Что такое практикум по физике

Методические рекомендации по физике «Физический практикум как средство реализации творческого потенциала учащихся»

Описание разработки

Введение.

Физика – наука экспериментальная. Все виды эксперимента – демонстрационный, фронтальный и домашний – имеют несомненную дидактическую и воспитывающую значимость. Особенно велика роль лабораторного практикума в старших классах, т. к. именно на этих занятиях учащиеся обобщают и систематизируют изученный материал, самостоятельно выполняя лабораторный эксперимент. По ныне действующим программам для средней общеобразовательной школы (профильный уровень) на лабораторный практикум отводится по 20 ч учебного времени в 10-м и 11-м классах, указан примерный перечень работ, которые по усмотрению учителя могут быть выполнены как одно- или двухчасовые. Причем сказано, что «при отборе работ для физического практикума в каждом классе следует обеспечить охват основных вопросов разных тем программы».

В практикум включены работы, которые позволят, с одной стороны, повторить, углубить и обобщить основные вопросы пройденного курса, а с другой стороны – дадут возможность вести практические занятия на новой, более высокой экспериментальной базе, чем та база, на которой строятся фронтальные работы.

Задачи практикума.

Обучить методам и приемам применения теоретических сведений, приобретаемых на уроках, к реализации некоторых конкретных физических заданий;

Обучить методам и технике проведения самостоятельных физических исследований. Приобретение практических навыков.

Экспериментальное изучение и проверка основных физических законов.

Обучить практическому анализу получаемых экспериментальных результатов: оценка порядков изучаемых величин, их точности и достоверности.

Обучить технике применения измерительных приборов и лабораторного оборудования в процессе выполнения самостоятельных исследований.

Обучение приемам и методам обработки и оформление экспериментальных результатов: ведение записей в тетрадях, представление результатов в виде таблиц, графиков.

Повторить и углубить пройденный материал.

Цель методического пособия:

I. 1. Оборудование практикума.

Проведение лабораторных работ физического практикума требует соответствующего учебного оборудования более сложного, чем для фронтальных занятий. Это оборудование должно полностью удовлетворять методической задаче практикума, находить максимальное применение в процессе обучения и в то же время быть доступным школе по своей стоимости.

Для практикума используются приборы, необходимые и для демонстрационных опытов или являются общим лабораторным оборудованием физического кабинета.

I. 2. Подготовка учащихся.

Практикум проводится после того, как учащиеся накопили достаточные знания изучаемого материала и смогут разобраться в более сложных приборах, установках и опытах. Могут понять целесообразность применения того или иного измерительного прибора для данного опыта, разобраться в методе измерения, во вносимых поправках и расчетах погрешностей.

Перед занятиями практикума учащиеся имеют краткую письменную инструкцию, по которой можно было бы заранее подготовиться к предстоящей работе. В инструкцию включается содержание и метод работы, описание конструкции приборов, порядок выполнения работы, порядок записи результатов опыта и вычислении. Инструкция содержит следующие элементы:

Краткие сведения из теории изучаемого вопроса («Введение»);

Краткое описание приборов, если они неизвестны учащимся («Оборудование»);

Метод выполнения работы («Вопросы и задания для проверки готовности к выполнению работы»);

Порядок записи результатов измерений и вычислений («Выполнение работы»);

Дополнительные вопросы или экспериментальные упражнения («Контрольные вопросы», «Дополнительное задание»).

Объем инструкции зависит от того, насколько удачно раскрывалось содержание той или иной лабораторной работы на классных занятиях, и от самого характера работы.

Последним этапом подготовки учащихся является вводная беседа, которая проводится непосредственно перед началом практических занятий.

Содержанием такой беседы являются следующие вопросы:

приемы измерения, анализ погрешностей, приближенные вычисления;

составление отчетов о проделанных работах.

Информация об организации работы сводится к тому, что преподаватель

сообщает о делении учащихся одного данного класса на бригады;

оглашает заранее составленное расписание занятий и вывешивает его на видимом месте;

согласно расписанию выдает учащимся инструкции к очередным работам;

указывает дальнейший порядок обмена инструкциями между бригадами;

напоминает о необходимости соблюдения техники безопасности при выполнении лабораторных работ и заполнении журнала ТБ.

Во вступительной беседе дается инструкция, как учащимся составлять письменный отчет.

Содержание отчета в основном содержит:

Схематический чертеж установки, с которой проводится эксперимент,

Порядок выполнения работы,

Результаты наблюдений и измерений, оформленных в виде таблицы.

Обработка результатов (вычисление погрешностей или построение графика).

Для выполнения работ учащимся ведут отдельную тетрадь.

I. 3. Методика проведения занятий.

Постепенная подготовка учащихся к практикуму в течение года на обычных классных занятиях, а также надлежащая подготовка необходимого оборудования в достаточной степени определяют собой методику проведения занятий в практикуме.

На занятиях в практикуме учащимся предоставляется максимальная самостоятельность, так как здесь они встречаются с проработанными ранее вопросами. Руководствуясь письменными инструкциями к работам, основное содержание которых берется из пройденного материала программы, и имея набор необходимых приборов, принадлежностей, материалов, учащиеся собирают из отдельных деталей установки; они проводят эксперимент и связанные с ним необходимые наблюдения и измерения; пользуясь справочниками, обрабатывают результаты измерений и составляют отчеты.

Роль преподавателя на этих занятиях значительно отличается от той, какую он выполняет на обычном уроке, когда излагается новый материал с демонстрацией опытов, решаются для примера задачи, ведется опрос учащихся и т. п. Эта роль сводится главным образом к постановке проблемы и всестороннему наблюдению за ходом работы каждой бригады.

Попутно с наблюдением преподаватель во время проведения практикума дает отдельным учащимся указания по обращению с приборами, заботясь о том, чтобы прививались правильные практические навыки. В случае необходимости он корректирует ход работы в той или иной бригаде, дает указания, помогающие вовремя закончить экспериментальную часть и получить надлежащие результаты, а также советы по поводу обработки полученных результатов, составления отчета и т. п.

Наблюдения за ходом выполнения работы позволяют преподавателю установить, кто из учащихся подготовился лучше (владеет теорией, ясно представляет ход работы, знает назначение отдельных приборов) и кто подготовился недостаточно. Первые чувствуют себя увереннее, обращаются к препода­вателю сравнительно редко. У вторых замечается неуверенность, отставание; они со всякой мелочью обращаются к преподавателю или к более сильным товарищам: этим учащимся требуется помощь.

Кроме того, преподаватель видит, кто из учащихся выполняет работу тщательно и аккуратно, стремясь добиться луч­ших результатов, и кто ведет ее поспешно, без должного прилежа­ния, а иногда без понимания основной сути дела, формально. Все это дает преподавателю богатый материал, необходимый для даль­нейшего улучшения организации занятий в практикуме и для правильной оценки успеваемости каждого учащегося по лаборатор­ным работам.

Оценка знаний учащихся по практикуму относится к числу су­щественных сторон методики ведения занятий. Эта оценка склады­вается из результатов проверки ученических отчетов и из резуль­татов наблюдения преподавателя, так как в оценку должно вхо­дить не только качество отчета, но и качество всей практической работы, проведенной учеником на лабораторных занятиях.

