Наглядная физика предоставляет педагогу возможность находить наиболее интересные и эффективные методы обучения, делая занятия интересными и более насыщенными.
Главным преимуществом наглядной физики, является возможность демонстрации физических явлений в более широком ракурсе и всестороннее их исследование. Каждая работа охватывает большо й объем учебного материала, в том числе из разных разделов физики. Это предоставляет широкие возможности для закрепления межпредметных связей, для обобщения и систематизации теоретических знаний.
Интерактивные работы по физике следует проводить на уроках в форме практикума при объяснении нового материала или при завершении изучения определенной темы. Другой вариант – выполнение работ во внеурочное время, на факультативных, индивидуальных занятиях.
Виртуальная физика (или физика онлайн ) это новое уникальное направление в системе образования. Ни для кого не секрет, что 90% информация поступают к нам в мозг через зрительный нерв. И не удивительно, что пока человек сам не увидит, он не сможет четко уяснить природу тех или иных физических явлений. Поэтому процесс обучения обязательно должен подкрепляться наглядными материалами. И просто замечательно, когда можно не только увидеть статичную картинку изображающую какое-либо физическое явление, но и посмотреть на это явление в движении. Данный ресурс позволяет педагогам в легкой и непринужденной форме, наглядно показать не только действия основных законов физики, но и поможет провести онлайн лабораторные работы по физике по большинству разделов общеобразовательной программы. Так например, как можно на словах объяснить принцип действия p-n перехода? Только показав анимацию этого процесса ребенку, ему сразу всё становится понятным. Или можно наглядно показать процесс перехода электронов при трении стекла о шелк и после этого у ребенка уже будет меньше вопросов о природе этого явления. Помимо этого, наглядные пособия охватывают практически все разделы физики. Так например, хотите объяснить механику? Пожалуйста, тут вам анимации показывающие второй закон Ньютона, закон сохранения импульса при соударении тел, движение тел по окружности под действием сил тяжести и упругости и т.д. Хотите изучать раздел оптики, нет ничего проще! Наглядно показаны опыты по измерению длины световой волны с помощью дифракционной решетки, наблюдение сплошного и линейчатых спектров испускания, наблюдение интерференции и дифракции света и многие другие опыты. А как же электричество? И этому разделу уделено не мало наглядных пособий, так например есть опыты по изучению закона Ома для полной цепи, исследованию смешанного соединения проводников, электромагнитная индукция и т.д.
Таким образом процесс обучения из «обязаловки», к которой мы все с вами привыкли, превратится в игру. Ребенку будет интересно и весело разглядывать анимации физических явлений и это не только упростит, но и ускорит процесс обучения. Помимо всего прочего может удастся ребенку дать даже больше информации, чем он мог бы принять при обычной форме обучения. К тому же многие анимации могут полностью заменить те или иные лабораторные приборы , таким образом это идеально подходить для многих сельских школ, где к сожалению не всегда можно встретить даже электрометр Брауна. Да что там говорить, многих приборов нет даже в обычных школах крупных городов. Возможно введя такие наглядные пособия в обязательную программу образования, после окончания школы мы будем получать людей интересующихся физикой, которые в итоге станут молодыми учеными, некоторые из которых способны будут совершить великие открытия! Таким образом будет возрождена научная эра великих отечественных ученых и наша страна вновь, как и в советские времена, создаст уникальные технологии обгоняющие свое время. Поэтому я считаю надо популяризировать такие ресурсы как можно больше, сообщать о них не только педагогам, но и самим школьникам, ведь многим из них будет интересно изучить физические явления не только на уроках в школе, но и дома в свободное время и этот сайт дает им такую возможность! Физика онлайн это интересно, познавательно, наглядно и легко доступно!
Виртуальные лабораторные работы по физике.
Важное место в формировании исследовательской компетенции учащихся на уроках физики отводится демонстрационному эксперименту и фронтальной лабораторной работе. Физический эксперимент на уроках физики формирует у учащихся накопленные ранее представления о физических явлениях и процессах, пополняет и расширяет кругозор учащихся. В ходе эксперимента, проводимого учащимися самостоятельно во время лабораторных работ, они познают закономерности физических явлений, знакомятся с методами их исследования, учатся работать с физическими приборами и установками, то есть учатся самостоятельно добывать знания на практике. Таким образом, при проведении физического эксперимента у учеников формируется исследовательская компетенция.
