Лабораторный практикум по физике в 10 классе

Работа участника всероссийского интернет-проекта «Педагогический опыт. Инновации, технологии, разработки»
www.методкабинет.рф
Лабораторный практикум по физике в 10 классе
Ишин Петр Викторович,
учитель физики ГБОУ СОШ №867 г.Москва
При изучении физики на профильном уровне в 10 классе в планировании 20132014 уч. года предусмотрено 6 часов на проведение лабораторного практикума (плюс 3
часа на защиту работ). Практические работы подобраны, исходя из наличия оборудования,
планирования в 10 классе.
Набор практических работ для учащихся 10 класса соответствует разделам
«Механика»,
«Молекулярная физика», "Законы постоянного тока". В 10 классе
учащимися выполняются минимум 6 работ. Все работы одночасовые. К каждой работе
учащиеся получают контрольные вопросы по соответствующей теме – это могут быть
теоретические вопросы, расчётные задачи, тестовые задания. Выполнение практикума
проводится в конце учебного года, в ходе выполнения работ идёт одновременное
повторение материала, изученного в 10 классе.
Вот перечень работ.
1. Изучение тепловыделения на нагревателе
Цель: Проверка закона Джоуля-Ленца.
Оборудование: спираль нагревательная, калориметр, термометр, мензурка с водой,
амперметр, вольтметр, источник тока, часы с секундомером, соединительные провода.
Ход работы.
1. Соберите цепь.
2. Налейте в калориметр около 100 г. воды, убедитесь, что нагревательная спираль
покрывается водой при ее установке в калориметр. Измерьте начальную
температуру.
3. Установите спираль в калориметр, включите ток и засеките время. В ходе
нагревания воды (около 5 мин) снимите показания вольтметра и амперметра. После
окончания нагревания отключите ток, перемешайте воду спиралью и измерьте
температуру воды в калориметре.
4. Рассчитайте количество теплоты, выделившееся на нагревателе, по закону ДжоуляЛенца, и количество теплоты, затраченной на нагревание воды.
5. Оцените ошибки измерений о выполнении закона Джоуля-Ленца в вашем
эксперименте. В случае большой ошибки объясните причину отклонений.
2. Оценка собственной мощности
Цель: оценить мощность, которую вы можете развить при прыжке в высоту с места.
Оборудование: мерная лента, напольные весы.
Ход работы.
Мощность при прыжке в высоту можно рассчитать, зная высоту Н подъема центра
тяжести своего тела и время t прыжка. Время t можно рассчитать, зная путь S, на котором
действует сила мышц ног при разгибании колен, и начальную скорость V, с которой
человек отрывается от Земли.
Получаем N=mgh(2gh)1/2/2S (формулу вывести самостоятельно).
Величины Н, S, и m находятся прямым измерением с помощью линейки и напольных
весов.
Совершите ряд прыжков: при разных приседаниях s измерьте высоты Н своего
подъема для каждого прыжка и рассчитайте свою мощность. Чему равна максимальная
мощность, которую вы можете развить при прыжке в высоту с места?
Сравните ее со средней мощностью, развиваемой человеком при ходьбе 60 Вт, а также
с так называемой «лошадиной силой», равной 736 Вт. Объясните причины такого
сильного различия.
3. Определение сопротивления металлических проводников правильной формы
Цель: приобретение навыков расчета сопротивления проводника по известным
геометрическим параметрам и материалу.
Оборудование: линейка, медный провод, стальной гвоздь, штангенциркуль.
Ход работы.
1. Измерьте длину и диаметр медного и стального проводов круглого сечения.
Рассчитайте площадь сечения. Рассчитайте сопротивление проводника.
2. Рассчитайте, какой ток проходил бы по каждому из проводников, если на концах
было создано напряжение 1 В.
3. Решите задачу: При намотке катушки из медного провода ее масса возросла на 1,
78 г, а сопротивление оказалось равным 34 Ом. Оцените по этим данным длину и
площадь поперечного сечения провода.
4. Определение температурного коэффициента сопротивления меди
Цель работы
1. Снять экспериментальную зависимость сопротивления меди от температуры.
2.Научится определять температурный коэффициент сопротивления.
