Главная / Физика / Лабораторные работы по физике

Лабораторные работы по физике


Лабораторная работа № 1


Движение тела по окружности под действием силы тяжести и упругости.


hello_html_m53d4ecad.gifЦель работы: проверить справедливость второго закона Ньютона для движения тела по окружности под действием нескольких.

Оборудование, средства измерения: 1)груз, 2)нить, 3)штатив с муфтой и кольцом, 4) лист бумаги, 5)Измерительная лента, 6)часы с секундной стрелкой.

Теоретическое обоснование

Экспериментальная установка состоит из груза, привязанного на нити к кольцу штатива (рис.1). На столе под маятником располагают лист бумаги, на котором нарисована окружность радиусом 10 см. Центр О окружности находится на вертикали под точкой подвеса К маятника. При движении груза по окружности, изображённой на листе, нить описывает коническую поверхность. Поэтому такой маятник называют коническим.

  1. Центростремительное ускорение hello_html_m5c836d78.gif маятника, направленное к точке О, создаётся одновременным действием на него силы тяжести hello_html_m48ce8247.gif и силы натяжения нити hello_html_793a118b.gif. Второй закон Ньютона для движения груза массой hello_html_17aa43f7.gif в векторной форме имеет вид

hello_html_332d5671.gif(1)

Спроецируем (1) на координатные оси X и Y.

(Х)hello_html_m317b6b83.gif, (2)

(У)hello_html_m29aa6d4.gif, (3)

гдеhello_html_2e28ff68.gif - угол, образуемый нитью с вертикалью.

Выразим hello_html_793a118b.gif из последнего уравнения

hello_html_mbc91f53.gif

и подставим в уравнение (2). Тогда

hello_html_m294e3834.gif(4)

Если период обращения Т маятника по окружности радиусом К известен из опытных данных, то

hello_html_m42ebf262.gif(5)

период обращения можно определить, измерив время t, за которое маятник совершает N оборотов:

hello_html_35e87da1.gif(6)

Как видно из рисунка 1,

hello_html_121ac127.gif, (7)


hello_html_5d925e09.png

Рис.1


Рис.2 hello_html_m5a939a88.png

где h=OK – расстояние от точки подвеса К до центра окружности О.

С учётом формул (5) – (7) равенство (4) можно представить в виде

hello_html_60821d5c.gif. (8)

Формула (8) – прямое следствие второго закона Ньютона. Таким образом, первый способ проверки справедливости второго закона Ньютона сводиться к экспериментальной проверке тождественности левой и правой частей равенства(8).

  1. Второй способ основан на непосредственном изменении равнодействующей hello_html_m3aec165.gif силы тяжести hello_html_c901f97.gif и силы натяженияhello_html_793a118b.gif:

hello_html_6094052c.gif.

Сила hello_html_m3aec165.gifсообщает маятнику центростремительное ускорение

hello_html_30c15528.gif.

С учётом формул (5) и (6) второй закон Ньютона имеет вид

hello_html_m7a88a612.gif. (9)

Сила F измеряется с помощью динамометра. Маятник оттягивают от положения равновесия на расстояние, равное радиусу окружности R, и снимают показания динамометра (рис.2) Масса груза m предполагается известной.

Следовательно, ещё один способ проверки справедливости второго закона Ньютона сводится к экспериментальной проверке тождественности левой и правой частей равенства(9).

  • порядок выполнения работы

  1. Соберите экспериментальную установку(см. рис. 1), выбирая длину маятника около 50 см.

  2. На листе бумаги начертите окружность радиусом R = 10 cм.

  3. Лист бумаги расположите так, чтобы центр окружности находился под точкой подвеса маятника по вертикали.

  4. Измерьте расстояние h между точкой подвеса К и центром окружности О сантиметровой лентой.

h =

5.Приведите в движение конический маятник вдоль начерченной окружности с постоянной скоростью. Измерьте время t, в течение которого маятник совершает N = 10 оборотов.

t =

6. Вычислите центростремительное ускорение груза

hello_html_68d27593.gif

  1. Вычислите

hello_html_m1c995d2c.gif

Вывод.


