Но для проведения полноценного физического эксперимента, как демонстрационного, так и фронтального необходимо в достаточном количестве соответствующее оборудование. В настоящее время школьные лаборатории по физике не достаточно оснащены приборами по физике и учебно-наглядными пособиями для проведения демонстрационных и фронтальных лабораторных работ. Имеющееся оборудование не только пришло в негодность, оно также морально устарело.
Но даже при полной укомплектованности лаборатории физики требуемыми приборами реальный эксперимент требует очень много времени на подготовку и его проведение. При этом из-за значительных погрешностей измерений, временных ограничений урока реальный эксперимент часто не может служить источником знаний о физических законах, так как выявленные закономерности имеют лишь приближенный характер, зачастую правильно рассчитанная погрешность превышает сами измеряемые величины. Таким образом, провести полноценный лабораторный эксперимент по физике при имеющихся в школах ресурсах затруднительно.
Ученики не могут представить некоторые явления макромира и микромира, так как отдельные явления, изучаемые в курсе физики средней школы невозможно наблюдать в реальной жизни и, тем более, воспроизвести экспериментальным путем в физической лаборатории, например, явления атомной и ядерной физики и т.д.
Выполнение отдельных экспериментальных заданий в классе на имеющемся оборудовании происходит при заданных определенных параметрах, изменить которые невозможно. В связи с этим невозможно проследить все закономерности изучаемых явлений, что также сказывается на уровне знаний учащихся.
И, наконец, невозможно научить учащихся самостоятельно добывать физические знания, то есть сформировать у них исследовательскую компетенцию, применяя только традиционные технологии обучения. Живя в информационном мире, невозможно проводить процесс обучения без использования информационных технологий. И на наш взгляд на это есть свои причины:
Главная задача образования в данный момент – формирование у учащихся умений и навыков самостоятельного приобретения знаний. Информационные технологии дают такую возможность.
Ни для кого не секрет, что в настоящий момент у учащихся пропал интерес к учебе, а в частности к изучению физики. А применение компьютера повышает и стимулирует интерес учащихся к получению новых знаний.
Каждый ученик – индивидуален. А использование компьютера в обучении позволяет учитывать индивидуальные особенности ученика, дает большой выбор самому ученику в подборе собственного темпа изучения материала, закрепления и оценивания. Оценивание результатов усвоения темы учеником через выполнение тестов на компьютере убирает личностное отношение учителя к ученику.
В связи с этим, появляется идея: Использовать информационные технологии на занятиях по физике, а именно при выполнении лабораторных работ.
Если проводить физический эксперимент и фронтальные лабораторные работы, используя виртуальные модели посредством компьютера, то можно скомпенсировать недостаток оборудования в физической лаборатории школы и, таким образом, научить учащихся самостоятельно добывать физические знания в ходе физического эксперимента на виртуальных моделях, то есть появляется реальная возможность формирования необходимой исследовательской компетенции у учащихся и повышения уровня обученности учащихся по физике.
Применение компьютерных технологий на уроках физики позволяет формирование практических навыков так, как виртуальная среда компьютера позволяет оперативно видоизменить постановку опыта, что обеспечивает значительную вариативность его результатов, а это существенно обогащает практику выполнения учащимися логических операций анализа и формулировки выводов результатов эксперимента. Кроме того можно многократно проводить испытание с изменяемыми параметрами, сохранять результаты и возвращаться к своим исследованиям в удобное время. К тому же, в компьютерном варианте можно провести значительно большее количество экспериментов. Работа с этими моделями открывает перед учащимися огромные познавательные возможности, делая их не только наблюдателями, но и активными участниками проводимых экспериментов.
Ещё один позитивный момент в том, что компьютер предоставляет уникальную, не реализуемую в реальном физическом эксперименте, возможность визуализации не реального явления природы, а его упрощенной теоретической модели, что позволяет быстро и эффективно находить главные физические закономерности наблюдаемого явления. Кроме того, учащийся может одновременно с ходом эксперимента наблюдать построение соответствующих графических закономерностей. Графический способ отображения результатов моделирования облегчает учащимся усвоение больших объемов полученной информации. Подобные модели представляют особую ценность, так как учащиеся, как правило, испытывают значительные трудности при построении и чтении графиков. Также необходимо учитывать, что далеко не все процессы, явления, исторические опыты по физике учащийся способен представить себе без помощи виртуальных моделей (например, диффузию в газах, цикл Карно, явление фотоэффекта, энергию связи ядер и т.д.). Интерактивные модели позволяют ученику увидеть процессы в упрощенном виде, представить себе схемы установок, поставить эксперименты вообще невозможные в реальной жизни.