Источник

Перечень работ для физического практикума по физике. 10-11 класс

«Управление общеобразовательной организацией:
новые тенденции и современные технологии»

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение

«Средняя школа № 13 с углубленным изучением предметов»

по физике с профильным изучением

Дедова Елена Николаевна

г. Великий Новгород

Обоснование необходимости проведения физического практикума.

Обучение физике нельзя представить только в виде теоретических занятий, даже если на них учащимся демонстрируются физические опыты. Чувственное восприятие изучаемых процессов и явлений невозможно без соответствующей практической работы собственными руками.

Физический практикум является неотъемлемой частью профильного курса физики в 10 – 11 классах.

Ясное и глубокое усвоение основных законов физики и ее методов невозможно без самостоятельных практических занятий.

В физической лаборатории учащиеся не только проверяют известные законы физики, но и обучаются работе с физическими приборами, овладевают навыками экспериментальной исследовательской деятельности, учатся грамотной обработке результатов измерений и критическому отношению к ним.

Физический практикум позволяет осуществить переход от репродуктивных форм учебной деятельности к самостоятельным, поисково-исследовательским видам работы, переносит акцент на аналитический компонент учебной деятельности учащихся.

1.2. Цели и задачи физического практикума.

Физический практикум в 10 – 11 классах с профильным изучением физики проводится с целью:

повторения, углубления, расширения и обобщения полученных знаний из разных тем курса физики;

развития и совершенствования у учащихся экспериментальных умений путем использования более сложного оборудования, более сложного эксперимента;

формирования у них самостоятельности при решении задач, связанных с экспериментом.

Основными задачами , решение которых обеспечит достижение поставленной цели являются следующие:

развитие у школьников умений описывать и обобщать результаты наблюдений;

развитие умений использовать измерительные приборы для изучения физических явлений;

развитие умений у учащихся представлять результаты измерений с помощью таблиц, графиков и выявлять на этой основе эмпирические зависимости;

применять полученные знания для объяснения принципов действия важнейших технических устройств;

формирование коммуникативной культуры учащихся и развитие умений работы с различными типами информации.

1.3. Особенности организации и проведения физического практикума.

Физический практикум не связан по времени с изучаемым материалом, он проводится, как правило, в конце учебного года, и включает серию опытов по той или иной теме.

число учащихся в классе;

число работ практикума;

На каждую работу физического практикума отводится два учебных часа, поскольку работы практикума сложнее, чем фронтальные лабораторные работы. Выполняются они на более сложном оборудовании, причем доля самостоятельного участия учеников значительно больше, чем в случае фронтальных лабораторных работ.

В среднем за учебный год каждый учащийся класса с углубленным изучением физики должен выполнить 5 – 7 экспериментальных работ в соответствии с учебным планом.

К каждой работе учитель составляет инструкцию, которая должна содержать:

список приборов и оборудования;

описание неизвестных учащимся приборов;

план выполнения работы.

Описание каждой экспериментальной работы начинается с теоретического введения.

В экспериментальной части каждой работы приводится описание экспериментальных установок и задания, регламентирующие последовательность работы учащихся при проведении измерений, образцы рабочих таблиц для записи результатов измерений и рекомендации по методам обработки и представления результатов.

В конце описаний предлагаются контрольные вопросы, ответы на которые учащиеся должны подготовить к защите работ.

Учащийся заранее готовится к выполнению каждой работы. Он должен изучить описание работы, знать теорию в объеме, указанном в описании, порядок выполнения работы.

Перед началом выполнения работы учащийся получает допуск к работе, при этом перечень вопросов, на которые учащийся должен ответить, следующий:

основные физические законы, изучаемые в работе;

схема установки и принцип ее действия;

измеряемые величины и расчетные формулы;

порядок выполнения работы.

Учащиеся, допущенные к выполнению работы, обязаны следовать порядку выполнения строго в соответствии с описанием.

Работа в лаборатории заканчивается обработкой учащимся полученных экспериментальных данных, построением графиков и оформлением отсчета.

А также учащийся должен ответить на все вопросы по теории в полном объеме программы, обосновать принятую методику измерений и обработки данных.

Выполнение работы на этом завершается, выставляется итоговая оценка за работу.

При оценке работы учащихся в практикуме следует учитывать их подготовку к работе, отчет о работе, уровень сформированности умений, понимание теоретического материала, используемых методов экспериментального исследования.

1.4. Требования к уровню подготовки учащихся.

Проведение физического практикума в классах с профильным изучением физики должно способствовать формированию у учащихся следующих компетенций:

владеть основными знаниями, обеспечивающими обоснованный выбор будущего профиля профессионального обучения;

знать собственные индивидуальные особенности, природные задатки к приобретению различных знаний и умений и эффективно их использовать для достижения позитивных результатов в учебной деятельности;

уметь описывать и обобщать результаты наблюдений;

умело использовать измерительные приборы для изучения физических явлений;

представлять результаты измерений с помощью таблиц, графиков и выявлять на этой основе эмпирические зависимости;

применять полученные знания для объяснения принципов действия важнейших технических устройств;

уметь планировать своё ближайшее будущее, ставить обоснованные цели саморазвития, проявлять волю и терпение в преодолении собственных недостатков во всех видах деятельности;

уметь соотносить свои индивидуальные возможности с требованиями социального окружения;

владеть основными навыками самообразования и активно реализовывать их при освоении требований региона, страны, мира;

уметь реализовывать в повседневной жизни полученные знания и навыки;

понимать роль коллектива сверстников в становлении индивидуальной позиции личности.

1.5. Условия реализации физического практикума.

Для качественного проведения физического практикума созданы благоприятные условия. Все учащиеся обеспечены учебной литературой, справочниками, электронными образовательными ресурсами.

Преподавание осуществляется в кабинете физики, который соответствует требованиям Сан ПиН 2.4.2.1178-02.

Оборудование кабинета физики полностью удовлетворяет требованиям, которые позволяют реализовать идею личностно – ориентированного подхода к обучению.

Материально-техническая база кабинета соответствует требованиям к оснащению образовательного процесса в соответствии с содержательным наполнением учебных предметов федерального компонента государственного стандарта среднего (полного) общего образования, что позволяет реализовать программу физического практикума по физике в полном объеме.

2.1. Содержание работ физического практикума в 10 классе с углубленным изучением физики.

Измерение плотности воздуха.

Измерение массы тела методом гидростатического взвешивания.

Изучение движения тела, брошенного под углом к горизонту.

Изучение закона сохранения энергии. Сравнение изменения потенциальной энергии растянутой пружины с изменением кинетической энергии тела.

Измерение атмосферного давления.

Проверка уравнения состояния идеального газа.

Измерение удельной теплоемкости плавления льда.

Определение удельной теплоты парообразования воды.

Определение температурного коэффициента электрического сопротивления металла.

2.2. Содержание работ физического практикума в 11 классе с углубленным изучением физики.

Измерение длины световой волны.

Изучение электронного осциллографа.

Измерение показателя преломления стекла линзы.

Определение фокусного расстояния рассеивающей линзы.

