<I>El-l;EPAJihHOE AfEHTCTBO )l(EJIE3HO)"J;OPO)l(H0f0 TPAHCITOPTA

<!>e,LJ,epaJibHOe rocy,LJ,apcrneHHoe 6IO,LJ,)KeTHOe o6pa.3oBaTeJihHOe yqpe:>K.n;em1e BhICIIIero o6pa.3oBamrn

«I1pKyTcKHil rocy,LJ,apcrneHHhiil yHHBepcttTeT rryTerr coo6II!eHmrn

Ctt6ttpCKHif KOJIJie,LJ,:>K TpaHcrroprn H cTpOHTeJihCTBa

i\1ETO,[(WIECKHE YKA3AHIDI ,lJ;JUI BhIITOfilIEHIDI JIABOPATOPHhIX PABOT

ITO ,ll,HCIJ;IUIJUIHe 11,[(.03 «<DH3HKa»

,ll,JUI crreu:HanbHOCTH

21.02.05 3eMeJibHO-HMYII.l;eCTBeHHbie OTHOIIIeHIUI

6a306GJl n0020m06KG

cpeorte20 nporjJeccuortaJZbrto20 o6pa3o6aHUJl

HpKyTCK 201 7

------- -- --

O,D;OEPEHO

KOMHCCHeM ecTeCTBeHHO-HaylffihIX

!Ipe11ce11amn, UMK ~Ba T.II.

19 HIOH5I 2017 r. I

Pa3pa6oTqHK : CnHpH,z:r;OHOBa IT.5!., npeno,z:r;aBaTeJih CKTHC

3

Содержание

Стр.

Введение 5 Лабораторная работа №1 «Определение плотности веществ» 13 Лабораторная работа №2 «Определение ускорения свободного падения с помощью математического маятника» 14 Лабораторная работа №3 «Изучение закона сохранения механической энергии при движении тела » 16 Лабораторная работа №4 «Проверка закона Гей Люсака» 18 Лабораторная работа №5 «Опытная проверка закона Бойля -Мариотта» 20 Лабораторная работа №6 «Определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости » 22 Лабораторная работа №7 «Определение относительной влажности воздуха» 24 Лабораторная работа №8 «Определение удельной теплоты плавления льда (снега)» «Изучение закона 26 Ома для участка цепи» Лабораторная работа №9 «Изучение последовательного и параллельного соединения проводников » 27 Лабораторная работа №10 «Закон Ома для участка цепи» 29 Лабораторная работа №11 «Определение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока» 31 Лабораторная работа №12 «Исследование зависимости мощности лампы от её напряжения на её зажимах» 32 Лабораторная работа №13 «Определение электрохимического эквивалента меди» 34 Лабораторная работа №14 «Определение длинны световой волны» 36 Лабораторная работа №15 «Изучение треков заряженных частиц» 38 Литература 40

4

Введение

Учебная дисциплина «Физика» входит в состав цикла профильных дисциплин основной образовательной профессиональной программы. Методические указания по выполнению лабораторных работ по дисциплине «Физика» составлены в соответствии с рабочей программой по данной дисциплине.

Содержание методических указаний по выполнению лабораторных работ соответствует требованиям Федерального Государственного стандарта среднего профессионального образования.

Физика, как точная экспериментальная наука, основывается на количественных данных наблюдений. Свойства физических объектов и явлений характеризуются физическими величинами. Числовое значение физических величин может быть найдено посредствам измерений. Измерение – это определение значения физической величины опытным путем с помощью средств измерений(технических средств или измерительных приборов) К техническим средствам относятся: линейка, измерительная лента, транспортир, мензурка, разновесы и др.

Измерительные приборы: штангенциркуль, микрометр, весы, секундомер, весы, барометр и др.

Анализ экспериментальных данных, характеризующих значение физических величин, приводят к установлению или проверке физических законов и соотношений.

Цель выполняемых работ – изучение физических явлений и законов, ознакомление с методами физических величин.

Выполнение лабораторных работ должно способствовать Умению:

• Описывать и объяснять результаты наблюдений и экспериментов; • Измерять ускорение свободного падения, силу тяжести, силу упругости,

энергию, влажность воздуха, удельную теплоту плавления льда, коэффициент поверхностного натяжения жидкости, силу тока, напряжение, сопротивление, ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока, мощность эл. тока, показатель преломления вещества, длину световой волны.

Знанию: • Смысла закона сохранения механической энергии, закона Бойля-

Мариотта, закона Фарадея, закона Ома для участка цепи, закона Ома для всей цепи.

Изучению: • Явления интерференции и дифракции света. • Определение погрешностей измерения.

5

Выполнение лабораторных работ связано с измерением различных физических величин и последующей обработкой их результатов.

Измерение — нахождение значения физической величины опытным путем с помощью средств измерений.

Прямое измерение — определение значений физической величины непосредственно средствами измерения.

Косвенное измерение — определение значения физической величины по формуле, связывающей ее с другими физическими величинами, определяемыми прямыми измерениями.

Введем следующие обозначения: А, В, С, ... — физические величины. Апр — приближенное значение физической величины, т. е. значение,

полученное путем прямых или косвенных измерений. ∆А — абсолютная погрешность измерения физической величины. Ɛ— относительная погрешность измерения физической величины, равная:

Ɛ= ∆А/Апр—100%. ∆иА— абсолютная инструментальная погрешность, определяемая

конструкцией прибора . ∆0А — абсолютная погрешность отсчета (получающаяся от недостаточно

точного отсчета показаний средств измерения), она равна в большинстве случаев половине цены деления; при измерении времени — цене деления секундомера или часов.

Максимальная абсолютная погрешность прямых измерений складывается из абсолютной инструментальной

• Абсолютные инструментальные погрешности средств измерений погрешности и абсолютной погрешности отсчета при отсутствии других погрешностей:

∆А = ∆иА + ∆0А. Абсолютную погрешность измерения обычно округляют до одной значащей

цифры (∆А~0,17 = 0,2); численное значение результата измерений округляют так, чтобы его последняя цифра оказалась в том же разряде, что и цифра погрешности

(А= 10,332 ~ 10,3). Результаты повторных измерений физической величины А, проведенных при

одних и тех же контролируемых условиях и при использовании достаточно чувствительных и точных (с малыми погрешностями) средств измерения, отличаются друг от друга.

В этом случае Апр находят как среднее арифметическое значение всех измерений, а ∆А (ее в этом случае называют случайной погрешностью) определяют методами математической статистики.