Все компьютерные лабораторные работы выполняются по классической схеме:
Теоретическое освоение материала;
Изучение готовой компьютерной лабораторной установки или создание на компьютере модели реальной лабораторной установки;
Выполнение экспериментальных исследований;
Обработка результатов эксперимента на компьютере.
Компьютерная лабораторная установка, как правило, представляет собой компьютерную модель реальной экспериментальной установки, выполненную средствами компьютерной графики и компьютерного моделирования. В некоторых работах имеются лишь схема лабораторной установки и ее элементы. В этом случае, прежде чем приступить к выполнению лабораторной работы, лабораторную установку необходимо собрать на компьютере. Выполнение экспериментальных исследований представляет собой непосредственный аналог эксперимента на реальной физической установке. При этом реальный физический процесс моделируется на компьютере.
Особенности ЭОР « Физика. Электричество. Виртуальная лаборатория».
В настоящее время существует достаточно много электронных средств обучения, в которых имеются разработки виртуальных лабораторных работ. Мы в своей работе использовали электронное средство обучения «Физика. Электричество . Виртуальная лаборатория » (далее - ЭСО предназначено для поддержки учебного процесса по теме «Электричество» в общеобразовательных учебных заведениях (рис.1).
Рис.1 ЭСО.
Данное пособие создано группой ученых Полоцкого государственного университета. В использовании данного ЭСО имеются несколько преимуществ.
Простая установка программы.
Простой пользовательский интерфейс.
Приборы, полностью копируют настоящие.
Большое количество устройств.
Соблюдаются все реальные правила работы с электрическими цепями.
Возможность проведения достаточно большого количества лабораторных работ при разных условиях.
Возможность проведения работ, в том числе для демонстрации последствий не достижимых или нежелательных в натурном эксперименте (перегорание предохранителя, лампочки, электроизмерительного прибора; изменение полярности включения приборов и т.п.).
Возможность проведения лабораторных работ не в учебном заведении.
Учебные материалы, входящие в состав данного ЭСО соответствуют требованиям учебной программе по физике. Основу учебных материалов данного ЭСО составят материалы современных учебников физики а также дидактических материалов для выполнения лабораторных работ и экспериментальных исследований.
Понятийный аппарат, используемый в разрабатываемом ЭСО составлен на основе учебного материала действующих учебников по физике, а также рекомендуемых для использования в средней школе справочников по физике.
Виртуальная лаборатория реализуется как отдельное приложение операционной системы Windows .
Данное ЭСО позволяет проводить фронтальные лабораторные работы с использованием виртуальных моделей реальных приборов и устройств (рис.2).
Рис.2 Оборудование.
Демонстрационные опыты дают возможность показать и объяснить результаты тех действий, которые невозможно или нежелательно осуществлять в реальных условиях (рис.3).
Рис.3Нежелательные результаты опыта.
Предоставляется возможность организации индивидуальной работы, когда учащиеся могут самостоятельно ставить эксперименты, а также повторения опыта вне урока, например на домашнем компьютере.
ЭСО –компьютерный инструмент, используемый в обучении физике, необходимый для решения учебных и педагогических задач..
ЭСО может быть использовано для обеспечения компьютерной поддержки преподавания предмета «физика».
В состав ЭСО входят 8 лабораторных работ по разделу «Электричество» курса физики, изучаемого в VIII и XI классах средней школы.
С помощью ЭСО решаются основные задачи по обеспечению компьютерной поддержки следующих этапов учебной деятельности:
Объяснение учебного материала,
Его закрепление и повторение;
Организация самостоятельной познавательной деятельности учащегося;
Диагностика и коррекция пробелов в знаниях;
Промежуточный и итоговый контроль.
ЭСО может быть использовано в качестве эффективного средства для формирования у учащихся практических умений и навыков в следующих формах организации учебной деятельности:
Для выполнения лабораторных работ (основное назначение);
В качестве средства организации демонстрационного эксперимента, в том числе для демонстрации последствий не достижимых или нежелательных в натурном эксперименте (перегорание предохранителя, лампочки, электроизмерительного прибора; изменение полярности включения приборов и т.п.)
При решении экспериментальных задач;
Для организации учебно-исследовательской работы учащихся, решении творческих задач во внеурочное время, в том числе и в домашних условиях.
ЭСО может также использоваться в следующих демонстрациях, опытах и виртуальных экспериментальных исследованиях: источники тока; амперметр, вольтметр; изучение зависимости силы тока от напряжения на участке цепи; изучение зависимости силы тока в реостате от длины его рабочей части; изучение зависимости сопротивления проводников от их длины, площади поперечного сечения и рода вещества; устройство и действие реостатов; последовательное и параллельное соединение проводников; определение мощности, потребляемой электронагревательным прибором; плавкие предохранители.