Лабораторная работа № 2

Проверка закона Бойля-Мариотта


Цель работы: экспериментально проверить закон Бойля – Мариотта путем сравнения параметров газа в двух термодинамических состояниях.

Оборудование, средства измерения: 1) прибор для изучения газовых законов, 2) барометр (одни на класс), 3) штатив лабораторный, 4) полоска миллиметровой бумаги размеров 300*10 мм, 5) измерительная лента.

Теоретическое обоснование

Закон Бойля – Мариотта определяет взаимосвязь давления и объема газа данной массы при постоянной температуре газа. Чтобы убедиться в справедливости этого закона или равенства

hello_html_m28fbb761.gif (1)

достаточно измерить давление p1 , p2 газа и его объем V1 , V2 в начальном и конечном состоянии соответственно. Увеличение точности проверки закона достигается, если вычесть из обеих частей равенства (1) произведение hello_html_m1239b67e.gif. Тогда формула (1) будет иметь вид

hello_html_m740301ed.gif (2)

или

hello_html_642b84ea.gif (3)













Прибор для изучения газовых законов состоит из двух стеклянных трубок 1 и 2 длиной 50 см, соединенных друг с другом резиновым шлангом 3 длиной 1 м, пластинки с зажимами 4 размером 300*50*8 мм и пробки 5 (рис. 1, а). К пластинке 4 между стеклянными трубками прикреплена полоска миллиметровой бумаги. Трубку 2 снимают с основания прибора, опускают вниз и укрепляют в лапке штатива 6. Резиновый шланг заполнен водой. Атмосферное давление hello_html_m6fd1a50a.gif измеряется барометром в мм рт. ст.

При фиксации подвижной трубки в начальном положении (рис. 1, б) цилиндрический объем газа в неподвижной трубке 1 может быть найден по формуле

hello_html_m73716037.gif, (4)

где S – площадь поперечного сечения трубки 1ю

Начальное давление hello_html_m43a0aa12.gif газа в ней, выраженное в мм рт. ст., складывается из атмосферного давления и давления столба воды высотой hello_html_me090fc3.gif в трубке 2:

hello_html_m5030c927.gifмм.рт.ст. (5).

где hello_html_me090fc3.gif - разность уровней воды в трубках (в мм.). В формуле (5) учтено, что плотность воды в 13,6 раза меньше плотности ртути.

При подъеме вверх трубки 2 и фиксации ее в конечном положении (рис. 1, в) объем hello_html_m1e5196f0.gif газа в трубке 1 уменьшается:

hello_html_637cc56f.gif (6)

где hello_html_2e7daa2.gif - длина воздушного столба в неподвижной трубке 1.

Конечное давление hello_html_31abbd4a.gif газа находится по формуле

hello_html_m27e1f3a7.gifмм. рт. ст. (7)

Подстановка начальных hello_html_m1d544443.gif и конечных hello_html_603b685c.gif параметров газа в формулу (3) позволяет представить закон Бойля – Мариотта в виде

hello_html_64e1d532.gif (8)

Таким образом, проверка справедливости закона Бойля – Мариотта сводится к экспериментальной проверке тождественности левой Л8 и правой П8 частей равенства (8).

Порядок выполнения работы

  1. Соберите экспериментальную установку (см. рис. 1,а).

  2. Подвижную трубку 2 опустите вниз и укрепите в лапке штатива.

  3. Откройте пробку 5 в неподвижной трубке.

  4. В трубки, соединенные резиновым шлангом, наливайте воду, пока не сравняются ее уровни около нижнего конца неподвижной трубки 1 и верхнего конца подвижной трубки 2.

  5. Неподвижную трубку закройте пробкой, поднимите подвижную трубку и зафиксируйте ее (см. рис. 1, б).

  6. Измерьте длину hello_html_m614a6cee.gif воздушного столба в неподвижной трубке l.

hello_html_m614a6cee.gif=

7.Измерьте разность уровней hello_html_m644e26fa.gif воды в трубках.

hello_html_m644e26fa.gif=

  1. Поднимите еще выше подвижную трубку 2 и зафиксируйте ее (см. рис. 1, в).