В школьной лабораторной практике такие средства измерения практически не используются. Поэтому при выполнении лабораторных работ необходимо определять максимальные погрешности измерения физических величин. При этом для получения результата достаточно одного измерения

6

№ п/п

Средства измерений Предел Измерения

Цена деления

Абсолютная инструментальная погрешность

1 Линейка ученическая

До 50 см 1 мм ±1 мм

чертежная До 50 см 1 мм ±0,2 мм инструментальная

(стальная) 20 см 1 мм ±0,1 мм

демонстрационная 100 см 1 см +0,5 см 2 Лента измерительная 150 см 0,5 см ±0,5 см 3 Измерительный цилиндр До 250 мм 1 мл ±1 мл

4 Штангенциркуль 150 мм 0,1 мм ±0,05 мм 5 Микрометр 25 мм 0,01 мм ±0,005 мм 6 Динамометр учебный 4 Н 0,1 Н ±0,05 Н 7 Весы учебные 200 г — ±0,01 г 8 •Секундомер 0—30 мин 0,2 с ±1 с за 9 Барометр-анероид 720-780 мм 1 мм 30 мин ±3 мм

10 Термометр лабораторный рт. ст. 0—100 °С

рт. ст. 1 °С рт. ст. ±1 °С

11 н Амперметр школьный

2 А 0,1 А ±0,05 А 12 Вольтметр школьный 6 В 0,2 В ±0,15 В

• Формулы для нахождения относительной погрешности

косвенных измерений

№ п/п Формула физической величины Формула относительной

погрешности

1

2

3 4

A = BCD А=В/CD А = В + С A= B �𝐶𝐶/𝐷𝐷

Ɛ=∆B/B+∆C/C+∆D/D Ɛ=∆B/B+∆C/C Ɛ=∆B/B+1/2∆C/C+1/2∆D/D

Относительная погрешность косвенных измерений определяется так, как

показано в таблице . Абсолютная погрешность косвенных измерений определяется по формуле

∆А=АпрƐ (Ɛ выражается десятичной дробью). • О классе точности электроизмерительных приборов

Для определения абсолютной инструментальной погрешности прибора надо знать его класс точности. Класс точности ɣпр измерительного прибора показывает, сколько процентов составляет абсолютная инструментальная погрешность ∆иА от всей шкалы прибора (Аmах):

ɣпр =(∆ ИА/Аmах)*100% Класс точности указывают на шкале прибора или в его паспорте (знак % при

этом не пишется). Существуют следующие классы точности электроизмерительных приборов: 0,1; 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2,5; 4. Зная класс точности прибора (упр) и всю его шкалу (Аmах), определяют абсолютную погрешность ∆иA измерения физической величины А этим прибором:

∆иА= ɣпр Аmах/100 • Как сравнивать результаты измерений

Записать результаты измерений в виде двойных неравенств: А1пр-∆А1<А1пр<А1пр+∆А1

7

А2пр-∆А2<А2пр<А2пр+∆А2

Сравнить полученные интервалы значений: если интервалы не перекрываются,

то результаты не одинаковы, если перекрываются — одинаковы при данной относительной погрешности измерений.

• Умению оформлять отчет о проделанной работе:

1. Лабораторная работа№ 2. Наименование работы 3. Цель работы 4. Оборудование 5. Чертеж (если требуется) 6. Формулы искомых величин и их погрешностей 7. Таблица с результатами измерений и вычислений

Окончательный результат, вывод, и т.д. (согласно цели работы)

• Умение записывать результат измерения А=Апр +∆А,

Ɛ=….%.

8

Определение погрешностей электронагревательных приборов. Для измерения различных характеристик электромагнитного поля используют электроизмерительные приборы. Например, силу электрического тока измеряют амперметром, напряжение (разность потенциалов) — вольтметром, электрическое сопротивление — омметром, мощность тока — ваттметром и т. д. В отличие от длины, непосредственно, визуально измеряемой наблюдателем, характеристики электромагнитного поля не воспринимаются органами чувств и поэтому должны быть преобразованы. Электроизмерительные приборы — средства измерений характеристик электромагнитного поля, вырабатывающие сигнал в форме, доступной для восприятия наблюдателя. По типу вырабатываемого сигнала электроизмерительные приборы подразделяются на цифровые и аналоговые. Цифровые приборы вырабатывают сигналы, представляемые в цифровой форме на дисплее. Аналоговые приборы представляют сигнал, являющийся непрерывной функцией измеряемой физической величины. Например, в амперметре угол отклонения стрелки на шкале прибора пропорционален силе тока. В аналоговых приборах, наиболее часто используемых в школьной лаборатории, энергия электрического или магнитного поля преобразуется в механическую энергию перемещения подвижной части прибора. По способу преобразования энергии и по конструктивным особенностям аналоговые приборы подразделяют на следующие системы

№ Система прибора Условное обозначение

системы

1 Электростатическая

2 Электродинамическая

3 Электромагнитная

4 Магнитоэлектрическая

Условное обозначение системы измерительного прибора схематически показывает принцип преобразования энергии электромагнитного поля в механическую энергию перемещения подвижной части прибора.

Принцип действия прибора электростатической системы основан на электростатическом взаимодействии электродов, между которыми существует разность потенциалов (напряжение).

В приборе электродинамической системы магнитное поле, создаваемое током в неподвижной катушке, действует на ток, протекающий в подвижной катушке. Взаимодействие токов приводит к повороту подвижной катушки.

В приборе электромагнитной системы измеряемый ток протекает по

9

неподвижной катушке. Воздействие магнитного поля катушки на ферромагнитный сердечник приводит к его повороту, угол которого зависит от силы измеряемого тока.

Остановимся подробнее на устройстве приборов магнитоэлектрической системы, наиболее часто используемых в школьной лаборатории.

Принципиальное устройство электроизмерительного прибора магнитоэлектрической системы

В электроизмерительных приборах магнитоэлектрической системы (амперметрах, вольтметрах) используют поворот рамки с током в магнитном поле. В магнитном поле постоянного магнита располагаетсякатушка, намотанная на цилиндр из мягкого железа, способная вращаться вокруг горизонтальной оси (рис.). При такой конструкции угол а между собственной и внешней индукцией равен 90°, так что вращательный момент, действующий на катушку, максимален.

На катушку действует вращательный момент, пропорциональный силе тока I и числу витков N: М = ISBN. Катушка с током поворачивается до тех пор, по-ка момент сил Ампера, действующих на катушку со стороны магнитного поля, не уравновесится моментом сил упругости пружины, возвращающих катушку в положение равновесия. Можно считать, что момент сил упругости пружины пропорционален углу поворота (р катушки:

М

УПР = C1φ, где С1 — постоянный коэффициент пропорциональности. Равенство моментов С1φ = NISB позволяет найти измеряемую силу тока:

I=C 1 / NSB*φ

Измеряемая сила тока прямо пропорциональна углу отклонения стрелки, т. е. данный прибор можно использовать как амперметр.

Если к катушке с сопротивлением R приложено напряжение U, то из закона Ома получаем:

U=C1R/NSB*φ Приложенное напряжение прямо пропорционально углу поворота катушки,

следовательно, такой прибор можно использовать в качестве вольтметра. В таблице 2 приведены некоторые обозначения на шкале приборов,

характеризующих ток, и требуемое пространственное расположение шкалы прибора.

