Выполнение работы - Артемовский колледж точного

Государственное бюджетное общеобразовательное учреждение среднего
профессионального образования Свердловской области
Артемовский колледж точного приборостроения
Методические указания к выполнению лабораторных работ
по дисциплине ОДП.16 Физика
для профессии 190631.01 Автомеханик
(пособие для обучающихся)
Разработал:
преподаватель физики
Виноградова С.П.
г. Артемовский, 2013 г.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Расчет погрешностей при прямых измерениях
Расчет погрешностей при косвенных измерениях
Абсолютные инструментальные погрешности средств измерений
Правила выполнения лабораторных работ
Правила сборки схем электрических цепей
Условно-графические обозначения в схемах электрических цепей
Критерии оценивания лабораторных работ
Перечень лабораторных работ
Инструкционные карты для выполнения лабораторных работ
3
12
2
Введение
Цель данного пособия – помочь вам выполнить лабораторные работы,
которые предусматривает программа дисциплины Физика, научить правильно
определять погрешности и производить обработку результатов лабораторного
эксперимента. Процесс выполнения лабораторных работ включает в себя
теоретическую подготовку, ознакомление с приборами, сборку схем,
проведения опыта и измерений, числовую обработку результатов
лабораторного эксперимента и сдачу отчета по выполненной работе.
Лабораторные работы проводятся с целью закрепления и повторения
учебного материала. В процессе изучения физики и выполнения различных
видов физического эксперимента вы должны овладеть следующими
экспериментальными умениями и навыками:
-планировать проведение наблюдения, измерения или опыта,
-собирать и настраивать установки для выполнения наблюдения, измерения
или опыта,
-проводить наблюдения, измерения или опыт, соблюдая правила безопасности
труда,
-устранять действие побочных факторов в процессе выполнения работы,
-вычислять абсолютную и относительную погрешности прямых и косвенных
измерений,
-обрабатывать и анализировать полученные результаты, делать выводы,
-оформлять результаты работ в виде таблиц, графиков,
-составлять краткий отчет о проделанной работе,
-владеть культурой учебного труда ( правильно организовывать рабочее место
осуществлять контроль за качеством выполнения работы, вносить в нее
необходимые коррективы и т. д.)
Кроме того , вы должны овладеть умениями обращаться с измерительными
приборами :
- знать : название, назначении условное обозначение приборов, их устройство
и принцип действия, правила обращения и способы повышения точности
измерений;
-уметь: читать шкалу приборов, определять цену деления шкалы, предел
измерения и класс точности.
При измерении физических величин, выяснении функциональных
зависимостей между величинами, изучении законов в отчете достаточно
иметь:
-название работы,
-перечень основного оборудования (измерительных и других приборов),
-краткое описание способа измерения и измерительной установки,
сопровождаемое схематическим чертежом, рисунком, электрической или
оптической схемой и расчетными формулами,
-таблицу с результатами измерений и вычислений,
-вывод.
3
При описании способа измерения целесообразно выделять вид измерения,
явления и процессы, происходящие в измерительной установке, исходные
закономерности, на основе которых выводится расчетная формула. Кроме
табличной можно использовать свободную формулу записи результатов
измерений.
В некоторых работах результаты измерений представляют в виде графика.
Графики вычерчивают в прямоугольной системе координат на клетчатой или
миллиметровой бумаге с помощью чертежных инструментов. При этом
значение аргумента (независимой переменной), т.е величины, которую
изменяют при выполнении работы, откладывают по горизонтальной оси, а
полученные числовые значения функции – по вертикальной. На осях координат
указывают условные обозначения отложенных величин и их размерности.
Нанесенные координатные точки соединяют между собой не ломаной линией, а
плавной, которая должна проходить в границах погрешностей отдельных
измерений.
Для работ качественного характера (наблюдение и изучение физических
явлений) отчет упрощается, в нем остается:
-название работы,
-перечень основного оборудования,
- краткое описание установки и хода наблюдений изучаемого явления
сопровождаемое схематическим рисунком или схемой ,
-запись результата наблюдений и вывод (должны быть отражены условия
протекания явления и его характерные признаки).
Во многих работах необходимо выполнить измерения различных
физических величин. Умение измерить физическую величину является
важнейшим. Измерить физическую величину – это значит найти опытным
путем значение физической величины, используя специальные технические
средства. Различают прямые и косвенные измерения.
Прямое измерение - нахождение числового значения искомой величины
непосредственно средствами измерения (например, силу тока – амперметром)
Косвенное измерение - нахождение числового значения искомой величины по
формуле, связывающей ее с другими величинами, определяемыми в результате
прямых измерений. Результаты измерений всегда являются не абсолютно
точными, а приближенными. Для того ,чтобы измерения имели наименьшие
погрешности, необходимо соблюдать следующие правила:
-поверять средства измерения и правильно их применять,
-снимать показания с помощью средств измерений с необходимой точностью
-вычислять искомую величину по результатам измерений с соблюдением
правил приближенных вычислений и с учетом погрешностей.
4
Расчет погрешностей при прямых измерениях.
Точность результата прямого однократного измерения значения физической
величины невелика вследствие двух погрешностей, которые невозможно
полностью исключить в процессе опыта - это случайная и грубая погрешности.
Случайная погрешность – погрешность, изменяющаяся случайным образом
при повторных измерениях. Она вызывается непостоянством внешних условий
и несовершенными действиями экспериментатора.
Грубая погрешность (промах) – погрешность, существенно превышающая
ожидаемую при данных условиях. Она обусловлена ошибочным отсчетом или
временной неисправностью измерительного прибора.
Для уменьшения влияния случайных факторов проводят многократные
измерения данной физической величины x1, x2,…xn. При этом результаты
измерений, содержащих промахи, исключаются из дальнейшей обработки
результатов.
В качестве действительного значения физической величины принимают
среднее арифметическое значение измеряемой величины:
xср=
,
(1)
где n – число измерений.
Случайную погрешность (или погрешность среднего арифметического)
оценивают как средний модуль отклонения результатов измерений от среднего
арифметического значения xср :
∆xср=
(2)
Результирующая абсолютная погрешность ∆x при прямых измерениях
физической величины x учитывает как приборную ∆ xпр, так и
случайную ∆xсл погрешность и находится как их сумма:
∆x = ∆ xпр + ∆xсл
(3)
Значение физической величины, полученное в результате прямого
измерения, записывают в виде:
5
x= xср
∆x
(4)
Относительная погрешность при прямых измерениях – безразмерная
физическая величина , равная отношению абсолютной погрешности к среднему
арифметическому значению измеряемой величины:
ε=
(5)
Расчет погрешностей при косвенных измерениях.
При косвенном измерении значение физической величины находится по
формуле, связывающей искомую величину с другими величинами. Среди них
могут быть: физические величины, полученные в результате прямых
измерений, характеристики установки, справочные и табличные данные,
универсальные постоянные.
