Лабораторные работы по физике
учебно-методическое пособие по физике (10, 11 класс)

Лабораторная работа №1

«Проверка закона Бойля-Мариотта»

Цель работы: исследовать, как изменяется определенный объем массы газа (при постоянной температуре) при изменении давления, и установить соотношение между ними

Оборудование: стеклянная трубка, запаянная с одного конца; цилиндрический сосуд с водой комнатной температуры; барометр-анероид; линейка измерительная с миллиметровыми делениями; штатив универсальный

Теория: Закон Бойля-Мариотта можно сравнительно просто проверить с помощью не сложного оборудования. Если в цилиндр с водой 1 отпустить открытым концом вниз трубку 2 (см. рис.) то воздух в ней будет находиться под давлением (в мм. рт. ст.) , то где P0 – атмосферное давление, выраженное в миллиметрах ртутного столба,

h – разность уровня воды, измеренная в миллиметрах, в цилиндре и трубке.

Объем воздуха в трубке V=SL, где L – длина столбика воздуха, а S площадь поперечного сечения. Но поскольку площадь поперечного сечения трубки (а следовательно и воздушного столбика) постоянна, то числовое значение L можно принять за значение V в условных единицах. Исследуйте зависимость между этими величинами.

Порядок выполнения работы

Все результаты измерения и вычисления занести в таблицу:

1. Измерить барометром атмосферное давление P0 (в мм рт. ст). Под таким давлением находится воздух в трубке до её погружения в воду.
2. Погрузить в воду трубку открытым концом вниз на максимальную глубину. Измерить длину столбика воздуха в трубке L и разность уровней воды в ней и цилиндре h
3. Повторить измерения L и h для двух меньших глубин погружения трубки
4. Вычислить произведения для всех трех опытов

5. Вычислить среднее значение постоянной
6. Вычислите для каждого опыта абсолютную погрешность
7. Вычислите среднее значение абсолютной погрешности
8. Вычислите относительную погрешность измерения и выразите её в процентах по формуле
9. Сделайте вывод о проделанной работе.

Контрольные вопросы:

1. Почему во время опыта не следует держать трубку рукой?
2. От чего зависит значение постоянной С в закон Бойля-Мариотта?
3. Имеет ли существенное значение для эксперимента площадь поперечного сечения трубки?

Лабораторная работа №2

«Определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости»

Оборудование: бюретка с краном, весы с учебным разновесом, сосуд с водой, сосуд для сбора капель, штангенциркуль.

Теория: Молекулы поверхностного слоя жидкости обладают избытком потенциальной энергии по сравнению с энергией молекул, находящихся внутри жидкости. Поверхностный слой жидкости, стремясь уменьшить потенциальную энергию сокращается. При этом совершается работа , где - коэффициент поверхностного натяжения: или , где F – сила поверхностного натяжения, L – длина границы поверхностного слоя жидкости. Поверхностное натяжения будем определять методом отрыва капель. Опыт осуществляют с бюреткой, в которой находится исследуемая жидкость. Открывают кран бюретки так, чтобы из бюретки медленно капала жидкость. Перед моментом отрыва капли сила тяжести ее Fт=mкq равна силе поверхностного натяжения , где – граница свободной поверхности - окружность шейки капли,

Итак, ; . Опыт показывает, что

dш.к.=0,9dтр, где dтр – диаметр узкого канала бюретки.

Порядок выполнения работы

1. Собрать установку по рисунку и наполнить бюретку водой.
2. Измерить внутренний диаметр канала узкого конца бюретки штангенциркулем.
3. Определить массу пустого сосуда для сбора капель, взвесить его, m1.
4. Подставить под бюретку сосуд, в котором была вода и, плавно открывая кран, добиться медленного отрывания капель.
5. Под бюретку поставить сосуд, взвешенный ранее, и отсчитать 100 капель.
6. Измерив массу сосуда с каплями m2, определить массу капель: m=m2-m1.
7. Результаты измерений занести в таблицу:

8. Вычислить массу одной капли
9. Вычислить поверхностное натяжение: , где

10. Опыт повторить с другим количеством капель (80)
11. Найти среднее значение ; найти относительную погрешность по стношению к табличному значению поверхностного значения:

,

12. Сделать вывод о проделанной работе.

Лабораторная работа №4

«Определение электрической емкости конденсатора»

Оборудование: Источник электрической энергии, миллиамперметр, конденсатор известной емкости, конденсатор неизвестной емкости, двухполюсный переключатель, соединительные провода

Теория: Важнейшей характеристикой любого конденсатора является его электрическая емкость C, физическая величина, равная отношению заряда q разности потенциала U между обкладками: C=q/U. Выражается в СИ в Фарадах (Ф). Емкость конденсатора можно определить опытным путем.