  2. Повторите измерения длины столба воздуха в трубке 1 и разности уровней воды в трубках. Запишите результаты измерений.

hello_html_68a0f399.gif=

hello_html_m16e5b68f.gif=

10.Измерьте атмосферное давление hello_html_m5968c33.gifбарометром.

hello_html_m5968c33.gif=

11.Вычислите левую часть равенства (8).

hello_html_509c6c32.gif

  1. Вычислите правую часть равенства (8).

hello_html_135b8a86.gif

13. Проверьте выполнение равенства (8)

ВЫВОД:











































Лабораторная работа № 4

Исследование смешанного соединения проводников

Цель работы: экспериментально изучить характеристики смешанного соединения проводников.

Оборудование, средства измерения: 1) источник питания, 2) ключ, 3) реостат, 4) амперметр, 5) вольтметр, 6) соединительные провода, 7) три проволочных резистора сопротивлениями 1 Ом, 2 ОМ и 4 ОМ.

Теоретическое обоснование

Во многих электрических цепях используется смешанное соединение проводников, являющееся комбинацией последовательного и параллельного соединений. Простейшее смешанное соединение сопротивлений hello_html_m600a6df4.gif= 1 Ом, hello_html_4366fb13.gif= 2 Ом, hello_html_343d380d.gif= 4 Ом.

а) Резисторы R2 и R3 соединены между собой параллельно, поэтому сопротивление между точками 2 и 3


hello_html_7f9fc347.pnghello_html_m53d4ecad.gifhello_html_4ab62d82.gif(1)

б) Кроме того, при параллельном соединении суммарная сила тока hello_html_2e15ff04.gif, втекающего в узел 2, равна сумме сил токов, вытекающих из него.

hello_html_m6e12988a.gif(2)

в) Учитывая, что сопротивления R1 и эквивалентное сопротивление hello_html_76f8184f.gif соединены последовательно.

hello_html_3c638b37.gif, (3)

а общее сопротивление цепи между точками 1 и 3.

hello_html_m41310601.gif.(4)

Электрическая цепь для изучения характеристик смешанного соединения проводников состоит из источника питания 1, к которому через ключ 2 подключены реостат 3, амперметр 4 и смешанное соединение трех проволочных резисторов R1, R2 и R3. Вольтметром 5 измеряют напряжение между различными парами точек цепи. Схема электрической цепи приведена на рисунке 3. Последующие измерения силы тока и напряжения в электрической цепи позволят проверить соотношения (1) – (4).

Измерения силы тока I, протекающего через резистор R1, и равности потенциалов на нем hello_html_m50ffbdff.gif позволяет определить сопротивление hello_html_m600a6df4.gif и сравнить его с заданным значением.

hello_html_m4d47f529.gif. (5)

Сопротивление hello_html_76f8184f.gif можно найти из закона Ома, измерив вольтметром разность потенциалов hello_html_m372cd0c6.gif:

hello_html_7438b257.gif.(6)

Этот результат можно сравнить со значением hello_html_76f8184f.gif, полученным из формулы (1). Справедливость формулы (3) проверяется дополнительным измерением с помощью вольтметра напряжения hello_html_7d42715c.gif (между точками 1 и 3).

Это измерение позволит также оценить сопротивление hello_html_m4af7b1d8.gif (между точками 1 и 3).

hello_html_m11df561b.gif.(7)


Экспериментальные значения сопротивлений, полученных по формулам (5) – (7), должны удовлетворять соотношению 9;) для данного смешанного соединения проводников.

Порядок выполнения работыhello_html_49879b99.png

  1. Соберите электрическую цепь


hello_html_m3fa1ee0d.png



  1. При помощи реостата установите в цепи определенную силу тока hello_html_2e15ff04.gif, измеряемую амперметром.

hello_html_m109e7c67.gif

3. Запишите результат измерения силы тока hello_html_2e15ff04.gif.