о бъем оперативной памяти: 1 Гб;
частота процессора от 1100МГц;
дисковая память - 1 Гб свободного места на диске;
функционирует в операционных системах Windows 98/NT/2000/XP/ Vista ;
в операционной системе дол ж ен быть установлен браузер MS Explorer 6.0/7.0;
для удобства работы пользователя рабочее место должно быть оснащено манипулятором мышь, монитором с разрешением 1024 x 768 и выше;
наличие устройства чтения CD / DVD дисков для инсталляции ЭСО.
Материал представляет собой комплект к лабораторных занятиям к рабоче программе учебной дисциплины ОДП.02 "Физика". Работа содержит пояснительную записку, критериии оценивания, перечень лабораторных работ и дидактический материал.
Министерство общего профессионального образования
Свердловской области
Государственное автономное образовательное учреждение
среднего профессионального образования
Свердловской области «Первоуральский политехникум»
ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ
К РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЕ
УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
ОДП 02. ФИЗИКА
Первоуральск
2013
Пояснительная записка.
Лабораторные задания разработаны в соответствии с рабочей программой учебной дисциплины «Физика».
Цель проведения лабораторных работ : формирование предметных и метапредметных результатов освоения обучающимися основной образовательной программы базового курса физики.
Задачи проведения лабораторных работ :
№ п/п | Формируемые результаты | Требования ФГОС | Базовые компетенции |
Владение навыками учебно-исследовательской деятельности. | Метапредметные результаты | Аналитические |
|
Понимание физической сущности наблюдаемых явлений. | Предметные результаты | Аналитические |
|
Владение основополагающими физическими понятиями, закономерностями, законами. | Предметные результаты | Регулятивные |
|
Уверенное пользование физической терминологией и символикой | Предметные результаты | Регулятивные |
|
Владение основными методами научного познания, используемыми в физике: измерение, эксперимент | Предметные результаты | Аналитические |
|
Умение обрабатывать результаты измерений. | Предметные результаты | Социальные |
|
Умение обнаруживать зависимость между физическими величинами. | Предметные результаты | Аналитические |
|
Умение объяснять полученные результаты и делать выводы. | Предметные результаты | Самосовершен-ствования |
Бланк-отчёт лабораторной работы содержит:
Критерии оценивания :
Демонстрация умений. | Оценка | |||||
Сборка установки (схемы) | Настройка устройств | Снятие показаний | Расчёт значений | Заполнение таблиц, построение графиков | Вывод по работе | |
«5» |
||||||
«4» |
||||||
«3» |
Перечень лабораторных работ .
№ работы | Название работы | Название раздела |
Определение жёсткости пружины. | Механика. |
|
Определение коэффициента трения. | Механика. |
|
Изучение движения тела по окружности под действием сил тяжести и упругости. | Механика. |
|
Измерение ускорения свободного падения с Помощью математического маятника. | Механика. |
|
Опытная проверка закона Гей-Люссака. | ||
Измерение коэффициента поверхностного натяжения. | Молекулярная физика. Термодинамика. |
|
Измерение модуля упругости резины. | Молекулярная физика. Термодинамика. |
|
Исследование зависимости силы тока от напряжения. | Электродинамика. |
|
Измерение удельного сопротивления проводника. | Электродинамика. |
|
Исследование законов последовательного и параллельного соединения проводников. | Электродинамика. |
|
Измерение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока. | Электродинамика. |
|
Наблюдение действия магнитного поля на Ток. | Электродинамика. |
|
Наблюдение отражения света. | Электродинамика. |
|
Измерение показателя преломления стекла. | Электродинамика. |
|
Измерение длины световой волны. | Электродинамика. |
|
Наблюдение линейчатых спектров. | ||
Изучение треков заряженных частиц. | Строение атома и квантовая физика. |
Лабораторная работа № 1.
«Определение жёсткости пружины».
Цель: Определить жёсткость пружины с помощью графика зависимости силы упругости от удлинения. Сделать вывод о характере этой зависимости.
Оборудование: штатив, динамометр, 3 груза, линейка.
Ход работы.
Fупр, Н
0 0,02 0,04 0,06 0,08 Δl, м
Лабораторная работа № 2.
«Определение коэффициента трения».
Цель: Определить коэффициент трения с помощью графика зависимости силы трения от веса тела. Сделать вывод о соотношении коэффициента трения скольжения и коэффициента трения покоя.