Порядок выполнения работы:

1. Составить электрическую цепь по схеме. В цепи установить один из конденсаторов известной емкости.
2. Конденсатор зарядить: для этого соединить переключателем на некоторое время с источником электрической энергии.
3. Сосредоточив внимание на миллиамперметре, быстро замкнуть конденсатор на измерительный прибор и определить число делений, соответствующие максимальному отклонению стрелки.
4. Опыт повторить для более точного определения числа делений n и найти отношение найденного количества делений к емкости взятого конденсатора C: n/C=k
5. Опыт повторить с другим конденсатором известной емкости вычислить k1, k2 и среднее значение
6. Результаты измерений, вычислений записать в таблицу.

7. Опыт (п. 1 -4) повторить с конденсатором неизвестной емкости C3. Определить в этом случае число делений n3 и найти емкость из соотношения C3=n3/k3
8. Узнать у преподавателя емкость исследуемого конденсатора и, приняв ее за табличное значение определить относительную погрешность
9. Сделать вывод о проделанной работе

Лабораторная работа №5

«Определение удельного сопротивления проводника»

Теория: Одной из важнейших характеристик проводника является удельное электрическое сопротивление . Для однородного цилиндрического проводника с сопротивлением R, длиной L, площадью поперечного сечения S

Удельное сопротивление зависит от концентрации в проводнике свободных электронов и от расстояния между ионами кристаллической решетки, иначе говоря от материала проводника.

Оборудование: реостат, штангенциркуль, ключ, источник тока, вольтметр, амперметр,

линейка

Порядок выполнения работы

1. Определить цену деления амперметра и вольтметра
2. Собрать электрическую цепь по схеме

Цепь замкнуть. Движок реостата установить в такое положение, чтобы амперметр позывал наименьшую силу тока. При этом сопротивление реостата будет самым большим: задействованы все витки реостата. Измерить силу тока в реостате и напряжение на нем, затем определить сопротивление R,R= , из закона Ома

I= , значение I, U, R занести в таблицу

3. Штангенциркулем измерить диаметр D керамического цилиндра реостата, подсчитать число витков n на нем и определить длину проволоки по формуле l=πDn ( π=3,14)
4. Диаметр d проволоки определить из соотношения d= где n – число витков реостата, l1 – длина обмотки реостата. Определить площадь поперечного сечения проволоки S=
5. Результаты вычислений и измерений записать в таблицу

6. Учитывая, что провод реостата изготовлен из никелина, сравнить результат опыта с табличным значением удельного сопротивления никелина и определить

Лабораторная работа №6

Определение температурного коэффициента сопротивления меди

Теория. Электрическое сопротивление материалов зависит от температуры. Объясняется это тем, что упорядоченному движению свободных электронов (электрическому току) оказывает противодействие (сопротивление_ атомы кристаллической решетки, интенсивность теплового движения которых изменяется с изменением температуры

У химически чистых металлов с повышением температуры на 1° сопротивление возрастает примерно на 0,0037 (1/237) сопротивление при 0°C и выражается линейной зависимостью ; где -сопротивление металла при 0°C, t-температура металла; - температурный коэффициент сопротивление проводника, показывающий на какую часть начального сопротивления проводника при 0°C (237 K) изменяется сопротивление при нагревании на 1°C или 1 K

, или , где

Опытным путем можно определить , не прибегая к измерению сопротивления . Для этого необходимо дважды измерить сопротивление исследуемого материала и . Приь разных температурах и . Зная, что , можно найти отношение /, а затем и

,

Определяют температурный коэффициент сопротивления с помощью прибора, состоящего из медной проволоки, намотанной на картонный цилиндр, соединенный с клеммами и помещенный в стеклянную пробирку. В картонный цилиндр помещают термометр для определения температуры медной проволоки.

Оборудование: 1) прибор определения температурного коэффициента сопротивления меди. 2)Термометр. 3)Внешний сосуд калориметра с водой. 4)Электроплитка. 5)Ключ. 6)Миллиамперметр. 7)Вольтметр. 8)Источник тока. 9)Соединительные провода

Порядок выполнения работы

1. Определить шкалу деления миллиамперметра
2. Собрать цепь по схеме. Прибор опустить в калориметр. Поместить туда Термометр
3. Измерить силу тока I и напряжение U при комнатной температуре t. Определить сопротивление , записать в таблицу указанные величины.
4. Налить горячую воду в калориметр, снять показания приборов, определить и температуру
5. Опыт (п.№4) повторить еще 2 раза ( при этом охладить постепенно воду), одновременно вычисляя сопротивление и измеряя температуру проволоки
6. Вычислить 3 раза пользуясь соотношением

, ,

Вычисляя с точностью до 0,0001

7. Определить среднее значение , и сравнив полученный результат с табличным значением температурного коэффициента сопротивления меди, вычислить относительную погрешность ;
8. Результаты измерений занести в таблицу

9. а) Используя данные эксперимента построить график зависимости от t откладывая на оси ординат сопротивление, на оси абсцисс – температуру в °C

б) Ответьте на вопрос: как зависит сопротивление металлического проводника при нагревании?