Погрешность косвенно измеряемой величины зависит от погрешностей
всех величин, входящих в расчетную формулу. В таблице представлены
выражения для расчета относительной погрешности физической величины,
измеряемой косвенно и зависящей от других величин, имеющих абсолютные
погрешности.
№п/п
x
ε=
1
C(a + b)
2
C(a – b)
3
C·ab
C · a/b
а
аср
4
+
b
bср
C·ak·bn
+
6
Абсолютная погрешность ∆x величины x находится по форму
∆x = xср · ε
(ε выражается десятичной дробью)
Окончательный результат записывают в виде:
x = xср
∆x .
Абсолютные инструментальные погрешности средств измерений
№п/п Средства
измерения
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Линейка
Ученическая
Чертежная
Инструментальная
(стальная)
демонстрационная
Лента
измерительная
Измерительный
цилиндр
штангенциркуль
микрометр
Динамометр
учебный
Весы учебные
секундомер
Барометр-анероид
Предел
Цена
измерения деления
Абсолютная
инструментальная
погрешность
До 50 см
До 50 см
20 см
± 1мм
± 0,2 мм
± 0,1 мм
1 мм
1 мм
1 мм
100 см
1 см
До 150 см 0,5 см
± 0,5 см
± 0,5 см
До 250 мм 1 мл
± 0,1 мл
150 мм
25 мм
4Н
0,1 мм
0,01 мм
0,1 Н
± 0,05 мм
± 0,05 мм
± 0,05 Н
200 г
0-30 мин
720-780
мм рт.ст.
0-1000С
0,2 с
1 мм рт.ст.
± 0,01 г
± 1 с за 30 мин.
± 3 мм рт.ст.
Термометр
10С
± 10С
лабораторный
11
Амперметр
2А
0,1 А
± 0,05 А
школьный
В12 Вольтметр
6В
0,2 В
± 0,15 В
школьный
Абсолютная погрешность отсчета в большинстве случаев равна половине
цены деления, при измерении времени – цене деления секундомера или часов
Абсолютную погрешность измерения обычно округляют до одной значащей
цифры; числовое значение результата измерений округляют так, чтобы его
последняя цифра оказалась в том же разряде, что и цифра погрешности.
10
7
Правила выполнения лабораторных работ
1.После разрешения преподавателя вы можете приступить к работе
2.Перед началом измерений вы должны подготовить рабочее место и проверить
наличие необходимого оборудования и приборов, собрать установку. При
подборе оборудования обращайте внимание на его исправность и на
правильный выбор пределов измерения.
3.Перед включением электрической цепи покажите ее преподавателю. При
всяких неисправностях установки обращайтесь к преподавателю.
4.Без разрешения не переносите приборы с одного рабочего места на другое.
5.Во избежание ошибок результаты каждого цикла измерений показывайте
преподавателю. При получении неправильных результатов опыт повторите.
6.Результаты измерений используйте для вычисления физических величин.
7.Произведите оценку погрешностей измеренных и вычисленных величин и
оформите письменный отчет.
Правила сборки схем электрических цепей
При сборке электрической цепи пользуйтесь следующими
правилами:
1)по возможности расставляйте приборы и принадлежности так, чтобы
они соответствовали электрической схеме.
2) электрическую цепь начинайте собирать с клеммы, соответствующей ее
входу. В первую очередь собирайте последовательную (токовую) цепь, а затем
подключайте параллельные ветви.
Ветви, состоящие из вольтметров, параллельных обмоток ваттметров,
фазометров, подсоединяйте в последнюю очередь;
3) при подключении какого бы то ни было элемента, не имеющего
обозначения полярности, входом считайте левую (верхнюю) клемму, а выходом
– правую (нижнюю). Если же имеются обозначения “плюс” и “минус”, то
входом считайте положительный зажим;
4) подсоединяйте источники электрической энергии через ключ или
рубильник;
5) перед включением цепи установите регуляторы напряжения в положение,
обеспечивающее минимальный ток во всех его элементах, установите
делители напряжения на минимум напряжения на выходе, увеличьте до
максимума сопротивление реостатов, выберите минимальные емкости в
батареях конденсаторов, расширьте пределы измерений используемых
многопредельных приборов;
6) включайте исследуемую электрическую цепь только после ее проверки
преподавателем.
8
Условно-графические обозначения в электрических схемах
9
Критерии оценивания результатов лабораторных работ
Результаты вашей деятельности при выполнении лабораторных работ
оцениваются на основе трех основных критериев:
1.Степень подготовленности и самостоятельной деятельности при выполнении
работы
2.Знание учебного материала, уровень экспериментальных знаний и умений,
правильность полученных результатов, наблюдений, измерений и выводов
3.Содержание и качество отчета.
ОЦЕНКА «5» ставится в случае, если вы:
- выполнили работу в полном объеме с соблюдением необходимой
последовательности проведения опытов и измерений;
- самостоятельно и рационально смонтировали необходимое оборудование, все
опыты провели в условиях и режимах, обеспечивающих получение
правильных результатов и выводов;
- соблюдали требование безопасности труда;
- в представленном отчете правильно и аккуратно выполнили все записи,
таблицы, рисунки, чертежи, графики, вычисления;
- правильно выполнили анализ погрешностей.
ОЦЕНКА «4» ставится в том случае, если вы выполнили требования к оценке
«5», но опыт проводили в условиях, не обеспечивающих достаточной точности
измерений или допустили два – три недочета или не более одной грубой
ошибки и одного недочета.
ОЦЕНКА «3» ставится, если вы работу выполнили не полностью, но объем
выполненной части таков, что позволил получить правильные результаты
выводы или если в ходе проведения опыта и измерений допустили ошибки.
ОЦЕНКА «2» ставится, если вы работу выполнили не полностью и объем
выполненной части не позволил сделать правильных выводов или если опыты
измерения, вычисления, наблюдения производили неправильно.
ОЦЕНКА «1» ставится в тех случаях, когда вы совсем не выполнили работу.
Во всех случаях оценка снижается, если вы не соблюдали требований
безопасности труда. Если вы показали оригинальный подход к выполнению
работы, но в отчете содержатся недочеты, оценка по усмотрению
преподавателя может быть повышена по сравнению с указанными нормами.
