Нестандартные лабораторные (исследовательские) работы из серии "Физический практикум 9-11 классы"
опыты и эксперименты по физике (9, 10, 11 класс) на тему

Нестандартные лабораторные (исследовательские) работы из серии «Физический практикум 9-11 кл»

Автор: Зубарева Вера Николаевна, учитель физики

МАОУ СОШ №4 г.Покачи, ХМАО-Югра

Темы:

1. Наблюдение явления полного отражения
2. Измерение мощности эквивалентной дозы
3. Изучение гармонических колебаний
4. Определение температуры нити накала лампы.
5. Изучение параллельного и последовательного соединения проводников.
6. Определение фокусного расстояния и оптической силы рассеивающей линзы
7. Определение скорости тела с помощью закона сохранения энергии.
8. Определение массы тела с помощью правила моментов
9. Определение длины волны света лазера
10. Изучение и сборка простейших электронных схем
11. Получение выигрыша в силе с помощью блоков
12. Определение прочности нити с помощью рычага
13. Определение коэффициента упругости
14. Изучение зависимости освещенности поверхности от расстояния до источника света и угла наклона лучей.

Наблюдение явления полного отражения

Оборудование:  источник света (лазерная указка), Экран со щелью, стеклянная  

                             полукруглая призма, линейка, транспортир.

Содержание и метод выполнения работы

Свет, переходя из среды более плотной в менее плотную, может испытывать полное отражение, т.к. угол преломления в этом случае больше угла падения.

        sinα =αпр =arcsin

                                        при некотором угле пр   свет не выйдет из стекла и            

                                         полностью

                                        отразится под тем же углом, т.е. произойдет явление полного отражения.

Порядок выполнения работы 

1. Направить световой луч на полукруглую призму (как показано на рис.1)

2.  Меняя угол добиться полного отражения света.

3. Измерить с помощью транспортира   пр.

4. Направить луч на плоскую грань призмы.

5. Определить показатель преломления по формуле

     n =

6.Определить по формуле     предельный угол полного отражения.

7. Сравнить этот угол с тем, который получен экспериментально.

8. Сделать соответствующий вывод.

Контрольные вопросы

1. От чего зависит предельный угол полного отражения?

2. Где применяют явление полного отражения.

Измерение мощности эквивалентной дозы

Цель работы: научиться оценивать мощность эквивалентной дозы естественного радиоактивного излучения.

Оборудование: дозиметр бытовой для измерения   - фона.

Краткая теория

 Радиоактивный фон создается космическими лучами, а также источниками имеющимися на Земле. Кроме того он может быть обусловлен деятельностью человека: добыча полезных ископаемых, создание стройматериалов, использование радиоизотопов для различных целей и т.д. От радиации нам никуда не скрыться, но важно не переборщить. Считается нормальной средняя МЭД (мощность эквивалентной дозы) равна 20-30 мкр/ч (0,2-0,3 мкЗв/ч). Необходимы постоянные измерения МЭД.

Ход работы

1. Изучить принцип действия прибора.

2. Выполнить 10 измерений МЭД с интервалом в 40 с.

3. По полученным данным построить график зависимости МЭД от t

4. Сделать вывод о естественном  -фоне.

5.Проверить МЭД в любом другом месте (можно вне помещения).

Контрольный вопрос

1. Какова особенность    - лучей?

2. Почему данный прибор не реагирует на  и        частицы.?

Изучение гармонических колебаний

Оборудование: штатив для фронтальных работ, грузы, нить, секундомер.

Цель работы: установить зависимость периода колебаний от амплитуды, массы, длины  маятника.

Порядок выполнения работы

I  1. Подвесить к штативу груз на нити.

   2. Отклонить груз на 2-3 см от положения равновесия и измерить время      

            10-20 колебаний

        3. Определить период колебаний по формуле T=.

4. Проделать то же самое при других отклонениях маятника от                                     положения равновесия.

       5.  Полученные данные занести в таблицу

       6. Сделать вывод о том, как зависит период колебаний от амплитуды.

   II 1. Проделать тоже самое, что и в I –ом случае, но менять теперь надо  будет не амплитуду, а массу маятника.

      2. Полученные данные занести в таблицу.

4. По этим данным сделать вывод о зависимости периода колебаний от массы груза.

  III  1. При неизменной массе и амплитуде менять длину маятника, находя каждый раз

Период колебаний.

        2. Полученные данные занести в таблицу

      3. По полученным данным построить график зависимости периода колебаний маятника от   длины нити. Сделать вывод о том, как влияет длина маятника на период колебаний.

Определение температуры нити накала лампы.

Цель работы; пронаблюдать изменение сопротивления проводника при                          изменении температуры. Используя формулу R = Ro (1+αt) определить температуру нити накала лампы.

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

Ход работы

3. Снять показания амперметра и вольтметра при различном накале лампы.

4. По полученным данным построить график зависимости I(U), сделать вывод.