Та б л и ц а 2

Ток Обозначение Положение шкалы Обозначение

Постоянный Вертикальное

Переменный, 50 Гц Горизонтальное

10

Трехфазный Наклонное под углом к горизонту

45◦

Цена деления, чувствительность электроизмерительного прибора

Точность измерения характеризуется ценой деления шкалы прибора. Предположим, что шкала прибора, например амперметра, насчитывает N = 100 делений, а предел измерения силы электрического тока Imах = 10 А соответствует максимальному отклонению стрелки прибора. Тогда отклонению стрелки на 1 деление соответствует сила тока

10А- =0,1 А. 100 дел дел

Таким образом определяется цена деления прибора:

C= Imах N

Чем меньше эта величина, которая может быть измерена прибором, т. е. чем меньше цена деления шкалы, тем выше точность измерения прибора.

Чувствительность прибора — величина, обратная его цене деления. Она характеризует число делений, на которое отклоняется стрелка прибора (амперметра) при измерении силы тока в 1 А:

S=N/I mах Чем больше чувствительность, тем выше точность измерения прибора. В

рассмотренном выше примере S=100дел/10А=10дел/А

Класс точности, погрешность измерения электроизмерительного прибора

Погрешность измерения электроизмерительного прибора складывается из погрешности отсчета и инструментальной погрешности. Например, погрешность измерения силы тока амперметром ∆I равна сумме погрешности отсчета ∆Iот и инструментальной погрешности ∆Iи:

∆I = ∆Ioт + ∆I И . Предельное значение погрешности отсчета принимают равным 1/4 цены деления шкалы:

∆Iот=С/4 Инструментальная погрешность определяется классом точности

электроизмерительного прибора. Класс точности электроизмерительного прибора — относительная

инструментальная погрешность, соответствующая пределу измерения /тах шкалы, выраженная в процентах:

k = ∆Iи . 100%. Imax

Например, класс точности 1,5 означает относительную погрешность 1,5%. Как следует из формулы (1), инструментальная погрешность определяется классом точности электроизмерительного прибора:

∆ Iи = Imaxk/100

11

Пример расчета погрешности электроизмерительного прибора

Предположим, что амперметр измеряет силу тока от 0 до 2 А. Шкала имеет 40 делений, класс точности прибора 4% .

Тогда цена деления амперметра: С = Imax/N =2/40 A/дел=0,05 А/дел.

Предельное значение погрешности отсчета ∆Iот =0,05/4= 0,0125А. Инструментальная погрешность:

∆Iи=2*4/100=0,08 Абсолютная погрешность измерения силы тока ∆I:

∆I = ∆Iот + ∆Iи = (0,0125 + 0,08) А = 0,0925 А = 0,1 А.

12

1) Микрометр (рис.1) состоит из. упора 1, микрометрического винта 2, неподвижной втулки. 3 со шкалой в миллиметрах, головки винта 5 со шкалой 4. При измерении микрометром предмет помещают между упором и винтом. Вращая винт за головку, доводят его до соприкосновения с предметом. Затем по шкале 3 отсчитывают целые миллиметру а по шкале головки винта - десятые if сотке доли миллиметра. 2) Штангенциркуль (рис.2) имеет линейку со шкалой 1, нониус со шкалой 4. Измеряемый предмет помещают между ножками штангенциркуля 2 так, чтобы предмет был слегка зажат, и закрепляют нониус винтом 3. По шкале линейки отсчитывают целое число миллиметров до нуля нониуса (первого деления). Затем тщательно определяют, какое деление шкалы нониуса точно совпадает с некоторым делением шкалы линейки. Это деление шкалы нониуса соответствует десятым долям миллиметра. Показания штангенциркуля на рис. 2 31,6мм.

Лабораторная работа №1 «Определение плотности веществ»

Теория. Плотность однородного вещества р г физическая величина, равная отношению массы этого вещества т к его объему V:

Оборудование. 1. Исследование бруски (металлический, деревянный) и гирька на нитке. 2. Весы с разновесом. 3. Штангенциркуль. 4. Мензурка с водой.

Порядок работы.

1. Штангенциркулем измерить линейные размеры одного из брусков и вычислить его объем V: V=аbс, где а, b, с, - соответственно длина, ширина, высота бруска. 2. С помощью весов определить массу бруска и вычислить плотность вещества бруска. 3. Опыт повторить с другим исследуемым бруском. 4. В мензурку, заметив в ней уровень воды, погрузить (полностью!) на нитке гирьку. По изменению, уровня воды в мензурке определить объем гирьки. 5. Рассчитать плотность вещества гирьки. 6. Определить относительную погрешность методом оценки результатов измерений. 7. Результаты измерений, вычислений записать в таблицу.

Р=т/V. ПЛОТНОСТЬ вещества можно определить экспериментально.

Определение плотности твердых тел.

Измерительные приборы

13

№

п/п а

длина бруска

Ь ширина бруска

с Высота. бруска

V т Р Рср ∆р ∆Рср σ% Приме чания

м м м м3 кг кг/м3 кг/м3 кг/м3 кг/м3

Контрольные вопросы

1. Назовите исследуемое вещество.

2. Что называется плотностью вещества? Получите единицу измерения плотности в СИ и дайте ей определение.

3. Что такое абсолютная и относительная погрешности измерения? 4. Назовите возможные причины погрешности измерений в этой работе. 5. Как определить объем вещества неправильной формы, если оно в воде не тонет? в воде

растворяется? 6. Что тяжелее: ведро ртути вместимостью 10 дм3 или кубический метр пробки? Во сколько раз?

14

Лабораторная работа№2

«Определение ускорения свободного падения»

Цель работы: научиться определять ускорение свободного падения с помощью

математического маятника.

Приборы: штатив, невесомая нерастяжимая нить длиной около 1 м., металлический

шарик, секундомер, линейка метровая.

Теория: математическим маятником называется материальная точка,

подвешенная на невесомой и нерастяжимой нити.

Законы математического маятника:

1. Период колебаний математического маятника не зависит от массы маятника.

2. Период колебаний математического маятника не зависит от амплитуды

колебаний, если угол размаха не превышает 5°.

3. Период колебаний математического маятника прямо пропорционален корню

квадратному из длины маятника и обратно пропорционален корню квадратному из

ускорения свободного падения.

T=2π√𝑙𝑙/𝑞𝑞 : T2=4π2 l/q ; q=4𝜋𝜋P

2*l/T2

Ход работы 1. Подвесить металлический шарик нитью около 1м. к штативу.

2. Отклонить шарик на угол 2°30'

3. Включить секундомер и определить время всех колебаний.

4. Считать число полных колебаний маятника до остановки.

5. Определить период одного полного колебания, зная -

Время колебаний

- число колебаний.

6. Определить ускорение свободного падения

№ Время

колебаний Число

колебаний Длина

маятника Период

колебания Ускорение свободного

падения 1 2

15

Контрольные вопросы 1. дать определение механического колебания.