10
Перечень лабораторных работ
1.Лабораторная работа №1
«Определение коэффициента жесткости пружины лабораторного
динамометра»
2. Лабораторная работа №2
«Использование закона сохранения импульса для определения
коэффициента трения скольжения»
3. Лабораторная работа №3
«Сохранение механической энергии при движении тела под действием силы
тяжести и силы упругости»
4. Лабораторная работа №4
«Изучение зависимости периода нитяного маятника от длины нити»
5. Лабораторная работа №5
«Экспериментальная проверка одного из газовых законов»
6. Лабораторная работа №6
«Определение влажности воздуха»
7. Лабораторная работа №7
«Определение модуля упругости резинового образца»
8. Лабораторная работа №8
«Определение удельной теплоты парообразования воды»
9. Лабораторная работа №9
«Экспериментальная проверка закона Ома для участка цепи»
10. Лабораторная работа №10
«Изучение закона Ома для полной цепи»
11. Лабораторная работа №11
«Изучение явления электромагнитной индукции»
12. Лабораторная работа №12
«Определение показателя преломления стекла»
13. Лабораторная работа №13
«Определение длины световой волны с помощью дифракционной решетки»
14. Лабораторная работа №14
«Наблюдение сплошного и линейчатого спектров»
11
Инструкционные карты для лабораторных работ
Лабораторная работа №1
«ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ЖЕСТКОСТИ ПРУЖИНЫ
ЛАБОРАТОРНОГО ДИНАМОМЕТРА»
Цель работы: определение жесткости пружины лабораторного
динамометра из измерений удлинения пружины при различных значениях
силы, действующей на пружину.
Оборудование: лабораторный динамометр, линейка с миллиметровыми
делениями.
Теория: в соответствии с законом Гука сила упругости, возникающая при
деформации тела, пропорциональна удлинению тела и направлена
противоположно направлению перемещения частиц тела относительно других
частиц:
Fупр = - k ∆x
(1)
k=
(2)
Для определения коэффициента жесткости нужно измерить силу
упругости и удлинение пружины .
Выполнение работы:
1.Измерьте начальную длину пружины динамометра x0.
2.Положите динамометр на стол горизонтально и, растягивая пружину
последовательно на 1, 2, 3 и 4 Н измерьте соответствующие конечные размеры
пружины x.
3.Рассчитайте удлинение пружины в каждом случае ∆x.
4.Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу:
№ опыта
1
2
3
4
x0, м
Fупр,Н
x, м
∆x,м
1
2
3
4
5.По результатам измерений постройте график зависимости силы упругости
12
Fупр от удлинения ∆x.
6.Пользуясь графиком, определите среднее значение коэффициента жесткости
пружины (в данном случае график – прямая линия. На этой прямой берут
любую точку и находят среднее числовое значение жесткости по формуле (2),
оценка погрешности не рассматривается).
7.Сделайте вывод по работе и ответьте на контрольные вопросы.
Контрольные вопросы:
1.Что называется деформацией тела? Приведите примеры.
2.Какие деформации называются упругими и пластичными?
3.Что называется жесткостью пружины?
4.Полиэтиленовые трубы, заполненные водой, в отличие от чугунных не
лопаются если вода в них замерзает. Почему? К каким материалам относится
полиэтилен: к упругим или пластичным?
13
П
Лабораторная работа №2
«ИЗУЧЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ СИЛЫ ТРЕНИЯ ОТ ВЕСА ТЕЛА»
Цель работы: измерение коэффициента трения скольжения двумя способами
Оборудование: угольник, лента измерительная, динамометр, набор грузов,
штатив, брусок деревянный.
Выполнение работы и указания :
Работа сводится к измерению коэффициента трения дерева о дерево двумя
способами.
1 способ:
Кладут деревянный брусок на горизонтально расположенную линейку и
нагрузив его сначала одним, потом двумя и тремя грузами, тянут
динамометром по возможности равномерно вдоль линейки. Таким образом
измеряют силу тяги (равную силе трения). Затем, взвесив брусок и груз на
динамометре (сила нормального давления), находят коэффициент трения
μ = Fтр/ Р,
т.е. отношение силы трения Fтр к силе нормального давления Р
Вес тела определяется как сумма весов грузов и бруска, причем взвешивать
динамометром надо брусок вместе с грузами. Таким образом, погрешность при
измерении веса тела можно принять равной 0,05 Н. Такого же значения может
достигнуть погрешность при измерении силы тяги. Отсюда максимальная
относительная погрешность при измерении коэффициента трения выражается
уравнением:
ε = ∆μ/ μ = ∆F/ F+ ∆Р/ Р,
а абсолютная погрешность:
∆μ = μ·ε.
Среднее числовое значение коэффициента трения скольжения по
результатам трех опытов нельзя находить как среднее арифметическое, так как
каждый результат имеет разную погрешность. Для этого, используя результаты
опытов постройте график зависимости силы трения от силы давления.
Затем на графике возьмите любую точку, найдите ее координаты по графику,
вычислите среднее числовое значение коэффициента трения по формуле:
μ ср = Fтр/ Р,
Результаты измерений и вычислений заносите в таблицу:
14
№ опыта
Сила трения
Fтр,Н
Вес тела
Р, Н
Коэффициент
трения
μ
1
2
3
Запишите окончательный результат в виде:
µ = ( µср ± Δµ )
2 способ
Этот способ не требует непосредственного измерения сил. Сначала на линейку
кладут брусок с грузами, а затем постепенно приподнимают один из ее
концов до тех пор, пока при небольшом толчке брусок начнет более или менее
равномерно скользить. Тогда движущая сила F1 , являющаяся составляющей
силы тяжести, будет равна силе трения Fтр (см. рисунок). Коэффициент же
трения будет равен отношению двух составляющих силы тяжести – движущей
силы F1 и силы нормального давления F2:
μ = F1/ F2,
но
F1/ F2 = һ /а ,
следовательно,
μ=һ/а,
т. е достаточно измерить высоту и основание наклонной плоскости и
вычислить их отношение, которое является тангенсом угла наклона линейки и в
то же время выражает собой коэффициент трения.
Основание наклонной плоскости измеряют сантиметровой линейкой с
точностью до 1см., а высоту – угольником с точностью до 1мм.
15
Абсолютная граница погрешности измерения һ равна сумме инструментальной
и случайной погрешностей:
∆һ = ∆һ инст + ∆һ случ , где ∆һ случ ≈ 10мм
Инструментальной погрешностью можно пренебречь и считать
∆һ = ∆һ случ = 10мм
Рассчитайте коэффициент трения μ.
Рассчитайте относительную погрешность измерения результата
εμ = ∆μ/ μ = ∆һ / һ + ∆а / а
εμ:
Рассчитайте абсолютную погрешность измерения ∆μ:
∆μ = εμ* μ.
Сделайте общий вывод по работе и запишите результат в виде:
μср = μ ± ∆μ.
Контрольный вопрос:
1.Что необходимо сделать , чтобы уменьшить погрешность измерения?
Сделайте вывод.
16
Лабораторная работа №3
«СОХРАНЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ПРИ ДВИЖЕНИИ ТЕЛА
ПОД ДЕЙСТВИЕМ СИЛЫ ТЯЖЕСТИ И СИЛЫ»
Цель работы: Сравнить экспериментально уменьшение потенциальной
энергии пружины с увеличением кинетической энергии тела, связанного с
пружиной.
Оборудование: штатив, динамометр, шарик на нити, лист белой и лист
копировальной бумаги, сантиметровая лента, весы.