Оборудование: брусок, динамометр, 3 груза весом по 1 Н, линейка.
Ход работы.
Fупр, Н
0 1,0 2,0 3,0 4,0 Р, Н
μ ср 0 = Fср.тр 0 ; μ ср = Fср.тр ;
Рср Рср
Лабораторная работа № 3.
«Изучение движения тела под действием нескольких сил».
Цель: Изучить движение тела под действием сил упругости и тяжести. Сделать вывод о выполнении II закона Ньютона.
Оборудование: штатив, динамометр, груз массой 100 г на нити, круг из бумаги, секундомер, линейка.
Ход работы.
R F упр
F = m . а цс ; а цс = v 2 ; v = 2 . π . R ; Т = _ t _ ;
R Т n
А цс = 4. π 2 . R . n 2 ;
(π 2 можно принять равным 10).
Лабораторная работа № 4.
«Измерение ускорения свободного падения».
Цель: Измерить ускорение свободного падения с помощью маятника. Сделать вывод о совпадении полученного результата со справочным значением.
Оборудование: штатив, шарик на нити, динамометр, секундомер, линейка.
Ход работы.
Т = 2.π. l ; Т = _ t _ ; _ t _ = 2.π. l ; _ t 2 = 4.π 2 . l
G n n g n 2 g
G = 4. π 2 . l. n 2 ;
(π 2 можно принять равным 10).
Лабораторная работа № 5.
«Опытная проверка закона Гей-Люссака».
Цель: Исследовать изобарный процесс. Сделать вывод о выполнении закона Гей-Люссака.
Оборудование: пробирка, стакан с горячей водой, стакан с холодной водой, термометр, линейка.
Ход работы.
V 1 = V 2 ; V 1 = _ T 1 .
T 1 T 2 V 2 T 2
Отношение объёмов можно заменить отношением высот столбиков воздуха в пробирке:
l 1 = T 1
L 2 T 2
Лабораторная работа № 6 .
«Измерение коэффициента поверхностного натяжения».
Цель: Измерить коэффициент поверхностного натяжения воды. Сделать вывод о совпадении полученного значения со справочным значением.
Оборудование: пипетка с делениями, стакан с водой.
Ход работы.
σ = m . g , где m = ρ .V σ = ρ .V. g
π .d n π .d . n
ρ = 1,0 г/см 3 – плотность воды; g = 9,8 м/с 2 – ускорение свободного падения; π = 3,14;
d = 2 мм – диаметр шейки капли, равный внутреннему сечению носика пипетки.
Лабораторная работа № 7.
«Измерение модуля упругости резины».
Цель: Определить модуль упругости резины. Сделать вывод о совпадении полученного результата со справочным значением.
Оборудование: штатив, кусок резинового шнура, набор грузов, линейка.
Ход работы.
– механическое напряжение, S = π . d 2 - площадь сечения шнура, d – диаметр шнура,
ε = Δl = (l – l 0 ) – относительное удлинение шнура.
4 . F = E . (l – l 0 ) E = 4 . F . l 0 , где π = 3,14; d = 5 мм = 0,005 м.
π . d 2 l π.d 2 .(l –l 0 )
Е спр . = 8 . 10 8 Па.
Лабораторная работа № 8.
«Исследование зависимости силы тока от напряжения».
Цель: Построить ВАХ металлического проводника, с помощью полученной зависимости определить сопротивление резистора, сделать вывод о характере ВАХ.
Оборудование: Батарея гальванических элементов, амперметр, вольтметр, реостат, резистор, соединительные провода.
Ход работы.
U, В | ||||
I, А |
I, А
U, В
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8
Uср
R = .
Iср
Лабораторная работа № 9.
«Измерение удельного сопротивления проводника».
Цель: Определить удельное сопротивление никелинового проводника, сделать вывод о совпадении полученного значения со справочным значением.
Оборудование: Батарея гальванических элементов, амперметр, вольтметр, никелиновая проволока, линейка, соединительные провода.
Ход работы.
1) Собрать цепь:
А V
3) Измерить длину проволоки. Результат занести в таблицу.
R = ρ. l / S – сопротивление проводника; S = π . d 2 / 4 – площадь сечения проводника;
ρ = 3,14 . d 2 . U
4.I . l
d, мм | l, м | U, В | I, А | ρ , Ом. мм 2 / м |
0,50 |
6) Сравнить полученное значение со справочным значением удельного сопротивления никелина:
0,42 Ом.. мм 2 / м.
7) Сделать вывод.
Лабораторная работа № 10.