4. Подключите вольтметр к точкам 1 и 2 и измерьте напряжение hello_html_m50ffbdff.gif между этими точками.

hello_html_mf45b840.gif

5.Запишите результат измерения напряжения hello_html_m50ffbdff.gif

6. Рассчитайте сопротивление hello_html_m53d4ecad.gifhello_html_m600a6df4.gif.

hello_html_4bae177e.gif

7. Запишите результат измерения сопротивления hello_html_m600a6df4.gif= и сравните его с сопротивлением резистора hello_html_m600a6df4.gif=1 Ом

8. Подключите вольтметр к точкам 2 и 3 и измерьте напряжения hello_html_m372cd0c6.gif между этими точками

hello_html_18ee7eb8.gif

  1. Запишите результат измерения напряжения hello_html_m372cd0c6.gif

  2. Рассчитайте сопротивление hello_html_76f8184f.gif

hello_html_m1d667f3c.gif

  1. Запишите результат измерения сопротивления hello_html_76f8184f.gif и сравните его с сопротивлением hello_html_76f8184f.gif(формула 1).

  2. Подключите вольтметр к точкам 1 и 3 и измерьте напряжения hello_html_7d42715c.gif между этими точками

hello_html_5fd78883.gif

  1. Запишите результат измерения напряжения hello_html_7d42715c.gif

hello_html_m53d4ecad.gif

  1. Рассчитайте сопротивление hello_html_m4af7b1d8.gif

hello_html_m53b988e.gif

  1. проверьте справедливость формул (3) и (4).

hello_html_m1ca8c13c.gifВ

hello_html_m52e0e5b5.gifОм

Вывод:


Мы экспериментально изучили характеристики смешанного соединения проводников.

Проверим:

  • Дополнительное задание. Убедиться в том, что при параллельном соединении проводников справедливо равенство:

hello_html_m6bad0bce.gif

  1. Подключите амперметр последовательно с резистором hello_html_m6cba6fce.gif и измерьте силу тока hello_html_m57e8256c.gif, протекающего через резистор hello_html_m6cba6fce.gif

hello_html_mbd34317.gifА

  1. рассчитайте сопротивление резистора hello_html_4366fb13.gif и сравните его с заданным значением.

hello_html_m50876a0e.gifОм

  1. подключите амперметр последовательно к резистору hello_html_6b3d7d95.gif и измерьте силу тока hello_html_m1412ef0e.gif, протекающего через резистор hello_html_6b3d7d95.gif

hello_html_399fdd2a.gifА

  1. Рассчитайте сопротивление резистора hello_html_4e822d5d.gif и сравните его с заданным значением.

hello_html_m4d627dc2.gifОм


























2 курс.

Лабораторная работа № 1


Изучение явления электромагнитной индукции


Цель работы: доказать экспериментально правило Ленца, определяющее направление тока при электромагнитной индукции.

Оборудование, средства измерения: 1) дугообразный магнит, 2) катушка-моток, 3) миллиамперметр, 4) полосовой магнит.

Теоретическое обоснование

Согласно закону электромагнитной индукции (или закону Фарадея-Максвелла), ЭДС электромагнитной индукции hello_html_m53d4ecad.gifEi в замкнутом контуре численно равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока Ф через поверхность, ограниченную этим контуром.

hello_html_m53d4ecad.gifEi= - Ф


Для определения знака ЭДС индукции (и соответственно направления индукционного тока) в контуре это направление сравнивается с выбранным направлением обхода контура.

Направление индукционного тока (так же как и величина ЭДС индукции) считается положительным, если оно совпадает с выбранным направлением обхода контура, и считается отрицательным, если оно противоположно выбранному направлению обхода контура. Воспользуемся законом Фарадея – Максвелла для определения направления индукционного тока в круговом проволочном витке площадью S0. Предположим, что в начальной момент времени t1=0 индукция магнитного поля hello_html_m53d4ecad.gifhello_html_m6a1ba8b7.gif в области витка равна нулю. В следующий момент времени t2=hello_html_m1ffc4960.gif виток перемещается в область магнитного поля, индукция которого hello_html_5d4a66f2.gifнаправлена перпендикулярно плоскости витка к нам ( рис.1 б)

hello_html_35a21882.png

За направление обхода контура выберем направление по часовой стрелке. По правилу буравчика вектор площади контура hello_html_33a3b4a5.gif будет направлен от нас перпендикулярно площади контура.