Теория:
На
основании
закона
сохранения
и
превращения механической энергии при
взаимодействии
тел
силами
упругости
изменение потенциальной энергии растянутой
пружины должно быть равно изменению
кинетической энергии тела связанного с
пружиной, взятому с обратным знаком.
Для проверки этого утверждения можно воспользоваться установкой
изображённой на рисунке. Закрепив динамометр в лапке штатива,
прикрепляют нить с шариком к пружине и натягивают ее, держа нить
горизонтально. Когда шар отпускают, он под действием силы упругости
приобретает скорость V (см. рис.1). При этом потенциальная энергия пружины
.
переходит в кинетическую энергию шарика
Скорость шарика можно определить, измерив, дальность его полета S при
падении его с высоты Н по параболе. Из выражений
,а
следует, что
.
Целью данной работы является проверка равенства:
. С учётом
равенства kx= Fупр, получим:
Выполнение работы:
1.Соберите установку (см. рис.1). На место падения шарика положите лист
белой, а сверху лист копировальной бумаги.
17
Рис.1
2.Соблюдая горизонтальность нити натяните пружину динамометра до
значения 2 Н. Отпустите шарик и по отметке на листе белой бумаги
найдите дальность его полёта. Повторить опыт три раза и найдите среднее
расстояние S.
3.Измерьте деформацию пружины при силе упругости 2 Н и вычислите
потенциальную энергию пружины.
4.Измерьте массу шарика и вычислите увеличение его кинетической энергии.
5.Результаты занесите в таблицу.
№п/п Н, м
1
2
3
Среднее значение:
S, м2
m, кг
Fупр, Н
х, м
Sср =
6.По результатам работы сделайте выводы
Контрольные вопросы:
а)в каких случаях выполняется закон сохранения механической энергии?
б)чем можно объяснить неточное выполнение исследуемых равенств?
18
Лабораторная работа №4
«ИЗУЧЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ПЕРИОДА НИТЯНОГО МАЯТНИКА ОТ
ДЛИНЫ НИТИ»
Цель: установить математическую зависимость периода нитяного маятника от
длины нити маятника.
Оборудование: штатив с держателем, шарик на нити, измерительная лента или
линейка, секундомер.
Теория:
Математическим
маятником
называется
материальная
точка,
подвешенная на невесомой и нерастяжимой нити. Моделью может служить
тяжёлый шарик, размеры которого весьма малы по сравнению с длинной нити,
на которой он подвешен (не сравнимы с расстоянием от центра тяжести до
точки подвеса).
Учёные Галилей, Ньютон, Бессель и др. установили следующие законы
колебания математического маятника:
1.Период колебания математического маятника не зависит от массы
маятника и от амплитуды, если угол размаха не превышает 10.
2.Период колебания математического маятника прямо пропорционален
квадратному корню из длины маятника  и обратно пропорционален
квадратному корню из ускорения свободного падения. На основании этих
законов можно написать формулу для периода колебаний математического
T  2π
ι
g
маятника:
Используя модель и законы колебаний математического маятника,
можно пронаблюдать свободные колебания, а так же с их помощью определить
ускорение свободного падения для своей местности и сравнить со справочным
значением g .
Выполнение работы:
1.Укрепите нить маятника в держателе штатива.
2.Измерьте длину маятника (длина маятника считается от точки подвеса до
центра тяжести шарика).
3.Отклоните шарик на угол не более 10° и отпустить.
4.Определите время, за которое маятник совершил 20 колебаний.
5.Вычислите период колебания маятника, используя формулу Т= t/N.
6.Повторите опыт еще три раза, уменьшая (или увеличивая) длину нити
маятника.
7.Данные всех опытов и результаты расчетов внесите в таблицу.
19
№
Длина нити
опыта маятника
l, м
Число полных Время
колебаний
колебаний
N
t, с
1
20
2
20
3
20
4
20
Период
колебаний
T, с
8.Проанализируйте результаты опытов и сделать вывод о зависимости периода
нитяного маятника от длины его нити.
9 Постройте график .зависимости периода свободных колебаний нитяного
маятника от его длины.
Вопросы для контроля
1.Изобразите математический маятник в крайней правой точке и покажите на
чертеже силы, действующие на шарик в данной точке траектории. Нарисуйте
равнодействующую сил. Как меняется величина и направление
равнодействующей сил в течение периода?
2.Каким будет характер движения маятника
А) при его перемещении от положения равновесия до амплитудного значения
координаты?
Б) при его перемещении от амплитудного значения к положению равновесия?
20
Лабораторная работа №5
«ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА ГАЗОВОГО ЗАКОНА ГЕЙЛЮССАКА»
Цель: опытным путем доказать, что при постоянном давлении, объем газа
пропорционален его температуре.
Оборудование: резиновый надувной шарик круглой формы, измерительная
лента, термометр.
Теория:
Математические расчеты показывают, что объем шара V пропорционален
3
С , т.е V ~ C3 где С – среднее значение длин окружностей вдоль и поперек
шара. Тогда для двух состояний воздуха (или СО2), в шаре для изобарного
процесса (когда давление Р не изменяется) справедлива формула:
T1
V1
=
, но
V2
T2
V1
C1
=   3, тогда
V2
 C2 
T1
=
T2
 C1  3

 ,
 C2 
поэтому для проверки подтверждения закона Гей-Люссака достаточно
проверить условие:
T1
=
T2
 C1  3


 C2 
(1)
Выполнение работы:
1.Измерьте температуру воздуха в кабинете t1 (Т1)
2.Надуйте шарик и измерить его лентой вдоль и поперек (длины окружностей)
3.Найдите среднее значение длин окружностей вдоль и поперек шара С1
4.Измерьте температуру воздуха на улице t2 (Т2)
5.После того, как показания термометра установятся – измерьте длины
окружностей шарика
6.Найдите их среднее значение С2
7.Проверьте условие (1)
8.Сделайте вывод.
21
Контрольные вопросы:
1.Сформулируйте закон Гей-Люссака и запишите формулу этого закона.
2.Решите задачу: объем воздуха при температуре 300 К равен 1,5 м3
Каким станет объем, если температура увеличится на 100 К?
22
Лабораторная работа №6
«ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА»
Цель работы: научиться пользоваться психрометром Августа и определять
относительную влажность воздуха в кабинете.
Оборудование: психрометр Августа, термометр, кусочек марли или ваты,
стакан низкий с водой комнатной температуры, таблица психрометрическая.
Теория. В атмосфере Земли всегда содержатся водяные пары. Их содержание в
воздухе характеризуется абсолютной и относительной влажностью.
Абсолютная влажность определяется плотностью водяного пара р а,
находящегося в атмосфере, или его парциальным давлением pп. Парциальным
давлением pп называется давление, которое производил бы водяной пар, если
бы все другие газы в воздухе отсутствовали.
