Лабораторные работы
материал по физике (7 класс)

Сборник лабораторных работ для 7 класса

Список лабораторных работ:

1. Лабораторная работа №1 по теме: «Создание новой единицы измерения и определение в ней объема произвольного твердого тела».

2. Лабораторная работа №2 по теме: «Расчет средней скорости движения частицы гуммигута в воде».

3. Лабораторная работа №3 по теме: «Определение жесткости данной пружины».

4. Лабораторная работа №4 по теме: «Определение рода предложенной жидкости с помощью сообщающихся сосудов».

5. Лабораторная работа №5 по теме: «Определение рода различных жидкостей».

6. Лабораторная работа №6 по теме: «Определение коэффициента трения скольжения бруска по горизонтальной поверхности».

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

на тему:

«Создание новой единицы измерения и определение в ней объема произвольного твердого тела».

Цель работы: создать и определить в новой единице измерения объем твердого тела.

Оборудование: цилиндрический сосуд правильной формы; эталон новой единицы измерения объема (небольшой сосуд маленького объема); узкий лист белой бумаги; скотч; твердое тело неправильной формы, произвольный сосуд с водой.

Теоретическая часть работы:

Цилиндрический сосуд правильной формы позволяет заливаемой в него жидкости равномерно распределяться по всему его объему.

Эталон единицы измерения объема – это сосуд, содержащий в себе объем жидкости, равный одной единице измерения данной физической величины.

Шкала измерения физического прибора – множество штрихов на внешней части физического прибора, разделенных между собой равными промежутками, напротив некоторых из которых имеются числа; в одном из верхних углов шкалы указывается единица измеряемой прибором величины.

Деление шкалы прибора – расстояние между двумя ближайшими штрихами шкалы.

Нахождение цены деления шкалы прибора:

- нужно взять два ближайших штриха шкалы, обозначенных числами;

- из большего числа вычесть меньшее;

- полученный результат поделить на количество делений между этими штрихами.

Для нахождения объема твердого тела неправильной формы нужно из объема жидкости с помещенным в нее рассматриваемым телом (V2) вычесть объем данной жидкости без тела (V1):

Vт = V2 – V1 (1).

Указания к выполнению работы:

1. Возьмите цилиндрический сосуд правильной формы и прикрепите к нему скотчем белый лист бумаги так, чтобы нижний ее край находился вровень с дном этого сосуда.

2. На листе бумаги, на уровне дна сосуда ручкой отметьте штрих, который будет соответствовать нулю вашей шкалы прибора.

3. Используя данный вам эталон новой единицы измерения объема, заполните его до краев водой и перелейте ее в исходный цилиндрический сосуд. Полученный уровень воды отметьте на вашей шкале штрихом с цифрой 1.

4. Аналогичным способом отметьте на шкале штрихи, соответствующие цифрам 2, 3, и т.д., до каких пор позволит это сделать высота вашего цилиндрического сосуда.

5. Придумайте название вашей новой единице измерения объема и укажите ее сокращенное обозначение в верхнем углу вашей составленной шкалы на цилиндре.

6. Используя правило нахождения цены деления физического прибора, определите ее значение для вашего прибора.

7. Слейте всю имеющуюся воду из вашего прибора и залейте туда произвольное, небольшое количество воды. Это будет объем жидкости без погруженного в нее тела (V1). Измерьте и запишите полученный объем.

8. Возьмите тело на нити, объем которого вам необходимо определить, и опустите его в ваш прибор. Снова измерьте и запишите объем полученной воды. Это будет объем жидкости с погруженным в нее телом (V2).

9. Используя формулу (1) из теоретической части данной работы, вычислите объем представленного вам тела (Vт).

10. Используя полученные в ходе проведения работы знания, ответьте на следующие вопросы:

- Как можно ввести новую единицу измерения физической величины?

- Укажите один из способов определения объема твердого тела неправильной формы.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

на тему:

«Расчет средней скорости движения частицы гуммигута в воде».

Цель работы: научиться, используя рисунок движения броуновской частицы в жидкости, рассчитывать среднюю скорость ее движения.

Оборудование: рисунок движения частицы гуммигута в воде, увеличенный в 3000 раз; измерительная линейка.

