Лабораторные работы по физике
учебно-методический материал по физике по теме

Министерство общего профессионального образования

Свердловской области

Государственное автономное образовательное учреждение

среднего профессионального образования

Свердловской области «Первоуральский политехникум»

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

К РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЕ

 УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

ОДП 02. ФИЗИКА

Первоуральск

2013

Пояснительная записка.

Лабораторные задания разработаны в соответствии с рабочей программой учебной дисциплины «Физика».

Цель проведения лабораторных работ: формирование предметных и метапредметных результатов освоения обучающимися основной образовательной программы базового курса физики.

Задачи проведения лабораторных работ:

Бланк-отчёт лабораторной работы содержит:

1. Номер работы;
2. Цель работы;
3. Перечень используемого оборудования;
4. Последовательность  выполняемых действий;
5. Рисунок или схему установки;
6. Таблицы и/или схемы для записи значений;
7. Расчётные формулы.

Критерии оценивания:

Перечень лабораторных работ.

Лабораторная работа № 1.

«Определение жёсткости пружины».

Цель: Определить жёсткость пружины с помощью графика зависимости силы упругости от удлинения. Сделать вывод о характере этой зависимости.

Оборудование: штатив, динамометр, 3 груза, линейка.

Ход работы.

1. Подвесьте груз к пружине динамометра, измерьте силу упругости и удлинение пружины.
2. Затем к первому грузу прикрепите второй. Повторите измерения.
3. Ко второму грузу прикрепите третий. Снова повторите измерения.
4. Результаты занесите в таблицу:

5. Постройте график зависимости силы упругости от удлинения пружины:

         Fупр, Н

3,0

2,0

1,0

     0             0,02           0,04           0,06            0,08              Δl, м

6. По графику найдите средние значения силы упругости и удлинения. Рассчитайте среднее значение коэффициента упругости:

7. Сделайте вывод.

Лабораторная работа № 2.

«Определение коэффициента трения».

Цель: Определить коэффициент трения с помощью графика зависимости силы трения  от веса тела. Сделать вывод о соотношении коэффициента трения скольжения и коэффициента трения покоя.

Оборудование: брусок, динамометр, 3 груза весом по 1 Н, линейка.

Ход работы.

1. С помощью динамометра измерьте вес бруска Р.
2. Расположите брусок горизонтально на линейке. С помощью динамометра измерьте максимальную силу трения покоя Fтр0.
3. Равномерно двигая, брусок по линейке измерьте силу трения скольжения Fтр.
4. Разместите груз на бруске. Повторите измерения.
5. Добавьте второй груз. Повторите измерения.
6. Добавьте третий груз. Снова повторите измерения.
7. Результаты занесите в таблицу:

8. Постройте графики зависимости силы трения от веса тела:

         Fупр, Н

1,0

0,5

     0              1,0               2,0           3,0             4,0               Р, Н

9. По графику найдите средние значения веса тела, силы трения покоя и силы трения скольжения. Рассчитайте средние значения  коэффициента трения покоя и коэффициента трения скольжения:

                                    μср0 = Fср.тр0    ;              μср =  Fср.тр ;            

                                                 Рср                                   Рср

10. Сделайте вывод.

Лабораторная работа № 3.

«Изучение движения тела под действием нескольких сил».

Цель: Изучить движение тела под действием сил упругости и тяжести. Сделать вывод о выполнении  II закона Ньютона.

Оборудование: штатив, динамометр,  груз массой 100 г на нити, круг из бумаги, секундомер, линейка.

Ход работы.

1. Подвесьте груз на нити с помощью штатива над центром круга.
2. Раскрутите брусок в горизонтальной плоскости, двигаясь по границе круга.

                                                                               N

                                                                     R                  Fупр

                                                                                    mg

3. Измерьте время t, за которое тело совершает не менее 20 оборотов n.
4. Измерьте радиус круга R.
5. Отведите груз на границу круга, с помощью динамометра измерьте равнодействующую силу, равную силе упругости пружины Fупр.
6. Используя II закона Ньютона, рассчитайте центростремительное ускорение:

F = m . ацс ;    ацс = v 2 ;   v = 2 . π . R  ;  Т = _t _  ;

                                            R                   Т                 n

                                                               ацс =  4. π2 . R . n2            ;

                                                                                  t2                                                  

          ( π2 можно принять равным 10).