Относительной влажностью φ называется отношение парциального давления pп
φ водяного пара, содержащегося в воздухе, к давлению насыщенного пара pн.п.,
при данной температуре. Относительная влажность
показывает, сколько
процентов составляет парциальное давление от давления насыщенного пара
при данной температуре и определяется по формулам:

pп
 100% или
p н.п.

а
 100%
 н.п.
Парциальное давление pп можно рассчитать по уравнению МенделееваКлапейрона или по точке росы. Точка росы - это температура, при которой
водяной пар, находящийся в воздухе становится насыщенным.
Относительную влажность воздуха можно определить с помощью специальных
приборов.
Выполнение работы:
1. Работа с психрометром:
23
1.Изучите устройство психрометра и принцип его действия:
Психрометр состоит из двух одинаковых термометров, один из которых
обмотан тканью. Если водяной пар в воздухе не насыщен, то вода из ткани
будет испаряться и показания «влажного» термометра будут меньше, чем
сухого. Чем интенсивнее испаряется вода (т. е. чем менее насыщен воздух
водяным паром), тем ниже показания «влажного термометра».
По разнице показаний двух термометров можно измерять влажность воздуха. С
этой целью составляются так называемые психрометрические таблицы, с
помощью которых находят конкретные значения относительной влажности
воздуха.
2.Проверьте наличие воды в резервуаре и при необходимости долейте ее.
3.Снимите показания сухого и влажного термометров и определить разность их
показаний.
4.Пользуясь психрометрической таблицей, определите относительную
влажность воздуха.
Результаты измерений занесите в таблицу.
Показание термометров
сухого tС
влажного tВЛ
Разность показаний Относительная влажн.
термометров
С-tВЛ воздуха φ, %
термометров Δt=t
А1=1Свлажность ввлажность
1В:,
влажность воздуха ф,%
2.Работа с термометром:
1.Измерьте температуру воздуха в кабинете
2.Смочите кусочек марли или ваты водой и оберните им резервуар термометра
24
3.Подержите «влажный» термометр некоторое время в воздухе. Как только
понижение температуры прекратится, запишите показание термометра
4.Найдите разность температур показаний термометра и с помощью
психрометрической таблицы определите влажность воздуха.
3.Сделайте вывод
Контрольные вопросы:
1 .Какой пар называется насыщенным? Что такое динамическое равновесие;
точка росы?
2.Почему показания смоченного термометра меньше, чем сухого?
3.Как, зная точку росы, можно определить парциальное давление?
4.Сухой и влажный термометры психрометра показывают одинаковую
температуру. Какова относительная влажность воздуха?
25
Лабораторная работа №7
«ИЗМЕРЕНИЕ МОДУЛЯ УПРУГОСТИ РЕЗИНОВОГО ОБРАЗЦА»
Цель работы: изучение растяжения резины и измерение модуля упругости
Оборудование :
резиновый жгут с квадратным сечением, линейка, канцелярская скрепка,
школьный динамометр
Теория:
Модуль упругости Е определяется по формуле:
Е = ℓ0F/∆ℓ S, (1)
где ℓ0 – длина образца до деформации,
ℓ - длина образца после деформации,
F – сила, вызывающая деформацию,
∆ℓ - абсолютное удлинение ∆ℓ = (ℓ - ℓ0)
S – площадь поперечного сечения образца
Выполнение работы:
Все результаты измерений и вычислений заносите в таблицу
№
ℓ0 , м
ℓ, м
∆ℓ, м
F, Н
S, м2
Е, Па
1
2
3
4
Указания к работе:
1.Сложите пополам резиновый жгут, оба его конца закрепите скрепкой у
нулевого деления линейки
2.Образовавшуюся петлю наденьте на крючок динамометра и , не растягивая
жгут (F = 0) определите длину ℓ0
3.Растяните жгут, измерьте силу динамометром и измерьте конечную
длину жгута ℓ (несколько раз)
4.Вычислите абсолютное удлинение ∆ℓ в каждом опыте
5.По полученным данным (F и ∆ℓ) постройте график и сделайте вывод
зависимости между этими величинами
6.Чтобы определить S, сначала найдите толщину жгута d. Для этого
намотайте несколько витков на карандаш вплотную друг к другу,
26
не растягивая резины и измерьте приложив намотку к линейке толщину
всех витков. Разделите ее на число последних, получите длину стороны d.
Так как жгут сложен вдвое, то его площадь S вычислите по формуле
S = 2d2
7.Вычислите модуль упругости резины Е в каждом случае по формуле (1)
8.Вычислите среднее значение модуля упругости Еср
9.Сделайте вывод, сравнив результата с табличным, если табличные значения
для модуля упругости мягкой резины лежат в пределах от 1,5*106 – 5*106 Па.
Контрольные вопросы:
1.Какой физический смысл имеет модуль упругости Е?
2.Какие величины необходимо измерить, чтобы определить модуль упругости?
3.Измерение каких величин вносят наибольшую погрешность при определении
модуля упругости?
4.Сравните полученный вами результат с модулем упругости свинца
Е = 0,17*1011Па. Какой из материалов обладает более высокими упругими
свойствами?
27
Лабораторная работа №8
«ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОЙ ТЕПЛОЕМКОСТИ
ПАРООБРАЗОВАНИЯ ВОДЫ»
Цель работы: рассчитать удельную теплоемкость парообразования воды
Оборудование: цилиндрический сосуд (внутренний стакан калориметра), сосуд
с водой, электрокипятильник, термометр, часы с секундной стрелкой, линейка.
Содержание и метод выполнения работы:
Удельная теплота парообразования воды определяется по изменению ее
уровней 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.
Чтобы тело массой m1 нагреть от начальной температуры t1 до конечной
температуры t2 , необходимо затратить количество теплоты:
Q1 = cm1(t2 - t1), где
с – удельная теплоемкость вещества
Для превращения жидкости массой m2 в пар при постоянной температуре ей
необходимо передать количество теплоты:
Q2 =λ m2, где
λ – удельная теплота парообразования.
Пусть вода нагревается электрокипятильником и вся работа электрического
тока идет:
1)на нагревание воды от начальной температуры t1 до температуры кипения t2
2)на последующее превращение некоторой массы воды ∆m в пар. Тогда,
согласно закону сохранения энергии, для этих двух процессов можно записать:
Р · τ1 = cm1(t2 - t1) (1)
Р · τ2 = λ ∆m
(2),
где Р – мощность кипятильника , с = 4100
- удельная теплоемкость
воды, m1- первоначальная масса воды, t1- начальная температура воды,
t2 = 1000С – конечная температура воды, τ2- время, в течении которого вода
массой ∆m превратилась в пар.
Если вода находится в цилиндрическом сосуде , то ее массу можно
определить по формуле:
m1= ρV1= ρSh1
(3),
где ρ = 1000
3 – плотность воды, h1 – начальный уровень воды
S – площадь дна сосуда.
