Министерствообразования и науки Курской области
Областное бюджетное профессиональное образовательноеучреждение
«Железногорский горно-металлургический колледж»
УТВЕРЖДЕНО
Протоколомзаседания
научно-методическогосовета
от___________ № ________
ФИЗИКА
МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ
ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО ФИЗИКЕ
(для студентов 1 курса)
2023
РАССМОТРЕНО
Протокол заседания
цикловой комиссии
М и ЕНД
от _____________ №_________
Председатель комиссии
_______________ Н.Г.Заносова
_______________ 2023г.
Автор _______________________ Л.А. Клочкова,
преподавательфизики,
зав.лабораторией физики
Содержание
Содержание……………………………………………………………………………………………. 3
Пояснительная записка……………………………………………………………………………. 4
Тема 1 Механика…………………………………………………………………………………… 5
Лабораторная работа № 1………………………………………………………………………… 5
Лабораторная работа № 2………………………………………………………………………… 7
Лабораторная работа № 3………………………………………………………………………. 11
Лабораторная работа № 4………………………………………………………………………. 13
Тема 2 Молекулярная физика. Термодинамика……………………………………. 15
Лабораторная работа № 5………………………………………………………………………. 15
Лабораторная работа № 6………………………………………………………………………. 17
Лабораторная работа № 7………………………………………………………………………. 19
Тема 3 Электродинамика…………………………………………………………………….. 21
Лабораторная работа № 8………………………………………………………………………. 21
Лабораторная работа № 9………………………………………………………………………. 23
Лабораторная работа № 10……………………………………………………………………… 25
Лабораторная работа № 11……………………………………………………………………… 26
Лабораторная работа № 12……………………………………………………………………… 28
Лабораторная работа № 13……………………………………………………………………… 30
Список литературы……………………………………………………………………………….. 32
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯЗАПИСКА
Цель этогометодического пособия: реализация государственных требований к минимумусодержания и уровню подготовки выпускников по всем специальностям при очнойформе обучения по дисциплине физика в условиях действия федерального государственногообразовательного стандарта.
Данное пособие, разработанноена основе описаний методов выполнения лабораторных работ, определение ихцелей, поможет студентам первого курса правильно выполнить работу,проанализировать результат и оформить отчёт по работе.
Методическоепособие представляет собой перечень лабораторных работ по физике в количестветринадцати работ. Вниманию студентов предлагается название работы и цельвыполнения работы, что повышает мотивацию студентов. Далее следует подробноеописание хода работы и теоретические основы, необходимые для понимания темы,основные формулы и единицы измерения величин. Автор данного пособия считает,что предлагаемая теоретическая часть поможет студентам лучше усвоить данныйматериал и провести работу с полным пониманием выполняемых действий.
Предлагаютсятакже образцы таблиц, которые необходимо заполнить для систематизацииполученных данных. В каждой лабораторной работе необходимо сделать вывод идолжным образом его оформить.
Автор надеется,что это пособие поможет многим студентам улучшить свои знания и умения потакому сложному предмету как физика.
Тема 1 Механика
Лабораторная работа № 1
«Исследование зависимости силы трения от весатела»
Цель работы: исследовать зависимость силы трения от веса тела ивычислить погрешность измерений.
Оборудование
1 динамометр ;
2 набор грузов ;
3 штатив с муфтами и лапкой;
4 трибометр.
Ход работы.
Кладут деревянный брусок на горизонтальнорасположенную линейку и. нагрузив его сначала одним, потом двумя и тремягрузами, тянут динамометр по возможности равномерно вдоль линейки. Такимобразом измеряют силу тяги (равную силе трения). Затем взвесив брусок и грузына динамометре (сила нормального давления), находят коэффициент трения μ т.е. отношение силы трения Fтр. к силе нормального давления
Здесь вес тела определяется как сумма весов грузов и бруска. Приэтом надо взвешивать брусок вместе с грузами. Таким образом, погрешность при определениивеса тела можно принять равной 0,05 н. Такой же величины может достигнуть погрешность при измерении силы тяги.
2 Составить таблицу
|
Вес тела P (н) |
Сила трения F (н) |
K=Fтр./ P |
ﻉ= ∆Кср / Кср. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 Определить коэффициенттрения μ (н)
4 Определить относительную погрешность измерений
ﻉ= ∆ Кср/Кср.
Кср.= ( К1 + К2 + К3 ) / 3
∆ К1= │Кср. — К1│
∆ К2= │ К ср. — К2│
∆ К3= │К ср. — К3│
∆Кср = ( ∆ К1 + ∆ К2 +∆ К3 ) / 3
5 Сделать выводы о зависимости силы трения от веса.
Контрольные вопросы:
1 Что такое сила трения? От чего зависит сила трения?
2 Понятие веса тела. Отличие веса от силы тяжести.
3 Какие виды сил ещё изучены? Охарактеризовать их.
Тема 1 Механика
Лабораторная работа №2
Изучение закона сохранения импульса и реактивногодвижения.