Теоретическая часть работы:

На рисунке, сделанном Жаном Перроном по результатам его наблюдения под микроскопом движения частицы гуммигута в воде, точками обозначены моменты столкновения броуновской частицы с молекулами воды. В промежутках времени между двумя последовательными столкновениями частицы она движется равномерно, т.к. на нее не действуют молекулы воды. Время между двумя любыми столкновениями частицы с молекулами жидкости составляет 30 секунд.

Измерив линейкой отрезки, проходимые броуновской частицей между двумя последовательными ее столкновениями, и соблюдая масштаб увеличения рисунка, можно определить реальные пути, проходимые нашей молекулой.

Зная время, которое затратила частица на прохождение каждого участка, можно рассчитать ее среднюю скорость движения за несколько последовательных столкновений с молекулами воды по следующей формуле:

υср = (s1 + … +sn) / (t1 + … + tn) (1).

Указания к выполнению работы:

1. На рисунке, указанном в теоретической части работы, показана траектория движения броуновской частицы гуммигута за счет ее столкновения с молекулами воды. Рисунок увеличен в масштабе: 1 к 3000.

2. Используя измерительную линейку и учитывая масштаб рисунка, рассчитайте реальные расстояния, проходимые частицей гуммигута в результате ее нескольких последовательных столкновений с молекулами воды (s1, …, sn).

3. Время между двумя последовательными столкновениями броуновской частицы с молекулами воды составляет 30 секунд

4. Используя данные, полученные во 2 пункте работы, численные значения времени из пункта 3, а так же формулу (1) теоретической части работы, рассчитайте среднюю скорость движения предложенной вам молекулы газа (υср).

5. Используя знания, полученные во время выполнения этой лабораторной работы, ответьте на следующие вопросы:

- Почему молекула газа между двумя последовательными столкновениями с другими молекулами движется прямолинейно и равномерно?

- Каково движение молекул газа, жидкости и твердого тела?

- Как рассчитывается скорость равномерного и неравномерного движений?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3

на тему:

«Определение жесткости данной пружины».

Цель работы: научиться в лабораторных условиях, имея в наличии мензурку, линейку и таблицу плотностей твердых тел, определять жесткость предложенной пружины.

Оборудование: мензурка, таблица плотностей твердых тел, твердое тело из известного вещества, пружина неизвестной жесткости, линейка.

Теоретическая часть работы:

При растяжении пружины подвешенным к ней телом до своей максимальной длины, действующие на тело силы тяжести и упругости уравновешивают друг друга, следовательно, выполняется равенство:

Fт = Fупр (1).

Сила тяжести рассчитывается по формуле:

Fт = mg (2).

Сила же упругости:

Fупр = kx (3).

Подставляя формулы (2) и (3) в формулу (1), получаем следующее равенство:

mg = kx,

откуда имеем формулу расчета жесткости пружины:

k = (mg)/x (4).

Для расчета массы тела используется формула плотности:

ρ = m/v,

откуда

m = ρv (5).

Объем тела определяем с помощью мензурки по следующей формуле:

Vт = V2 – V1 (6),

где V1 – объем жидкости в мензурке без погружения в нее тела, V2 – объем жидкости в мензурке вместе с погруженным в нее телом.

Указания к выполнению работы:

1. Зная вещество, из которого изготовлено твердое тело, и таблицу их плотностей, определите и запишите плотность вашего тела (ρ).

2. Используя мензурку с водой и формулу (6) теоретической части работы, рассчитайте объем вашего тела (VТ).

3. Используя данные пунктов 1 и 2, а так же формулу (5), определите массу вашего тела (m).

4. Подвесив тело к пружине, жесткость которой необходимо определить, с помощью измерительной линейки измерьте максимальное растяжение вашей пружины (x).

5. Используя полученные в ходе эксперимента данные, заполните таблицу:

6. Используя формулу (4) теоретической части работы и данные таблицы, рассчитайте жесткость данной вам пружины (k).

7. Используя полученные в ходе проведения работы знания, ответьте на следующие вопросы:

- Каким образом можно рассчитать массу данного вам твердого тела?

- От каких величин и каким образом зависит жесткость пружины, растягиваемой телом, подвешенным к ней?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4

на тему:

«Определение рода предложенной жидкости с помощью сообщающихся сосудов».