«Изучение последовательного и параллельного соединения проводников».
Цель: Сделать вывод о выполнении законов последовательного и параллельного соединения проводников.
Оборудование : Батарея гальванических элементов, амперметр, вольтметр, два резистора, соединительные провода.
Ход работы.
1) Собрать цепи: а) с последовательным и б) параллельным соединением
Резисторов:
А V A V
R 1 R 2 R 1
2) Снять показания с амперметра и вольтметра.
R пр = ;
А) R тр = R 1 + R 2 ; б) R 1 .R 2
R тр = .
(R 1 + R 2 )
Результаты занести в таблицу:
5) Сделать вывод.
Лабораторная работа № 11.
«Измерение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока».
Цель: Измерить ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока, объяснить причину отличия измеренного значения ЭДС от номинального значения.
Оборудование: Источник тока, амперметр, вольтметр, реостат, ключ, соединительные провода.
Ход работы.
1) Собрать цепь:
А V
2) Снять показания с амперметра и вольтметра. Результаты занести в таблицу.
3 ) Разомкнуть ключ. Снять показания с вольтметра (ЭДС). Результат занести в таблицу. Сравнить измеренное значение ЭДС с номинальным значением: ε ном = 4,5 В.
I . (R + r) = ε; I . R + I . r = ε; U + I . r = ε; I . r = ε – U;
ε – U
5) Результат занести в таблицу:
I, А | U, В | ε, В | r, Ом |
6) Сделать вывод.
Лабораторная работа № 12.
«Наблюдение действия магнитного поля на ток».
Цель: Установить направление тока в витке, используя правило левой руки. Сделать вывод, от чего зависит направление силы Ампера.
Оборудование: Проволочный виток, батарея гальванических элементов, ключ, соединительные провода, дугообразный магнит, штатив.
Ход работы .
1) Собрать цепь:
2) Поднести магнит к витку без тока. Объяснить наблюдаемое явление.
3) Поднести к витку с током сначала северный полюс магнита (N), затем – южный (S). Показать на рисунке взаимное расположение витка и полюсов магнита, указать направление силы Ампера, вектора магнитной индукции и тока в витке:
4) Повторить опыты, поменяв направление тока в витке:
S S
5 ) Сделать вывод.
Лабораторная работа № 13.
«Наблюдение отражения света».
Цель: наблюдать явление отражения света. Сделать вывод о выполнении закона отражения света.
Оборудование: источник света, экран с щелью, плоское зеркало, транспортир, угольник.
Ход работы.
1 1’
2 2’
3 3’
α γ
в центре листа).
А Е
α
В
β
D С
F
n = sin α
sin β
1 max
b
φ а
0 max (щель)
дифракционная
решётка b
1 max
экран
d = 1 мм = 0,01 мм = 1 . 10 -2 мм = 1 . 10 -5 м; k = 1; sin φ = tg φ = a (для малых углов).
100 b
λ = d.b
а
Лабораторная работа № 16.
«Наблюдение линейчатых спектров».
Цель: наблюдать и зарисовать спектры инертных газов. Сделать вывод о совпадении полученных изображений спектров со стандартным изображениями.
Оборудование: источник питания, высокочастотный генератор, спектральные трубки, стеклянная пластина, цветные карандаши.
Ход работы.
400 600 800, нм
криптона (Кr)
400 600 800, нм
гелия (Не)
400 600 800, нм
неона (Nе)
R R
О
m
На заряженную частицу в магнитном поле действует сила Лоренца: Fл = q . B. v. Эта сила сообщает частице центростремительное ускорение: q . B . v = m. v 2 q пропорционален 1 .
R m R
-
1,00
II
Дейтрон Н 12
0,50
III
Тритон Н 13
0,33
IV
α – частица Не 24
0,50
Лабораторная работа № 1
Движение тела по окружности под действием силы тяжести и упругости.
Цель работы: проверить справедливость второго закона Ньютона для движения тела по окружности под действием нескольких.
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.
Спроецируем (1) на координатные оси X и Y .
(Х), (2)
(У), (3)
где - угол, образуемый нитью с вертикалью.
Выразим из последнего уравнения
и подставим в уравнение (2). Тогда
Если период обращения Т маятника по окружности радиусом К известен из опытных данных, то
период обращения можно определить, измерив время t , за которое маятник совершает N оборотов:
Как видно из рисунка 1,
, (7)
Рис.1
Рис.2
где h =OK – расстояние от точки подвеса К до центра окружности О .
С учётом формул (5) – (7) равенство (4) можно представить в виде
. (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).