Цель работы: — убедиться в справедливости закона сохранения импульса путемпроведения расчетов импульса тел и системы в целом.
Оборудование
1 наклонная плоскость
2 полоса бумаги
3 линейка измерительная
4 монеты достоинством 5 руб. и 2 руб.
Ход работы
Задание: определите импульс монеты достоинством 5 руб.после ее скольжения по наклонной плоскости. Поставьте на пути пятирублевой монетыдвухрублевую и проанализируйте результат их взаимодействия. Сравните импульссистемы из двух монет до столкновения с импульсом этой системы после столкновениямонет.
Содержание и метод выполнения работы
В .специальных измерениях импульса тела нетнеобходимости, если известны его масса и скорость. В этом случае импульснаходится как их произведение. Однако в физике довольно часто встречаютсяслучаи, когда прямые измерения массы и скорости тела оказываются затрудненнымиили невозможными, но сведения о них можно получить на основании измерений импульсатела. Такая ситуация характерна для многих экспериментов в. области ядерной физикии физики элементарных частиц, в которых обнаруживаются новые частицы снеизвестной массой. Измерив импульс и кинетическую энергию частицы, можноопределить затем ее массу и скорость.
Измерение импульса тела с неизвестной массой,движущегося с неизвестной скоростью, возможно на основании закона сохраненияимпульса.
В данной работе исследуется суммарный: импульс системыиз двух монет до и после их соударения. При этом импульсы сравниваются векторнов случае нецентрального удара. Для этой цели одна из монет соскальзывает снаклонной плоскости и затем сталкивается с неподвижной монетой. Так как массымонет известны, то для определения их импульсов нужно определить их скорости.Они вычисляются по длине тормозного пути и измеренному коэффициенту трениямонеты о бумагу.
Предоставим монете возможность после соскальзывания снаклонной плоскости двигаться по бумаге на горизонтальной поверхности стола доостановки. Измерим тормозной путь, пройденный монетой по горизонтальной поверхностиот точки А — положения центра монеты в начале пути-до точки остановки В(рис.). Как легко доказать, скорость монеты в точке А равна
Коэффициент трения можно найти, определив угол трения,т. е. минимальный угол, при котором монета скользит равномерно по наклонной плоскости(рис.):
На основе этих данных можно найти значение модуляимпульса монеты до столкновения.
Так как вторая монета до столкновения находится впокое, импульс первой монеты до столкновения равен импульсу системы из двухмонет после столкновения:
Порядок выполнения работы
1. Положите на наклонную плоскость полосу бумаги такимобразом, чтобы часть ее длиной 25-30 см находилась на горизонтальной поверхностистола.
Монета, положенная на поверхность бумажной полосы нанаклон ной плоскости, должна плавно соскальзывать по ней и двигаться гогоризонтальной поверхности до остановки. Подберите такие углы наклона плоскостии начальное положение запуска монеты, чтобы путь монеты на горизонтальной поверхностисоставлял 15-25 см.
2. Отметьте начальное положение монеты на наклоннойплоскости и ее конечное положение на горизонталь ной плоскости. Проведите нагоризонтально расположенном участке бумажной полосы прямую, по которой двигалсяцентр диска монеты. Отметьте положение центра монеты в начале горизонтальногоучастка пути (точка Л) и в его конце (точка В). Измерьтетормозной пути s = AB (отрезок АВ) (рис.).
3. Поставьте на пути движения первой монетыдостоинством 5 руб. вторую монету достоинством 3 руб.; таким образом, чтобыстолкновение произошло в тот момент, когда центр диска первой монеты проходитчерез точку А. Удар должен быть нецентральным, т. е. центр диска второймонеты должен быть расположен на некотором расстоянии от прямой АВ, покоторой движется центр диска первой монеты
. Отметьте начальное положение центра диска второймонеты (точка С на рис.). Запустите первую монету с того же места нанаклонной плоскости, как и в первом опыте. Отметьте конечное положение центровдисков первой (точка Е) и второй (точка D)монет (см. рис.). Соедините точки А и Е отрезком АЕ, точкиС и D отрезком CD. Измерьте расстояния s1 и s2.
4. Положите монету на наклонную плоскость с бумажнойполосой и постепенно увеличивайте угол наклона до тех пор, пока монета неначнет скользить по бумаге. Измерьте длины катетов h и b, вычислите тангенс угла предельного наклона (tgφ = h/b) , равный коэффициенту трения: m = tg
φ = h/b
5. По известным значениям масс m1 =5 г и m2 = 2 г монет, тормозных путей s, s1, s2 и коэффициента трения m вычислитезначения скоростей монет υ, υ1 и υ2 и модулей р, р1 и р2 ихимпульсов.
6. Отложите на прямых, проходящих через точки Аи В, А и Я, С и D, отрезки,пропорциональные модулям импульсов монет. Постройте векторы р, р1, p2 (рис.). Проверьте, выполняется ли условие
7. Постройте вектор р = р1 + p2, перенеся начало вектора р2 вточку . Найдите разность векторов ∆pэ = р — р. Измерьте длину вектора ∆pэ и по известномумасштабу построения векторов импульса определите значение модуля вектора ∆pэ.