Цель работы: научиться на практике, используя сообщающиеся сосуды, определять род предложенной вам жидкости.

Оборудование: система двух сообщающихся сосудов, измерительная линейка, сосуд с водой, сосуд с неизвестной жидкостью, пипетка с грушей на конце, таблица плотностей жидкостей.

Теоретическая часть работы:

После размещения разнородных жидкостей в сообщающихся сосудах, их свободные поверхности спустя некоторое время располагаются в строго определенных положениях. Это означает, что оказываемое ими давление на одном и том же горизонтальном уровне в различных коленах является одинаковым.

Рассмотрим горизонтальный уровень АВ в наших сосудах, в котором располагается граница раздела этих жидкостей. На этом уровне в 1 и 2 коленах давление жидкостей одинаково:

p1 = p2 (1).

Давления p1 и p2 являются гидростатическими, каждое из которых можно рассчитать по следующей формуле:

p = ρж g hж (2),

где ρж и hж – соответственно плотность и глубина жидкостей, на которых определяется их давление.

Подставляя формулу (2) в формулу (1), имеем:

ρв g hв = ρж g hж,

откуда сокращая ускорение свободного падения и выражая плотность неизвестной жидкости, имеем:

ρж = (ρвhв)/ hж (3).

Указания к выполнению работы:

1. Залейте с помощью пипетки с грушей в сообщающиеся сосуды воду.

2.Используя ту же пипетку с грушей, аккуратно по стенке залейте в одно из колен сообщающихся сосудов неизвестную жидкость.

3.С помощью измерительной линейки определите высоты двух жидкостей относительно горизонтального уровня АВ, соответствующего границе их раздела (hв, hж).

4. По полученным в ходе работы данным, заполните таблицу:

5.Используя формулу (3) теоретической части работы, рассчитайте плотность неизвестной вам жидкости (ρж).

6. Используя таблицу плотностей жидкостей и данные лабораторной работы, определите род неизвестной вам жидкости.

7. Используя данные, полученные в ходе выполнения работы, ответьте на следующие вопросы:

- Как располагаются разнородные жидкости в сообщающихся сосудах?

- Каков уровень однородной жидкости в этих сосудах?

- От чего зависит уровень разнородных жидкостей в сообщающихся сосудах?

- Каким образом зависит высота разнородных жидкостей от их плотностей в сообщающихся сосудах?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5

на тему:

«Определение рода различных жидкостей».

Цель работы: научиться на практике определять род предложенных жидкостей.

Оборудование: сосуд с водой; два сосуда с произвольными жидкостями, род которых необходимо определить; динамометр; тело, подвешенное на нити; таблица плотностей различных жидкостей.

Теоретическая часть работы:

Вес тела в воздухе отличается от веса этого же тела в жидкости на величину архимедовой силы, т.е.

Pжид = Pвоз – FA (1).

Вес тела в воздухе можно определить, подвесив тело вертикально к динамометру и посмотрев на показания прибора. Вес тела в жидкости можно определить, опустив тело на динамометре в заданную жидкость и посмотрев показание прибора.

Архимедова сила рассчитывается по формуле:

FA= ρж g Vт (2).

Подставив формулу (2) в формулу (1), получим следующее выражение:

Pжид = Pвоз – ρж g Vт (3).

Применив формулу (3) к телу, погруженному в воду, найдем объем нашего тела. Затем, используя эту же формулу, применительно к двум неизвестным жидкостям, находим их плотности. В завершении, используя таблицу плотностей жидкостей, определяем род их вещества.

Указания к выполнению работы:

1. Прикрепив к вертикально расположенному динамометру тело, подвешенное на нити, определите его вес в воздухе (Pвоз).

2. Опустив тело, подвешенное вертикально к динамометру, в воду, определите его вес в воде (Pвод).

3. Используя формулу (3) для воды и таблицу плотностей жидкостей, определите объем используемого тела (Vт).

4. Опуская поочередно тело на динамометре в жидкости, род которых нужно определить, рассчитайте его вес в этих жидкостях (Pжид1), (Pжид2).

5. По результатам выполненных измерений, заполните таблицу:

6. Используя формулу (3) применительно к двум неизвестным жидкостям, найдите их плотности (ρж1), (ρж2).

