это свойство используется в полупроводниковой технике.

Порядок выполнения работы:

1. Собрать цепь по схеме

Схема: односторонней проводимости.

Сделать вывод.

2. Собрать цепь по схеме.

Схема: для наблюдения вольтамперной характеристики.

 

3. Заполнить таблицу.

 

№ опыта I(A) U(B)
   
   
   
   
   
   

4.Построить график.

Вывод:

Контрольные вопросы:

1. Какие материалы называют полупроводниками?

2. Что называют донорной и акцепторной примесями?

3. Объяснить принцип p-типа и n-типа проводимостей.

4. Принцип работы полупроводниковых приборов.

Лабораторная работа №14.

Тема: «Измерение электроемкости конденсатора с помощью гальванометра».

Цель: вычислить общую электроемкость при их последовательном и параллельном соединениях.

Оборудование:набор конденсаторов (0,5;1;1;2мкФ), конденсатор неизвестной емкости, ампервольтомметр АВО-63 или микроамперметр на 100мкА, М-24, источник питания для практикума ИЭПП-1, переключатель однополосный, комплект проводов соединительных.

Теоретическая часть:

Если заряжать конденсатор от одного и того же источника постоянного напряжения, а затем разряжать его через гальванометр, то стрелка гальванометра всякий раз будет отбрасываться на одно и тоже число делений. При конденсаторах другой емкости отброс стрелки будет иным.
Имея конденсаторы известной емкости, можно на опыте убедиться, что емкость конденсатора С прямо пропорциональна числу делений n, на которое отбрасывается стрелка гальванометра:
С=k*n
Отсюда легко определить коэффициент пропорциональности: k=С/n,
выражающий электроемкость, соответствующую одному делению. Зная коэффициент, можно по отбросу стрелки гальванометра определить емкость любого неизвестного конденсатора, повторив с ним описанный опыт.

Порядок выполнения работы:

1. Подготовьте в тетради таблицу для записи результатов измерений и вычислений:

№ опыта Емкость конденсатора С, мкФ Число делений по шкале гальванометра,n Коэффициент пропорциональности, Среднее значение коэффициента, Кср.
       
       

2. Составьте электрическую цепь по схеме, изображенной на рисунке, включив в нее источник постоянного тока, конденсатор известной емкости, гальванометр и однополюсный переключатель.

3. Зарядите конденсатор. Для этого соедините его на короткое время с источником тока. Затем, сосредоточив внимание на стрелке прибора, быстро переключить конденсатор на гальванометр и заметьте по шкале максимальное отклонение (отброс) стрелки, отсчитывая на глаз десятые доли деления. Опыт повторите несколько раз, чтобы точнее заметить показание стрелки, и вычислите коэффициент пропорциональности к.

4. Выполните опыт с конденсатором другой емкости и по полученным данным вычислите среднее значение к. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу.

5. В электрическую цепь включите конденсатор неизвестной емкости Сх и определите, на сколько делений пх отклоняется стрелка измерительного прибора в этом случае. Зная коэффициент пропорциональности к, вычислите

Сх:Сх=кnx.

Вывод:

Контрольные вопросы:

1. Как надо подбирать предел измерения ампервольтметра, чтобы не повредить прибор?

2. Какой физический смысл коэффициента пропорциональности?

 

Лабораторная работа №15.

Тема: «Измерение длины звуковой волны и скорости звука в воздухе методом резонанса».

Цель: измерить длину звуковой волны и выяснить, как изменяется его значение в различных средах.

Оборудование: трубка резонансная, камертон с частотой колебаний 440 Гц, молоточек резиновый для камертона, штатив для фронтальных работ.

Теоретическая часть:

Как известно из курса физики, колеблющееся тело (камертон, струна, мембрана), находящееся в упругой среде, приводит в колебательное движение соприкасающиеся с ним частицы среды: атомы, молекулы и другие механические возмущения, возникающие в упругой среде. Вследствие чего в прилегающих к этому телу элементах среды возникают периодические деформации (например, растяжения или сжатия среды) и ведут к возникновению упругих сил, которые стремятся вернуть элементы среды в первоначальное состояние равновесия, то есть возникают упругие колебания среды.