Определение высоты предмета с помощью плоского зеркала.

Определение скорости света в различных веществах с помощью сферических линз.

Измерение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока.

Опытная проверка закона Гей-Люссака.

Изучение закона радиоактивного распада.

Перечень работ физического практикума – 10 класс.

Практическая работа № 1

ИЗМЕРЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ВОЗДУХА

Оборудование: шар для взвешивания воздуха; весы; гири; насос ручной двойного действия; сосуд с водой; измерительный цилиндр.

Изучите устройство технических весов ВТ2-200, правила взвешивания на них и измерьте плотность атмосферного воздуха.

Теоретические основы работы.

Чтобы определить плотность ρ воздуха, нужно измерить массу m ₀ воздуха в шаре и объем V ₀ шара:

Массу воздуха в шаре можно было бы рассчитать, определив массу шара до и после откачивания воздуха из него. Так как весь воздух откачать нельзя, то мы рассчитаем массу откачанного воздуха т=т ₁ — т ₂ . Здесь т ₁ и m ₂ — соответственно масса шара до и после откачивания воздуха из него. Эти массы можно определить, взвесив шар на весах. Чтобы определить объем V откачанного воздуха при атмосферном давлении, следует после откачивания воздуха из шара опустить шланг, присоединенный к шару, в сосуд с водой и открыть зажим (рис. 1). Вода будет засасываться в шар до тех пор, пока давление оставшегося в нем воздуха не станет равным атмосферному. Рис. 1

Перелив воду из шара в измерительный цилиндр, можно узнать объем воды; этот объем равен объему V откачанного воздуха. Искомую плотность атмосферного воздуха можно рассчитать из выражения:

Порядок выполнения работы.

1. Поместите стеклянный шар в полотняный мешок, присоедините к нему с зажимом. Взвесьте шар со шлангом и сжимом на технических весах.

2. Подсоедините шланг шара к разрежающему штуцеру ручного насоса и откачайте часть воздуха из шара.

Внимание! Для безопасности работы шар обязательно должен находиться в полотняном мешке!

3. Перекройте зажимом шланг шара и взвесьте шар на весах.

4. Опустите шланг шара в сосуд с водой и откройте зажим. После заполнения шара водой перелейте воду в измерительный цилиндр и определите объем откачанного воздуха.

5. Рассчитайте плотность атмосферного воздуха.

6. Оцените погрешность измерения плотности воздуха и сравните полученное значение с табличными данными.

Так как , то

Границы погрешностей прямых измерений массы ∆ m ₁ и ∆ m ₂ находят в соответствии с указаниями, приведенными в таблице, учитывая погрешности гирь, подбора гирь и весов.

Граница погрешности прямого измерения объема ∆ V находится с учетом основной погрешности измерительного цилиндра и погрешности отсчета.

Необходимые данные используемых мензурок или измерительных цилиндров и весов можно взять из таблицы.

Абсолютная инструментальная погрешность

7. Результаты измерений и расчетов занесите в отчетную таблицу.

1. Как зависит точность измерения плотности воздуха от длительности его откачивания из шара?

2. Что мы измеряем, взвешивая на весах шар с воздухом до откачивания? после откачивания?

3. Каким образом осуществляется учет архимедовой силы, действующей на шар во время взвешивания?

4. Укажите причины возможных расхождений измеренного значения плотности с табличным значением.

Практическая работа № 2

ИЗМЕРЕНИЕ МАССЫ ТЕЛА МЕТОДОМ ГИДРОСТАТИЧЕСКОГО ВЗВЕШИВАНИЯ.

Оборудование: динамометр школьный с заклеенной шкалой, измерительный цилиндр; тело неизвестной массы; штатив; сосуд с водой; линейка измерительная.

Отградуируйте пружину и измерьте массу тела с помощью полученных пружинных весов.

Теоретические основы работы.

Трудность работы заключается в том, что для градуировки пружины (определения ее жесткости) нет грузов известной массы. Эту трудность можно преодолеть, измерив удлинение x ₁ пружины при подвешивании к ней груза неизвестной массы от в воздухе, а затем удлинение х ₂ этой же пружины при погружении груза в воду.

Запишем уравнение равновесия груза на пружине в воздухе:

(1)

( k — жесткость пружины) и уравнение равновесия этого же груза, опущенного в сосуд с водой:

, (2)

где F _A — архимедова сила, действующая на груз. Она равна

(3)

где — плотность воды, V — объем тела.

Измерив объем тела с помощью измерительного цилиндра, можно из выражений (1). (2) и (3) рассчитать жесткость пружины:

(4)

и искомую массу груза:

(5)

Порядок выполнения работы

1.Укрепите динамометр с заклеенной шкалой в штативе. Проведите линию, фиксирующую положение конца ненагруженной пружины.

2. Подвесьте к пружине груз неизвестной массы и отметьте положение конца пружины. Измерьте линейкой удлинение х ₁ пружины.

3. Опустите груз в сосуд с водой (рис. 1) и измерьте новое удлинение x ₂ пружины.

4. Налейте в измерительный цилиндр определенный объем воды. Опустите в цилиндр груз и измерьте увеличение объёма воды в измерительном цилиндре, равное объему V груза.

5. Вычислите жесткость k пружины по формуле (4) и массу груза по формуле (5).

6. Рассчитайте границы абсолютной и относительной погрешностей измерения массы груза. В качестве границы абсолютной погрешности измерения объема можно принять цену деления измерительного цилиндра, для границ абсолютных погрешностей измерения удлинений ∆ x ₁ и ∆ x ₂ — цену деления измерительной линейки.

7. Результаты измерений и расчетов занесите в таблицу для записи результатов.

Зная жесткость пружины, определите массу груза, измерив период колебаний груза на пружине.

1. Как можно измерить жесткость пружины, используя груз неизвестной массы?

2. Каким образом можно уменьшить погрешности измерений при выполнении работы описанным методом?

Практическая работа № 3

ИЗУЧЕНИЕ ДВИЖЕНИЯ ТЕЛА, БРОШЕННОГО ПОД УГЛОМ К ГОРИЗОНТУ.

Оборудование: баллистический пистолет; штатив; измерительная лента; листы белой и копировальной бумаги.

Рассчитайте дальность полета снаряда баллистического пистолета при выстреле из него под углом 60° к горизонту. Выполните измерения дальности полета снаряда при выстреле при таком угле. Сравните результаты расчета и эксперимента.

Теоретические основы работы.

Дальность полета снаряда можно рассчитать, если известны начальная скорость снаряда и угол между вектором скорости и горизонтальной плоскостью. Дальность полета l равна .

где v _г — проекция вектора скорости на горизонтальную ось, t — время полета снаряда.

Время t _п подъема снаряда на максимальную высоту можно найти из условия равенства нулю проекции вектора скорости на вертикальную ось в верхней точке подъема: v _в = v ₀ sin – gt _п = 0, t _п =

Таким образом, дальность полета снаряда определяется выражением:

(1)

Отсюда начальная скорость равна: (3)

Порядок выполнения работы

3. Измерьте начальную высоту h снаряда.