2. Назовите важнейший признак механического колебания.

3. Какое колебание называется полным, а какое простым.

4. Решить задачу.

Определить длину маятника с периодом простого колебания в 1 секунду для места, в котором g=9,8м/с2

16

Лабораторная работа № 3

«Изучение закона сохранения механической энергии при движении тела »

Ц е л ь р а б о т ы : научиться измерять потенциальную энергию поднятого над землей тела и упруго деформированной пружины, сравнить два значения потенциальной энергии системы. Знать: понятие потенциальной энергии и её формулы для тела поднятого над землей и упруго деформированной пружины.

Уметь: Вычислять потенциальную энергию по формулам. Заполнять таблицу измерений и вычислений. Сделать вывод из сравнения значений потенциальной энергии этих тел. Подтверждение закона сохранения механической энергии.

Оборудование: штатив с муфтой и лапкой, динамометр лабораторный с фиксатором, лента измерительная, груз на нити длиной около 25 см.

Указания к работе. Для выполнения работы собирают установку, показанную на рисунке. Динамометр укрепляется в лапке штатива. Фиксатором 1 показаний динамометра служит пластинка из пробки размером 5 х 7х 1,5 мм. На рисунке 255 фиксатор в увеличенном масштабе помечен цифрой 2, Пластинку из пробки надрезают ножом до середины и насаживают на проволочный стержень динамометра. Фиксатор должен перемещаться вдоль стержня с малым трением. Сначала проверьте работу фиксатора. Установите его в нижней части проволочного стержня вплотную к ограничительной скобе динамометра. Растяните пружину динамометра до упора. Отпустите стержень. При этом фиксатор вместе со стержнем поднимается вверх, отмечая максимальное удлинение пружины.

П о р я д о к в ы п о л н е н и я р а б о т ы .

1. Привяжите груз к нити, другой конец нити привяжите к крючку динамометра и измерьте вес груза F1=mg (можно использовать массу груза, если она известна). 2. Измерьте расстояние I от крючка динамометра до центра тяжести груза. 3. Поднимите груз до высоты крючка динамометра и отпустите его. Поднимая

17

груз, расслабьте пружину и укрепите фиксатор около ограничительной скобы. 4. Снимите груз и по положению фиксатора измерьте линейкой максимальное удлинение М пружины. 5. Растяните рукой пружину до соприкосновения фиксатора с ограничительной скобой и отсчитайте по шкале максимальное значение модуля силы упругости пружи- ны. Среднее значение силы упругости равно F/2 6. Найдите высоту падения груза. Она равна h = l + ∆l. 7. Вычислите потенциальную энергию системы в первом положении груза, т. е. перед началом падения, приняв за нулевой уровень значение потенциальной энергии груза в конечном его положении: E′ p=mgh — F1(l+ ∆l). 8. В конечном положении груза его потенциальная энергия равна нулю. Потенциальная энергия системы в этом состоянии определяется лишь энергией упруго деформированной пружины:

E′′ p =k∆l2/2/= F*∆l/2 Вычислите ее.

9. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу .

F 1 =mq l ∆l F H=l+∆l E′p =F1 (l+∆l)

E′′p=F-*∆l/2

10. Сравнить значения потенциальной энергии в первом и втором состояниях системы и сделайте вывод.

18

Лабораторная работа № 4

«Опытная проверка закона Гей Люсака» Оборудование, необходимые измерения, средства измерений На рисунке 256 показано оборудование, необходимое для проведения работы:

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.

Чтобы проверить закон Гей-Люссака, достаточно измерить объем и температуру газа в двух состояниях при постоянном давлении и проверить справедливость равенства – V1/V2 =T1/T2. Это можно осуществить, используя воздух при атмосферном давлении.

Стеклянная трубка открытым концом вверх помещается на 3—5 мин в

цилиндрический сосуд с горячей водой (рис.а). В этом случае объем воздуха V1 равен объему стеклянной трубки, а температура — температуре горячей воды Т1. Это — первое состояние. Чтобы при переходе воздуха в следующее состояние его количество не изменилось, открытый конец стеклянной трубки, находящейся в горячей воде, замазывают пластилином. После этого трубку вынимают из сосуда с горячей водой замазанный конец быстро опускают в стакан с комнатной температуры (рис. б), а затем прямо под водой снимают пластилин. По мере охлаждения воздуха в трубке вода в ней будет подниматься. После прекращения подъема воды в трубке (рис. в) объем в ней станет равным V2<V1, а давление р=ратм-pqh. Что бы давление воздуха в трубке вновь стало разным атмосферному, необходимо увеличивать глубину погружения трубки в стакан до тех пор, пока уровни воды в трубке и в стакане не выравняется (рис. г). Это будет второе состояние воздуха в трубке при температуре Т2 окружающего воздуха. Отношение объемов воздуха в трубке в первом и втором состояниях можно заменить отноше нием высот воздушных столбов в трубке в этих состояниях, если сечение трубки постоянно по всей длине (V1/V2=Sl1/Sl2=l1/l2). Поэтому в работе следует сравнить отношения l1/l2 и T1/T2. Д л и н а воздушного столба измеряется линей кой, температура — термометром.

19

Подготовка к проведению работы 1. Подготовьте бланк отчета с таблицей 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 стеклянной трубки и температуру воды в цилиндрическом сосуде. 2.Приведите воздух в трубке во второе состояние так, как об этом рассказано выше. Измерьте длину 12 воздушного столба в трубке и температуру окружающего воздуха Т2. 3.Вычислите отношения и l1/ l 2 и T1/T2 ,относительные (Ɛ1 и Ɛ2) и абсолютные (∆1 и ∆2) погрешности измерений этих отношений по формулам

ƐR1=∆𝑙𝑙𝑙𝑙1

+ ∆𝑙𝑙𝑙𝑙2

, ∆=𝑙𝑙1𝑙𝑙2

Ɛ1;

ƐR1 =∆𝑇𝑇𝑇𝑇1

+ ∆𝑇𝑇𝑇𝑇2

, ∆2=𝑇𝑇1𝑇𝑇2

Ɛ2/

4.Сравните отношения 𝑙𝑙1𝑙𝑙2

и 𝑇𝑇1𝑇𝑇2

/

5.Сделайте вывод о справедливости закона Гей- Люссака.

Контрольные вопросы:

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?

Измерено Вычислено

l1, мм

l2, мм

tl, °С

t2, °с

∆и1, ММ

∆0l мм

∆l, мм

Т1

к Т2 к

∆Т, к

∆0Т, К

Вычислено ∆Т, К

l1/l2 Ɛ1,

%

∆1 T1 Т2

Ɛ1,% ∆2

20

21

Лабораторная работа№5

Опытная проверка закона Бойля-Мариотта

Цель работы: опытным путём установить зависимость между объемом и давлением газа при постоянной температуре» Приборы: барометр, трубка Мельде

Ход работы: 1. Трубка лежит горизонтально. Измеряем объём столбика воздуха от запаянного конца до ртути. Он численно равен высот© столбика воздуха, т. е. сечение равно 1 мм2. Этот столбик воздуха находится под атмосферным давлением, которое определяем по барометру. 2. Трубку держим вертикально открытым концом вверх. Измеряем объём столбика воздуха от запаянного конца до ртути. Он стал меньше, т. к. увеличилось давление столбика ртути.