Так как соседние элементы среды взаимодействуют друг с другом, то эти упругие деформации будут передаваться от одних участков среды к другим. Процесс распространения колебательного движения в среде называется механическими волнами. Волны могут быть продольными, когда частицы среды колеблются вдоль линии, совпадающей с направлением распространения колебания; и поперечными, когда частицы колеблются перпендикулярно к направлению распространения волны. В жидкостях и газах возникают только продольные волны, распространяющиеся в виде чередующихся сжатий и растяжений среды.

Расстояние l, пройденное волной (определенной фазой колебания) за один период колебания, называется длиной волны, т.е. длина волны – кратчайшее расстояние между соседними частицами среды, колеблющимися в одинаковой фазе.

 

где n - частота колебания частиц среды.

Частоты колебаний n частиц среды имеют ту же частоту, что и частота колебаний источника волн. Волны, частоты колебаний частиц в которых лежат в пределах от 16 до 20000 Гц, называются звуковыми.

Звуковые волны в газах и жидкостях являются продольными и могут распространяться только в упругой среде.

Порядок выполнения работы:

1. Закрепить камертон в муфте штатива в положении, указанном на рисунке, обернув ножку каким – либо мягким материалом.

2. Возбудить камертон ударами резинового молоточка и одновременно перемещать цилиндр вдоль трубы, отыскивая для него такие положения, при которых наблюдается значительное усиление звука. Наметив такие места, производить более точную настройку, двигая цилиндр в небольших пределах на найденном участке. Для камертона на 440 Гц таких положений может быть обнаружено два.

3. Измерить длины воздушного столба при первом и втором резонансе и вычислите среднюю длину волны по формулам: 1=4I1; 2=(4/3)*I2; =( 1+ 2)/2

4. Вычислите модуль скорости распространения звука в воздухе при данной температуре по формуле: =, где – длина бегущей волны, – частота колебаний камертона.

5. Вычислите относительную и абсолютную погрешности измерений скорости звука по формулам: =/=/+/,=. Слагаемым / можно пренебречь.

Вывод:

Контрольные вопросы:

1. Укажите в каких местах воздушного столба при втором резонансе частицы воздуха колеблются с наибольшей амплитудой?

2. В каких местах амплитуда колебаний равна нулю?

3. Зависит ли скорость распространения звуковых волн от частоты колебаний источника?

Лабораторная работа №16.

Тема: «Сборка простейшего радиоприемника».

Цель: собрать простейший радиоприемник, ознакомится с принципом его работы.

Оборудование: катушка контурная, конденсатор переменной емкости, диод полупроводниковый Д2, телефон головной Т, конденсатор постоянной емкости с 1000 пФ, провода и планки соединительные, провода для антенны А и заземления З, монтажная доска, контакты для телефона, винты, шайбы.

Теоретическая часть:

Радиоприемником называют устройство, позволяющее принимать высокочастотные модулированные колебания. Сущность радиоприема заключается в следующем.

Если к головным наушникам (телефону) или динамику параллельно присоединить блокировочный конденсатор, то пульсирующий ток высокой частоты пойдет через конденсатор, а ток низкой звуковой частоты – через катушку телефона; его мембрана придет в колебательное движение со звуковой частотой предающей станции.

Простейший из радиоприемников не требует для работы электроэнергии: он работает только за счет энергии принятого сигнала, поэтому позволяет принять и прослушать ближайшие мощные радиостанции определенного диапазона частот.

Порядок выполнения работы:

1. Пользуясь принципиальной схемой, изображенной на рисунке, собрать радиоприемник и показать преподавателю.

2. Медленно вращая ручку конденсатора переменной емкости, настроить колебательный контур в резонаторе с частотой принимаемой радиостанции и послушать ее передачу.

3. Продемонстрировать работу преподавателю.

4. Разобрать приемник.

5. Ответить на контрольные вопросы.

Вывод:

Контрольные вопросы:

1. Каково назначение антенны и заземления?

2. Какова физическая сущность электрического резонанса?

3. Объясните принцип действия собранного вами приемника?

4. Каково соотношение между длинной, частотой и скоростью распространения радиоволны?

Лабораторная работа №17.

Тема: «Определение показателя преломления стекла»

Цель: вычислить показатель преломления, сравнить полученное значение с табличным значением и убедиться, что призма стеклянная.

Оборудование: пластинка с параллельными гранями, пробка с булавками, лист картона, чистый лист бумаги.