4. Рассчитайте дальность полета l ₁ снаряда при выстреле под углом 60° к горизонту по формуле

(4)

считая, что начальная скорость v ₀ при изменении угла не изменяется.

6. Проведите оценку достоверности эксперимента.

Эксперимент подтверждает теорию движения тела, брошенного под углом к горизонту, если интервалы [ l ₁ ±∆ l ₁ ] и [ l _ср +∆ l _ср ] имеют общие точки (∆ l ₁ – граница абсолютной погрешности косвенного измерения дальности, а ∆ l _ср — граница случайной погрешности среднего). ∆ l _ср оценивается по формуле: ∆ l _ср =

При оценке ∆ l ₁ необходимо учесть следующее. Из формулы (4) следует, что

(5)

Здесь — граница случайной погрешности, — граница прямого измерения высоты, — граница погрешности, возникающая при прямом измерении угла .

Анализ измерительной установки, произведенный на заводе-изготовителе, показывает, что случайный разброс дальности вносит существенно большую погрешность при небольшом числе опытов по сравнению с прямыми измерениями. Поэтому в соответствии с «правилом ничтожных погрешностей» в сумме (5) можно пренебречь двумя последними слагаемыми.

Итак,

7. Результаты измерений и расчетов занесите в таблицу для записи результатов.

=0°

=60°

8. Оцените достоверность измерений.

1. Каким будет ускорение снаряда, если пренебречь силой сопротивления воздуха?

2. Почему скорость вылета снаряда из баллистического пистолета не является постоянной величиной?

4. Какую задачу механики, прямую или обратную, вы решали при выполнении лабораторной работы?

Практическая работа № 4

ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНА СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ.

СРАВНЕНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ЭНЕРГИИ РАСТЯНУТОЙ ПРУЖИНЫ С ИЗМЕНЕНИЕМ КИНЕТИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ТЕЛА.

Оборудование : два штатива для фронтальных работ; динамометр учебный; шар; нитки; листы белой и копировальной бумаги; линейка измерительная; весы учебные со штативом; гири.

Задание: сравните уменьшение потенциальной энергии растянутой пружины с увеличением кинетической энергии тела, связанного с пружиной.

Теоретические основы работы.

На основании закона сохранения и превращения энергии при взаимодействии тел силами упругости изменение потенциальной энергии растянутой пружины должно быть равно изменению кинетической энергии связанного с ней тела, взятому с противоположным знаком:

Для экспериментальной проверки этого утверждения можно воспользоваться установкой, изображенной на рисунке 1. В лапке штатива закрепляют динамометр. К его крючку привязывают шар на нити длиной 60—80 см. На другом штативе на одинаковой высоте с динамометром укрепляют в лапке желоб. Установив шар на краю желоба и удерживая его, отодвигают второй штатив от первого на длину нити. Если отодвинуть шар от края желоба на х, то в результате деформации пружина приобретет запас потенциальной энергии

∆ E _ρ =

где k — жесткость пружины.

Затем шар отпускают. Под действием силы упругости шар приобретает скорость v . Пренебрегая потерями, вызванными действием силы трения, можно считать, что потенциальная энергия растянутой пружины полностью превратится в кинетическую энергию шара:

Рис. 1

Скорость шара можно определить, измерив дальность его полета s при свободном падении с высоты h . Из выражений v = и следует, что ∆ E _k =

Целью работы является проверка равенства:

С учетом равенства F _y = kx получим:

Порядок выполнения работы.

1. Укрепите на штативах динамометр и желоб на одинаковой высоте h =40 см от поверхности стола. Зацепите за крючок динамометра нить, привязанную другим концом к шару. На предполагаемое место падения шара положите лист белой бумаги и сверху него лист копировальной бумаги.

Расстояние между штативами должно быть таким, чтобы шар находился на краю желоба при натянутой нити и отсутствии деформации пружины динамометра.

3. Измерьте деформацию x пружины динамометра при силе упругости F _y =2 Н. Вычислите потенциальную энергию растянутой пружины.

4. Измерьте массу шара с помощью весов и вычислите увеличение его кинетической энергии.

5. Результаты измерений и расчетов занесите в отчетную таблицу.

6. Оцените границы погрешностей измерения потенциальной энергии растянутой пружины. Так как E _ρ = то граница относительной погрешности равна:

Граница абсолютной погрешности равна: .

7 . Оцените границы погрешностей измерения кинетической энергии шара.

Так как , то граница относительной погрешности равна:

Погрешностями и по сравнению с погрешностью можно пренебречь.

В этом случае

Граница случайной погрешности среднего арифметического при небольшом числе измерений N находится по формуле: ∆ s _ср = где рассчитывается по формуле, приведенной на странице 16.

Таким образом,

Граница абсолютной погрешности измерения кинетической энергии шара равна:

8. Сделайте вывод о выполнении закона сохранения энергии, проверив, имеют ли общие точки интервалы [ E _ρ ∆ E _ρ ] и [ E _k ∆ E _k ].

В каких случаях выполняется закон сохранения механической энергии?

Чем можно объяснить неточное равенство изменений потенциальной энергии пружины и кинетической энергии шара?

Практическая работа № 5

ИЗМЕРЕНИЕ АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ.

Оборудование: стеклянная трубка с пробкой; резиновый шланг; воронка стеклянная; линейка ученическая; метр демонстрационный; штатив; вода.

Предложите способ определения атмосферного давления с помощью имеющегося оборудования. Выполните необходимые измерения и определите атмосферное давление.

Теоретические основы работы

Для определения атмосферного давления можно осуществить изотермический процесс расширения воздуха, находящегося в стеклянной трубке между поверхностью воды и резиновой пробкой.

Соединим стеклянную трубку и воронку резиновой трубкой. укрепим их в штативе. Установив перемещением воронки с водой уровень воды в стеклянной трубке на расстоянии l от ее верхнего конца, закроем пробкой отверстие в трубке (рис. 1, а). Воздух в трубке находится под атмосферным давлением р и занимает объем V.

Из этого уравнения выразим атмосферное давление р:

Следовательно, для определения атмосферного давления необходимо измерить первоначальную длину l столба воздуха в трубке при одинаковой высоте уровней воды в трубке и воронке, длину l + ∆ l столба воздуха в трубке после опускания воронки и разность h высот уровней воды в трубке и воронке.

Порядок выполнения работы

1. Налейте воду в воронку при открытом отверстии в стеклянной трубке так, чтобы вода заполняла полностью резиновую трубку и частично воронку. Установите перемещением воронки с водой уровень воды в стеклянной трубке на расстоянии 30—40 см от ее верхнего конца и на расстоянии не менее 5 см над концом резиновой трубки. Закройте отверстие в трубке пробкой. Измерьте длину l воздушного столба в трубке.

2. Опустите воронку примерно на 1 м ниже ее первоначального положения. Измерьте длину l + ∆ l столба воздуха в трубке и разность h уровней воды в трубке и воронке.

4. Результаты измерений и вычислений занесите в отчетную таблицу.

Проанализируйте возможные способы повышения точности измерения атмосферного давления.

Повторите измерения с целью получения возможно более точного результата.

1. Возможен ли опыт Торричелли с использованием воды вместо ртути?