5. Используя закон Ома определить минимальное и максимальное сопротивление лампы R1 и R2.

6.  Рассчитать температуру нити накала по формулам R1=R0(1+t1)

                                                                                             R2=R0(1+t2)

решить систему относительно t2 ,  - температурный коэффициент сопротивления (взять в таблице для вольфрама), t1 cчитать равной температуре в классе.

Контрольные вопросы

    1. Как меняется сопротивление металлов, жидкостей, полупроводников с      ростом температуры?

    2. В какой момент электрическая лампа потребляет большую мощность в процессе горения или в момент включения и почему?

Изучение параллельного и последовательного соединения проводников.

Оборудование: источник тока, 3 резистора,  3 амперметра, 4 вольтметра, ключ, соединительные провода.

Содержание и метод выполнения работы

   При прохождении электрического тока по цепи выполняются следующие условия I=I1=I2=….In , U=U1+U2+…+Un, R=R+R+…Rn, (в последовательном соединении) и I=I1+I2+…In, U=U1=U2=…Un, , (в параллельном соединении). Амперметры подключаются последовательно с резистором, а вольтметры параллельно.

Порядок выполнения работы

3. Измерить ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока.

4. Зная ЭДС, r, R1, R2, R3, вычислить все токи и напряжения и полученные    данные занести в таблицу.

5. Сравнить результаты, полученные экспериментально и теоретически. Сделать вывод.

Определение фокусного расстояния и оптической силы рассеивающей линзы

Оборудование: источник света, экран, линзы собирающие, линзы   рассеивающие, линейка, штатив.

Содержание и метод выполнения работы

   Рассеивающая линза не дает изображения предмета на экране и поэтому определить её оптическую силу также как и для собирающей нельзя. Известно, что если сложить две собирающие линзы вместе, то оптическая сила данной системы будет равна сумме оптических сил отдельных линз. Если сложить вместе собирающую и рассеивающую линзы, то последняя уменьшает общую оптическую силу так как она рассеивает лучи и удлиняет фокусное расстояние.

Порядок выполнения работы

6. Сделать вывод о проделанной работе.

Определение скорости тела с помощью закона сохранения энергии.

Цель работы: научиться находить скорость тела по его тормозному пути.

Оборудование: динамометр, нить, брусок, линейка.

Краткая теория

   С помощью закона сохранения энергии можно определить какой была скорость автомобиля перед началом торможения. Для этого нужно будет измерить длину следа, который останется на дороге. Сила трения совершит работу, которая уменьшит до 0 кинетическую энергию

Ек=Атр      Ек=;    Атр=µmgs    v= (1)

Порядок выполнения работы

3. Измерить расстояние, которое пройдет брусок после прекращения действия на   него упругой силы.

4. Определить коэффициент трения бруска о стол µ=, сила трения измеряется динамометром при равномерном движении бруска по поверхности стола (m – масса бруска).

5. Зная µ и s по формуле (1) определить скорость

Контрольные вопросы

1. От чего зависит длина тормозного пути?

2. Как, используя закон сохранения энергии определить коэффициент трения.

Определение массы тела с помощью правила моментов

Цель работы: научиться определять массу тела нестандартным способом.

Оборудование: продолговатое тело неизвестной массы, груз известной массы, линейка.

Краткая теория

   Любое тело находится в равновесии, если сумма сил и моментов сил равны 0. М=F*L – момент силы.  М1+М2+М3+…=0 – условие равновесия.

Ход работы

1. Определить центр тяжести тела.

2. Установить груз на одном из концов тела.

3. Найти новый центр тяжести.

4. Используя правило моментов найти массу тела.

        F1*L1=F2*L2

                            m   =;

Контрольные вопросы

1. Как с помощью рычага получить десятикратный выигрыш в силе?

2. Можно ли получить такой же выигрыш в работе?

Определение длины волны света лазера

Оборудование: лазерная указка, дифракционная решетка, линейка, штатив для фронтальных работ.

Содержание и метод выполнения работ: 

   Луч лазера представляет из себя когерентную монохроматическую волну, длину которой можно определить с помощью дифракционной решетки. Если направить луч лазера на дифракционную решетку, то за ней на экране появятся несколько интерференционных максимумов освещенности.

Порядок выполнения работы

1. Установить в штативе дифракционную решетку и лазерную указку.

2. На другом краю стола установить экран.

3. Включить лазер и измерить расстояние от центрального до первого максимума интерференции l.

4. Измерить расстояние от решетки до экрана.

5. По формуле (1) подсчитать λ.

6. Измерить расстояние до второго  (k=2) и третьего (k=3) максимума.

7. Определить длину волн λ2 и λ3.
8. Найти среднее значение .
9. Сравнить полученный результат с тем который указан на лазерной указке.

Контрольный вопрос

 Какими свойствами обладает лазерный луч?

Изучение и сборка простейших электронных схем

Цель работы: научиться собирать и применять простейшие электронные схемы.