Сила сообщает маятнику центростремительное ускорение
С учётом формул (5) и (6) второй закон Ньютона имеет вид
. (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
Соберите экспериментальную установку(см. рис. 1), выбирая длину маятника около 50 см.
На листе бумаги начертите окружность радиусом R = 10 c м.
Лист бумаги расположите так, чтобы центр окружности находился под точкой подвеса маятника по вертикали.
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
Вычислите
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
(1)
достаточно измерить давление p 1 , p 2 газа и его объем V 1 , V 2 в начальном и конечном состоянии соответственно. Увеличение точности проверки закона достигается, если вычесть из обеих частей равенства (1) произведение . Тогда формула (1) будет иметь вид
(2)
или
(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 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
, (4)
где S – площадь поперечного сечения трубки 1ю
Начальное давление газа в ней, выраженное в мм рт. ст., складывается из атмосферного давления и давления столба воды высотой в трубке 2:
мм.рт.ст. (5).
где - 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 газа в трубке 1 уменьшается:
(6)
где - длина воздушного столба в неподвижной трубке 1.
Конечное давление газа находится по формуле
мм. рт. ст. (7)
Подстановка начальных и конечных параметров газа в формулу (3) позволяет представить закон Бойля – Мариотта в виде
(8)
Таким образом, проверка справедливости закона Бойля – Мариотта сводится к экспериментальной проверке тождественности левой Л 8 и правой П 8 частей равенства (8).
Порядок выполнения работы
7.Измерьте разность уровней воды в трубках.
Поднимите еще выше подвижную трубку 2 и зафиксируйте ее (см. рис. 1, в).
Повторите измерения длины столба воздуха в трубке 1 и разности уровней воды в трубках. Запишите результаты измерений.
10.Измерьте атмосферное давление барометром.
11.Вычислите левую часть равенства (8).
Вычислите правую часть равенства (8).
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 = 1 Ом, = 2 Ом, = 4 Ом.
а) Резисторы R 2 и R 3 соединены между собой параллельно, поэтому сопротивление между точками 2 и 3
б) Кроме того, при параллельном соединении суммарная сила тока , втекающего в узел 2, равна сумме сил токов, вытекающих из него.
в) Учитывая, что сопротивления R 1 и эквивалентное сопротивление соединены последовательно.
, (3)
а общее сопротивление цепи между точками 1 и 3.
.(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 R 1, R 2 и R 3. 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 R 1, и равности потенциалов на нем позволяет определить сопротивление и сравнить его с заданным значением.
. (5)
Сопротивление можно найти из закона Ома, измерив вольтметром разность потенциалов :
.(6)
Этот результат можно сравнить со значением , полученным из формулы (1). Справедливость формулы (3) проверяется дополнительным измерением с помощью вольтметра напряжения (между точками 1 и 3).
Это измерение позволит также оценить сопротивление (между точками 1 и 3).
.(7)
Экспериментальные значения сопротивлений, полученных по формулам (5) – (7), должны удовлетворять соотношению 9;) для данного смешанного соединения проводников.
Порядок выполнения работы
Соберите электрическую цепь
3. Запишите результат измерения силы тока .
4. Подключите вольтметр к точкам 1 и 2 и измерьте напряжение между этими точками.
5.Запишите результат измерения напряжения
6. Рассчитайте сопротивление .
7. Запишите результат измерения сопротивления = и сравните его с сопротивлением резистора =1 Ом
8. Подключите вольтметр к точкам 2 и 3 и измерьте напряжения между этими точками
проверьте справедливость формул (3) и (4).
Ом
Вывод:
Мы экспериментально изучили характеристики смешанного соединения проводников.
Проверим:
Дополнительное задание. Убедиться в том, что при параллельном соединении проводников справедливо равенство:
Ом
Ом
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 E i в замкнутом контуре численно равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока Ф через поверхность, ограниченную этим контуром.
E i = - 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 S 0 . Предположим, что в начальной момент времени t 1 =0 индукция магнитного поля в области витка равна нулю. В следующий момент времени t 2 = виток перемещается в область магнитного поля, индукция которого направлена перпендикулярно плоскости витка к нам (рис.1 б)
За направление обхода контура выберем направление по часовой стрелке. По правилу буравчика вектор площади контура будет направлен от нас перпендикулярно площади контура.