2. Какими способами можно повысить точность измерения атмосферного давления?

Практическая работа № 6

ПРОВЕРКА УРАВНЕНИЯ СОСТОЯНИЯ ГАЗА.

Оборудование : стеклянная трубка, закрытая с одного конца; два стеклянных цилиндрических сосуда; барометр; линейка; термометр; горячая и холодная вода.

Изучите экспериментально связь между объемом, давлением и температурой воздуха.

При теоретическом выводе уравнения состояния допускается ряд упрощающих предположений, поэтому его применимость для описания состояния реальных газов нуждается в экспериментальной проверке.

Уравнение состояния идеального газа (при m = const ) имеет вид:

(1)

Применимость этого уравнения для описания свойств воздуха можно проверить, измеряя температуру, давление и объем, занимаемый воздухом.

В опыте для нагревания и охлаждения постоянного количества воздуха можно использовать стеклянную трубку, запаянную с одного конца.

р ₂ =р ₁ +ρ gh (рис. 1). Объем воздуха в трубке в первом состоянии равен V ₁ = lS , где l — длина трубки, S — площадь поперечного сечения. Во втором состоянии объем воздуха равен V ₂ ==( l – ∆ l ) S , где ∆ l — длина столба воды в трубке (см. рис. 1).

Целью работы является проверка выполнения равенства

или

Порядок выполнения работы

1. В сосуд опустите стеклянную трубку длиной l закрытым концом вниз. Когда трубка нагреется и температура воздуха в ней станет равной температуре Т ₁ воды в сосуде, измерьте температуру Т ₁ горячей воды. Заткните трубку резиновой пробкой на нитке и опустите пробкой вниз в сосуд с холодной водой. Под водой выдерните пробку за нитку и опустите трубку до дна сосуда (см. рис. 1).

2. Измерьте температуру T ₂ холодной воды. Измерьте длину ∆ l столбика воды в трубке.

4. Вычислите значения дробей:

и

5. Результаты измерений и вычислений занесите в отчетную таблицу.

6. Оцените границы погрешностей величин и .Для обеих величин граница относительной погрешности рассчитывается по формуле:

Придумайте способ измерения объема V з того же количества воздуха при комнатной температуре T з и атмосферном давлении p ₁ . Осуществите этот способ и вычислите значение выражения

1. Почему в опыте трубку погружали сначала в сосуд с горячей водой, а потом в сосуд с холодной водой?

2. Почему в расчетах не учитывали давление насыщенного водяного пара во втором опыте?

Практическая работа № 7.

ИЗМЕРЕНИЕ УДЕЛЬНОЙ ТЕПЛОТЫ ПЛАВЛЕНИЯ ЛЬДА.

Оборудование : калориметр; термометр; сосуд с теплой водой; лед; измерительный цилиндр.

Определите удельную теплоту плавления льда, используя калориметр с теплой водой.

Теоретические основы работы.

Удельную теплоту плавления льда можно определить следующим способом. Если налить в стакан калориметра теплую воду массой m ₁ с температурой t ₁ и опустить в нее лед массой т ₂ при температуре t ₃ = 0°С, то после расплавления всего льда установится температура t ₂ воды в калориметре, которая может быть определена из уравнения:

где λ — удельная теплота плавления льда, с — удельная теплоемкость воды, m _k —масса калориметра, c _k —удельная теплоемкость вещества калориметра, t ₄ — начальная температура калориметра.

Эксперимент и расчеты можно упростить, если проводить эксперимент таким образом, чтобы начальное t ₄ и конечное t ₂ значения температуры калориметра были одинаковыми. В этом случае уравнение теплового баланса принимает вид:

Если учесть, что t ₃ = 0 °С, то для удельной теплоты плавления льда получим:

.

Порядок выполнения работы

1. Приготовьте немного льда. Подержите лед некоторое время при комнатной температуре, чтобы его температура стала равной 0 °С. При этом часть льда должна растаять, оставшийся лед будет плавать в воде.

3. Возьмите небольшой кусок льда, осушите его фильтровальной бумагой и опустите в теплую воду в калориметре. Воду постоянно перемешивайте и следите за показаниями термометра. После полного расплавления первого куска льда положите в воду второй кусок и т. д., до тех пор, пока температура воды в калориметре не достигнет значения t ₂ , равного температуре воздуха в комнате.

4. Перелейте воду из стакана калориметра в измерительный цилиндр. По увеличению объема ∆ V воды найдите массу т ₂ растаявшего льда.

5. Вычислите удельную теплоту плавления льда λ _э . Результаты измерений и вычислений занесите в отчетную таблицу.

1. Почему при выполнении расчетов не учитывалась теплоемкость калориметра?

2. В каком случае погрешность измерений будет меньше:

при быстром выполнении всех операций или при медленном? Почему?

Практическая работа № 8.

Определение удельной теплоты парообразования воды

Содержание и метод выполнения работы. Удельная теплота парообразования воды определяется по изменению ее уровня в сосуде при выкипании.

Процесс передачи энергии от одного тела к другому без совершения работы называется теплообменом, или теплопередачей. В процессе теплообмена тело может либо принимать, либо отдавать энергию, которая называется количеством теплоты.

Пусть вода нагревается электрокипятильником и вся работа электрического тока идет: 1) на нагревание воды от начальной температуры t ₁ до температуры кипения t ₂ ; 2) на последующее превращение некоторой массы m воды в пар. Тогда, согласно закону сохранения энергии, для этих двух процессов можно записать:

Если вода находится в цилиндрическом сосуде, то ее массу можно определить по формуле:

где ρ = 1000 кг/м 3 – плотность воды, h ₁ – начальный уровень воды (рис. а), S – площадь дна сосуда. Аналогично можно определить массу воды, которая останется после испарения:

Оборудование: цилиндрический сосуд (внутренний стакан калориметра); сосуд с водой; электрокипятильник; термометр; часы с секундной стрелкой; линейка с миллиметровыми делениями; лист поролона, скотч.

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

5. Измерьте уровень h ₂ оставшейся в сосуде воды.

6. Удельную теплоту парообразования воды рассчитайте по формуле (5).

7. Сравните полученный результат с табличным значением и рассчитайте погрешность измерений.

Дополнительное задание. Используя предложенное оборудование, рассчитайте массу испарившейся воды и количество теплоты, которое пошло на ее испарение.

1. Удельная теплоемкость ртути 120 Дж/(кг • К), удельная теплота ее парообразования 0,29 МДж/кг. Что это значит физически?
2. Какие потери энергии были допущены при проведении работы и как их можно было бы избежать?

Практическая работа № 9.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО КОЭФФИЦИЕНТА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ МЕТАЛЛА

Оборудование: катушка проволочная для определения температурного коэффициента сопротивления проводника; миллиамперметр; вольтметр; источник электропитания ИЭПП-2; термометр.

Выполните измерения электрического сопротивления медной проволоки при двух различных значениях температуры и вычислите температурный коэффициент электрического сопротивления меди.

Теоретические основы работы.