7. Рассчитайте равнодействующую силу  m . ацс .
8. Результаты занесите в таблицу:

9. Сделайте вывод.

Лабораторная работа № 4.

«Измерение ускорения свободного падения».

Цель: Измерить ускорение свободного падения с помощью маятника. Сделать вывод о совпадении  полученного результата со справочным значением.

Оборудование: штатив, шарик на нити, динамометр, секундомер, линейка.

Ход работы.

1. Подвесьте шарик на нити с помощью штатива.

2. Толчком отклоните шарик от положения равновесия.

                                                                 α          

                                                                            l

                                                                                  N

                                                                                    mg

3. Измерьте время t, за которое маятник совершает не менее 20 колебаний (одно колебание – это отклонение в обе стороны от положения равновесия).

4. Измерьте длину подвеса шарика l.

5. Используя формулу периода колебаний математического маятника, рассчитайте  ускорение свободного падения:

Т = 2.π.            l       ;     Т = _t _  ;   _t _  =  2.π.           l       ;  _t2   =  4.π2. l          

                                    g                      n          n                         g           n2          g

                                                               g =  4. π2 . l. n2         ;

                                                                             t2                                                

          ( π2 можно принять равным 10).

6. Результаты занесите в таблицу:

7. Сделайте вывод.

Лабораторная работа № 5.

«Опытная проверка закона Гей-Люссака».

Цель: Исследовать изобарный процесс. Сделать вывод о выполнении  закона Гей-Люссака.

Оборудование: пробирка, стакан с горячей водой, стакан с холодной водой, термометр, линейка.

Ход работы.

1. Поместите пробирку открытым концом вверх в горячую воду для прогревания воздуха в пробирке не менее 2 – 3 минут. Измерьте температуру горячей воды t1.
2. Закройте большим пальцем отверстие пробирки, достаньте пробирку из воды и поместите в холодную воду, перевернув пробирку. Внимание! Чтобы воздух не вышел из пробирки, палец отвести от отверстия пробирки только под водой.
3. Оставьте пробирку открытым концом вниз в холодной воде  несколько минут. Измерьте температуру холодной воды t2. Наблюдайте подъём воды в пробирке.

                                                                                     l2

                                                              l1

4. После прекращения подъёма уравняйте поверхность воды в пробирке с поверхностью воды в стакане. Теперь давление воздуха в пробирке равно атмосферному давлению, т.е. выполняется условие изобарного процесса Р = const. Измерьте высоту воздуха в пробирке l2.
5. Вылейте воду из пробирки и измерьте длину пробирки l1.
6. Проверьте выполнение закона Гей-Люссака:

              V1   =  V2 ;     V1  = _T1   .  

                          T1        T2       V2       T2   

Отношение объёмов можно заменить отношением высот столбиков воздуха в пробирке:  

                                                               l1   =  T1           

                                                               l2       T2           

7. Переведите температуру из шкалы Цельсия в абсолютную шкалу: Т = t + 273.
8. Результаты занесите в таблицу:

9. Сделайте вывод.

Лабораторная работа № 6 .

«Измерение коэффициента поверхностного натяжения».

Цель: Измерить коэффициент поверхностного натяжения воды. Сделать вывод о совпадении полученного значения со справочным значением.

Оборудование: пипетка с делениями, стакан с водой.

Ход работы.

1. Наберите воду в пипетку.

2. По капле выливайте воду из пипетки. Отсчитайте количество капель n, соответствующих определённому объёму воды V(например, 0,5 см3), вылившейся из пипетки.

3. Рассчитайте коэффициент поверхностного натяжения: σ = F  , где F = m . g; l = π .d    

                                                                                                                    l

                    σ = m . g  , где m = ρ .V              σ = ρ .V. g      

                           π .d                     n                        π .d . n                

ρ = 1,0 г/см3 – плотность  воды; g = 9,8 м/с2 – ускорение свободного падения; π = 3,14;

d = 2 мм – диаметр шейки капли, равный внутреннему сечению носика пипетки.

4. Результаты занесите в таблицу:

5. Сравните полученное значение коэффициента поверхностного натяжения со справочным значением: σспр. = 0, 073 Н/м.