Теоретическая часть:

Свет при переходе из одной среды в другую меняет свое направление, т.е. преломляется. Преломление объясняется изменением скорости распространения света при переходе из одной среды в другую и подчиняется следующим законам:

1. Падающий и преломленный лучи лежат в одной плоскости с перпендикуляром, проведенным через точку падения луча к границе двух сред.

2. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления для данных двух сред есть величина постоянная. Она называется относительным коэффициентом преломления второй среды относительной первой:

n=sin /sin .

Порядок выполнения работы:

1. На столик положить чистый лист бумаги с подложенным под ним картонам. На лист плашмя положить стеклянную пластинку и карандашом обвести ее контуры.

2. С одной стороны наколоть возможно дальше друг от друга две булавки так, чтобы прямая, проходящая через них, не была перпендикулярна грани пластинки.

3. С другой стороны стекла наколоть третью и четвертую булавки так, чтобы, смотря вдоль них через стекло, видеть все булавки, расположенными на одной прямой.

4. Стекло и булавки снять, места наколов отметить точками 1, 2, 3, 4 и через них провести прямые до пересечения с границами стекла. Провести через точки 2 и 3 перпендикуляры к границам сред AB и CD, при построении учитывать, что АО=СО.

5. Вычислить коэффициент преломления, учитывая, что sin /sin =АВ/СД и sin /sin =n.

6. Результаты измерений, вычислений и табличные данные занести в таблицу.

АВ, мм СД, мм Коэффициент преломления n
     

Вывод:

Контрольные вопросы:

1. Что такое показатель преломления, от чего он зависит?

2. Что называют полным отражением?

3. Как показатель преломления зависит от среды.

 

Лабораторная работа №18.

Тема: «Определение фокусного расстояния и оптической силы линзы».

Цель: вычислить фокусное расстояние и оптическую силу линзы.

Оборудование:линза, источник света, экран, измерительная лента, источник тока, соединительные провода.

Теоретическая часть:

Линзой называется прозрачное для света тело, ограниченное двумя сферическими поверхностями. Основные виды линз представлены на рис.1.

Собирающие (в воздухе):

1 – двояковыпуклая линза,

2 – плоско-выпуклая линза,

3 – вогнуто-выпуклая линза.

Рассеивающие (в воздухе):

4 – двояковогнутая линза,

5 – плоско-вогнутая линза,

6 – выпукло-вогнутая линза.

Тонкой называется линза, толщина которой намного меньше любого из ее радиусов кривизны.

Если обозначить расстояние от предмета до линзы –s, а расстояние от линзы до изображения -s, то формулу тонкой линзы можно записать в виде:

где R1иR2– радиусы кривизны сферических поверхностей линзы,n1– показатель преломления вещества, из которого сделана линза,n2– показатель преломления среды, в которой находится линза.

Величина D, обратная фокусному расстоянию линзы, называется оптической силой линзы и измеряется в диоптриях. У собирающей линзы оптическая сила положительна, у рассеивающей – отрицательна.

Другой важный параметр линзы – линейное увеличение Г. Оно показывает, чему равно отношение линейного размера изображения h к соответствующему размеру предмета h

Порядок выполнения работы:

1. Установить в определенном порядке источники света, линзу и экран.

2. Перемещая линзу и экран, добиться на экране четкого изображения источника света — увеличения или уменьшения.

3. Изменить расстояние от источника до линзы (f) и от экрана до линзы (d) с точностью до 1мм.

4. Пользуясь формулой линзы, вычислить главное фокусное расстояние.

5. По формуле определить оптическую силу линзы (Д), выразить фокусное расстояние в метрах.

6. Повторить опыт при других значениях (f) и (d). Вычислить (Д) и (F).

7. Результаты всех измерений и вычислений записать в таблицу, оценивая погрешности.

Таблица:

№ п/п f d F Д Fср. f Fср.
                 

Вывод:

Контрольные вопросы:

1. Что такое линза и какие бывают линзы?

2. Что называется оптической силой линзы (единицы измерения, символ)?

3. От чего зависит получаемое в линзе изображение?

4. Показать изображение предмета в линзе (6 типичных случаев)

 

Лабораторная работа №19.

Тема: «Определение длины световой волны с помощью дифракционной решетки».

Цель: вычислить длину световой волны, сравнить полученное значение с табличным.

Оборудование: прибор для определения длины световой волны, дифракционная решетка, источник света, светофильтры.

Теоретическая часть:

Белый свет имеет сложную структуру, зная которую можно объяснить многообразие красок в прир