Движению свободных электронов в кристалле металла под действием электрического поля препятствует процесс рассеяния электронов на различных дефектах кристаллической решетки. Чем ближе структура кристалла к идеальной, тем меньше помех на своем пути встречают электроны и тем меньше электрическое сопротивление проводника.

При повышении температуры увеличивается средняя кинетическая энергия атомов кристаллической решетки, увеличиваются их хаотические колебания относительно узлов решетки. Эти смещения атомов являются дефектами кристаллической решетки, поэтому с повышением температуры электрическое сопротивление металлов увеличивается.

электрическое сопротивление R ₀ образца при температуре 0 °С, получим выражение для температурного коэффициента сопротивления

В приборе для выполнения лабораторной работы медный провод намотан на картонный цилиндр, концы провода соединены с клеммами на пластмассовой панельке. В панельке имеется отверстие для термометра. Картонный цилиндр с проводом помещен в стеклянную пробирку. Нагревание медного провода можно осуществить проходящим по нему током.

Порядок выполнения работы

1. Соберите электрическую цепь по схеме, показанной на рисунке 1 ( R — исследуемый образец).

2. Измерьте начальную температуру t ₁ образца. Включите источник питания, измерьте напряжение на катушке U ₁ при силе тока I ₁ =30—40 мА. Определите сопротивление R ₁ образца:

3. Увеличьте силу тока в образце до 140—160 мА. Когда в результате нагревания провода электрическим током показания термометра достигнут значения t ₂ =70—80 °С, измерьте силу тока I ₂ через образец и падение напряжения U ₂ на нем. Определите сопротивление R ₂ образца:

4. Вычислите температурный коэффициент сопротивления меди.

Измерьте электрическое сопротивление образца при температуре: 30, 40, 50, 60, 70 °С. Постройте график зависимости электрического сопротивления от температуры.

1. Почему при нагревании металлов их электрическое сопротивление увеличивается?

2. Каковы источники ошибок в предложенном методе определения температурного коэффициента сопротивления металлов?

Практическая работа № 10.

ИЗМЕРЕНИЕ ДЛИНЫ СВЕТОВОЙ ВОЛНЫ.

Оборудование : лабораторный комплект по оптике.

Теоретические основы работы.

Если на дифракционную решетку направить узкий пучок света, а за решеткой поставить собирающую линзу и экран, то по обе стороны от центральной белой полосы на экране будут наблюдаться сплошные разноцветные спектры. Разложение белого света в спектр происходит в результате дифракции света на щелях и интерференции параллельных пучков света, собираемых линзой. Положение дифракционного максимума первого порядка для дифракционной решетки с периодом d , определяется условием:

где λ – длина световой волны, φ – угол, при котором наблюдается максимум.

В работе источником света служит узкая щель в экране прибора для измерения длины световой волны.

Порядок выполнения работы

1. Установите в окне источника света диапозитивную рамку со щелью. Включите источник в сеть переменного тока напряжением 42 В.

2. Перед щелью установите дифракционную решетку, линзу и экран (рис. 1). Перемещая экран, получите на нем четкое изображение щели и дифракционные спектры по обе стороны от него.

где b — расстояние от линзы до экрана, d — постоянная решетки.

4. Аналогичным способом вычислите длину волны синего света. Результаты измерений и вычислений занесите в отчетную таблицу.

5. Оцените границу погрешностей измерения длины волны. Так как то В этой сумме наибольший вклад дает последнее слагаемое: граница абсолютной погрешности измерения расстояния а от центра. изображения щели до места расположения, спектра- не. меньше половины ширины спектра. Итак,

Объясните принцип действия дифракционной решетки.

Как изменится вид спектра при использовании дифракционной решетки с периодом, в два раза меньшим, чем в первом опыте?

Чем отличается спектр, полученный с помощью дифракционной решетки, от спектра, полученного с помощью стеклянной призмы?

Практическая работа № 11.

ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОННОГО ОСЦИЛЛОГРАФА.

Оборудование: электронный осциллограф; источник электропитания ИЭПП-2; соединительные провода, авометр; микрофон; камертон.

Ознакомьтесь с устройством электронного осциллографа и используйте его для измерения амплитуды и частоты электрических колебаний.

Теоретические основы работы.

Основными элементами электронного осциллографа являются электронно-лучевая трубка, блок питания и блок временной развертки. От блока питания напряжение подается на электроды электронно-лучевой трубки, электронные схемы блока временной развертки и усилителей горизонтального и вертикального отклонения луча.

Через 2—3 мин после включения осциллографа в сеть на экране его электронно-лучевой трубки появляется светящееся пятно. Свечение кристаллов, нанесенных на внутреннюю поверхность трубки, вызывается ударами электронов, испускаемых катодом 1 трубки и разгоняемых электрическим полем между катодом и анодом 3 (рис.1). Интенсивность свечения пятна на экране электронно-лучевой трубки может изменяться вращением ручки «яркость». Эта ручка связана с потенциометром, с которого подается запирающее напряжение на управляющий электрод 2, расположенный между катодом и анодом трубки. Понижение потенциала управляющего электрода относительно потенциала катода препятствует прохождению электронов от катода к аноду и вызывает ослабление интенсивности электронного пучка 6.

Пролетев сквозь отверстие в аноде, электроны движутся до экрана трубки по инерции с постоянной скоростью и попадают в одну и ту же точку, вызывая свечение экрана 7.

За время t движения от пластин до экрана ( t =) электрон смещается в вертикальном направлении на расстояние

Коэффициент пропорциональности и в последнем выражении является для данного осциллографа постоянной величиной. Он называется чувствительностью пары отклоняющих пластин и выражается в мм/В.

Для определения чувствительности k вертикально отклоняющих пластин на них необходимо подать известное напряжение U ₁ и измерить отклонение луча на экране осциллографа y ₁ :

Аналогично при подачке напряжения на вертикально расположенные пластины 5 луч смещается в горизонтальной плоскости; смещение х пропорционально приложенному напряжению.

Главным достоинством электронного осциллографа как электроизмерительного прибора является его безынерционность. В каждый момент свечение экрана электронно-лучевой трубки вызывается ударами новых электронов. Смещение электронного луча определяется напряжением на отклоняющих пластинах в момент пролета электронов между ними. Так как электроны в трубке летят со скоростью, близкой к скорости света, то при изменении напряжения между отклоняющими пластинами смещение луча изменяется практически без запаздывания в тот же момент, в какой происходит изменение напряжения.

Для исследования быстропеременных электрических процессов в осциллографе осуществляется развертка — равномерное перемещение луча вдоль горизонтальной оси с постоянной скоростью. Для этого напряжение на вертикально расположенных пластинах должно изменяться линейно во времени, а для возвращения луча в исходное положение напряжение должно быстро падать до нуля. Такое напряжение носит название пилообразного.

Пилообразное напряжение подается на отклоняющие пластины с выхода генератора развертки. Частота развертки может изменяться с помощью двух ручек на панели осциллографа. При совпадении частоты колебаний исследуемого сигнала с частотой генератора временной развертки электронный луч на экране осциллографа вычерчивает график изменения напряжения сигнала за период — осциллограмму напряжения.

Если частота генератора временной развертки будет в 2, 3 и т. д. раз меньше частоты колебаний исследуемого сигнала, то на экране осциллографа будет наблюдаться график двух, трех и т. д. полных колебаний.