6. Сделайте вывод.

Лабораторная работа № 7.

«Измерение модуля упругости резины».

Цель: Определить модуль упругости резины. Сделать вывод о совпадении  полученного результата со справочным значением.

Оборудование: штатив, кусок резинового шнура, набор грузов, линейка.

Ход работы.

1. Подвесьте резиновый шнур с помощью штатива. Измерьте расстояние между метками на шнуре l0.
2. Прикрепите к свободному концу шнура грузы. Вес грузов равен силе упругости F, возникающей в шнуре при деформации растяжения.
3. Измерьте расстояние между метками при деформации шнура l.

                                           l0

                                                                                                    l

4. Рассчитайте модуль упругости резины, используя закон Гука: σ = Е . ε, где σ = F 

                                                                                                                                    S

– механическое напряжение, S = π . d2  - площадь сечения шнура, d – диаметр шнура,       

                                                  4

ε = Δl = (l – l0) – относительное удлинение шнура.

       l          l

4 . F  =  E . (l – l0)                          E =  4 . F . l0               , где π = 3,14; d =  5 мм = 0,005 м.     

π . d2           l                                         π.d2.(l –l0)                 

5. Результаты занесите в таблицу:

6. Сравните полученное значение модуля упругости со справочным значением:

       Еспр. = 8 . 108 Па.

7. Сделайте вывод.

Лабораторная работа № 8.

«Исследование зависимости силы тока от напряжения».

Цель: Построить ВАХ металлического проводника, с помощью полученной зависимости определить сопротивление резистора, сделать вывод о характере ВАХ.

Оборудование: Батарея гальванических элементов, амперметр, вольтметр, реостат, резистор, соединительные провода.

Ход работы.

1. Собрать цепь:            

                                      А              

                                                                 V

2. Снять показания  с амперметра и вольтметра, регулируя напряжение на резисторе с помощью реостата. Результаты занести в таблицу:

3. По данным из таблицы построить ВАХ:

I, А            

0,4

0,3

0,2

0,1

                                                                                           U, В

    0       0,2    0,4   0,6    0,8     1,0    1,2    1,4    1,6    1,8

4. По ВАХ определить средние значения тока  Iср и напряжения Uср.

5. Рассчитать сопротивление резистора, используя закон Ома:

                                                         Uср  

                                              R =             .

                                                          Iср

6. Сделать вывод.  

Лабораторная работа № 9.

«Измерение удельного сопротивления проводника».

Цель: Определить удельное сопротивление никелинового проводника, сделать вывод о совпадении полученного значения со справочным значением.

Оборудование: Батарея гальванических элементов, амперметр, вольтметр, никелиновая проволока, линейка, соединительные провода.

Ход работы.

1) Собрать цепь:

                                            А                           V

2) Снять показания  с амперметра и вольтметра. Результаты занести в таблицу.

3) Измерить длину проволоки. Результат занести в таблицу.

4) Рассчитать удельное сопротивление проводника, используя закон Ома для участка цепи :R = U/ I.

 R = ρ. l / S – сопротивление проводника; S =  π . d2/ 4 – площадь сечения проводника;

                                                                           ρ = 3,14 . d2 . U

                                                                                      4.I . l

5) Результат занести в таблицу:

6) Сравнить полученное значение со справочным значением удельного сопротивления никелина:

0,42 Ом .. мм2 / м.

7) Сделать вывод.

Лабораторная работа № 10.

«Изучение последовательного и параллельного соединения проводников».

Цель: Сделать вывод о выполнении законов  последовательного и параллельного соединения проводников.

Оборудование: Батарея гальванических элементов, амперметр, вольтметр, два резистора, соединительные провода.

Ход работы.

               1) Собрать цепи:  а) с последовательным        и      б) параллельным соединением  

                резисторов:

                А                            V                                    A                           V

                                R1                              R2                                                                                  R1  

                                                                                                                   R2

2) Снять показания  с амперметра и вольтметра.

3) Рассчитать общее сопротивление резисторов, используя закон Ома (практически) и номинальные значения сопротивления резисторов (теоретически):

 U

                                                                Rпр =             ;          

 I

                                а) Rтр = R1 + R2                ;            б)                    R1 .R2

                                                                                                                                                   Rтр =                   .  