Оборудование
1. Прибор для определения температурного коэффициента сопротивления.
2. Омметр (или амперметр, вольтметр).
3. Термометр.
4. Стаканы с водой и тающим снегом.
5. Электрическая плитка.
Теория
В металлических проводниках электрическое сопротивление обусловлено
столкновением свободных электронов с колеблющимися ионами в узлах кристаллической
решетки. По мере повышения температуры размах колебаний ионов увеличивается, что
способствует большему рассеянию электронов, участвующих в упорядоченном движении.
Кроме того с повышением температуры увеличивается скорость хаотического (теплового)
движения электронов и они испытывают большее число столкновений с ионами
кристаллической решетки. Все это приводит к тому, что с повышением температуры
сопротивления проводника, а следовательно и удельное сопротивление увеличивается.
Обозначим R сопротивление проводника при t С, а R0 при t= . Величину
α= R-R0 / (R0 t) (1)
называют температурным коэффициентом сопротивления (ТКС). Численно
температурный коэффициент сопротивления показывает относительное изменение сопротивления при нагревании проводника на 10С (lК) и измеряется в 0С-1 или K-1, что
одно и тоже.
У большинства химически чистых металлов температурные коэффициенты
сопротивления близки к 1 /273 K-1, а у некоторых сплавов они настолько малы, что во
многих практических случаях ими можно пренебречь.
Порядок выполнения работы
1. Опустить прибор, для определения температурного коэффициента
сопротивления в тающий снег и выдержать его там в течении некоторого времени,
пока температура проводника не будет равна 0 С.
2. Измерить сопротивление R0 с помощью омметра.
3. Перенести прибор для определения температурного коэффициента
сопротивления в стакан с водой и, нагревая воду, измерять сопротивление R через
каждые 20 - 40 градусов.
4. Вычислить для каждого измерения температурный коэффициент сопротивления
по формуле (l).
5. Определить абсолютную ошибку измерения ∆α = | αтабл - α |, для меди αтабл
=0,0042 К-1.
6. Определить относительную ошибку измерения δα = (∆α / αтабл) 100%.
7. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 1.
8. Построить график зависимости сопротивления R от температуры t.
9. Сделать вывод о характере этой зависимости.
Таблица1.
№ t(0С) R0(Ом) R(Ом) α(К-1) ∆α(К-1) δα(%)
1 0
2 20
3 40
4 60
5 80
6 100
Контрольные вопросы
1. ТКС меди 0,0042 К-1. Что это означает?
2. Сопротивление медного проводника при 00С равно 1 Ом. Каким оно будет при
1000С ?
3. Сопротивление стального и вольфрамового проводников при 00С
одинаковы..Будут ли одинаковы при 2000С? ТКС стали 0,006 К-1, вольфрама
0,005 К-1.
4. Сопротивление стального и вольфрамового проводников при 500Содинаковы.
Каким они будут при 100С ?
5. Где применяются проводники с большим ТКС?
6. Измерение КПД электродвигателя.
Цель работы: ознакомление на модели с устройством электродвигателя, закрепление
понятия КПД электрического прибора.
Оборудование: модель электродвигателя, источник тока, реостат, амперметр, вольтметр,
набор грузов, линейка, штатив, часы.
Ход работы:
1. Назовите, рассмотрите основные детали электродвигателя. Запишите
предназначение перечисленных действий.
2. Двигатель укрепите в лапке штативе, укрепите нить на валу. На другом конце нити
укрепите груз массой 20-40 г.
3. Соберите электрическую цепь, установив максимальное сопротивление реостата.
4. Изменяя сопротивление цепи добиться того, чтобы груз поднимался за несколько
секунд.
5. Необходимо измерить высоту подъема, время подъема, силу тока и напряжение на
зажимах электродвигателя.
6. Рассчитайте механическую работу, совершенную двигателем в ходе подъема груза
на высоту, механическую мощность двигателя, потребляемую электрическую
мощность и электроэнергию, потребляемую двигателем.
7. Рассчитайте КПД двигателя в этом режиме, измените скорость подъема груза и
установите, отличается ли КПД двигателя в этих режимах с учетом ошибок
измерений.