7. Имея таблицу плотностей жидкостей и численные значения пункта 6, определите род исследуемых жидкостей.

8. По результатам работы ответьте на следующие контрольные вопросы: а) Как вес тела в жидкости зависит от ее плотности? б) От каких физических величин зависит расчет плотности жидкости на практике? в) В каких жизненных ситуациях можно использовать данный метод определения рода жидкости?

9. По результатам проведенной работы сделайте общий вывод.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6

на тему:

«Определение коэффициента трения скольжения бруска по горизонтальной поверхности».

Цель работы: научиться на практике, используя понятия потенциальной энергии пружины и работы силы трения, определять коэффициент трения скольжения бруска при его движении по горизонтальной поверхности.

Оборудование: деревянный брусок; весы; измерительная линейка; пружина; шероховатая горизонтальная деревянная поверхность.

Теоретическая часть работы:

При растяжении пружины подвешенным к ней телом до своей максимальной длины, действующие на тело силы тяжести и упругости уравновешивают друг друга, следовательно, выполняется равенство:

Fт = Fупр (1).

Сила тяжести рассчитывается по формуле:

Fт = mg (2).

Сила же упругости:

Fупр = kx (3).

Подставляя формулы (2) и (3) в формулу (1), получаем следующее равенство:

mg = kx,

откуда имеем формулу расчета жесткости пружины:

k = (mg)/x (4).

Растянутая пружина обладает потенциальной энергией упруго деформированного тела, которую можно рассчитать по формуле:

Еп = (kx2)/2 (5).

Если к растянутой горизонтально расположенной пружине прицепить деревянный брусок и заставить его двигаться по шероховатой горизонтальной деревянной поверхности, то в скором будущем он остановится, не дав вернуться пружине в недеформированное состояние. Это означает, что потенциальная энергия упруго деформированной пружины полностью израсходовалась на работу по преодолению силы трения между бруском и горизонтальной деревянной плоскостью, т.е. имеет место следующее равенство:

Еп = А(Fтр) (6).

Работа силы трения, согласно определения работы, рассчитывается по следующей формуле:

А(Fтр) = Fтр*S (7).

А сила трения при движении по горизонтальной поверхности рассчитывается по формуле:

Fтр = μmg (8).

Подставив формулу (8) в формулу (7), получим:

А(Fтр) = μmgS (9).

Из формулы (9) выражаем коэффициент трения и получаем:

μ = А(Fтр)/(mgS) (10).

Указания к выполнению работы:

1. Используя весы, определите массу деревянного бруска (m).

2.Подвесив к горизонтально расположенной пружине данный брусок, определите c помощью измерительной линейки ее удлинение, равное разности длины деформированной и недеформированной пружины (x).

3. Зная численные значения массы бруска и удлинения пружины, а так же формулу (4) теоретической части работы, рассчитайте жесткость данной вам пружины (k).

4. Расположите пружину горизонтально, закрепите ее на штативе, а к другому ее концу закрепите деревянный брусок. Расположите его на горизонтальной шероховатой деревянной поверхности.

5. С помощью бруска растяните горизонтально расположенную пружину и измерьте ее растяжение в данном случае (x1).

6. Используя формулу (5) теоретической части работы, рассчитайте потенциальную энергию упруго деформированной пружины (Еп).

7. Отпустите деревянный брусок скользить по горизонтальной поверхности и определите пройденный им путь до своей полной остановки (S).

8. Имея численное значение потенциальной энергии упруго деформированной пружины из пункта 6, определите работу силы трения при движении бруска по горизонтальной поверхности с использованием формулы (6) теоретической части работы (А(Fтр)).

9. Используя данные пунктов 1,7,8 работы и формулу (10) теоретической части работы, определите коэффициент трения скольжения при движении бруска по горизонтальной деревянной поверхности (μ).

10. Располагая результатами проведенной лабораторной работы, ответьте на следующие вопросы:

- От каких величин на практике зависит работа силы трения скольжения тела при движении по горизонтальной поверхности?

- На что тратится потенциальная энергия упруго деформированной пружины при движении бруска по горизонтальной шероховатой поверхности?

- Какие еще виды механической энергии вы знаете?