Для исследования электрических сигналов с малой амплитудой изменений напряжения осциллограф имеет усилитель с регулируемым коэффициентом усиления.

Электронный осциллограф может быть использован не только для исследования изменений напряжения во времени. Изменения любой физической величины могут быть преобразованы в напряжения в электрической цепи и затем исследованы с помощью осциллографа. Например, используя микрофон, можно преобразовать колебания давления воздуха при распространении в нем звука в механические колебания диафрагмы, колебания диафрагмы вызывают колебательное движение связанной с ней катушки в поле постоянного магнита, а это движение катушки сопровождается возникновением переменного напряжения на ее концах. Присоединив выводы микрофона к входу электронного осциллографа, можно исследовать звуковые колебания.

Порядок выполнения работы

1. Включите электронный осциллограф в сеть. Через 1—2 мин после включения на экране должна появиться светлая точка электронного луча. Если луч на экране не появился, выведите его на середину экрана, вращая ручки управления смещением луча по горизонтали и по вертикали. С помощью ручек управления яркостью луча и фокусировки получите на экране четкое и яркое пятно минимального размера.

2. Подключите выход микрофона к входу усилителя вертикального отклонения луча « О Y ». Нажатием кнопки включите усилитель в режим работы с максимальным коэффициентом усиления. Поставьте перед микрофоном камертон. Ударом молотка возбудите звуковые колебания. Переключением кнопок управления генератором развертки и вращением ручки плавной регулировки добейтесь получения устойчивой осциллограммы на экране осциллографа (рис. 2).

3. Определите амплитуду вертикального отклонения луча в миллиметрах. Определите амплитуду колебаний напряжения на выходе микрофона, если известно, что при максимальном усилении отклонение луча на 1 мм вызывается напряжением 0,1 В на входе усилителя.

Пронаблюдайте осциллограммы звуковых колебаний при произнесении перед микрофоном различных звуков. Произнося самые низкие и самые высокие звуки, оцените приблизительно границы частот звуковых волн вашей речи.

1. Как осуществляется регулировка яркости луча осциллографа?

2. Как можно использовать осциллограф для измерения напряжения?

3. Как осуществляется развертка?

Практическая работа № 12.

ИЗМЕРЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ СТЕКЛА ЛИНЗЫ.

Оборудование: двояковыпуклая линза; штангенциркуль; линейка измерительная.

Измерьте показатель преломления стекла, из которого изготовлена линза. Теоретические основы работы.

Показатель преломления n стекла, из которого изготовлена линза, можно определить из формулы

(1)

где F — главное фокусное расстояние линзы, R ₁ и R ₂ — радиусы сферических поверхностей, образующих линзу.

Если линза симметричная и двояковыпуклая, то R ₁ = R ₂ = R , и, следовательно,

(2)

(3)

Из формулы (3) видно, что для определения показателя преломления п стекла нужно измерить фокусное расстояние F линзы и радиус R ее сферических поверхностей.

Фокусное расстояние линзы можно измерить, получив на экране изображение источника света и измерив расстояние d от предмета до линзы и расстояние f от линзы до изображения. Из формулы линзы

(4)

следует, что если источник света находится на достаточно большом расстоянии от линзы ( d → ∞), то

Радиус кривизны сферических поверхностей линзы можно рассчитать, проведя измерения геометрических размеров линзы: ее толщины Н, диаметра D и толщины цилиндрического слоя h _о (рис. 1). Для треугольника ОАВ имеем:

Проведя преобразования, получим

(6)

где l = h =

(7)

Порядок выполнения работы

1. С помощью линзы получите на экране (стене, листе бумаги) изображение предметов, находящихся за окном классной комнаты. Измерьте расстояние f от линзы до получившегося изображения и оцените фокусное расстояние F линзы.

2. Штангенциркулем измерьте толщину линзы Н, толщину ее цилиндрического слоя h _о и диаметр линзы D .

3. Рассчитайте радиус R сферических поверхностей линзы по формуле (7).

4. Рассчитайте показатель преломления п стекла, из которого изготовлена линза, по формуле (3).

5. Результаты измерений и расчетов занесите в отчетную таблицу.

1. При каких условиях можно считать, что фокусное расстояние линзы F приблизительно равно расстоянию f от линзы до изображения?

2. Как можно измерить радиусы кривизны сферических поверхностей линз?

Практическая работа № 13

Оборудование : рассеивающая линза; собирающая линза; источник тока; электрическая лампа; ключ; провода; экран; линейка измерительная; штатив.

3адание Определите фокусное расстояние рассеивающей линзы.

Рассеивающая линза образует только мнимое изображение, которое нельзя получить на экране, т. е. нельзя измерить расстояние от линзы до изображения. Фокусное расстояние рассеивающей линзы можно определить, если использовать вторую собирающую линзу.

Получив с помощью собирающей линзы действительное изображение S ‘ источника света на экране, можно поставить между собирающей линзой и экраном рассеивающую линзу. Действительное изображение источника света при этом смещается (рис. 1). Новое положение изображения S « можно найти перемещением экрана.

Используя свойство обратимости световых лучей, можно принять, что световые лучи выходят из точки S «, а в точке S ‘ получается изображение точки S «.

Отсюда для модуля фокусного расстояния линзы получим:

Порядок выполнения работы

1. С помощью собирающей линзы получите, а экране действительное изображение нити лампы.

2. Поставьте между собирающей линзой и экраном рассеивающую линзу. Измерьте расстояние f от экрана до рассеивающей линзы.

3. Отодвигая экран от рассеивающей линзы, вновь получите на экране четкое изображение нити лампы.

Измерьте расстояние d от экрана до рассеивающей линзы.

4. Вычислите расстояние F рассеивающей линзы. Результаты измерений и вычислений занесите в отчетную таблицу.

5. Рассчитайте границы относительной погрешности измерения фокусного расстояния.

При этом необходимо учесть следующее. Формула для с точки зрения теории косвенных измерений достаточно сложна, так как в числителе и знаменателе находятся одни и те же величины. Поэтому в таблице погрешностей на форзаце отсутствует формула для расчета погрешностей функций этого типа. Эта функция существенно упрощается, если определить Тогда в соответствии с формулой, приведенной в таблице на форзац, можно найти границу погрешностей измерения оптической силы: . Здесь ∆ f и ∆ d — границы погрешностей прямых измерений расстояний f и d .

Так как , то легко сообразить, что нижняя граница значений F не меньше, чем , а верхняя — не меньше, чем . Действительное значение F принадлежит интервалу [].

Проведите анализ полученной формулы для вычисления погрешности и проведите повторный опыт, обеспечивающий меньшую относительную погрешность измерений.

1. Как можно получить формулу тонкой линзы?

2. Сформулируйте правило знаков для тонкой линзы.

3. Каким образом определялось расстояние до мнимого изображения при выполнении задания?

Практическая работа № 14.

Определение высоты предмета с помощью плоского зеркала

Содержание и метод выполнения работы.

Высота классной комнаты определяется с помощью плоского зеркала.