28
Аналогично можно определить массу воды, которая останется после испарения
:
m2= ρV2= ρSh2 (4),
где h2 – уровень оставшейся воды
Решая систему уравнений (1) – (4) и учитывая, что ∆m = m1 - m2 , получим
формулу для вычисления удельной теплоты парообразования воды:
λ=
(5)
Выполнение работы:
1.Начертите таблицу для записи результатов измерений и вычислений
с,
h1,м
h2,м
t1,0С
4190
t2,0С
τ1,с
τ2,с
λ,
100
2.Налейте в цилиндрический сосуд воду и измерьте ее температуру t1 и
начальный уровень h1.
3.Осторожно, соблюдая правила безопасности, опустите в воду кипятильник,
включите его и измерьте время τ1, в течение которого вода нагреется до
температуры t2 = 1000С и начнет кипеть.
4.Дайте воде покипеть в течение некоторого времени τ2, после чего выключите
кипятильник.
5.Измерьте уровень h2 оставшейся в сосуде воды.
6.Удельную теплоту парообразования воды рассчитайте по формуле (5).
7.Сравните полученный результат с табличным значением и рассчитайте
погрешность измерений:
ε=
*100,%
Дополнительное задание:
Используя предложенное оборудование, рассчитайте массу испарившейся воды
и количество теплоты, которое пошло на ее испарение.
Контрольные вопросы:
1.Удельная теплоемкость ртути 120
0,29М
, удельная теплота ее парообразования
. Что это означает с точки зрения физики?
2.Какие потери энергии были допущены при проведении работы, и как их
можно было бы избежать7
29
Лабораторная работа №9
«ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРВЕРКА ЗАКОНА ОМА ДЛЯ УЧАСТКА
ЦЕПИ»
Цели работы:
-научиться собирать простейшие электрические цепи; пользоваться
электроизмерительными приборами
-исследовать зависимость силы тока от напряжения на данном участке и
зависимость силы тока от сопротивления участка цепи при постоянном
напряжении на его концах
-усвоить закон Ома для участка цепи
-научиться определять сопротивление проводника.
Оборудование: лабораторный источник питания ЛИП-90, амперметр,
вольтметр, набор из трех резисторов сопротивлениями 1Ом, 2 Ом, 4 Ом,
реостат, ключ замыкания тока, провода соединительные.
Указания к работе
работа делится на две части:
1.Исследование зависимости силы тока от напряжения на данном участке и
вычисление сопротивления проводника по закону Ома для участка цепи:
R=
(1)
2.Исследование зависимости силы тока от сопротивления участка цепи при
постоянном напряжении на концах участка
Выполнение работы:
Часть 1 : «Исследование зависимости силы тока от напряжения на данном
участке и вычисление сопротивления проводника по закону Ома для участка
цепи»
1.Начертите схему электрической цепи (рис.1)
рис.1
рис.2
30
2.Соберите электрическую цепь по схеме. Для этого последовательно
соедините источник питания, реостат, амперметр, проволочный резистор
сопротивлением 2 Ом и ключ.
3.Замкните цепь и измерьте силу тока и напряжение при разных положениях
реостата
4.Результаты занесите в таблицу
№ п/п
Сила тока I, Напряжение
A
U, B
Сопротивление
R, Ом
Rср, Ом
5.Рассчитайте сопротивление проводника, используя закон Ома для участка
цепи в каждом случае и найдите среднее значение сопротивления
6.Постройте вольтамперную характеристику проводника, т.е график
зависимости силы тока от напряжения.
Часть2: «Исследование зависимости силы тока от сопротивления участка цепи
при постоянном напряжении на концах участка»
1.Включите в цепь по той же схеме сначала резистор сопротивлением 1 Ом,
затем 2 Ом и 4 Ом.
2.При помощи реостата устанавливайте на концах участка каждый раз одно и
тоже напряжение, например 2 В и измеряйте при этом силу тока в цепи
(результаты заносите в таблицу)
Сопротивление 1
2
4
участка R, Ом
Сила тока I, A
3.Постройте график зависимости силы тока от сопротивления участка цепи при
постоянном напряжении на его концах.
4.Сделайте общий вывод по работе.
Контрольные вопросы:
1. Ученик выполнял работу по проверке закона Ома для участка цепи и собрал
цепь по показанной на рисунке схеме. Он обнаружил, что при уменьшении
сопротивления участка ВС амперметр показывал увеличение тока, а вольтметр
стал показывать уменьшение напряжения. Зная, что, по закону Ома, сила тока
прямо пропорциональна напряжению, он получил противоречие «теории» с
опытом. Как разрешить затруднение? Какие ошибки в рассуждении допустил
ученик?
31
32
Лабораторная работа №10
«ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНА ОМА ДЛЯ ПОЛНОЙ ЦЕПИ»
Цель работы: измерение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока.
Оборудование: источник питания, проволочный резистор сопротивлением 2
Ом, амперметр, ключ, вольтметр, соединительные провода.
Описание работы.
Экспериментальная установка изображена на рисунке 1. К источнику
тока 1 подключается резистор 2, амперметр 3 и ключ 4. ЭДС источника тока
непосредственно измеряется вольтметром 5.
рис.1
Согласно закону Ома сила тока в замкнутой цепи с одним источником
определяется выражением:
Е
rR
(1) ,
I r + IR = E
(2)
I=
Отсюда
Из формулы (2) можно найти внутреннее сопротивление источника тока r ,ЭДС
которого предварительно измеряют вольтметром:
r= (E – IR) / I =
E
-R
I
(3)
Сила тока в цепи измеряется амперметром.
33
Выполнение работы:
1.Соберите электрическую цепь (см. рис1).
2.Нарисуйте схему электрической цепи.
3.Измерьте вольтметром ЭДС источника тока при разомкнутом ключе.
E=U=
4.Запишите класс точности вольтметра k V и предел измерения его шкалы
Umax
kV=
Umax =
5.Найдите абсолютную погрешность измерения ЭДС источника тока
ΔE = Umax ·
kv
=
100
6.Запишите окончательный результат измерения ЭДС источника тока
E ± ΔE =
7.Отключите вольтметр. Замкните ключ. Измерьте амперметром силу тока в
цепи.
I=
6.Запишите класс точности амперметра kA и предел измерения его шкалы Imax
kA =
Imax =
7.Рассчитайте внутреннее сопротивление г источника тока по формуле (3)
r=
E
=
I R
8.Учитывая, что сопротивление R резистора известно с относительной
погрешностью 3% , т.е
ε=
R
= 0,03 , оцените абсолютную погрешность его
R
измерения ΔR
ΔR = R · ε =
34
8.Рассчитайте абсолютную погрешность измерения внутреннего
сопротивления источника тока Δr
Δr =
E
I
E
·(
+
) + ΔR =
E
I
I
10.Запишите окончательный результат измерения внутреннего сопротивления
источника тока
r ± Δr =
10.Cделайте вывод
Контрольные вопросы:
1.Какова роль источника тока в электрической цепи?
2.Каков физический смысл ЭДС?