Р = Рат + Ь , где Рат - атмосферное давление, h - высота столбика ртути.

3. Трубку держим вертикально закрытым концом вниз. Измеряем объём столбика воздуха от запаянного конца до ртути. Объём воздуха стал больше, т. к. давление на столбик воздуха уменьшилось.

Р = Рат - h , где Рат - атмосферное давление, h - высота столбика ртути.

4. Результаты измерений записываем в таблицу

№ Рат h р V PV (PV)cp Д(РУ) A(PV)Cp б% Приме-чание ! ММ.

тр, ст. мм. тр.

мм. тр.

м3 1

1 Горизонтальное Р ~ Р «пг

2 Вертикальное открытым концом вверх Р = + h

3

Вертикальное открытым концом вниз Р “ + h

5. Описать работу. 6. Написать вывод. 7. ОТВЕТИТЬ на вопросы:

1) Дать формулировку закона Бойля-Мариотта и математическую запись закона. 2) Какой процесс называется изотермическим? 3) Какими приборами измеряется давление в газах?

22

23

Лабораторная работа№6 «Определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости »

Теория. Молекулы поверхностного слоя жидкости обладают избытком потенциальной энергии по сравнению с энергией молекул, находящихся внутри жидкости.

Как и любая механическая система, поверхностный слой жидкости, стремясь уменьшить потенциальную энергию, сокращается. При этом совершается работа

А : А =ст • AS, где а - коэффициент пропорциональности (выражается в Дж/м2 или Н/м), называемый поверхностным натяжением: σ = А/ AS, или σ= F/l, где F—-сила , поверхностного натяжения, l - длина границы поверхностного слоя жидкости.

Поверхностное натяжение можно определить различными методами.

I. Метод отрыва капель.

Опыт осуществляют с бюреткой, в которой находится исследуемая жидкость (рис. 10,). Открывают кран бюретки так, чтобы из бюретки медленно падали капли. Перед моментом отрыва капли сила тяжести её Р = т k q равна силе поверхностного натяжения, граница свободной поверхности — окружность шейки капли. Следовательно, F = т k q ; l - π d ш . к ; σ = т k q / ( π d ш . к ) Опыт показывает, что d ш . к = 0 , 9 б где —dб диаметр канала узкого конца бюретки.

Оборудование. 1. Бюретка с краном. 2. Весы учебные с разновесом. 3. Сосуд с водой. 4. Сосуд для сбора капель. 5. Микрометр. 6. Набор игл.

Порядок выполнения работы. 1. Собрать установку по рисунку и наполнить бюретку водой. 2. Измерить диаметр канала узкого конца бюретки. Для этого ввести до упора в канал бюретки иглу соответствующей толщины, заметить то место, до которого она вошла, и микрометром измерить диаметр иглы в отмеченном месте. Измерения микрометром повторить несколько раз, поворачивая при этом иглу на определенный угол. Если результаты измерения будут различаться и, взять их среднее значение. 3. Определить массу пустого сосуда для сбора капель, взвесив его.

4. Подставить Под бюретку сосуд, в .котором была вода, и плавно открывая кран, добиться медленного

отрывания капель (капли должны падать друг за другом через-2 с ) 5. Под бюретку с отрегулированными каплями подставить сосуд и отсчитать

100 капель.

24

6. Измерив массу сосуда с каплями определить массу капель 7. Результаты измерений и вычислений записать в табл.6. 8. Вычислить поверхностное натяжение по формуле σ= mg/ nπ*0,9dб. 9. Опыт повторить 1 -2 раза с другим количеством капель. 10. Найти среднее значение σ ; сравнить полученный результат с табличным

значением поверхностного натяжения с учетом температуры. 11. .Определить относительную погрешность методом оценки результатов

измерений.

№ о

пыта

Масса

Числ

о ка

пель

n

Диа

метр

кан

ала

бюре

тки

d б,m

Коэ

ффиц

иент

по

верх

ност

ного

на

тяж

ения

σ,Н

/м

Сре

днее

знач

ения

по

верх

ност

ного

на

тяж

ения

, σср

Н/м

Точн

ое зн

ачен

ие

пове

рхно

стно

го

натя

жен

ия σ

табл

ьН/м

О

тнос

ител

ьная

по

греш

ност

ь σ,

%

Пус

того

сос

уда

m1,к

г

Сос

уда

с ка

плям

и m

2,кг

Кап

ель

m

1 2 3

Контрольные вопросы. 1. Почему поверхностное натяжение зависит от вида жидкости. 2. Почему и как зависит поверхностное натяжение от температуры. 3. В двух одинаковых пробирках находится одинаковое количество капель воды. В одной пробирке вода чистая, в другой - с добавкой мыла. Одинаковы ли объемы отмеренных кaпель? Ответ обоснуйте. 4. Измениться ли результат вычисления поверхностного натяжения, если опыт проводится в другом месте Земли? 5. Изменится ли результат вычисления, если диаметр канала трубки будет меньше 6. Почему в варианте I: а) рекомендуется проводить измерения для возможно большего числа капель? б) следует добиваться медленного падения капель?

25

Лабораторная работа№7

«Определение относительной влажности воздуха»

Цель работы: научиться определять влажность воздуха с помощью гигрометра и психрометра и научиться пользоваться психрометрическими таблицами.

Приборы: гигрометр, психрометр, сосуд с водой, термометр. Абсолютная влажность (р) определяется массой водяного пара, содержащегося в 1м3 воздуха, т. е. плотностью водяного пара.

Абсолютную влажность можно определить по температуре точки росы - температуре, при которой пар, находящийся в воздухе, становится насыщенным. Температуру точки росы определяют с помощью гигрометра, а затем по таблице «Давление насыщающих паров и их плотность при разных температурах» находят соответствующую температуре точки росы плотность. Найденная плотность и есть абсолютная влажность окружающего воздуха.

Относительная влажность В показывает, сколько процентов составляет абсолютная влажность от плотности В = ра * 100% / рн.

Ход работы:

1. По сухому термометру психрометра определяем температуру окружающей Среды.