Магнитный поток пронизывающий контур в начальном положении витка, равен нулю (=0):
Магнитный поток в конечном положении витка
Изменение магнитного потока в единицу времени
Значит, ЭДС индукции, согласно формуле (1), будет положительной:
E i =
Это значит, что индукционный ток в контуре будет направлен по часовой стрелке. Соответственно, согласно правилу буравчика для контурных токов, собственная индукция на 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 и магнитный поток, его пронизывающий.
Направление обхода контура
Ф 1
Ф 2
ξ i
(знак)
(напр.)
I А
B 1 S 0
B 2 S 0
-(B 2 –B 1)S 0 <0
15 мА
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 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
Для вычисления и 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 O 1 O 2 к параллельным граням пластинки и прямую MF .
Затем на прямых ВМ и МF
откладывают равные отрезки МЕ 1 =МL
1 и опускают с помощью угольника из точек Е 1 и L
1 перпендикуляры L
1 L
2 и Е 1 Е 2 на прямую О 1 О 2 . Из прямоугольных треугольников L
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 О 1 О 2 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 L
1 и Е 1 (МЕ 1 =МL
1)
5. Опустите с помощью угольника перпендикуляры из точек L
1 и Е 1 на прямую О 1 О 2 .
6. Измерьте линейкой длину отрезков L
1 L
2 и Е 1 Е 2.
7. Рассчитайте показатель преломления стекла по формуле 2.
(Все работы по механике) Ознакомление с некоторыми методами физических измерений и вычисление погрешностей измерений на примере определения плотности твердого тела правильной формы. Определить момент инерции маховика (крестовины с грузами); определить зависимость момента инерции от распределения масс относительно оси вращения; определить момент силы, приводящий маховик во вращение; определить соответствующие значения угловых ускорений. Определение моментов инерции некоторых тел методом крутильных колебаний с помощью трифиллярного подвеса; проверка теоремы Штейнера. Определение скорости полета «пули» с помощью крутильного баллистического маятника и явления абсолютно неупругого удара на основе закона сохранения момента импульса Определение ускорения свободного падения, приведенной длины, положения центра тяжести и моментов инерции универсального маятника. Осуществить проверку закона сохранения энергии в механике; определить момент инерции маятника. Определение ускорения свободного падения. Определение момента «эффективной» силы сопротивления движения грузов Экспериментальная проверка основного уравнения динамики вращательного движения твердого тела вокруг закрепленной оси. Определение моментов инерции маятника Обербека при различных положениях грузов. Определение момента «эффективной» силы сопротивления движения грузов. Построение картины электростатических полей плоского и цилиндрического конденсаторов с помощью эквипотенциальных поверхностей и силовых линий поля; сравнение экспериментальных значений напряжения между одной из обкладок конденсатора и эквипотенциальными поверхностями с его теоретическими значениями. Изучение зависимости разности потенциалов на участке цепи, содержащем ЭДС, от силы тока; расчёт ЭДС и полного сопротивления этого участка. Определить омическое, индуктивное сопротивление катушки и емкостное сопротивление конденсатора; проверить закон Ома для переменного тока с различными элементами цепи Ознакомление с прозрачной дифракционной решеткой, определение длин волн спектра источника света (лампы накаливания). Исследование зависимостей: спектральной плотности энергетической светимости абсолютно черного тела от температуры внутри печи; напряжения на термостолбике от температуры внутри печи с помощью термопары.Механика
№1. Физические измерения и вычисление их погрешностей
.jpg){kind=icon}
№2. Определение момента инерции, момента сил и углового ускорения маятника Обербека
.jpg){kind=icon}
№3. Определение моментов инерции тел с помощью трифилярного подвеса и проверка теоремы Штейнера
.jpg){kind=icon}
№5. Определение скорости полета «пули» баллистическим методом с помощью унифилярного подвеса
.jpg){kind=icon}
№6. Изучение законов движения универсального маятника
.jpg){kind=icon}
№9. Маятник Максвелла. Определение момента инерции тел и проверка закона сохранения энергии
.jpg){kind=icon}
№11. Исследование прямолинейного равноускоренного движения тел на машине Атвуда
.jpg){kind=icon}
№12. Исследование вращательного движение маятника Обербека
Электричество
.jpg){kind=icon}
№1. Исследование электростатического поля методом моделирования
.jpg){kind=icon}
№3. Изучение обобщённого закона Ома и измерение электродвижущей силы методом компенсации
Магнетизм
.jpg){kind=icon}
№2. Проверка закона Ома для переменного тока
Колебания и волны
Оптика
.jpg){kind=icon}
№3. Определение длины световой волны при помощи дифракционной решетки
Квантовая физика
.jpg){kind=icon}
№1. Проверка законов абсолютно черного тела