3.Пользуясь результатами произведенных измерений, определите напряжение
во внешней цепи.
4.Почему показания вольтметра при разомкнутом и замкнутом ключе
различны?
5.Как
повысить
точность
измерения
ЭДС
источника
тока?
35
2 вариант
Лабораторная работа №12
«ЭДС И ВНУТРЕННЕЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ИСТОЧНИКОВ
ПОСТОЯННОГО ТОКА, ЗАКОН ОМА ДЛЯ ПОЛНОЙ ЦЕПИ»
(виртуальная работа с применением специализированного программного
обеспечения)
Цель: определение внутреннего сопротивления источника тока и его ЭДС.
1. Краткое теоретическое описание:
Электрический ток в проводниках вызывают так называемые источники
постоянного тока. Силы, вызывающие перемещение электрических зарядов
внутри источника постоянного тока против направления действия сил
электростатического поля, называются сторонними силами. Отношение работы
Астор., совершаемой сторонними силами по перемещению заряда  Q вдоль
цепи, к значению этого заряда называется электродвижущей силой  источника
(ЭДС):
(1)
Электродвижущая сила выражается в тех же единицах, что и напряжение или
разность потенциалов, т.е. в Вольтах.
Работа – эта мера превращения энергии из одного вида в другой.
Следовательно, в источнике сторонняя энергия преобразуется в энергию
электрического поля
W=·Q
(2)
При движении заряда Q на внешнем участке цепи преобразуется энергия
стационарного поля, созданного и поддерживаемого источником:
W1 = U · Q
(3) ,
W2 = Uвн· .Q
(4)
а на внутреннем участке:
По закону сохранения энергии
W = W1 + W2 или  · Q = U · Q + Uвн.·Q
(5)
Сократив на Q, получим:
36
 = Uвн. + U
(6)
т.е. электродвижущая сила источника равна сумме напряжений на внешнем и
внутреннем участке цепи.
При разомкнутой цепи Uвн.= 0, то
 = U
(7)
Подставив в равенство (6) выражения для U и Uвн. по закону Ома для участка
цепи
U = I · R; Uвн. = I· r,
получим:
 = I· R + I · r = I · (R + r)
(8)
Отсюда
(9)
Рис.1
Таким образом, сила тока в цепи равна отношению электродвижущей силы
источника к сумме сопротивлений внешнего и внутреннего участков цепи. Это
закон Ома для полной цепи. В формулу (9) входит внутреннее сопротивление r.
Пусть известны значения сил токов I1 и I2 и падения напряжений на реостате U1
и U2 (см. рис.1.). Для ЭДС можно записать:
 = I1 (R1 + r) и  = I2 (R2 + r)
(10)
Приравнивая правые части этих двух равенств, получим
I1 (R1 + r) = I2(R2 + r)
или
37
I1 R1 + I1 r = I2 R2 + I2 r
I1r – I2 r = I2 R2 - I1R1
Т.к. I1 R1 = U1 и I2 R2 = U2, то можно последнее равенство записать так
r  (I1 – I2) = U2 – U1 ,
откуда
r=
(11)
2. Порядок выполнения работы:
2.1. Соберите цепь по схеме, изображенной на рисунке 1. Установите
сопротивление реостата 7 Ом, ЭДС батарейки 1,5 В, внутреннее сопротивление
батарейки 3 Ом.
2.2. При помощи мультиметра определите напряжение на батарейке при
разомкнутом ключе. Это и будет ЭДС батарейки в соответствии с формулой (7).
2.3. Замкните ключ и измерьте силу тока и напряжение на реостате. Запишите
показания приборов.
2.4. Измените сопротивление реостата и запишите другие значения силы тока и
напряжения.
2.5. Повторите измерения силы тока и напряжения для 6 различных положений
ползунка реостата и запишите полученные значения в таблицу.
№
R,Ом
E,В
I,А
U,В
r,Ом
1
2
3
4
5
6
Еср =
rср =
2.6. Рассчитайте внутреннее сопротивление по формуле (11).
38
2.7. Определите абсолютную и относительную погрешность измерения
внутреннего сопротивления батарейки:
а) абсолютная погрешность измерения
Δrср =
б) относительная погрешность измерения
δ=
* 100%
3. Контрольные вопросы
3.1. Сформулируйте закон Ома для полной цепи.
3.2. Чему равно ЭДС источника при разомкнутой цепи?
3.3. Чем обусловлено внутреннее сопротивление источника тока?
3.4. Чем определяется сила тока короткого замыкания батарейки?
39
Лабораторная работа №11
«ИЗУЧЕНИЕ ЯВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ»
Цель работы: наблюдение явления электромагнитной индукции, опытная
проверка выполнения правила Ленца.
Оборудование: миллиамперметр, источник питания, катушка, дугообразный
магнит, ключ замыкания тока кнопочный, магнитная стрелка (компас), реостат,
соединительные провода.
Выполнение работы:
1.Подключите катушку-моток к зажимам миллиамперметра.
2.Наблюдая за показаниями миллиамперметра, подведите один из полюсов
магнита к катушке, потом на несколько секунд остановите магнит, а затем
вновь приближайте его к катушке, вдвигая в нее (рис. 184). Запишите, возникал
ли в катушке индукционный ток во время движения магнита относительно
катушки; во время его остановки.
3.Запишите, менялся ли магнитный поток Ф, пронизывающий катушку, во
время движения магнита; во время его остановки
4.На основании ваших ответов на предыдущий вопрос сделайте и запишите
вывод о том, при каком условии в катушке возникал индукционный ток.
5.Почему при приближении магнита к катушке магнитный поток,
пронизывающий эту катушку, менялся? (Для ответа на этот вопрос вспомните,
во-первых, от каких величин зависит магнитный поток Ф и, во-вторых,
одинаков ли модуль вектора индукции В магнитного поля постоянного магнита
вблизи этого магнита и вдали от него.
6.О направлении тока в катушке можно судить по тому, в какую сторону
от нулевого деления отклоняется стрелка миллиамперметра.
Проверьте, одинаковым или различным будет направление индукционного тока
в катушке при приближении к ней и удалении от нее одного и того же полюса
магнита.
7.Приближайте полюс магнита к катушке с такой скоростью
чтобы стрелка миллиамперметра отклонялась не более чем на половину
предельного значения его шкалы.
40
Повторите тот же опыт, но при большей скорости движения магнита, чем в
первом случае.
При большей или меньшей скорости движения магнита относительно катушки
магнитный поток Ф, пронизывающий эту катушку менялся быстрее?
При быстром или медленном изменении магнитного потока сквозь катушку в
ней возникал больший по модулю ток?
На основании вашего ответа на последний вопрос сделайте и запишите вывод о
том, как зависит модуль силы индукционного тока, возникающего в катушке,
от скорости изменения магнитного потока Ф пронизывающего эту катушку.
8.Соберите установку для опыта по рисунку 185.