2. Наливаем в сосуд второго термометра и определяем температуру влажного термометра. 3. Находим разность температур. 4. По психрометрическим таблицам определяем относительную влажность воздуха. 5. По гигрометру определяем относительную влажность. 6. Результаты записываем в таблицу. 7. Находим погрешность измерений. 8. Зная температуру влажного термометра, по таблице плотности насыщенных паров определяем pнi Ри и подсчитываем « ра Ра, » - абсолютную влажность воздуха. В = (ра/ pн)100% ; В = (Ра/ Рн)100% отсюда ра= ;Pа= ра= ; Pа=

26

№ Показания термометров Разность показаний Относительная

опыта Сухого t1,°C

Смоченного t 2 , °c

термометров ∆t °c,

влажность воздуха В, %

1 2 3

9. Описать работу. 10. Сделать вывод. 11. Ответить на вопросы: 1) Что такое влажность воздуха, относительная и абсолютная влажность и точка

росы? 2) Какими приборами измеряется влажность воздуха? Зарисовать приборы и описать

работу. 3) Решить задачи: №5.52; 5.53.

Лабораторная работа№8

«Определение удельной теплоты плавления льда (снега)»

Теория Плавление – это процесс переход вещества из твердого состояния в жидкое,

сопровождающийся поглощением энергии. Количество теплоты, необходимое для плавления единицы массы вещества при

температуре плавления, называется удельной теплотой плавления, называется удельной теплотой плавления λ (Дж/кг):

λ = Q/m Удельную теплоту: плавления льда можно определить калориметрическим

способом. Для этого в калориметр с водой (массы их заранее определяют) погружают кусочек льда В процессе теплообмена калориметр и вода отдают энергию Qотд при этом их температура понижается от t до 0:, Qотд = (ck mk + ck mk) (t-0), а лед и образовавшаяся из него вода получают энергию Qпол. при этом образованная из льда

27

вода нагревайся oт tпл до 0: Qпол = λ m0+ cBmo (0 - tпл)- Это уравнение справедливо, если начальная температура льда t0 = tпл. На основании закона сохранения и превращения энергии Qпол - Q0тд можно вычислить исключаемую величину.

Оборудование: 1. Калориметр. 2. Сосуд с тающим льдом или снегом (общий для всех учащихся). 4. Весы с разновесом. 5. Термометр. 6. Фильтрованная бумага.

Порядок выполнения работы 2. Определить массу внутреннего сосуда калориметра путём взвешивания. 3. Во внутренний сосуд калориметра налить 100 - 150 см3 воды, измерить массу калориметра с водой и определить массу воды. 4. Поместить внутренний сосуд калориметра во внешний и измерить начальную температуру воды. 5. Взять небольшой кусочек льда, обсушить его фильтрованной бумагой и опустить в воду. Осторожно помешивая воду термометром, следить за изменением температуры её. Когда весь лёд расплавится, отметить самую низкую установившуюся температуру. 6. Вновь взвесить внутренний сосуд калориметра с водой и определить массу льда. 7. Результаты измерений и вычислений записать в таблицу. 8. Используя данные опыта, сравнить уравнение теплового баланса и определить удельную теплоту плавления льда. 9. Сравнить полученный результат с табличным значением удельной теплоты плавления льда и вычислить относительную погрешность измерений.

Методические указания.

1. Для упрощения работы и составления уравнения теплового баланса целесообразнее использовать лёд при 0° С. 2. Лёд следует приготовить из хорошо прокипяченной воды. 3. Чтобы уменьшить потери теплоты в окружающее пространство, лучше брать воду при 30 - 35° С, а кусочки льда массой 35 — 40 г.

Контрольные вопросы:

1. Как изменяются потенциальная и кинетическая энергия молекул при нагревании твёрдого тела до точки плавления и при плавлении? 2. Что произойдет с чугунной болванкой, помещенной в расплавленный чугун? 3. В воду, находящуюся в термосе при 0° С. Будет ли лёд плавится? 4. Может ли плавится лёд при температуре ниже 0° С? 5. Какое количество теплоты нужно затратить, чтобы 1,5 кг льда при -10° С довести до точки плавления, расплавить и образовавшуюся воду нагреть до 80° С? 6. На рис. 10 показано изменение объёма вещества при охлаждении при давлении 100 кПа. Каким процессам соответствуют участки графика.1 — 2 2 - 3, 3 - Какое вещество охлаждалось? Как изменялась плотность взятого вещества? Что означает точка А на графике? 7. В чём преимущество электровакуумной плавки металлов?

28

Лабораторная работа№9

«Изучение последовательного и параллельного соединения проводников »

В работе необходимо проверить следующие законы: 1. Для последовательного соединения проводников:

U = U1 + U2, R = R1 + R2, U1/ U2= R1 / R2 2. Для параллельного соединения проводников:

1 = 11 +12 , 1/R=1/R1+1/R2 , I1/I2=R2/R1 Оборудование, необходимые измерения, средства измерений

В работе используют источник тока, два проволочных резистора, амперметр и вольтметр, реостат. Вольтметр и амперметр при проведении измерений поочередно подключают к нужным точкам цепи.

Подготовка к проведению работы Подготовьте бланк отчета для записи результатов измерений и вычислений

(таблицы составьте сами по образцу предыдущих работ). Проведение эксперимента, обработка результатов

1. Соберите цепь для изучения последовательного соединения резисторов; измерьте силу тока и напряжения; проверьте выполнение законов соединения; сделайте вывод. 2. Соберите цепь для изучения параллельного соединения резисторов; измерьте токи и напряжение; проверьте выполнение законов соединения; сделайте вывод.

К о н т р о л ь н ы й в о п р о с Как соединены потребители электроэнергии в квартирах; лампочки в елочной

гирлянде? Почему?

29

Лабораторная работа № 10

«Изучение закона Ома для участка цепи»

Ц е л ь р а б о т ы : измерить ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока.

Оборудование, средства измерения: 1) источник питания, 2) проволочный резистор сопротивлением 2 Ом, 3) амперметр, 4) ключ, 5) вольтметр, б) соединительные провода.

Теоретическое обоснование Экспериментальная установка изображена на рисунке. К источнику тока 1

подключается резистор 2, амперметр 3 и ключ 4. ЭДС источника тока непосредственно измеряется вольтметром 5.

Электрическая схема данной цепи приведена на рисунке 2. Согласно закону Ома сила тока I в замкнутой цепи с одним источником определяется выражением

I=Ɛ/r+R

Ɛ r

R

Отсюда Ir + IR =Ɛ

Из формулы (2) можно найти внутреннее сопротивление г источника тока, ЭДС которого предварительно измеряют вольтметром:

r = Ɛ-IR/I= Ɛ/I- R.

V

A

30

Сила тока I в цепи измеряется амперметром. Порядок выполнения работы

1. Соберите электрическую цепь 2. Измерьте вольтметром ЭДС источника тока при разомкнутом ключе К.

Ɛ=U= 3. Запишите класс точности вольтметра kv и предел измерения его шкалы.

kv = ;Umax= 4. Найдите абсолютную погрешность измерения ЭДС источника тока.

∆Ɛ=Uтах* kv/100 5. Запишите окончательный результат измерения ЭДС источника тока.