Содержание и метод выполнения работ

Электронные схемы имеют очень широкое применение. Можно собрать простейшее сторожевое устройство на одном транзисторе по следующей схеме:

В данной схеме, выполненной на транзисторе КТ315, сигналом может служить простая электрическая лампа, подключенная к источнику тока через электромагнитное реле, которое срабатывает благодаря транзистору в тот момент, когда в цепи произойдет разрыв.

Порядок выполнения работы

1. Найти все детали, показанные на схеме.

2. Выяснить, где у транзистора эмиттер, база и коллектор.

3. Собрать цепь по заданной схеме.

4. К выводам Т1 и Т2 подсоединить провод и предусмотреть в нем возможность разрыва.

5. Проверить работу схемы.

6. Сделать вывод о том, где и как её можно применить и какие можно внести усовершенствования

Получение выигрыша в силе с помощью блоков

Цель работы: научиться собирать простые механизмы, дающие выигрыш в силе.

Оборудование: штатив с принадлежностями, блоки, динамометр, грузы, нить.

Ход работы

1. Закрепить в штативе неподвижный блок.
2. Измерить силу поднятия груза с помощью блока и сделать вывод о выигрыше в силе?

3. Установить подвижный и неподвижный блоки и также определить выигрыш в силе.

4. Собрать установку с двумя подвижными и одним неподвижным блоками. Определить выигрыш в силе.

Контрольные вопросы

1. Как можно получить еще больший выигрыш в силе.
2. Какие механизмы также дают выигрыш в силе?

Определение прочности нити с помощью рычага

Оборудование: рычаг, груз известной массы, исследуемая нить, штатив для фронтальных работ, линейка.

Содержание и метод выполнения работы

   Под прочностью нити надо понимать ту максимальную нагрузку, которую может выдержать нить. Чтобы точно определить максимальное усилие, надо его как – то плавно изменить, пока нить не порвется. Для этого можно воспользоваться рычагом. Если к рычагу приложить две силы, то будет выполняться следующее условие М1=М2, где  M1=F1* l1  и  M2*l2   отсюда          

F1 *l1=F2 *l 2  F1=

F2=mg    F1=  (1)  

Плавно увеличивая l2 можно также увеличивать и F1.

Порядок выполнения работы

1. Собрать установку по рисунку.

2. Подвесить с одной стороны груз известной массы, а с другой прикрепить нить и удерживать ей рычаг всё время в горизонтальном положении.

3. Плавно сдвигать вправо груз до тех пор пока нить не порвется.

4. Измерить l1 и l2 .

5. Вычислить по формуле (1) максимальную силу, которую выдерживает нить.

Контрольный вопрос

Как можно еще определить прочность нити, лески, проволоки?

Предложите свои способы.

Определение коэффициента упругости

Цель: научиться определять жесткость с помощью закона Гука, установить от чего она зависит.

Оборудование: штатив, пружины, грузы, линейка.

Краткая теория

   Согласно закону Гука сила упругости зависит от жесткости и деформации

F=-kx. Сама же жесткость зависит от материала, длины и площади сечения. Если две пружины соединить последовательно, то из–за увеличения длины жесткость уменьшается. При параллельном соединении она наоборот увеличивается, т. к. это равносильно увеличению площади сечение пружины.

Порядок выполнения работы

1. На штатив подвесить пружину, к ней прикрепить груз известной массы и измерить удлинение, то есть разность между конечной и начальной длиной.

2. Определить жесткость k1 по закону Гука.
3. Подвесить вторую пружину и для неё найти жесткость k2.
4. Соединить две пружины последовательно и таким же способом измерив общее удлинение найти общую жесткость k3.

5. Полученный результат сравнить с k=. Сделать вывод.
6. Соединить две пружины параллельно и так же определить общую жесткость.

7. Полученный результат сравнить с k=k1+k2. Сделать вывод.

Контрольные вопросы

1. В каких случаях выполняется закон Гука?
2. Как сила упругости влияет на жесткость?

Изучение зависимости освещенности поверхности от расстояния до источника света и угла наклона лучей.

Цель работы: установить экспериментально от чего зависит освещенность поверхности.

Оборудование: люксметр, источник света, линейка.

Краткая теория

   Освещенность поверхности можно определить по формуле Е=, где I – сила света, R – расстояние до поверхности, ά – угол падения.

Порядок выполнения работы

1. Подключить датчик освещенности к измерительному блоку и проверить его работу

2. Зафиксировать его показания при различных расстояниях от него до поверхности.

3. По полученным данным построить график зависимости освещенности от расстояния.

4. Не меняя расстояния зафиксировать показания при разных углах наклона поверхности.

5. По полученным данным построить график зависимости освещенности от угла падения.

6. Используя графики сделать соответствующие выводы.

Контрольные вопросы

1. От чего происходит смена времен года на Земле?

2. Как меняется освещенность поверхности Земли в нашей местности в течение года?