8. Определите границу погрешностей значений импульсов,системы из двух монет до и после столкновения. Проверьте, лежит ли обнаруженноеразличие импульсов ∆pэ в пределах границ погрешностей измерений. Результатыизмерений и вычислений занесите в отчетную таблицу.
Отчетная таблица
|
S,м |
S1,м |
S2,м |
H,см |
B,см |
P,Н*с |
P1,Н*с |
P2,Н*с |
P’,Н*с |
∆Pэ,Н*с |
μ |
έ |
∆Pт, Н*с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Контрольныевопросы:
1 Сформулируйтепонятие импульса.
2 Запишитематематическую форму закона импульса и поясните границы его применимости.
3 Какое движениеназывают реактивным? Приведите примеры использования реактивного движения.
Тема 1 Механика
Лабораторная работа № 3
Сохранение механической энергии при движении тела поддействием силы тяжести и силы упругости.
Цель работы: — научиться измерять потенциальную энергию поднятого над землейтело и упруго деформированной пружины;
— сравнить два значения потенциальной энергии системы.
Оборудование
1 штатив с муфтой и лапкой;
2 динамометр лабораторный с фиксатором;
3 лента измерительная;
4 груз на нити длиной около 25 см.
Ход работы
1. Привяжите груз к нити,другой конец нити привяжите к крючку динамометра и измерьте вес груза 
(можно использовать массу груза, если онаизвестна).
2. Измерьте расстояние 
от крючка динамометра до центра тяжестигруза.
3. Поднимите груз до высотыкрючка динамометра и отпустите его. Поднимая груз, расслабьте пружину иукрепите фиксатор около ограниченной скобы.
4. Снимите груз и поположению фиксатора измерьте линейкой максимальное удлинение 
пружины.
5. Растяните рукой пружину досоприкосновения фиксатора с ограничительной скобой и отсчитайте по шкалемаксимальное значение модуля силы упругости пружины. Среднее значение силыупругости равно 
.
6. Найдите высоту падениягруза. Она равна.
7. Вычислите потенциальнуюэнергию системы в первом положении груза, т.е. перед началом падения, приняв занулевой уровень значение потенциальной энергии груза в конечном его положении: 
.
8. В конечном положении грузаего потенциальная энергия равна нулю. Потенциальная энергия системы в этомсостоянии определяется лишь энергией упруго деформированной пружины:
.
Вычислите ее.
9. Результаты измерений ивычислений занесите в таблицу.
Таблица
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10. Сравните значения потенциальной энергии в первом и второмсостояниях системы и сделайте вывод.
Контрольныевопросы:
1 Что такое энергия?
2 Какие два видамеханической энергии известны?
3 Сформулируйте законсохранения энергии и приведите примеры учета этого закона.
Тема 1 Механика
Лабораторная работа № 4
Определение ускорения свободного падения при помощи
математического маятника
Цель работы: научиться вычислять ускорение свободногопадения, используя данные эксперимента.
Оборудование
1 Штатив сдержателем.
2 Шарик, подвешенныйна нити длиной около 1 м.
3 Измерительная лентаили метровая линейка.
4 Секундомер.
Ход работы
1 Поставить штатив накрай стола, так чтобы шарик находился ниже крышки стола.
2 Измерить при помощилинейки длину маятника (длина маятника считается от точки подвеса до центратяжести шарика).
3 Отклонить шарик нанебольшой угол (10°) и отпустить.
4 По секундомеруопределить время t, за которое маятник совершил N полных колебаний (например,10).
5 Вычислить периодполного колебания маятника
t
T = ———
N
6 Вывести выражениедля ускорения свободного падения из формулы математического
маятника.
l
T = 2p Ö —————
g
7 Вычислить значениеускорения свободного падения по полученной формуле.
8 Опыт повторить длячисла колебаний N=20.
9 Из всех найденныхзначений ускорения свободного падения вычислить среднее значение
g1+ g2
gcp = —————————
2
и рассчитатьотносительную погрешность методом сравнения с табличным значением.
gтабл – gср
d = ——————————-— × 100%
gтабл
10 Результаты всехизмерений и вычислений записать в таблицу. Сделать вывод о совпадении полученногозначения g с табличным значением этой величины.
|
№ опыта |
Длина маятника, l |
Число полных колебаний N |
Полное время колебаний t |
Период колебаний Т |
Ускорение свободного падения g |
Среднее значение
gcp |
Относительная погрешность, d |
|
|
м |
|
с |
с |
м/с2 |
м/с2 |
% |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
Контрольныевопросы:
1 Что такоематематический маятник? От каких величин зависит период колебанийматематического маятника?
2 Как изменитсячастота колебаний маятника, если длину его уменьшить в два раза? Проверитьрезультат математически.
3 Отличается лиускорение свободного падения на экваторе от ускорения свободного падения наполюсе? Почему?
Рекомендуемая литература: Дмитриева В.Ф.,Физика, Высшая школа 1999., стр. 157-160.