В солнечную погоду, измерив длины теней от высокого дерева и от предмета известной высоты и используя закон прямолинейного распространения света, можно рассчитать высоту дерева без ее непосредственного измерения. Аналогично можно использовать и законы отражения света. Если положить недалеко от своих ног плоское зеркало так, чтобы видеть в нем ребро пространственного угла между потолком и стеной классной комнаты, то (см. рисунок), поскольку в соответствии с законом отражения углы a и aў равны, равны и углы 1 и 2. Из подобия треугольников АВС и CDE можно записать откуда высота классной комнаты

Оборудование: плоское зеркало; измерительная лента; мел.

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

2. Измерьте расстояние h от пола до своих глаз. Для этого подойдите к доске и сделайте мелом отметку на уровне своих глаз. Затем измерительной лентой измерьте расстояние от пола до этой отметки.

3. Положите плоское зеркало недалеко от своих ног и отойдите от него на такое расстояние, чтобы в центре зеркала увидеть ребро пространственного угла между потолком и полом. Сделайте отметку на полу, у центра своей подошвы. Измерьте расстояние l ₂ от центра зеркала до отметки на полу.

4. Измерьте расстояние l ₁ от стены до центра зеркала.

5. Подставьте результаты в формулу (1) и вычислите высоту H классной комнаты.

6. Рассчитайте абсолютную ΔH и относительную ε _Н погрешности измерений.

7. Измерьте высоту потолка в классной комнате непосредственно измерительной лентой. Сравните результаты и сделайте вывод.

1. Сформулируйте законы отражения света.
2. Какой предмет можно считать плоским зеркалом? Дайте характеристику изображения в плоском зеркале.
3. Каковы границы применимости геометрической оптики?

Практическая работа № 15.

Определение скорости света в различных веществах с помощью сферических линз

Содержание и метод выполнения работы.

Скорость света v в веществе определяется по ее зависимости от показателя преломления среды:

, где c = 3 • 10 8 м/с – скорость света в вакууме.

Если в качестве модели сферической линзы использовать круглодонную колбу, заполненную прозрачной жидкостью, то, определив фокусное расстояние F такой линзы, измерив радиус кривизны R колбы и воспользовавшись формулой можно рассчитать показатель преломления вещества:

Скорость света в веществе рассчитывается по формуле

Оборудование: круглодонная колба с водой; такая же колба с глицерином или растительным маслом; измерительная линейка с миллиметровыми делениями; экран (лист белой бумаги); нитка.

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

2. При помощи линзы (колбы с водой) получите на экране изображение окна. Измерьте расстояние от центра линзы до изображения – это и есть приблизительно фокусное расстояние F. Оно будет измерено тем точнее, чем дальше находится экран от окна.

3. Ниткой измерьте длину окружности l колбы в ее самой широкой части и исходя из формулы l = 2R рассчитайте радиус кривизны колбы R.

4. Вычислите показатель преломления воды по формуле (1) и скорость света в среде по формуле (2).

5. Повторите опыт для глицерина (масла).

6. Оцените погрешность измерений, сравнив полученный результат с табличным значением.

7. Сделайте вывод о зависимости скорости света от оптической плотности среды.

Дополнительное задание. Предложите другой способ определения фокусного расстояния линзы и ее радиуса кривизны.

1. Что такое фокус линзы?
2. В чем состоит физический смысл показателя преломления?
3. Как влияет толщина стекла колбы на результат измерений в данной работе?

Практическая работа № 16.

ИЗМЕРЕНИЕ ЭДС И ВНУТРЕННЕГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ИСТОЧНИКА ТОКА

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

Теоретическая часть работы.

Схема электрической цепи, которую используют в этой лабораторной работе, показана на рисунке. В каче­стве источника тока в схеме используется аккумулятор или батарейка от карманного фонаря.

При разомкнутом ключе ЭДС источника тока равна напряжению на внешней цепи. В эксперименте источник тока замкнут на вольтметр, сопротивление которого долж­но быть много больше внутреннего сопротивления источ­ника тока г. Обычно сопротивление источника тока мало, поэтому для измерения напряжения можно исполь­зовать школьный вольтметр со шкалой 0—6 В и сопро­тивлением R в = 900 Ом (см. надпись под шкалой прибо­ра). Так как сопротивление источника обычно мало, то действительно R _B >> г. При этом отличие ξ от U не пре­вышает десятых долей процента, поэтому погрешность из­мерения ЭДС равна погрешности измерения напряжения.

Подготовка к проведению работы

1. Подготовьте бланк отчета со схемой электрической цепи и таб­лицей (см. таблицу 6) для записи результатов измерений и вычисле­ний.

2. Соберите электрическую цепь согласно рисунку 257. Проверьте надежность электрических контактов, правиль­ность подключения амперметра и вольтметра.

3. Проверьте работу цепи при разомкнутом и замкну­том ключе.

Проведение эксперимента, обработка результатов

1. Измерьте ЭДС источника тока.

3. Запишите результаты измерений ЭДС и внутренне­го сопротивления источника тока:

1. Почему показания вольтметра при разомкнутом и замкнутом ключе различны?

2. Как повысить точность измерения ЭДС источника тока?

3. Можете ли вы предложить другие способы измере­ния ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока?

Практическая работа 17.

ОПЫТНАЯ ПРОВЕРКА ЗАКОНА ГЕЙ-ЛЮССАКА.

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, наполненный горячей водой ( t

60 °С); стакан с водой комнатной температуры; пластилин, термометр, линейка.

Теоретическая часть работы:

Чтобы проверить закон Гей-Люссака, достаточно изме­рить объем и температуру газа в двух состояниях при по­стоянном давлении и проверить справедливость равенства . Это можно осуществить, используя воздух при атмосферном давлении.

Поэтому в работе следует сравнить отношения. Длина воздушного столба измеряется линейкой, температура — термометром.

Подготовка к проведению работы

1. Подготовьте бланк отчета с таблицей (см. табли­цу) для записи результатов измерений и вычислений

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

Проведение эксперимента, обработка результатов

1. Измерьте длину l ₁ стеклянной трубки и температу­ру воды в цилиндрическом сосуде.

5. Сделайте вывод о справедливости закона Гей-Люссака.

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

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

Практическая работа № 18.

Изучение закона радиоактивного распада

Цель: Экспериментальным путем доказать существование статистической основы радиоактивного распада

Теоретическая часть работы

Где N-число нераспавшихся ядер в момент времени t,

N ₀ – число ядер в начальный момент времени,

Т – период полураспада.

Оборудование: Коробка и монеты одного достоинства в количестве 128 штук

Поместить в коробок монеты (128 штук), встряхнуть их и высыпать на стол с некоторой высоты.

Монеты, выпавшие тыльной стороной вверх – «орёл» («распавшиеся ядра»), положить в сторону, а остальные – «решка» («нераспавшиеся») вновь поместить в коробок, встряхнуть и также высыпать.

Убрать монеты, выпавшие тыльной стороной и опять оставшиеся положить в коробок.

Совершить от 5 до 15 бросаний. По результатам опыта заполнить таблицу.

Повторите измерения 3 раза.

Таблица. Результаты измерений и вычислений

Источник