                                                                                                                                                             (R1 + R2)

Результаты занести в таблицу:

5) Сделать вывод.

Лабораторная работа № 11.

«Измерение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока».

Цель: Измерить ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока, объяснить причину отличия измеренного значения ЭДС от номинального значения.

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

 Ход работы.

1) Собрать цепь:

                                А                           V

2) Снять показания  с амперметра и вольтметра. Результаты занести в таблицу.

3) Разомкнуть ключ. Снять показания  с вольтметра (ЭДС). Результат занести в таблицу. Сравнить измеренное значение ЭДС с номинальным значением: ε ном = 4,5 В.

4) Рассчитать внутреннее сопротивление источника тока, используя закон Ома для полной цепи: I = ε /(R + r).

I . (R + r) = ε; I . R + I . r = ε; U + I . r = ε; I . r = ε – U;

                                                                       ε – U

                                                              r =

                                                                          I

5) Результат занести в таблицу:

6) Сделать вывод.

Лабораторная работа № 12.

«Наблюдение действия магнитного поля на ток».

Цель: Установить направление тока в витке, используя правило левой руки. Сделать вывод, от чего зависит направление силы Ампера.

Оборудование: Проволочный виток, батарея гальванических элементов, ключ, соединительные провода, дугообразный магнит, штатив.

Ход работы.

1) Собрать цепь:

2) Поднести магнит к витку без тока. Объяснить наблюдаемое явление.

3) Поднести к витку с током сначала северный полюс магнита (N), затем – южный (S). Показать на рисунке взаимное расположение витка и полюсов магнита, указать направление силы Ампера, вектора магнитной индукции и тока в витке:

             I      

N                                                                 N

                          F

  B                                                               B                      

S                                                                  S

4) Повторить опыты, поменяв направление тока в витке:

N                                                                N

 B                                                                   B

S                                                                 S                          

5) Сделать вывод.

Лабораторная работа № 13.

«Наблюдение отражения света».

Цель: наблюдать явление отражения света. Сделать вывод о выполнении  закона отражения света.

Оборудование: источник света, экран с щелью, плоское зеркало, транспортир, угольник.

Ход работы.

1. Начертите прямую линию, вдоль которой расположите зеркало.

2. С помощью экрана получите тонкий луч света.

3. Направьте луч света на зеркало. Отметьте двумя точками падающий и отражённый лучи. Соединив точки, постройте падающий и отражённый лучи, в точке падения пунктиром восстановите перпендикуляр к плоскости зеркала.

                              1                                                                 1’

                           2                                                                       2’

                           3                                                                          3’

                                                              α     γ

4. Повторите опыт два раза, меняя угол падения, но не меняйте точку падения.

5. C помощью транспортира измерьте углы падения и отражения луча.

6. Результаты занесите в таблицу:

7. Сделайте вывод.

Лабораторная работа № 14.

«Измерение показателя преломления стекла».

Цель: измерить показатель преломления стекла. Сделать вывод о совпадении полученного результата табличным значением.

Оборудование: источник света, экран с щелью, стеклянная пластина, циркуль (или транспортир), угольник.

Ход работы.

1. Обведите стеклянную пластину (рисунок расположить в центре листа).
2. С помощью экрана получите тонкий луч света.
3. Направьте луч света на пластину. Отметьте двумя точками падающий луч и  луч, вышедший из пластины. Соединив точки, постройте падающий луч  и вышедший луч. В точке падения В пунктиром восстановите перпендикуляр к плоскости пластины. Точка  F – место выхода луча из пластины. Соединив точки В и F, постройте преломленный луч ВF.

                                           А                         Е                                                    

                                                              α      

                                                                       В

                                                                       β    

                                                                  D         С

                                                                            F

4. Для определения показателя преломления используем закон преломления света:

n = sin α

      sin β

5. Постройте окружность произвольного радиуса (взять радиус окружности как можно больше) с центром в точке В.
6. Обозначьте точку А пересечения падающего луча с окружностью и точку С пересечения преломленного луча с окружностью.
7. Из точек А и С опустить перпендикуляры на перпендикуляр к плоскости пластины. Полученные треугольники ВАЕ и ВСD – прямоугольные с равными гипотенузами ВА и ВС (радиус окружности).
8. Следовательно, отношение синусов углов можно заменить отношением противолежащих катетов:

                                                                        n =  АЕ                         

                                                                                        СD                                            

9. Измерьте катеты АЕ и СD. Рассчитайте показатель преломления стекла. Сравните полученный результат с табличным значением nтаб. = 1,6.
10.  Результаты занесите в таблицу:

11. Сделайте вывод.