9.Проверьте, возникает ли в катушке-мотке 1 индукционный ток в следующих
случаях:
а)при
замыкании
и
размыкании
цепи,
в
которую
включена
катушка 2;
б)при протекании через катушку 2 постоянного тока;
в)при увеличении и уменьшении силы тока, протекающего через
катушку 2, путем перемещения в соответствующую сторону движка реостата.
10. В каких из перечисленных в пункте 9 случаев меняется магнитный поток,
пронизывающий катушку 1 ? Почему он меняется?
11.Сделайте общий вывод по работе.
41
Лабораторная работа №12
«ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ СТЕКЛА»
Цель работы: наблюдение преломления луча при прохождении через границу
двух сред различной оптической плотности и нахождение относительного
показателя преломления стекла
Оборудование: плоскопараллельная стеклянная пластинка, циркуль,
масштабная линейка, справочная таблица «Показатель преломления»
Выполнение работы:
1.Постройте ход светового луча в плоскопараллельной стеклянной пластинке и
линии синусов (рис1).
2.Измерьте длины линий синусов.
3.Рассчитайте показатель преломления стекла.
4.Произведите опыт три раза, меняя угол падения луча.
42
5.Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу:
№ опыта
Длина линии синуса
АЕ
ДС
Показатель
преломления n
n=
АЕ
ДС
Абсолютная
погрешность
∆n = | nср - n|
1
2
3
Средние значения:
nср =
∆nср=
6.Рассчитайте среднее значение показателя преломления
7.Проведите анализ качества работы:
а) найдите абсолютную погрешность измерения в каждом опыте
б)вычислите среднее арифметическое значение абсолютной погрешности
в)найдите относительную погрешность измерения
8.Сделайте вывод, сравнив полученный результат относительного показателя
преломления nср с табличным данным и запишите его в виде:
n= (nср ± ∆nср).
43
Лабораторная работа №13
«ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ СВЕТОВОЙ ВОЛНЫ С ПОМОЩЬЮ
ДИФРАКЦИОННОЙ РЕШЕТКИ»
Цель работы: наблюдение дифракционного спектра и вычисление длин волн
для различных видимых частей спектра
Оборудование: источник света, прибор для измерения длины световой волны
дифракционная решетка (период d = 0,01 мм, указан на решетке)
Указания к работе:
Дифракционная решетка является основной частью измерительной установки,
показанной на рисунке. Решетка 1 устанавливается в держателе 2 , который
прикреплен к концу линейки 3 . На линейке располагается черный экран 4 с
узкой вертикальной щелью 5 посередине. Экран может перемещаться вдоль
линейки, что позволяет изменять расстояние между ним и дифракционной
решеткой. На экране и линейке имеются миллиметровые шкалы. Вся установка
крепится на штативе 6 . Если смотреть сквозь решетку и прорезь на источник
света, то на черном экране можно наблюдать по обе стороны щели
дифракционные спектры 1-го, 2-го и более высоких порядков.
Выполнение работы:
1.Установите шкалу на наибольшем расстоянии от дифракционной решетки.
2.Навелите прибор на нить лампы, смотря на нее через дифракционную решетку
и щель экрана, находящуюся на нулевом делении шкалы.
3.Проверьте правильность расположения спектров на черном фоне над шкалой и,
если наблюдается смещение их с черного фона, устраните перекос поворотом
рамки с решеткой.
44
4.Двигайте экран со шкалой, чтобы получить на шкале четкое изображение.
спектра.
5.Определите по шкале экрана границы красных и фиолетовых лучей в спектрах
первого и второго порядка справа и слева от щели и среднее значение
результатов измерения
а.
6.Определите по прибору расстояние от дифракционной решетки до шкалы b.
7.Вычислите длины волн красного и фиолетового луча в первом и во втором
спектрах по формуле:
λ=
da
bn
,
n - порядок спектра
d – постоянная решетки (период)
а – расстояние по шкале экрана до выбранной линии спектра
λ – искомая длина волны
№
опыта
Постоянная Порядок
решетки
спектра
d, м
n
1
2
Видимые границы Расстояние от Длина волны
спектра а, м
дифракционной
λ, м
решетки
до
экрана b, м
К
Ф
К
Ф
1
2
8.Сравните экспериментальные результаты с теоретическими:
λкр = 6,4 ÷ 7,6 · 10-7, м
λф = 4 ÷ 4,4 ·10-7, м
9.Сделайте вывод по работе.
Контрольные вопросы:
1.Какие лучи имеют наибольший показатель преломления?
2.Зависит ли длина световой волны от порядка спектра?
45
Лабораторная работа №14
«НАБЛЮДЕНИЕ СПЛОШНОГО И ЛИНЕЙЧАТОГО СПЕКТРОВ»
Цель работы: выделить основные отличительные признаки сплошного и
линейчатого спектров
Оборудование: проекционный аппарат, спектральные трубки с различными
газами, высоковольтный индуктор, источник питания, ключ замыкания,
соединительные провода, стеклянная пластинка со скошенными гранями.
Выполнение работы:
1.Расположите пластинку горизонтально перед глазом. Сквозь грани,
составляющие угол 450, рассмотрите светлую вертикальную полоску на экране
– изображение раздвижной щели проекционного аппарата в виде сплошного
спектра.
2.Выделите основные цвета полученного сплошного спектра и запишите их в
наблюдаемой последовательности.
3.Повторите опыт, рассматривая полоску через грани, образующие угол 600.
4.Запишите различия в виде спектров.
5.Пронаблюдайте линейчатые спектры разных газов, рассматривая светящиеся
спектральные трубки сквозь грани стеклянной пластины.
6.Запишите наиболее яркие линии спектров в таблицу
№
1
2
3
4
Элемент
Водород
Гелий
Неон
Криптон
Цвет спектральных линий
H
He
Ne
Kr
7.Рассмотрите линейчатые спектры, через грани, образующие угол 600.
8.Запишите различия в виде спектров.
9.Сделайте вывод по работе.
Контрольные вопросы:
Выполните следующие задания:
а)На рисунках А, Б, В приведены спектры излучения газов А и В и газовой
смеси Б. На основании анализа этих участков
А
спектров можно сказать, что смесь газов
содержит
Б
1)только газы А и В
В
2)газы А, В и другие
46
3)газ А и другой неизвестный газ
4)газ В и другой неизвестный газ
б)На рисунке приведен спектр поглощения смеси паров неизвестных
металлов. Внизу – спектры поглощения
паров лития и стронция. Что можно сказать о
химическом составе смеси металлов ?
1)смесь содержит литий, стронций и
еще какие–то неизвестные элементы;
2)смесь содержит литий и еще какие-то
неизвестные элементы, а стронция не
содержит;
600
500
λ, мм
3)смесь содержит стронций и еще какие-то
неизвестные элементы, а лития не содержит;
4)смесь не содержит ни лития, ни стронция.
Смесь
Li
Sr
400
47