Ɛ+∆Ɛ= 6. Отключите вольтметр. Замкните ключ К. Измерьте амперметром силу тока I в

цепи. I =

7. Запишите класс точности амперметра kA и предел измерения I тах его шкалы. kA= ; Imaх

8. Рассчитайте внутреннее сопротивление г источника тока по формуле г = Ɛ / I - R =

Учитывая, что сопротивление R резистора известно с относительной погрешностью 3%, т. е. Ɛ= ∆R/R = 0,03, оцените абсолютную по грешность ∆R его измерения.

∆R = R • Ɛ=

9. Найдите абсолютную погрешность ∆r измерения внутреннего сопротивления источника тока.

∆r=Ɛ/I(∆Ɛ/Ɛ+∆I/I)+∆r 10. Запишите окончательный результат измерения внутреннего сопротивления

источника тока. R+∆r

31

Лабораторная работа № 11

«Определение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока»

Цель работы: определение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока. Оборудование:

1) Батарея КБС-1 2) Амперметр-1 3) Вольтметр-1 4) Реостат школьный 5) Соединительные провода 6) Прерыватель

Порядок выполнение работы: 1) Составить цепь по схеме:

- + 2) Изменяя сопротивление внешней цепи фиксируем при разомкнутой цепи ЭДС, затем напряжение на внешней цепи и тока при замкнутой цепи три раза, данные заносим в таблицу.

№ Ев UBHem. I Г Гсо. ▲г ^■Гср. б% 1

2

3

Контрольные вопросы:

1) Что называется ЭДС генератора? 2) Что устанавливает закон ОМА для полной цепи? 3) Как можно рассчитать падение напряжения на внутренней и внешней частях цепи? 4) Что показывает вольтметр, присоединенный к зажимам источника тока, при замкнутой и разомкнутой внешней цепи? Начертить схемы и пояснить. 5) На опыте можно изменить ЭДС карманной батарейкой? 6) Как из формулы закона ОМА для полной цепи выразится внутреннее сопротивление генератора? 7) Какие данные надо снять путем опыта, чтобы рассчитать внутреннее сопротивление?

V

А

32

Лабораторная работа № 12

«Исследование зависимости мощности лампы от её напряжения на её зажимах»

Цель работы: исследовать зависимость мощности лампы от напряжения на её зажимах.

Знать: понятие мощности и её формулу.

Уметь: собирать цепь, снимать показания и вычислять мощность по формуле.

Оборудование: 1. Магазин сопротивлений. 2. Амперметр. 3. Вольтметр. 4. Ключ. 5. Соединительные провода. 6. Батарейка на 4,5 В 7. Лампочка на 2,5 В

1. Что понимают под мощностью и по каким формулам рассчитывается мощность, потребляемая участком электрической цепи?

2. Посмотрите паспортные (номинальные) данные и на основании их рассчитывайте сопротивление спиралей данных вам трех ламп.

Порядок выполнения работы

1. Составить цепь по схеме: - +

2. Вставьте в патрон лампу, мощность которой вы будите определять, подайте на неё напряжение последовательно 100В, 150В и 200В фиксируя токи, протекающие по лампе при этих напряжениях.

А

V

33

ДАННЫЕ ЗАНЕСТИ В ТАБЛИЦУ НАБЛЮДЕНИЙ:

Номинальные данные лампы Номер опыта

Измеряемая величина

Расчетная величина

РBm UB IA R Oм UB IA РBm= I*U 1

2

В выводе указать: 1. Как отличаются сопротивления ламп различных мощностей.

2.Как зависит мощность лампы от напряжения на её зажимах.

Решить задачу на определение силы тока и падения напряжения на сопротивление 0,4 Ом. В сопротивлении поглощается мощность в 0,25 Вm.

34

Лабораторная работа № 13

«Определение электрохимического эквивалента меди»

Цель: Получение электрического тока в жидкостях Знать :первый закон Фарадея, понятие иона, понятие диссоциации молекул Уметь: определять электрохимический эквивалент по формуле первого закона Фарадея

Оборудование: 1. Весы с разновесом. 2. Амперметр. 3. Часы. 4. Вентилятор настольный или электроплитка. 5. Батарея аккумуляторов или выпрямитель 6. Реостат. 7. Рубильник (ключ). 8.Медные электроды (2 шт.) со вставкой. 9. Соединительные провода (6 шт.). 10. Электролитическая ванна с раствором медного купороса.

Порядок проведения работы 1. Очистить наждачной бумагой катодную пластинку; определить,

взвешиванием массу пластинки т\ с точностью до 0,01 г. | 2. Составить электрическую цепь

по схеме При составлении цепи взвешенный электрод соединить с отрицательным полюсом источника электрической энергии.

3. Замкнуть цепь и заметить время включения тока.

4. При помощи реостата в течение всей работы поддерживать постоянную величину силы тока в пределах от 0,5 до 1 а.

Рисунок опыта по определению электрохимического эквивалента меди Ток в электролитах.

Для каждого вопроса указать правильный ответ, который может быть в гр. А или гр. В

Вопросы:

35

1. Что называется электрической диссоциацией 2. Что называется электролизом? 3. Как читается первый закон Фарадея для электролиза? 4. Что называется электрохимическим эквивалентом? 5. В качестве, какого электрода берётся издел при гальваностегии?

6. Какой вид имеет формула первого закона Фарадея? 7. В каких единицах измеряется электро-химический эквивалент в СИ? 8. Что называется ёмкостью аккумулятора? 9. Чему равен ампер - час? 10.Что такое К.П.Д. аккумулятора?

№ от-вета

Ответы гр. А № ответа Ответы гр. В

...в качестве анода. / ...в качестве катода.

m= I U t m = g t l

m = k i t кг/кл

360 Кл 3600 Кл

...распад молекул вещества на ионы под действием растворителя.

мг/а сек.

...величина, измеряемая массой вещества, выделяющегося на электроде при прохождении через электролит I к электричества.

т»

...выделение на электродах продуктов химического разложения раствора при прохождении электрического тока через электролит.

...отношение энергии, полученной при разрядке аккумулятора, к энергии, затраченной при его зарядке.

...количество электричества, которое может дать аккумулятор при полной зарядке.

\ / Количество вещества, выделившегося при электролизе, прямо пропорционально силе тока и времени его прохождения.

- Количество вещества, выделившегося при электролизе, прямо пропорционально силе тока, напряжению и времени прохождения тока.

...количество электричества, которое расходуется при разрядке аккумулятора.

Расщепление атомов на ионы при прохождении тока через электролит.

36

Лабораторная работа № 14

«Определение длинны световой волны».

Цель работы: определить длину световой волны; уметь определять вес тела известной массы на данной широте.

Знать: понятия: дифракционная решетка, дифракционные спектры, максимумы ; Уметь: рассчитать длину волны, различать свет разной длины волны; Белый свет по составу — сложный. Нулевой максимум для него— белая

полоса, а максимумы высших порядков представляют собой набор семи цветных полос, совокупность которых называют спектром соответственно I; II,...