Лабораторная работа № 15.

«Измерение длины световой волны».

Цель: измерить длины волн, соответствующих красному и фиолетовому концам спектра, с помощью дифракционной решётки. Сделать вывод о совпадении полученных  результатов со справочными значениями.

Оборудование: источник света, дифракционная решётка, держатель с линейкой, экран с щелью и с линейкой.

Ход работы.

1. Установите дифракционную решётку в держателе, расположите экран на расстоянии a от решётки.
2. С помощью решётки получите изображения спектров на экране, для этого рассматривайте нить накаливания лампы через щель в экране.

                                                                                                                         1 max

                                                                                                                         b

                                                                φ                             а

                                                                                                                         0 max (щель)                              

                            дифракционная

                                         решётка                                                                                           b

                                                                                                                         1 max

                                                                                                                    экран

3. C помощью линейки на экране измерьте расстояние от щели до красного максимума первого порядка.
4. Аналогичное измерение сделайте для фиолетового максимума первого порядка.
5. Рассчитайте длины волн, соответствующие красному и фиолетовому концам спектра, с помощью уравнения дифракционной решётки: d . sin φ = k . λ, где d – период дифракционной решётки.

d =  1      мм = 0,01 мм = 1 . 10-2 мм =  1 . 10-5 м; k = 1;  sin φ = tg φ = a   (для малых углов).  

    100                                                                                                        b

                                                                            λ =  d.b                   

                                                                            а                                    

6. Сравните полученные результаты со справочными значениями:  λк = 7,6 . 10-7 м; λф = 4,.0 . 10-7 м.
7.  Результаты занесите в таблицу:

8. Сделайте вывод.

Лабораторная работа № 16.

«Наблюдение линейчатых спектров».

Цель: наблюдать и зарисовать спектры инертных газов. Сделать вывод о совпадении полученных  изображений спектров со стандартным изображениями.

Оборудование: источник питания, высокочастотный генератор, спектральные трубки, стеклянная пластина, цветные карандаши.

Ход работы.

1. Получите изображение спектра водорода. Для этого рассматривайте светящийся канал спектральной трубки через непараллельные грани стеклянной пластины.

2. Зарисуйте спектр водорода (Н):

                                400                               600                              800, нм  

3. Аналогично получите и зарисуйте изображения спектров:

криптона (Кr)

                                400                               600                              800, нм

         гелия (Не)

                                400                               600                              800, нм

          неона (Nе)

                                400                               600                              800, нм

4. Сделайте вывод.

Лабораторная работа № 17.

«Исследование треков частиц».

Цель: определить удельный заряд частиц по их трекам в камере Вильсона. Сделать вывод о совпадении полученных  значений со справочными значениями.

Оборудование: фотография треков, линейка.

Ход работы.

1. Переведите треки частиц в тетрадь (через стекло), располагая их по углам страницы.
2. Определите радиусы кривизны треков RI, RII,  RIII,  RIV. Для этого проведите две хорды из одной точки траектории, постройте серединные перпендикуляры к хордам. Точка пересечения перпендикуляров – центр кривизны трека О. Измерьте расстояние от центра до дуги. Полученные значения занесите в таблицу.

                                                  R        R

                                                                  О

3. Определите удельный заряд частицы, сравнив его с удельным зарядом протона Н11  q  = 1.

                                                                                                                                             m

На заряженную частицу в магнитном поле действует сила Лоренца: Fл = q . B. v. Эта сила сообщает частице центростремительное ускорение: q . B . v =  m. v2                      q  пропорционален   1 .

                                                                                         R                m                                R                                  

                                                                            q   =   RI    

                                                                           m        RII, III, IV

4.  Результаты занесите в таблицу:

5. Сделайте вывод.