Магнитный поток hello_html_m53d4ecad.gifhello_html_51b3d0d0.gif пронизывающий контур в начальном положении витка, равен нулю (hello_html_m795b0c81.gif=0):

hello_html_m53d4ecad.gifhello_html_51b3d0d0.gif=0

Магнитный поток в конечном положении витка

hello_html_m2aa7318.gif

Изменение магнитного потока в единицу времени

hello_html_a8602fb.gif

Значит, ЭДС индукции, согласно формуле (1), будет положительной:


Ei= hello_html_m21fbb9d9.gif

Это значит, что индукционный ток в контуре будет направлен по часовой стрелке. Соответственно, согласно правилу буравчика для контурных токов, собственная индукция hello_html_5e778a19.gifна оси такого витка будет направлена против индукции внешнего магнитного поля.

Согласно правилу Ленца, индукционный ток в контуре имеет такое направление, что созданный им магнитный поток через поверхность ограниченную контуром препятствует изменению магнитного потока, вызвавшего этот ток.

Индукционный ток наблюдается и при усилении внешнего магнитного поля в плоскости витка без его перемещения. Например, при в двигании полосового магнита в виток возрастает внешнее магнитное поле hello_html_5de68228.gifи магнитный поток, его пронизывающий.


Направление обхода контура

hello_html_m39825ebb.gif

hello_html_25421117.gif

hello_html_m14b32d21.gif

Ф1

Ф2

hello_html_4a47f6a5.gif

ξi

(знак)

Ii

(напр.)

IА

hello_html_914c64a.gif

hello_html_m5c1ffeef.gif

-B1S0

-B2 S0

-(B2 –B1)S0<0

+

hello_html_914c64a.gif

+15мА


hello_html_m918f8cd.png

Порядок выполнения работы

1. Катушку – маток 2 (см. рис. 3) подключите к зажимам миллиамперметра.

2. Северный полюс дугообразного магнита внесите в катушку вдоль ее оси. В последующих опытах полюса магнита перемещайте с одной и той же стороны катушки, положение которой не изменяется.

Проверьте соответствие результатов опыта с таблицей 1.

3. Удалите из катушки северный полюс дугообразного магнита. Результаты опыта представьте в таблице .


Направление обхода контура

hello_html_m39825ebb.gif

hello_html_25421117.gif

hello_html_m14b32d21.gif

Ф1

Ф2

hello_html_4a47f6a5.gif

ξi

(знак)

Ii

(напр.)

IА

hello_html_914c64a.gif

hello_html_m5c1ffeef.gif

-B1S0

-B2 S0

-(B2 –B1)S0<0

+

hello_html_914c64a.gif

+2мА













4. Внесите в катушку южный полюс дугообразного магнита. Результаты опыта представьте в таблице


Направление обхода контура

hello_html_m39825ebb.gif

hello_html_25421117.gif

hello_html_m14b32d21.gif

Ф1

Ф2

hello_html_4a47f6a5.gif

ξi

(знак)

Ii

(напр.)

IА

hello_html_914c64a.gif

hello_html_m5c1ffeef.gif

B1S0

-B2 S0

-(B2 –B1)S0<0

+

hello_html_914c64a.gif

+2мА












5. Удалите из катушки южный полюс дугообразного магнита. Результаты опыта представьте в таблице .


Направление обхода контура

hello_html_m39825ebb.gif

hello_html_25421117.gif

hello_html_m14b32d21.gif

Ф1

Ф2

hello_html_4a47f6a5.gif

ξi

(знак)

Ii

(напр.)

IА

hello_html_32c225b1.gif

hello_html_m5c1ffeef.gif

hello_html_m5c1ffeef.gif

B1 S0

B2 S0

(B2 – B1)S0 >0

-

hello_html_32c225b1.gif

-2мА












Вывод.

















Лабораторная работа № 3

Измерение показателя преломления стекла


Цель работы: измерить показатель преломления стекла с помощью плоскопараллельной пластинки.

Оборудование, средства измерения: 1) плоскопараллельная пластинка со скошенными гранями, 2) линейка измерительная, 3) угольник ученический.