10. Сделайте вывод о проделанной работе

Лабораторная работа № 8

«Исследование мощности, потребляемой лампой от напряжения на ее зажимах»

Цель работы: на опыте исследовать зависимость мощности, потребляемой лампой накаливания, от напряжения на ее зажимах.

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

Теория: При замыкании электрической цепи на ее участке с сопротивлением R, током I, напряжением на концах U, проводится работа A: . Величина, равная отношению работы тока ко времени, за которое она совершается, называется мощностью P:, следовательно, , P – функция двух переменных. Исследуем зависимость P от U в этой работе.

Порядок выполнения работы

1. Определить цену деления шкалы измерительных приборов.
2. Омметром измерить сопротивление нити лампы при комнатной температуре
3. Составить электрическую цепь по схеме, соблюдая полярность приборов.
4. После проверки цепи преподавателем ключ замкнуть. С помощью реостата установить наименьшее значение напряжения. Снять показания измерительных приборов
5. Снять еще 4 пары показаний тока и напряжения при различных сопротивлениях реостата
6. Для каждого значения напряжения определить мощность , потребляемую лампой, сопротивление нити накала и температуру ее накала , значение - температурного коэффициента сопротивления вольфрама:
7. Результаты измерений и вычислений записать в таблицу:

8. Построить график зависимости мощности, потребляемой лампой от напряжения на ее зажимах.
9. Сделайте вывод, ответив на вопрос как мощность лампы зависит от напряжения на ее зажимах?

Контрольные вопросы.

1. Каков физический смысл напряжения на участке электрической цепи?
2. Какие способы определения мощности тока вам известны?
3. Лампы 200-ваттная и 60-ваттная, рассчитаны на одно напряжение. Сопротивление, какой лампы больше? Во сколько раз?
4. Можно ли по яркости свечения электрической лампы судить о количестве теплоты, выделяемой в нити лампы при нагревании электрическим током?
5. Как зависит количество теплоты, выделяемой в нити лампы, от силы тока?
6. Какие превращения энергии происходит в замкнутой электрической цепи?

Лабораторная работа №10

Изучение электрических свойств проводников

Оборудование: 1)Источник электрической энергии; 2)Амперметр; 3)Диод; 4) Реостат; 5) Потенциометр; 6) Вольтметр; 7) Соединительные провода

Порядок выполнения работы

1. Проверка односторонней проводимости диода

1. Составить цепь по схеме, не включая вольтметр
2. Диод включить в прямом(пропускном) направлении. Замкнуть цепь и отметить показания амперметра
3. Диод включить в обратном (запорном) направлении. Цепь замкнуть. Запишите значения тока
4. Сделать вывод по первой части работы

2. Снятие вольтамперной характеристики диода

1. Включить в цепь вольтметр. Диод включить в пропускном направлении
2. Замкнуть цепь. Подобрать положение движка потенциометра так, чтобы вольтметр показал самое малое напряжение. Снять показания измерительных приборов
3. Перемещая постепенно движок потенциометра, снять еще 3 напряжения тока. Цепь разомкнуть
4. Результаты измерений записать в таблицу:

5. По результатам измерений построить на миллиметровой бумаге график зависимости силы тока от напряжения, откладывая по оси ординат силу тока в Амперах, а по оси абсцисс – напряжение в Вольтах
6. Сделайте вывод, ответив на вопрос: как изменяется сила тока при увеличении напряжения?

Лабораторная работа №9

Определение электрохимического эквивалента меди

Теория: Для электролиза справедлив закон Фарадея: масса выделившегося на электроде вещества прямо пропорциональна заряду, прошедшему через электролит: или , где k – электрохимический эквивалент. Для каждого вещества значение k постоянно.

Оборудование: 1) Весы с разновесом; 2)Амперметр; 3)Часы; 4)Электроплитка; 5) Источник электрической энергии; 6)Реостат; 7)Ключ; 8) Медные пластины(2 шт.); 9)Соединительные провода; 10)Электролитическая ванна с раствором медного купороса; 11)Наждачная бумага.

Порядок выполнения работы

1. Определить цену деления амперметра
2. Очистить поверхность одной пластины наждачной бумагой и взвесить ее, определяя
3. Собрать электрическую цепь по схеме:

4. После проверки цепи преподавателем заметить время и замкнуть ключ. Быстро установить реостатом максимально возможную силу тока (0,5-0,6 А)
5. Через 20 минут цепь разомкнуть. Катод промыть в воде, высушить над электроплиткой, взвесить катод после опыта . Определить массу выделевшейся меди
6. Определить электрохимический эквивалент
7. Определить относительную погрешность измерения в сравнении с табличным электролитическим эквивалентом меди по формуле
8. Результаты измерения и вычислений занести в таблицу

9. Сделать вывод о проделанной работе.