Получить дифракционный спектр можно, используя прибор для определения длины световой волны. Прибор состоит из бруска 1 со шкалой. Внизу бруска укреплен стержень 2. Его вставляет в отверстие подставки от подъемного столика. Брусок закрепляют под разными углами с помощью винта 3*. Вдоль бруска r боковых пазах его может перемещаться ползунок 4 с экраном 5. К концу бруска прикреплена рамка 6, в которую вставляют дифракционную решетку.

Оборудование.

1. Прибор для определения длины световой волны. 2. Подставка для прибора. 3. Дифракционная решетка. 4. Лампа с прямой нитью накала в патроне со шнуром и вилкой (общая для всех учащихся). Ход работы. 1. Собрать установку, изображенную на рис. 2. Установить на демонстрационном столе лампу и включить ее. 3. Смотря через дифракционную решетку, направить прибор на лампу так, чтобы через окно экрана прибора была видна нить лампы.

4. Экран прибора установить на возможно большем расстоянии от дифракционной решетки и получить на нем четкое изображение спектров I и II порядков.

37

5. Измерить по шкале бруска установки расстояние «Ь» от экрана прибора до дифракционной решетки.

6. Определить расстояние от нулевого деления (0) шкалы экрана до середины фиолетовой полосы как слева «ал», так и справа «ап» для спектров I порядка и вычислить среднее значение аСР.

7. Опыт повторить со спектром II порядка. 8. Такие же измерения выполнить и для красных полос дифракционного

спектра. 9. Вычислить по формуле (2) длину волны фиолетового света для спектров I и II

порядков, длину волны красного света I и II порядков. 10. Результаты измерений и вычислений записать в табл.

Контрольные вопросы.

1. Почему нулевой максимум дифракционного спектра белого света — белая полоса, а максимум высших порядков — набор цветных полос? 2. Почему максимумы располагаются как слева, так и справа от нулевого максимума? 3. В каких точках экрана получаются I, II, III максимумы? 4. Какой вид имеет интерференционная картина в случае монохроматического света? 5. В каких точках экрана получается световой минимум?

Ном

ер о

пыта

Пер

иод

дифр

акци

онно

й ре

шет

ки d

, мм

с

поря

док

спек

тра,

n

Расс

тоян

ие

от

днфр

ак.

реш

етки

д э

кран

а b,

мм Видимые

границы спектра фиолетового света

Видимые границы спектра красного света

Длина световой

волны

Сле

ва

а л,м

м

спра

ва а

п, мм

Сре

днее

а с

р, м

м

Сле

ва

а л,м

м

спра

ва а

п, мм

ср

едне

е а с

р, им

крас

ного

из

луче

ния

χ К, м

й

фиол

етов

ого

излу

чени

я,

χф, м

м

- - ■ ! 1 i

38

Лабораторная работа №15

«Изучение треков заряженных частиц»

Тема: «Изучение треков заряженных частиц

Цель работы: установить тождество заряженной частицы по результатам сравнения ее трека с треком протона в камере Вильсона, помещенной в магнитное поле. Студент должен знать: понятия: заряда, энергии частицы, индукции магнитного поля; уметь: найти q/ т, энергию и импульс частицы, индукцию магнитного поля, определить частицу ;

Оборудование: лист кальки, линейка, угольник или циркуль. фотография треков двух заряженных частиц (трек I принадлежит протону, трек II -частице, которую надо идентифицировать). Линии индукции магнитного поля перпендикулярны плоскости фотографии. Начальные скорости обеих частиц одинаковы и перпендикулярны краю фотографии. Краткая теория

При движении в среде заряженные частицы ионизируют атомы среды. Ионы являются центрами конденсации паров в камере Вильсона или зародышами пузырьков пара в перегретой жидкости в пузырьковой камере. Цепочки пузырьков или капель образуют следы треки заряженных частиц, которые фотографируют. На фотографии изображаются треки заряженных частиц, движущихся во внешнем магнитном поле c одинаковой скоростью. Толщина трека зависит от ионизирующей способности частицы, а кривизна трека - от скорости частицы и индукции магнитного поля. На частицу, движущуюся перпендикулярно вектору индукции В, действует сила Лоренца Fл = qBv, направленная перпендикулярно скорости. Радиус кривизны траектории определяется нормальным ускорением частицы:

aн=v2/R; mv2/R= qBv Отсюдa удельный заряд частицы (q/m) q/m= v2/BR Из этой формулы видно, что отношение удельных зарядов частицы

равно обратному отношению радиусов их траекторий. 2

1

//

RR

memq

p

= Можно вычислить удельный

заряд идентифицируемой частицы q/mч. Зависимости внешнего вида трека частицы от её типа и физических характеристик: а) длина трека от энергии частицы (прямая); б) толщина трека от заряда частицы (прямая), от скорости частицы (обратная); в) радиус кривизны от массы частицы (прямая), заряда частицы (обратная), от скорости частицы (прямая); модуля магнитной индукции (обратная).

Выполнение работы 1) Перенесите треки частиц с фотографии на кальку.

2) Измерьте радиус кривизны RI трека протона на

начальном участке.

3) Радиус кривизны трека частицы определяют следующим образом. Вычерчивают, как показано на рисунке, две хорды и восставляют к этим хордам в их серединах перпендикуляры. На пересечении перпендикуляров лежит центр окружности.

4) Измерить радиусы треков обеих частиц.

39

5) В обоих случаях инструментальную погрешность можно считать равной 1 мм.

6) Занести результаты в таблицу

7) Идентифицируйте частицу Материал для справок: *Удельный заряд электрона: кгКл /1076,1 11⋅ . *Удельный заряд протона: кгКл /1096,0 8⋅ . *Удельный заряд альфа-частицы: кгКл /105,0 8⋅ . Контрольные вопросы

1. Как изменяются треки частиц при изменении индукции магнитного поля по величине и по направлению?

2. Почему радиусы кривизны на разных участках трека одной и той же частицы различны? 3. На рисунке показан трек протона в камере Вильсона, помещенной в магнитное поле. Каково направление вектора скорости частицы в нижней точке трека? 4. Какова форма траектории движения заряженной частицы в магнитном поле, если она движется вдоль линий магнитной индукции этого поля?

40

Литература

1.Основная литература:

1. Жданов Л.С. Физика для средних специальных заведений: учебник/. Л.С. Жданов, Г. Л. Жданов – М.: Альянс, 2014, 512 с.

2.Дополнительная литература:

1.Г.Я. Мякишев, Б.Б. Бухонцев, Н.Н. Сотский Физика: учебник 10 класс общеобразовательных учреждений. - 21 изд., стер. - М.: Просвещение» 2012, 366 с.

2.Г.Я. Мякишев, Б.Б. Бухонцев, В.М. Чаругин Физика: Учебник 11 класс.- 21 изд., стер.- М.: «Просвещение», 2012, 399 с.

3. Сборник задач по физике. 10-11 классы. Громцева О.И. – М.: Экзамен, 2015, 208 с.