Теоретическое обоснование

Метод измерения показателя преломления с помощью плоскопараллельной пластинки основан на том, что луч, прошедший плоскопараллельную пластинку, выходит из нее параллельно направлению падения.

Согласно закону преломления показатель преломления среды

hello_html_2d61cac9.gif(1)


Для вычисления hello_html_mc678f76.gif и hello_html_2f70744d.gif на листе бумаги проводят две параллельные прямые AB и CD на расстоянии 5-10 мм друг от друга и кладут на них стеклянную пластинку так, чтобы ее параллельные грани были перпендикулярны этим линиям. При таком расположении пластинки параллельные прямые не смещаются (рис.1, а).

Располагают глаз на уровне стола и, следя за прямыми AB и CD сквозь стекло, поворачивают пластинку вокруг вертикальной оси против часовой стрелки (рис. 1, б). Поворот осуществляют до тех пор, пока луч QC не будет казаться продолжением BM и MQ.

Для обработки результатов измерений обводят карандашом контуры пластинки и снимают ее с бумаги. Через точку M проводят перпендикуляр O1O2 к параллельным граням пластинки и прямую MF.


hello_html_6354522.gifhello_html_m21a29b48.png


Затем на прямых ВМ и МF откладывают равные отрезки МЕ1L1 и опускают с помощью угольника из точек Е1 и L1 перпендикуляры L1L2 и Е1 Е2 на прямую О1 О2. Из прямоугольных треугольников L1L2М и Е1 Е2 М находим sinhello_html_m7f3a647d.gif, а sinhello_html_me62bd3e.gifhello_html_m53d4ecad.gif.

Следовательно,

n=hello_html_m7db13bd1.gif, (2)

т.е. измерение коэффициента преломления света сводится к измерению линейкой длин отрезков L1L2 и Е1 Е2.

Отметим, что можно с помощью циркуля построить окружность с центром в точке М и радиусом МЕ, а затем построить треугольникиL1L2М и Е1 Е2 М.

Порядок выполнения работы.

  1. Положите плоскопараллельную пластинку на параллельные прямые АВ и СD

а) сначала ориентируйте параллельные грани пластинки перпендикулярно АВ и СD. Убедитесь, что параллельные линии при этом не смещаются.

б)расположите глаз на уровне стола и, следя за линиями АВ и СD сквозь стекло, поворачивайте пластинку вокруг вертикальной оси против часовой стрелки до тех пор, пока луч QC не будет казаться продолжением ВМ и МQ.

2. Обведите карандашом контуры пластинки, после чего снимите ее с бумаги.

3. Через точку М ( см. рис. 1,б) проведите с помощью угольника перпендикуляр О1 О2 к параллельным граням пластинки и прямую МF ( продолжение МQ).

4. С центром в точке М проведите окружность произвольного радиуса, отметьте на прямых ВМ и МF точки L1 и Е1 (МЕ1L1 )

5. Опустите с помощью угольника перпендикуляры из точек L1 и Е1 на прямую О1 О2 .

6. Измерьте линейкой длину отрезков L1L2 и Е1 Е2.

7. Рассчитайте показатель преломления стекла по формуле 2.

Вывод.


Лабораторные работы по физике
  • Физика
Описание:

Учебным планом, рабочей программой по физике предусматривается  проведение практических и лабораторных занятий. В соответствии с требованиями Федерального государственного образовательного стандарта,

 Целью лабораторных и практических занятий является обучение, воспитание и развитие  студента, способного вести самостоятельный поиск информации, , применять полученные знания в практической деятельности.

Основной задачей выполнения лабораторных работ по физике студентами является отработка и закрепление экспериментальных умений, правильное оформление отчета, расчет погрешностей измерений и закрепление знаний о конкретном физическом явлении.

Автор Гранкина Людмила Михайловна
Дата добавления 29.12.2014
Раздел Физика
Подраздел
Просмотров 3590
Номер материала 16703
Скачать свидетельство о публикации

Оставьте свой комментарий:

Введите символы, которые изображены на картинке:

Получить новый код
* Обязательные для заполнения.


Комментарии:

↓ Показать еще коментарии ↓